科技日報記者 王延斌
進入2024年，大連理工大學教授郭新聞的科研事業(yè)按下了“加速鍵”——
5月份，《自然·通訊》刊發(fā)其和合作伙伴的文章，報道了一種可控構(gòu)建復合氧化物界面催化體系的方法，制備了具有納米球形結(jié)構(gòu)的MnO2-MnxCo3-xO4復合氧化物界面催化體系，并在乙烷催化氧化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性與穩(wěn)定性；4月份，《能源化學》刊文關(guān)注其和合作伙伴的成果，他們開發(fā)了一種簡單廉價的方法，通過高分散SiOx修飾In2O3表面，顯著緩解In2O3顆粒燒結(jié)，使其穩(wěn)態(tài)反應(yīng)速率增加了兩倍。以此為基礎(chǔ)構(gòu)筑的0.6Si/In2O3負載Pd催化劑表現(xiàn)出更高的甲醇生成速率，兼具良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；6月份，《德國應(yīng)用化學》刊文關(guān)注其和合作伙伴的成果，他們設(shè)計合成了一種具有低配位Cu-N2的單原子催化劑，將二氧化碳光催化轉(zhuǎn)化成乙醇……
盤點郭新聞教授近40年的科研生涯，“催化”是一個繞不開的詞。他俯身于催化領(lǐng)域，選擇了多相催化、分子篩催化、擇形催化、選擇氧化等方向，他在《自然·通訊》《德國應(yīng)用化學》等主流期刊發(fā)表SCI論文583篇；更重要的是鈦硅分子篩催化劑完成百噸級工業(yè)放大，成功應(yīng)用于15萬噸環(huán)氧丙烷工業(yè)示范裝置。
手握中國石油和化學工業(yè)協(xié)會科技進步一等獎、國家科技進步獎二等獎等眾多大獎，郭新聞教授將目光瞄準了科研轉(zhuǎn)化。
將博士論文變成了實實在在的產(chǎn)品
“我目前研究工作主要圍繞催化劑的研發(fā)來做，因為我的博士論文就是做分子篩的設(shè)計、合成及應(yīng)用?！惫侣劷淌谡f。
分子篩是一種具有精確和單一的微小孔洞的材料，具有均一的孔徑和極高的比表面積，可用于吸附氣體或液體，也可用于催化反應(yīng)。據(jù)了解，分子篩發(fā)展起源于天然硅鋁酸鹽礦石——沸石，其內(nèi)部具有豐富的孔道，這些細微的孔道對于分子具有選擇通過的特性，可用于氣體分離。但隨著研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)分子篩的骨架元素也可以由磷、鈦、硼等元素取代，從而形成磷鋁類分子篩、鈦硅類分子篩和其他雜原子類分子篩等不同類型的分子篩族系。如今，隨著各種新型結(jié)構(gòu)的分子篩產(chǎn)品相繼被開發(fā)問世，進行產(chǎn)業(yè)化推廣并不斷拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，分子篩在吸附、催化、分離、生物傳感、微電子等領(lǐng)域得到廣泛運用。
“我的博士論文就是關(guān)于鈦硅分子篩的合成，做了30多年。”郭新聞教授說，他們先后獲得了國家基金支持，成為國家級重大攻關(guān)項目的課題。之后跟企業(yè)合作，從小試、中試到產(chǎn)業(yè)化，一路走過來不容易。源于自身對工業(yè)催化劑的興趣，郭新聞教授率領(lǐng)團隊研究各種各樣的催化劑，每一種催化劑都有不同功能、不同結(jié)構(gòu)、不同性質(zhì)。
分子篩從“基礎(chǔ)理論—實驗室研發(fā)—工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)—市場應(yīng)用”，是一個長期的過程，需要經(jīng)受時間的考驗。而原創(chuàng)型的分子篩產(chǎn)品從實驗室階段到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，開發(fā)周期長、研發(fā)投入大。但其事關(guān)國計民生的重要性，這也成為郭新聞教授的科研動力。
從實驗室到車間，中間隔了“千山萬水”
當科學家能為一個項目付出30多年光陰的時候，這個項目的重要性便凸顯出來。談到科研對國計民生的影響，郭新聞教授提到了對二甲苯的例子。
對二甲苯是最重要的化工產(chǎn)品之一，當前我國對二甲苯的生產(chǎn)強烈依賴于石油資源，且主要依靠芳烴聯(lián)合裝置來增加對二甲苯產(chǎn)能。郭新聞教授課題組長期致力于發(fā)展甲苯與甲醇擇形催化制對二甲苯技術(shù)，該技術(shù)以產(chǎn)能相對過剩的甲苯和廉價的甲醇為原料，利用ZSM-5分子篩的孔道擇形效應(yīng)，通過一步反應(yīng)，高選擇性合成對二甲苯。
該技術(shù)能夠拓寬對二甲苯生產(chǎn)原料來源，促進石油化工與煤化工的平衡發(fā)展；而且具有工藝流程短、分離能耗低等技術(shù)優(yōu)勢。
從理論走向產(chǎn)業(yè)化落地，需要經(jīng)歷坎坷的過程，用郭新聞教授的話說，這中間隔了“千山萬水”。
其中的坎坷之一來自認知。郭新聞教授提到，當初做鈦硅分子篩時，行業(yè)內(nèi)的共識是降低成本，但沿著這個思路走，很難走到工業(yè)化；不過，轉(zhuǎn)變思路之后，他們從降成本走到了追求性能上，工業(yè)化就水到渠成了。
對于工業(yè)化，郭新聞教授表示要保持耐心。以二氧化碳為例，“二氧化碳可轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品，但很多這種轉(zhuǎn)化在實驗室階段并不能馬上工業(yè)化，因為我們在做一種前瞻性的基礎(chǔ)研究，是為未來做儲備?！惫侣劷淌谡f，“未來五年、十年甚至二十年，二氧化碳轉(zhuǎn)化可能應(yīng)用到了市場上，由此帶來的價值是不可估量的?！?/p>
其中的坎坷之二，來自對企業(yè)的認識以及深度合作。郭新聞教授認為，如果只坐在實驗室做研究是不行的，要走出實驗室，與企業(yè)加強合作，更要知道企業(yè)需要什么，從企業(yè)角度入手之后，解決問題的思路隨之發(fā)生變化，很多問題都迎刃而解。
郭新聞教授現(xiàn)在正在做的課題之一就是二氧化碳催化轉(zhuǎn)化，將二氧化碳通過催化加氫轉(zhuǎn)化為甲烷、甲醇、一氧化碳、甲酸、低碳烯烴和芳烴等有價值化工原料。
郭新聞教授有一個夢想：“我希望我能研制出一臺機器，這邊進的是二氧化碳，那邊就出芳烴（汽油的主要成分）。”奔跑在追逐夢想的道路上，他很有信心。
