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可持續(xù)發(fā)展成為化學(xué)研究工作主題
在堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的理念指導(dǎo)下,我國對綠色溶劑——離子液體的基礎(chǔ)物化性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究,成功應(yīng)用天然、價廉、可再生的原料制備了多種離子液體;在CO2的轉(zhuǎn)化,分子氧和過氧化氫的綠色氧化、纖維素、木質(zhì)素、糖類等生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等方面都有很好的進(jìn)展,具有重要的借鑒意義。
比如以手性膦酸為催化劑,用H2O2可以把3位取代的環(huán)丁酮通過不對稱Baeyer-Villiger反應(yīng)高選擇性地得到相應(yīng)產(chǎn)物,反映體過量值可以高達(dá)93%;在水和有機(jī)溶劑中和氫氧化釕催化下,用分子氧實(shí)現(xiàn)了伯胺的高選擇性氧化;以TiO2擔(dān)載的Au-Pd雙金屬為催化劑,高選擇性地用空氣氧把甘油氧化得到乳酸;用金屬納米粒子和質(zhì)子酸性離子液體組成的雙功能催化體系,將酚類木質(zhì)素模型化合物一鍋有效且低能耗地轉(zhuǎn)化成烷烴;將廉價的三維連通孔結(jié)構(gòu)的介孔活性炭擔(dān)載的碳化鎢用于纖維素的催化轉(zhuǎn)化,使擔(dān)載的碳化鎢催化劑在反應(yīng)中表現(xiàn)出更高的活性、選擇性和穩(wěn)定性,可以把乙二醇的收率提高到70%以上;在離子液體中,實(shí)現(xiàn)了把玉米稈、稻稈和松木等以及糖類等生物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化成重要的化石產(chǎn)品替代物——5-羥甲基糠醛和糠醛的高效低成本方法……
新型、清潔能源已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)社會和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前,國際上的熱點(diǎn)領(lǐng)域有:氫能源(燃料電池)及儲氫、生物燃料、有機(jī)/聚合物太陽能電池和有機(jī)染料敏化太陽能電池等。
2010年,我國科學(xué)家在這些領(lǐng)域都做出了突出的工作。比如理論研究發(fā)現(xiàn)并由實(shí)驗(yàn)證實(shí),水溶液電解質(zhì)鋰離子電池的負(fù)極材料會被氧氣氧化是造成此類電池容量衰減的主要原因;通過密封除氧和選擇合適的電極材料實(shí)現(xiàn)了水溶液電解質(zhì)鋰離子電池循環(huán)性能的大幅度提高,對推動其在風(fēng)力、太陽能發(fā)電等能量儲存、智能電網(wǎng)峰谷調(diào)荷和短距離電動公交車等的應(yīng)用具有重要意義。
科學(xué)家還利用基于含時密度泛函電子動力學(xué)的第一性原理對染料敏化太陽能電池中的染料分子的計(jì)算結(jié)果,為精確調(diào)控微觀、超快過程,進(jìn)一步優(yōu)化此類新型電池的光電轉(zhuǎn)化效率提供了基礎(chǔ);在理論模擬基礎(chǔ)上,由1,3,5-三乙炔苯催化聚合制備得到了刷新同等條件下物理吸附儲氫紀(jì)錄的三維微孔共軛聚合物;用模擬天然形成化石燃料地質(zhì)條件的高溫高壓水熱環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)的水熱液化工藝,將海洋水體富營養(yǎng)化造成海上“綠潮”的大型海藻滸苔轉(zhuǎn)化為生物油,把這一污染“元兇”變成為制造新能源的原材料。
還有一項(xiàng)有意思的研究:以經(jīng)過酸預(yù)處理的乳牛糞便為原料生產(chǎn)生物氫的最大氫產(chǎn)量高于此前所有報道,既得到了清潔能源,又有助于解決環(huán)境污染,還提供了一種同時供應(yīng)生產(chǎn)甲烷的理想原料的有機(jī)廢物處理方法,可謂一舉三得。
科學(xué)家還使用由研制的新型受體材料構(gòu)筑的聚合物太陽能電池的填充因子、開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率等多項(xiàng)指標(biāo)為同類體系的文獻(xiàn)最高值。
資源的合理、高效、潔凈利用是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。比如,采用雙氧水與乙酸原位產(chǎn)生的過氧酸直接氧化,實(shí)現(xiàn)了甾體皂甙元資源100%利用和“零排放”,完成了“百kg”規(guī)模的試驗(yàn)。一旦推廣,每年將減少約8000噸含鉻工業(yè)廢棄物的產(chǎn)生,同時回收約500噸手性試劑;油田廢水處理以及處理后廢棄物的高值化應(yīng)用項(xiàng)目及300噸/年的油田廢水處理成套工藝和裝置獲得成功,都是具有很好的經(jīng)濟(jì)與社會效益的重要進(jìn)展。
應(yīng)用研究和成果轉(zhuǎn)化有新突破
在2010年,我國的應(yīng)用及應(yīng)用基礎(chǔ)研究也取得了極其重要的進(jìn)展,在把科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力方面有了新的突破。
“煤制乙二醇”等產(chǎn)業(yè)化示范裝置的平穩(wěn)順利運(yùn)行和成功試車投產(chǎn),標(biāo)志著我國煤基能源化工產(chǎn)業(yè)化取得了重大突破,奠定了我國在世界煤基化工產(chǎn)業(yè)中的領(lǐng)先地位,對于實(shí)施我國以煤代油戰(zhàn)略、煤炭資源清潔高效利用和保障國家能源安全具有重要意義。
大型儲能系統(tǒng)和智能電網(wǎng)是太陽能和風(fēng)能等新型清潔能源的可持續(xù)發(fā)展所不可或缺的,而且對于安全用電也是極其重要的。繼先后研制成功650Ah的鈉硫儲能單體電池和全釩液流儲能電池之后,作為國家電網(wǎng)上海世博園智能電網(wǎng)綜合示范工程一部分的100kW/800kWh鈉硫儲能系統(tǒng)和“太陽能光伏發(fā)電—5kW/50kWh液流電池儲電”聯(lián)合供電系統(tǒng),已分別成功啟動運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)了連續(xù)無故障安全運(yùn)行。這些成果的取得是產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制的一大創(chuàng)新。
納米材料綠色印刷制版技術(shù)在成功建成中試線的基礎(chǔ)上,開展了進(jìn)一步的產(chǎn)業(yè)化開發(fā),其成功將對推動印刷行業(yè)的技術(shù)轉(zhuǎn)化、實(shí)現(xiàn)快速環(huán)保印刷具有革命性的意義。
國際學(xué)術(shù)影響力明顯提升
我國化學(xué)科學(xué)的發(fā)展引起了國際學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注,發(fā)表的論文屢屢被作為熱點(diǎn)、亮點(diǎn)、頂級十佳論文等給予評述。特別是2010年,英國皇家化學(xué)會出版社(RSC)、《先進(jìn)材料》、《配位化學(xué)評論》和《亞洲化學(xué)學(xué)報》等都為紀(jì)念北京大學(xué)化學(xué)研究與教育百年而出版了專集;《先進(jìn)材料》還出版了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)專集。
另外,目前我國已有一批化學(xué)家在國際著名學(xué)術(shù)期刊出任副主編等要職。僅以高分子科學(xué)領(lǐng)域?yàn)槔陀?種該領(lǐng)域最著名的期刊由我國內(nèi)地的化學(xué)家擔(dān)任副主編。還有近年來,國際著名期刊約請中國化學(xué)家撰寫特邀論文的情況屢見不鮮,據(jù)對影響因子在10以上的7份專門刊登綜述論文的著名期刊統(tǒng)計(jì),僅2010年前7個月就已經(jīng)發(fā)表了中國內(nèi)地科學(xué)家的綜述論文68篇,創(chuàng)下了前所未有的新紀(jì)錄。
2010年夏天,美、英、德、日等國化學(xué)會都派出了高級別的代表團(tuán)到會參加了在廈門舉行的中國化學(xué)會第27界學(xué)術(shù)年會,共同見證了中國化學(xué)會成立以來規(guī)模最大、水平最高的學(xué)術(shù)盛典,并主動表示希望加強(qiáng)合作。目前,中國化學(xué)會已先后與他們簽訂了合作協(xié)議或合作框架意向書等,使合作進(jìn)一步制度化并推向深入持久。
所有這一切都是國際化學(xué)界對我國化學(xué)家工作的充分肯定,也是我國化學(xué)科學(xué)的學(xué)術(shù)影響力明顯提升的力證。
2011年,我們迎來了“十二五”的起步之年,也是聯(lián)合國的“國際化學(xué)年”。我們將圍繞國際化學(xué)年的主題“化學(xué)——我們的生活,我們的未來”開展一系列的活動,以增進(jìn)公眾對化學(xué)的認(rèn)知和了解,提高年輕人對化學(xué)科學(xué)的興趣,培養(yǎng)他們對化學(xué)未來發(fā)展的熱情。
我們一定要繼承老一輩化學(xué)家的優(yōu)良傳統(tǒng),以更踏實(shí)的工作、更昂揚(yáng)的精神狀態(tài)和充滿激情的斗志,積極做好“十二五”的規(guī)劃和各項(xiàng)工作,更進(jìn)一步提高我國化學(xué)科研的原始創(chuàng)新能力,為化學(xué)科學(xué)的不斷發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。