作者:韩扬眉 来源: 中国科学报 发布时间:2022-3-25
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李灿:于“极冷处”抽提科学课题

 

■本报记者 韩扬眉

8月的大连云淡风轻、碧海蓝天,夹杂着海蛎子味的海风扑面而来。李灿携妻子、女儿结束了国外访学工作,回到了“尘封”3年的家中。一番简单收拾后,当天下午,李灿带着两大箱零部件回到中科院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)上班了,启动紫外拉曼光谱的研制工作。

这一年是1996年,国际紫外拉曼光谱应用与催化方面的相关研究刚刚开始,李灿希望尽快在国内开展相关研究,及早在国际催化界占有一席之地。

从紫外拉曼光谱仪器开始,我国催化科学逐渐亮相世界舞台。近40年来,从催化剂到催化反应的光谱表征,中科院院士、大连化物所研究员李灿涉猎催化研究的诸多方向,为我国和世界催化科学的发展作出了重要贡献。

近日,《美国化学会—催化》刊发介绍李灿的专论文章,综述了他近40年的学术生涯与主要学术成就。李灿是首位被邀登上该栏目的华人科学家。

“催”陈出新,走向国际舞台

回国后,李灿周末、节假日很少休息,“似乎有使不完的劲儿、干不完的工作”。

拉曼光谱是表征催化剂和催化反应的最有力的工具之一,但多年来并未在催化研究中得到广泛应用,主要问题在于荧光干扰和灵敏度低。

回国后,李灿首先面临的挑战是紫外拉曼光谱技术。研制过程历经波折,由于当时国际上连续波紫外激光器刚问世不久,获得稳定激光光源很困难。李灿带着团队一面自力更生,一面到处联系可加工部件的工厂,解决一个个技术难题。

经过两年努力,李灿等人终于在1998年底,成功研制出国内第一台用于催化和材料研究的紫外拉曼光谱仪。兴奋之余,他马上投入了新表征技术的催化研究,涉及催化剂表面积碳、分子筛合成、杂原子分子筛结构表征等。

团队利用紫外拉曼光谱仪,在国际上第一次成功鉴定杂原子分子筛中骨架过渡金属杂原子结构。杂原子分子筛催化剂的活性中心结构是当时绿色氧化催化的关键科学问题。时至今日,国际上过渡金属杂原子分子筛的研究,仍多采用紫外共振拉曼技术表征其活性中心。

紫外拉曼光谱,成为国际催化界一项标志性研究进展。与此同时,立足工业需求与前沿难点,李灿还布局了多相手性催化合成和燃料油超深度脱硫研究,不仅在基础研究上取得国际最好的结果,更推进了催化工业化进程。

经过几代科学家的努力,在李灿等一批中国催化科学家的带领下,2016年,有“国际催化领域奥运会”之称的第十六届国际催化大会在北京举行,标志着我国催化科学研究正式走向国际舞台。

为推动我国早日成为催化强国,李灿还积极推动中国与其它国家在催化与科学技术方面的合作,先后建立中法联合催化实验室,启动中荷战略合作联盟、中日韩前瞻计划等国际催化合作项目。

一个“大胆”的决定

世纪之交是李灿科学研究最为活跃的一个时期。彼时,一个“命运之问”埋藏在李灿心中:百年催化科学,未来该何去何从?

一直以来,中国等许多发展中国家依赖煤、石油、天然气等化石资源,过去的催化研究,主要解决化石资源作为能源和材料的转化问题,然而,化石能源带来的环境、生态问题日益严重。

作为科技工作者,可以做些什么?

“全球气候变化唤起我作为科技工作者的良心和责任:不仅仅满足于自己的科学兴趣,还需关注当下的环境问题和未来人类生存的生态问题。”李灿说,发展利用太阳能及以太阳能为源泉的各种可再生能源是人类恢复地球生态平衡的根本出路。

李灿带着思考访问日本,从北海道开始,一路南下至九州,到所有主要从事太阳能研究的大学和研究机构进行访问交流。

2001年,李灿做了他科研生涯中一个重大而又“大胆”的决定:转移传统催化重心,启动太阳能光催化分解水制氢研究,因为利用太阳能催化分解水制氢,并将二氧化碳加氢转化制成甲醇等太阳燃料是最理想的选择。

之所以“大胆”,是因为这是个世界性难题。2000年时,我国几乎无人坚持研究光解水制氢。

“世界性难题本身就有意义,失败了也值得。”如勇士般,李灿坚毅地攀登科学高峰。

路漫漫其修远,幸得八方来助。李灿在多年的挚友、日本东京工业大学的堂免一成教授的帮助下装配了第一套光催化分解水实验装置,中石化资助了第一笔研究资金……

有了初步条件,找准瓶颈科学问题,李灿带领团队,埋头攻关“三大战役”——高效捕光材料、光生电荷分离机制和高效助催化剂,为太阳燃料合成打下理论基础。同时,围绕太阳能人工光合成先后提出太阳能光催化制氢的“氢农场”HFP 1.0、HFP 2.0和HFP 3.0策略。

二十载初心不变,李灿受到自然光合作用的启发,提出实现太阳燃料合成的“两步法”,即利用太阳能等可再生能源实现分解水制氢,然后实现二氧化碳加氢制甲醇等燃料,同时开展工业示范。目前,李灿团队已完成了全球首套千吨级规模太阳燃料合成示范,迈出了将太阳能等可再生能源转化为液体燃料工业化生产的关键一步。

如今,实现碳达峰碳中和目标迫在眉睫,绿氢、绿色甲醇等太阳燃料被国内外专家认为是解决二氧化碳减排,甚至达到“双碳”目标的理想途径。

这是一种必然的“不谋而合”!“咬定青山不放松,只要踏实坚持下去,总能为国家和人类做出自己的贡献。”李灿如是说。

“大凡科学研究追热点易,鲜有从极冷处入手!”李灿感叹。

在他看来,因为有些研究课题“极重要”且“极困难” ,故虽“极冷” 也值得去挑战。他常用这些经历勉励年轻人,科技工作者要有社会责任感、关切人民需求,课题立项要有前瞻性,更重要的是,催化研究应从重大应用背景中抽提科学课题,切记不要只是从书本上和文献中找课题,更不应该简单地跟风追热。

薪火相传酬壮志

李灿的催化科学之路,是在大连化物所读研究生时确立的。在导师吕永安的指导下,对催化反应的“小试牛刀”,让他充满兴趣。“这种对科学研究的兴趣是我以后不断探索科学的内在动力。”李灿说。

用李灿的学生、大连化物所研究员范峰滔的话来说,“李老师特别善于学习,也时刻在学习新的东西”。

1993年,尽管已被破格晋升为研究员,但李灿却觉得“不够格”。为了尽快达到国际水平,他怀着深造和拓宽视野的期望来到国际上著名催化研究中心——美国西北大学催化与表面研究中心学习。

在美国西北大学,李灿师从诸多催化界大师,求知若渴,除了具体科学研究,还特别注重学习大师们的治学经验。他参加了中心多位教授的组会,学习他们科研组织和管理理念与方式,了解最新的研究动态;他几乎参加了每一场每周五中饭时间的学术报告,充分激发创新思维。3年里,李灿记了7大本学术报告笔记,现在仍常翻看这些笔记。

回到大连化物所,李灿倾注心血,将所学全部用在研究所科研布局、学科发展和人才培养中。李灿培养了160多名学生、60多名博士后,“弟子”们也大多成为催化界的中流砥柱,成为推动我国催化学术和工业发展的新生力量。

如今,进入花甲之年的李灿笑言“壮志未竟年已逝”,他每天都去实验室,阅读文献、思考方向,与研究生探讨、共享喜悦或挫败。“这就是我作为一个科学工作者最大的乐趣。”李灿热爱这种简单的生活。

《中国科学报》 (2022-03-25 第1版 要闻)
 
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