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深耕二十余年，唐勇院士出手，幫咱們國家填補一項產業空白！
來源：高分子科學前沿 2021-08-16
導讀：二十余年以來，唐院士工作的核心即四個字：邊臂效應。基于這一催化合成中的新策略，唐院士發展了新型的不對稱催化體系，葉立德化學，天然產物全合成化學以及最為重要的，烯烴聚合催化劑和聚合新方法的研究和開發。
學術大牛：研究方向高度專一，二十余年深耕一個小領域唐勇院士課題組于1999年成立，主要從事金屬有機化學研究。唐院士的課題組主頁對其研究方向做了言簡意賅的描述，針對均相催化領域的選擇性控制與催化效率等核心科學問題，應用邊臂策略設計金屬有機催化劑，發展在催化劑的活性中心區域裝載配位基團（邊臂）以調控其催化行為的新方法和有機合成新反應。唐院士獲得過多項成就和獎勵，例如2011年獲得上海市自然科學一等獎（第一完成人），2012年獲得國家自然科學二等獎，2019年2月起任中國科學院上海有機化學研究所所長，2016年被評為全國優秀科技工作者。為我國培養了五十余名博士，二十余位名校教授以及十余位企業高管。二十余年以來，唐院士工作的核心即四個字：邊臂效應。基于這一催化合成中的新策略，唐院士發展了新型的不對稱催化體系，葉立德化學，天然產物全合成化學以及最為重要的，烯烴聚合催化劑和聚合新方法的研究和開發。縱觀唐院士的工作，烯烴聚合的研究其實只能排在唐院士工作重點的第二位，但正是這一項研究內容，最終生根發芽，長成了產業化的參天大樹。產學研用一體化是最近幾十年國家著力推進的創新驅動發展戰略的關鍵一環。然而長期以來校企合作困難的現象使得國內產業界和科研圈之間的交流并不順暢。很多科研人員只是在實驗室里發發論文，搞點高大上的新想法，其成果被企業界采納的為數極少。因此也給人們造成了高端科研難以落地的偏見。在這種紛紛擾擾的宏觀現狀背景下，唐院士的故事，我感覺更有金庸筆下武林世界的意味：一個小角色在偏僻的峽谷里按照武術的基本原則刻苦修煉，幾十年如一日不問世事，苦練內功，終有一日一鳴驚人，面對武林中共同敵人的挑釁，憑實力一招制敵。而現實世界中，唐院士用自己的科研成果隨便一試，還真試出了一個大工程：中科康潤新材料有限公司以及旗下的中科康潤研究院。這一產業實體總投資為5.1億元人民幣，計劃年產3萬噸高分子量聚乙烯材料，該項目建成后將對國內全合成基礎油研制產生重大現實意義。基礎油是構成某種油類的基本成分。例如橄欖油，花生油等的基礎油是從植物種子或根莖葉中提取出來的非揮發性的油脂。工業中常用的油例如柴油，機油等的基礎油一般是從原油或天然氣中分離煉化而成的，被稱作礦物基礎油。在業界，基礎油常常被分為四類：I類的傳統溶劑精煉礦物油基礎油，II類的加氫裂解礦物油，III類的高粘度加氫裂解或異構化臘基礎油，或成為半合成基礎油以及IV類的聚α烯烴基礎油（PAO），或全合成基礎油。而隨著技術的進步和人們的不斷探索，美國石油協會（API）根據產業的發展在此基礎上又增加了一種，即酯類合成基礎油。圖片來源：https://www.sohu.com/a/304306777_120119073I類和II類基礎油生產成本高，污染嚴重，性能較差，性價比低，不符合目前國內節能減排的政策任務目標。第IV類的全合成基礎油是國內產業界需求的主要基礎油類型。在全合成基礎油領域，PAO（Poly Alpha Olefin）類基礎油占絕對的統治地位，也是全合成基礎油領域發展最快的一種。它是由乙烯制備的α烯烴，經聚合及氫化而制成。雖然PAO在1937年就被成功合成并應用于二戰時期的坦克、飛機以及船舶中，但直到20世紀70年代初Amsoil和Mobil才正式推動PAO的商業化。PAO的低溫流動性高，高溫穩定性好，粘度指數較好，而且其主體骨架為烴類，因此抗氧化性能強。具有這些優異的性質，使得PAO可以作為高檔潤滑劑的理想材料。世界排名前十的PAO生產商產能占到了PAO總產能的98%以上，這些生產商包括主要生產商包括英力士、埃克森美孚、雪弗龍、康菲、朗盛等，主要集中在歐美，南非以及日本。中國在基礎油合成方面一直處于落后的局面，2014年10月才在上海開了第一個合成油廠，生產高粘度PAO合成基礎油，產能為1.5萬噸/年。由于PAO基礎油合成工藝復雜，目前國內生產廠家較少。中國每年需要從歐美進口相當數量的PAO，因此需要消耗不少外匯，且隨著經濟水平的發展，未來國內對于PAO的需求還大有增長趨勢。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。唐勇院士課題組結合前人的研究工作，獨立提出了采用邊臂效應策略，通過在催化中心附近裝載“邊臂”基團以調控金屬中心的電子特性和空間形狀，從而調控催化劑的活性及催化特性。這一策略在有機不對稱催化及葉立德反應中取得了巨大成功。基于該策略，該課題組在1999年底開始非茂金屬烯烴聚合催化劑的研究，開發了一系列基于邊臂效應的新型單中心聚烯烴催化劑。簡單的說，邊臂效應是通過在雙齒配體配位中心附近裝載一個或多個功能性的官能團，在金屬與配體配位后，該官能團在金屬催化中心附近起到某種輔助作用。一般來說邊臂官能團有三種作用模式：1. 作為輔助配體與金屬中心產生弱配位，調節金屬的電子性質以提高催化活性；2. 動態位阻效應，在金屬中心的某一側出現，使該側位阻增大，更加有利于催化區域選擇性，當邊臂官能團為手性時更可增強手性催化能力；3. 導向作用，邊臂官能團可能與底物之間形成弱相互作用如氫鍵等，可由此增強催化劑與底物之間的親和力，同時也可能增強手性催化能力。圖片來源：DOI：10.1021/ar800104y1998年，Fujita等人發明了FI催化劑，發現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。結合該工作，基于邊臂效應，唐院士課題組在水楊醛亞胺的氨基部分添加了邊臂基團例如烷基膦，硫醚等，使得一些過渡金屬如鈦，鋯等催化中心的催化烯烴聚合活性大為增強。經過系統研究，唐院士課題組發現不同的邊臂基團，不同的配體結構對同一聚烯烴的催化聚合活性有不同程度的影響。通過調控不同的配體結構，或者采用不同的邊臂基團，可以合成帶有各種側鏈官能團的超高分子量聚烯烴，同時可以控制聚烯烴的分子量分布。例如，通過使用不同的亞胺配體和邊臂基團，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“個性化定制合成系統”。通過一系列專利的申請，唐院士課題組也為該方法成功建立起了技術壁壘，為后來的聚烯烴生產體系的商業化做好了充足的技術儲備。圖片來源：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油，它無色透明，產品清潔，不含硫、氮等雜質。SGS測試表明LPE的關鍵性能如色度、粘度指數（VI值）、蒸發損失、傾點、酸點等與國際同類PAO產品相當或更優，表明該類新產品有潛力作為一種全新的全合成基礎油，用于生產環保型高性能潤滑油。目前，唐院士以該技術為支撐，依托中科院上海有機所成立了中科康潤新材料有限公司，計劃年產量為3萬噸，將在很大程度上解決我國高端全合成基礎油的需求短缺問題，為我國在該領域的彎道超車提供強有力的支撐。圖片來源：DOI：10.11777/j.issn1000-3304.2017.17033都說基礎科研落地難，但是經過不斷的積累和深耕，在做科研的過程中不忘抬起頭看看周圍，眺望一下遠方，多與他人合作，每一項基礎科學的研究成果在未來都有可能為我們做出應有的貢獻。正如唐勇院士在南京工業大學訪問時說的：沒有密切合作，就沒有真正的高新技術；相互尊重，相互欣賞，方能包容共進，合作共贏。成功的人都會有自己做事的原則，最后，分享一下唐勇院士的“座右銘”，也是我寫這個故事時最動容的一句話：把復雜的事情簡單做，把簡單的事情堅持做，把堅持的事情用心做。
原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/O0cpCUk-A8PMN0WjfYdXlQ
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