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深耕二十余年，唐勇院士出手，幫咱們國(guó)家填補(bǔ)一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)空白！
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿 2021-08-16
導(dǎo)讀：二十余年以來(lái)，唐院士工作的核心即四個(gè)字：邊臂效應(yīng)。基于這一催化合成中的新策略，唐院士發(fā)展了新型的不對(duì)稱催化體系，葉立德化學(xué)，天然產(chǎn)物全合成化學(xué)以及最為重要的，烯烴聚合催化劑和聚合新方法的研究和開(kāi)發(fā)。
學(xué)術(shù)大牛：研究方向高度專一，二十余年深耕一個(gè)小領(lǐng)域唐勇院士課題組于1999年成立，主要從事金屬有機(jī)化學(xué)研究。唐院士的課題組主頁(yè)對(duì)其研究方向做了言簡(jiǎn)意賅的描述，針對(duì)均相催化領(lǐng)域的選擇性控制與催化效率等核心科學(xué)問(wèn)題，應(yīng)用邊臂策略設(shè)計(jì)金屬有機(jī)催化劑，發(fā)展在催化劑的活性中心區(qū)域裝載配位基團(tuán)（邊臂）以調(diào)控其催化行為的新方法和有機(jī)合成新反應(yīng)。唐院士獲得過(guò)多項(xiàng)成就和獎(jiǎng)勵(lì)，例如2011年獲得上海市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（第一完成人），2012年獲得國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，2019年2月起任中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所所長(zhǎng)，2016年被評(píng)為全國(guó)優(yōu)秀科技工作者。為我國(guó)培養(yǎng)了五十余名博士，二十余位名校教授以及十余位企業(yè)高管。二十余年以來(lái)，唐院士工作的核心即四個(gè)字：邊臂效應(yīng)。基于這一催化合成中的新策略，唐院士發(fā)展了新型的不對(duì)稱催化體系，葉立德化學(xué)，天然產(chǎn)物全合成化學(xué)以及最為重要的，烯烴聚合催化劑和聚合新方法的研究和開(kāi)發(fā)?？v觀唐院士的工作，烯烴聚合的研究其實(shí)只能排在唐院士工作重點(diǎn)的第二位，但正是這一項(xiàng)研究?jī)?nèi)容，最終生根發(fā)芽，長(zhǎng)成了產(chǎn)業(yè)化的參天大樹(shù)。優(yōu)秀企業(yè)家：國(guó)家產(chǎn)學(xué)研用改革的范本產(chǎn)學(xué)研用一體化是最近幾十年國(guó)家著力推進(jìn)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵一環(huán)。然而長(zhǎng)期以來(lái)校企合作困難的現(xiàn)象使得國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和科研圈之間的交流并不順暢。很多科研人員只是在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)發(fā)論文，搞點(diǎn)高大上的新想法，其成果被企業(yè)界采納的為數(shù)極少。因此也給人們?cè)斐闪烁叨丝蒲须y以落地的偏見(jiàn)。在這種紛紛擾擾的宏觀現(xiàn)狀背景下，唐院士的故事，我感覺(jué)更有金庸筆下武林世界的意味：一個(gè)小角色在偏僻的峽谷里按照武術(shù)的基本原則刻苦修煉，幾十年如一日不問(wèn)世事，苦練內(nèi)功，終有一日一鳴驚人，面對(duì)武林中共同敵人的挑釁，憑實(shí)力一招制敵。而現(xiàn)實(shí)世界中，唐院士用自己的科研成果隨便一試，還真試出了一個(gè)大工程：中科康潤(rùn)新材料有限公司以及旗下的中科康潤(rùn)研究院。這一產(chǎn)業(yè)實(shí)體總投資為5.1億元人民幣，計(jì)劃年產(chǎn)3萬(wàn)噸高分子量聚乙烯材料，該項(xiàng)目建成后將對(duì)國(guó)內(nèi)全合成基礎(chǔ)油研制產(chǎn)生重大現(xiàn)實(shí)意義。
基礎(chǔ)油是構(gòu)成某種油類的基本成分。例如橄欖油，花生油等的基礎(chǔ)油是從植物種子或根莖葉中提取出來(lái)的非揮發(fā)性的油脂。工業(yè)中常用的油例如柴油，機(jī)油等的基礎(chǔ)油一般是從原油或天然氣中分離煉化而成的，被稱作礦物基礎(chǔ)油。在業(yè)界，基礎(chǔ)油常常被分為四類：I類的傳統(tǒng)溶劑精煉礦物油基礎(chǔ)油，II類的加氫裂解礦物油，III類的高粘度加氫裂解或異構(gòu)化臘基礎(chǔ)油，或成為半合成基礎(chǔ)油以及IV類的聚α烯烴基礎(chǔ)油（PAO），或全合成基礎(chǔ)油。而隨著技術(shù)的進(jìn)步和人們的不斷探索，美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）根據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在此基礎(chǔ)上又增加了一種，即酯類合成基礎(chǔ)油。圖片來(lái)源：https://www.sohu.com/a/304306777_120119073（二）我國(guó)目前的基礎(chǔ)油需求及來(lái)源現(xiàn)狀I類和II類基礎(chǔ)油生產(chǎn)成本高，污染嚴(yán)重，性能較差，性價(jià)比低，不符合目前國(guó)內(nèi)節(jié)能減排的政策任務(wù)目標(biāo)。第IV類的全合成基礎(chǔ)油是國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界需求的主要基礎(chǔ)油類型。在全合成基礎(chǔ)油領(lǐng)域，PAO（Poly Alpha Olefin）類基礎(chǔ)油占絕對(duì)的統(tǒng)治地位，也是全合成基礎(chǔ)油領(lǐng)域發(fā)展最快的一種。它是由乙烯制備的α烯烴，經(jīng)聚合及氫化而制成。雖然PAO在1937年就被成功合成并應(yīng)用于二戰(zhàn)時(shí)期的坦克、飛機(jī)以及船舶中，但直到20世紀(jì)70年代初Amsoil和Mobil才正式推動(dòng)PAO的商業(yè)化。PAO的低溫流動(dòng)性高，高溫穩(wěn)定性好，粘度指數(shù)較好，而且其主體骨架為烴類，因此抗氧化性能強(qiáng)。具有這些優(yōu)異的性質(zhì)，使得PAO可以作為高檔潤(rùn)滑劑的理想材料。世界排名前十的PAO生產(chǎn)商產(chǎn)能占到了PAO總產(chǎn)能的98%以上，這些生產(chǎn)商包括主要生產(chǎn)商包括英力士、?？松梨?、雪弗龍、康菲、朗盛等，主要集中在歐美，南非以及日本。中國(guó)在基礎(chǔ)油合成方面一直處于落后的局面，2014年10月才在上海開(kāi)了第一個(gè)合成油廠，生產(chǎn)高粘度PAO合成基礎(chǔ)油，產(chǎn)能為1.5萬(wàn)噸/年。由于PAO基礎(chǔ)油合成工藝復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家較少。中國(guó)每年需要從歐美進(jìn)口相當(dāng)數(shù)量的PAO，因此需要消耗不少外匯，且隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，未來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)于PAO的需求還大有增長(zhǎng)趨勢(shì)。圖2. 不同類型基礎(chǔ)油排列。圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)唐勇院士出馬，完美解決國(guó)內(nèi)全合成類基礎(chǔ)油困境在金屬催化體系中，催化劑的催化行為受到催化中心的空間形狀和電子特性的控制。唐勇院士課題組結(jié)合前人的研究工作，獨(dú)立提出了采用邊臂效應(yīng)策略，通過(guò)在催化中心附近裝載“邊臂”基團(tuán)以調(diào)控金屬中心的電子特性和空間形狀，從而調(diào)控催化劑的活性及催化特性。這一策略在有機(jī)不對(duì)稱催化及葉立德反應(yīng)中取得了巨大成功?；谠摬呗?，該課題組在1999年底開(kāi)始非茂金屬烯烴聚合催化劑的研究，開(kāi)發(fā)了一系列基于邊臂效應(yīng)的新型單中心聚烯烴催化劑。簡(jiǎn)單的說(shuō)，邊臂效應(yīng)是通過(guò)在雙齒配體配位中心附近裝載一個(gè)或多個(gè)功能性的官能團(tuán)，在金屬與配體配位后，該官能團(tuán)在金屬催化中心附近起到某種輔助作用。一般來(lái)說(shuō)邊臂官能團(tuán)有三種作用模式：1. 作為輔助配體與金屬中心產(chǎn)生弱配位，調(diào)節(jié)金屬的電子性質(zhì)以提高催化活性；2. 動(dòng)態(tài)位阻效應(yīng)，在金屬中心的某一側(cè)出現(xiàn)，使該側(cè)位阻增大，更加有利于催化區(qū)域選擇性，當(dāng)邊臂官能團(tuán)為手性時(shí)更可增強(qiáng)手性催化能力；3. 導(dǎo)向作用，邊臂官能團(tuán)可能與底物之間形成弱相互作用如氫鍵等，可由此增強(qiáng)催化劑與底物之間的親和力，同時(shí)也可能增強(qiáng)手性催化能力。圖3. 邊臂效應(yīng)示意圖及三種作用模式。圖片來(lái)源：DOI：10.1021/ar800104y1998年，F(xiàn)ujita等人發(fā)明了FI催化劑，發(fā)現(xiàn)水楊醛亞胺在助催化劑MAO作用下可以高活性的催化乙烯均聚，但是由于催化劑中心較為擁擠，該催化劑體系不能催化乙烯與其他烯烴的共聚。結(jié)合該工作，基于邊臂效應(yīng)，唐院士課題組在水楊醛亞胺的氨基部分添加了邊臂基團(tuán)例如烷基膦，硫醚等，使得一些過(guò)渡金屬如鈦，鋯等催化中心的催化烯烴聚合活性大為增強(qiáng)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)研究，唐院士課題組發(fā)現(xiàn)不同的邊臂基團(tuán)，不同的配體結(jié)構(gòu)對(duì)同一聚烯烴的催化聚合活性有不同程度的影響。通過(guò)調(diào)控不同的配體結(jié)構(gòu)，或者采用不同的邊臂基團(tuán)，可以合成帶有各種側(cè)鏈官能團(tuán)的超高分子量聚烯烴，同時(shí)可以控制聚烯烴的分子量分布。例如，通過(guò)使用不同的亞胺配體和邊臂基團(tuán)，控制不同的烯烴壓力，溫度等條件，可以精確的合成乙烯與α-烯烴，環(huán)狀烯烴以及極性單體等的共聚，完美建立了超高分子量多功能聚烯烴的“個(gè)性化定制合成系統(tǒng)”。通過(guò)一系列專利的申請(qǐng)，唐院士課題組也為該方法成功建立起了技術(shù)壁壘，為后來(lái)的聚烯烴生產(chǎn)體系的商業(yè)化做好了充足的技術(shù)儲(chǔ)備。圖4. FI催化劑及基于邊臂效應(yīng)優(yōu)化的催化劑。圖片來(lái)源：10.11777/j.issn1000-3304.2017.17033使用唐院士的方法合成的新型可商用的超高分子量聚烯烴（線性聚乙烯，LPE）可以作為全新一代的全合成基礎(chǔ)油，它無(wú)色透明，產(chǎn)品清潔，不含硫、氮等雜質(zhì)。SGS測(cè)試表明LPE的關(guān)鍵性能如色度、粘度指數(shù)（VI值）、蒸發(fā)損失、傾點(diǎn)、酸點(diǎn)等與國(guó)際同類PAO產(chǎn)品相當(dāng)或更優(yōu)，表明該類新產(chǎn)品有潛力作為一種全新的全合成基礎(chǔ)油，用于生產(chǎn)環(huán)保型高性能潤(rùn)滑油。目前，唐院士以該技術(shù)為支撐，依托中科院上海有機(jī)所成立了中科康潤(rùn)新材料有限公司，計(jì)劃年產(chǎn)量為3萬(wàn)噸，將在很大程度上解決我國(guó)高端全合成基礎(chǔ)油的需求短缺問(wèn)題，為我國(guó)在該領(lǐng)域的彎道超車提供強(qiáng)有力的支撐。圖5. 基于邊臂效應(yīng)的單中心催化劑催化烯烴聚合。圖片來(lái)源：DOI：10.11777/j.issn1000-3304.2017.17033都說(shuō)基礎(chǔ)科研落地難，但是經(jīng)過(guò)不斷的積累和深耕，在做科研的過(guò)程中不忘抬起頭看看周圍，眺望一下遠(yuǎn)方，多與他人合作，每一項(xiàng)基礎(chǔ)科學(xué)的研究成果在未來(lái)都有可能為我們做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。正如唐勇院士在南京工業(yè)大學(xué)訪問(wèn)時(shí)說(shuō)的：沒(méi)有密切合作，就沒(méi)有真正的高新技術(shù)；相互尊重，相互欣賞，方能包容共進(jìn)，合作共贏。成功的人都會(huì)有自己做事的原則，最后，分享一下唐勇院士的“座右銘”，也是我寫(xiě)這個(gè)故事時(shí)最動(dòng)容的一句話：把復(fù)雜的事情簡(jiǎn)單做，把簡(jiǎn)單的事情堅(jiān)持做，把堅(jiān)持的事情用心做。
原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/O0cpCUk-A8PMN0WjfYdXlQ
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