作者:黄辛 冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2013-8-13 8:38:42
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上海氟化学团队:聚焦“小元素”实现“大梦想”

中国科学院有机氟化学重点实验室新实验楼
 
■本报记者 黄辛 冯丽妃
 
经过几代人的艰苦创业,目前实验室已形成了一支老中青相结合的研究队伍,他们的研究成果在我国国防、航空航天、医药等领域中发挥着不可替代的作用。
 
一个“微不足道”的化学元素却让医用代血浆、航空高温润滑油、导航陀螺油等这些看起来毫不相关的科研成果成为“血亲”,还让大批科学家凝聚在一起,立业寻梦。
 
这个在元素周期表中排行第九的叫做“氟”;这群因它而聚的群体在国际氟化学界有一个响当当的名号——“上海氟化学”。
 
在超过半个世纪的时间里,中国科学院有机氟化学重点实验室(简称实验室)科学家们用氟元素创造出一个个成果,奉献着自己的光和热。
 
因氟而聚,“小元素”承载“大梦想”
 
一个星期五,或许是因为过了下班时间,上海有机所的大院显得很安静。然而,当记者走进实验大楼,却看到各类仪器设备中间一个个身影仍在忙碌着。
 
走进胡金波的办公室,他刚从一大堆文献资料中“钻”出来。谈起氟元素,这位中科院有机氟化学重点实验室主任兴致勃勃,从书柜中取出一块孔雀蓝颜色的石头,慢慢掀开氟元素与氟化工的“面纱”。
 
胡金波向《中国科学报》记者介绍,这块彩色石头叫做“萤石”,其主要成分是氟化钙。当萤石与浓硫酸发生反应后,可以产生无水氟化氢,氟化氢经过电解后产生氟气。无水氟化氢和氟气被称为氟工业的“血液”。
 
“在所有元素中,氟元素的原子半径很小,电负性却最大。氟原子与碳原子形成的化学键很强,这个特点让含氟有机化合物和材料具有优异的稳定性,能作为各类高性能功能材料;同时很多有机含氟化合物具有优良的生物活性,目前国际上25%左右的医药和40%左右的农药都含有氟原子。”胡金波解释说。
 
从1886年单质氟被分离出来开始,有机氟化学已广泛应用于医药、农药、航空航天材料等各个领域。
 
“氟元素就像砖瓦,用它可以搭成各式各样的房子。”实验室研究员吕龙说。事实上,对实验室的研究人员来说,这个成天打交道的小元素不仅寄托着他们的个人理想,还承载着心中的强国梦。
 
“我们想做好两方面的事情,也就是“两个面向”,一方面我们面向国家需求,通过研究出新的氟科学与技术,为我们国家的经济社会发展和国家安全提供科技支撑;另一方面我们面向国际科学前沿,通过我们的创造性基础研究工作,推动国际氟化学学科的发展,并使我国在国际氟化学领域中占有重要一席之地。”这是胡金波和实验室全体科学家的想法。
 
立足国需,几代人“接力赛场”显身手
 
经过几代人的艰苦创业,目前实验室已形成了一支老中青相结合的研究队伍,他们的研究成果在我国国防、航空航天、医药等领域中发挥着不可替代的作用。
 
上世纪50年代,黄耀曾、黄维垣、蒋锡蘷、陈庆云等老一辈科学家白手起家,成功研制出各种含氟油脂和氟塑料、氟橡胶,为“两弹一星”和航天事业作出巨大贡献。
 
上世纪80~90年代,随着一些中青年学者学成回国,有机氟化学的主要研究骨干队伍得到了新鲜血液的补充。实验室在2002年被批准成立中科院重点实验室。2005年以来,实验室进一步引进了一批青年科研骨干,骨干队伍的年龄层次得到了进一步优化。目前,实验室拥有各类科研人员约200人,已成为国际上规模最大的氟化学研究团队之一。
 
实验室研制的导航陀螺油、卫星温控涂层、氟橡胶让有机所成为全国唯一相关产品供应单位;实验室开发的含氟润滑油,让我国的高温润滑油实现了巨大突破。
 
最近两年,实验室青年科技人员从老一辈科学家手中接过了接力棒,积极承担了中科院战略先导科技项目——钍基熔盐堆核能系统的部分重要研究任务,开展了锂同位素的溶剂萃取分离技术以及高纯氟化熔盐的吨级制备研究工作。这两方面工作目前均已取得了阶段性进展,其中熔盐制备工作已向其他单位提供氟化熔盐超过1吨。
 
担当重任,推动产业发展
 
“我们一直把推动氟化学产业的发展视为自己崇高的职责。”其实,上海有机所为此作出了许多努力。
 
中科院院士、国际知名有机氟化学家陈庆云等人在上世纪70年代末首创的全氟表面活性剂—铬雾抑制剂F-53,被广泛应用于全国千余电镀厂,极大地保护了电镀厂工人的身体健康。
 
最近,吕龙和沈其龙等人发展了一种三价碘化合物,可以被用来向有机分子高效引入三氟甲硫基团。该研究成果最近作为特色文章发表在著名化学期刊德国《应用化学》上。
 
尽管实验室研究硕果累累,但胡金波表示,目前,我国氟产品主要为附加值较低的低端产品,一些高端氟产品还需从国外进口,我国氟产业发展仍面临着很大挑战。
 
上海有机所所长丁奎岭认为,研究成果对产业和科技显现出突出贡献还需要时间。“在这种情况下,我们有义务担负起重担,充分了解产业面临的技术瓶颈问题,把握好氟化学研发的发展重点和组织方式。”
 
目前,为了更好地把实验室科研成果转化为生产力,为地方经济服务,实验室与辽宁省阜新市开展了战略合作,共同推进阜新氟化工园区的建设。实验室与阜新市共建的阜新氟化工研发中心目前正在建设之中。
 
蜚声国际,以独创研究树自信
 
在立足应用研究的同时,实验室并没有忘记基础理论的创新。事实上,在国际氟化学基础研究领域,实验室早已拥有一席之地。
 
上世纪70年代末到90年代,老一辈科学家们可谓“平地起高楼”,取得了许多原创性基础研究成果。例如,中国科学院院士黄维垣发现的“亚磺化脱卤反应”至今仍是国际氟化学界的著名反应。
 
近年来,我国有机氟化学发展已进入新一轮高潮。上海有机所一批年轻科学家崭露头角,他们围绕有机氟化学应用于开发研究,发现了一类具有全新结构和高效除草活性的2-嘧啶氧基-N-芳基苄胺类衍生物,这是我国仅有的具有自主知识产权的农药先导化合物,目前已经获得了10多项中国发明专利以及美国、日本、韩国等国的发明专利。
 
卿凤翎等人最近创新性发展了“氧化三氟甲基化”反应,带动了该研究方向在全球范围内的快速发展,被美国化学会出版的《化学与工程新闻》称为“卿氟化”。胡金波等提出的“负氟效应”、开发的“胡试剂”受到了国内外同行的关注。
 
2012年,《化学与工程新闻》以封面报道形式列出世界各国化学家开发并受全球医药农药界关注的9个金属参与的氟化学反应,上海氟化学兵团以其独树一帜的研究成果,占据其中1/3的领地。
 
“科学研究不能浮夸,不能急功近利,只有脚踏实地、平心静气、坚持专注地搞研究,才会有灵感与重要发现。”说起实验室成功的秘诀,胡金波如是说。
 
《中国科学报》 (2013-08-13 第8版 平台)
 
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