半月談記者 張文靜

催化學科是化學科學的關鍵分支，被譽為人類物質(zhì)文明的創(chuàng)造者。若缺乏催化手段，人類將無法成功制造出所需的各類衣食住行材料。

中國科學院蘭州化學物理研究所（以下稱“蘭州化物所”）羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室自成立以來，扎根我國西部，甘做“催化劑”“中間體”，在人工合成橡膠新技術等領域取得令人矚目的科研成果。在國家“雙碳”戰(zhàn)略背景下，蘭州化物所調(diào)整學科研究方向，聚焦二氧化碳減排與利用，著力推動自主創(chuàng)新，為二氧化碳利用研究貢獻戰(zhàn)略力量。

實驗室主任石峰（左）在指導團隊成員進行實驗

打破壟斷，一流催化成果服務工業(yè)發(fā)展

數(shù)據(jù)顯示，化學工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一。在化學工業(yè)中，大約90%的過程需要用到催化劑。

“人們?nèi)粘３源┯枚茧x不開化學化工與催化，像煤炭、石油等資源，都需要催化轉(zhuǎn)化，才能成為可供生產(chǎn)所用的基礎材料。”羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室主任石峰說，作物健康生長需要氮肥，生產(chǎn)氮肥則需要氨氣?？茖W家發(fā)明催化劑，將氮氣和氫氣轉(zhuǎn)化為氨氣，進而合成氮肥。氮肥的人工合成保障了糧食安全。

制備各種合成材料的關鍵反應也離不開催化過程，其中最重要的兩個手段就是羰基合成和選擇氧化?！昂芏喔邫n服裝都用到聚酯纖維，聚酯纖維生產(chǎn)涉及乙二醇和對苯二甲酸兩個關鍵原料。二者分別通過羰基合成和選擇氧化反應得到?！笔逭f。

早在20世紀60年代，蘭州化物所就緊盯國家發(fā)展和國民經(jīng)濟需要，聚焦催化學科，甘做“催化劑”。彼時，我國不管是航空航天事業(yè)發(fā)展還是路網(wǎng)建設，均需要大量橡膠輪胎和多種橡膠制品。

橡膠分為天然橡膠和合成橡膠兩大類，當時我國沒有種植橡膠樹，只能依賴進口?？墒?，主要橡膠生產(chǎn)國對我國實行經(jīng)濟封鎖，幾十噸大米換不來一噸橡膠。在這種情況下，蘭州化物所研究人員積極對接國家戰(zhàn)略需求，自主創(chuàng)新，發(fā)展人工合成橡膠工業(yè)，以獲得奇缺的戰(zhàn)略物資。

蘭州化物所研究員丑凌軍介紹，要發(fā)展人工合成橡膠工業(yè)，必須通過催化，合成關鍵單體原料丁二烯。從20世紀60年代至80年代，在幾代科學家的接續(xù)奮斗下，蘭州化物所成功突破順丁橡膠關鍵單體丁二烯合成的關鍵技術，打破國外技術封鎖和壟斷，為利用新型工藝大規(guī)模生產(chǎn)橡膠奠定理論基礎與技術基礎。

緊盯前沿，助力關鍵催化劑研發(fā)

2019年，第四屆聯(lián)合國環(huán)境大會發(fā)布《全球化學品展望II》報告顯示，全球化學品的生產(chǎn)能力為23億噸，經(jīng)羰基合成的化學品大約占20%。

蘭州化物所研究員夏春谷表示，羰基合成在化學化工領域非常重要，基于這一反應過程，可以衍生出一系列高附加值產(chǎn)品，因此在工業(yè)上得到廣泛應用。1989年，研究所啟動建設羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室，聚焦“卡脖子”領域，解決國民經(jīng)濟發(fā)展所需，成為國內(nèi)最早開展羰基合成的研究單位之一。

塑料加工離不開增塑劑，增塑劑可以幫助塑料產(chǎn)品成型、改善性能。過去，我國使用的增塑劑耐油、耐水性能等較差。同一時期，歐美發(fā)達國家已使用綠色增塑劑“鄰苯二甲酸二異壬酯”。制造這一增塑劑，需要關鍵中間體異壬醇，而異壬醇的生產(chǎn)長期被國際公司壟斷。

為發(fā)展屬于自己的綠色增塑劑，蘭州化物所與中國石油化工集團有限公司石油化工科學研究院聯(lián)合開發(fā)了“碳八烯烴氫甲?；苽洚惾纱肌奔夹g，形成每年5萬噸的成套技術設計，于2020年11月通過中國化工學會組織的成果評價。專家組認為，該技術達到國際先進水平，填補了國內(nèi)異壬醇技術的空白。

實驗室研究人員正在開展分析測試研究

創(chuàng)新技術路線，支撐國家“雙碳”戰(zhàn)略

在國家“雙碳”戰(zhàn)略背景下，高效利用二氧化碳，對“碳減排”和“碳增匯”意義重大。如何將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為高附加值的化學品？羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室緊密圍繞二氧化碳利用的學科前沿，致力于構建二氧化碳和低碳資源利用的創(chuàng)新研究體系，發(fā)展新理論和新技術。

夏春谷介紹，作為一種性能優(yōu)良的有機溶劑，碳酸乙烯酯廣泛應用于合成材料中間體制備、鋰離子電池電解質(zhì)、精細化工生產(chǎn)等領域。二氧化碳經(jīng)過催化反應，就可以轉(zhuǎn)化為碳酸乙烯酯。2023年，實驗室與江蘇鳴川新材料有限公司合作實施了年產(chǎn)10萬噸的產(chǎn)業(yè)應用并成功獲得高品質(zhì)產(chǎn)品，開拓出一條推動二氧化碳資源化利用的新路徑。

“提純二氧化碳，能耗和成本高，運輸和儲存難。我們將煙道氣中的二氧化碳原位捕集和轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)環(huán)狀碳酸酯高效合成，為工業(yè)廢氣中二氧化碳的原位轉(zhuǎn)化利用提供了可靠技術手段?！笔灞硎?，目前，正和相關企業(yè)推進產(chǎn)業(yè)化應用。

我國能源結(jié)構總體呈現(xiàn)貧油多煤局面，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)是我國實現(xiàn)資源能源安全保障的必由之路。目前我國形成以煤炭為原料的全新乙醇產(chǎn)業(yè)，如何基于煤基乙醇構建煤基化工產(chǎn)業(yè)鏈，成為擺在催化工作者面前的重要任務。

2023年，中國科學院批準羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室重組建設低碳催化與二氧化碳利用重點實驗室，實驗室優(yōu)化人才配備，調(diào)整科研方向，最終成功突破煤基乙醇催化脫氫制備乙醛的工藝技術路線，使煤基乙醇向新材料、精細化工、生命科學等高端產(chǎn)業(yè)鏈延伸，實現(xiàn)高附加值利用。

實驗室研究員崔新江告訴半月談記者，傳統(tǒng)乙醇氧化法制乙醛會產(chǎn)生污染，新研發(fā)的技術路線可以讓煤基乙醇直接無氧脫氫制成乙醛，既簡化工藝過程，又實現(xiàn)無三廢排放。編輯：徐寧

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