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深耕二十余年，唐勇院士出手，帮咱们国家填补一项产业空白！
来源：高分子科学前沿 2021-08-16
导读：二十余年以来，唐院士工作的核心即四个字：边臂效应。基于这一催化合成中的新策略，唐院士发展了新型的不对称催化体系，叶立德化学，天然产物全合成化学以及最为重要的，烯烃聚合催化剂和聚合新方法的研究和开发。
学术大牛：研究方向高度专一，二十余年深耕一个小领域唐勇院士课题组于1999年成立，主要从事金属有机化学研究。唐院士的课题组主页对其研究方向做了言简意赅的描述，针对均相催化领域的选择性控制与催化效率等核心科学问题，应用边臂策略设计金属有机催化剂，发展在催化剂的活性中心区域装载配位基团（边臂）以调控其催化行为的新方法和有机合成新反应。唐院士获得过多项成就和奖励，例如2011年获得上海市自然科学一等奖（第一完成人），2012年获得国家自然科学二等奖，2019年2月起任中国科学院上海有机化学研究所所长，2016年被评为全国优秀科技工作者。为我国培养了五十余名博士，二十余位名校教授以及十余位企业高管。二十余年以来，唐院士工作的核心即四个字：边臂效应。基于这一催化合成中的新策略，唐院士发展了新型的不对称催化体系，叶立德化学，天然产物全合成化学以及最为重要的，烯烃聚合催化剂和聚合新方法的研究和开发。纵观唐院士的工作，烯烃聚合的研究其实只能排在唐院士工作重点的第二位，但正是这一项研究内容，最终生根发芽，长成了产业化的参天大树。产学研用一体化是最近几十年国家着力推进的创新驱动发展战略的关键一环。然而长期以来校企合作困难的现象使得国内产业界和科研圈之间的交流并不顺畅。很多科研人员只是在实验室里发发论文，搞点高大上的新想法，其成果被企业界采纳的为数极少。因此也给人们造成了高端科研难以落地的偏见。在这种纷纷扰扰的宏观现状背景下，唐院士的故事，我感觉更有金庸笔下武林世界的意味：一个小角色在偏僻的峡谷里按照武术的基本原则刻苦修炼，几十年如一日不问世事，苦练内功，终有一日一鸣惊人，面对武林中共同敌人的挑衅，凭实力一招制敌。而现实世界中，唐院士用自己的科研成果随便一试，还真试出了一个大工程：中科康润新材料有限公司以及旗下的中科康润研究院。这一产业实体总投资为5.1亿元人民币，计划年产3万吨高分子量聚乙烯材料，该项目建成后将对国内全合成基础油研制产生重大现实意义。基础油是构成某种油类的基本成分。例如橄榄油，花生油等的基础油是从植物种子或根茎叶中提取出来的非挥发性的油脂。工业中常用的油例如柴油，机油等的基础油一般是从原油或天然气中分离炼化而成的，被称作矿物基础油。在业界，基础油常常被分为四类：I类的传统溶剂精炼矿物油基础油，II类的加氢裂解矿物油，III类的高粘度加氢裂解或异构化腊基础油，或成为半合成基础油以及IV类的聚α烯烃基础油（PAO），或全合成基础油。而随着技术的进步和人们的不断探索，美国石油协会（API）根据产业的发展在此基础上又增加了一种，即酯类合成基础油。图片来源：https://www.sohu.com/a/304306777_120119073I类和II类基础油生产成本高，污染严重，性能较差，性价比低，不符合目前国内节能减排的政策任务目标。第IV类的全合成基础油是国内产业界需求的主要基础油类型。在全合成基础油领域，PAO（Poly Alpha Olefin）类基础油占绝对的统治地位，也是全合成基础油领域发展最快的一种。它是由乙烯制备的α烯烃，经聚合及氢化而制成。虽然PAO在1937年就被成功合成并应用于二战时期的坦克、飞机以及船舶中，但直到20世纪70年代初Amsoil和Mobil才正式推动PAO的商业化。PAO的低温流动性高，高温稳定性好，粘度指数较好，而且其主体骨架为烃类，因此抗氧化性能强。具有这些优异的性质，使得PAO可以作为高档润滑剂的理想材料。世界排名前十的PAO生产商产能占到了PAO总产能的98%以上，这些生产商包括主要生产商包括英力士、埃克森美孚、雪弗龙、康菲、朗盛等，主要集中在欧美，南非以及日本。中国在基础油合成方面一直处于落后的局面，2014年10月才在上海开了第一个合成油厂，生产高粘度PAO合成基础油，产能为1.5万吨/年。由于PAO基础油合成工艺复杂，目前国内生产厂家较少。中国每年需要从欧美进口相当数量的PAO，因此需要消耗不少外汇，且随着经济水平的发展，未来国内对于PAO的需求还大有增长趋势。在金属催化体系中，催化剂的催化行为受到催化中心的空间形状和电子特性的控制。唐勇院士课题组结合前人的研究工作，独立提出了采用边臂效应策略，通过在催化中心附近装载“边臂”基团以调控金属中心的电子特性和空间形状，从而调控催化剂的活性及催化特性。这一策略在有机不对称催化及叶立德反应中取得了巨大成功。基于该策略，该课题组在1999年底开始非茂金属烯烃聚合催化剂的研究，开发了一系列基于边臂效应的新型单中心聚烯烃催化剂。简单的说，边臂效应是通过在双齿配体配位中心附近装载一个或多个功能性的官能团，在金属与配体配位后，该官能团在金属催化中心附近起到某种辅助作用。一般来说边臂官能团有三种作用模式：1. 作为辅助配体与金属中心产生弱配位，调节金属的电子性质以提高催化活性；2. 动态位阻效应，在金属中心的某一侧出现，使该侧位阻增大，更加有利于催化区域选择性，当边臂官能团为手性时更可增强手性催化能力；3. 导向作用，边臂官能团可能与底物之间形成弱相互作用如氢键等，可由此增强催化剂与底物之间的亲和力，同时也可能增强手性催化能力。图片来源：DOI：10.1021/ar800104y1998年，Fujita等人发明了FI催化剂，发现水杨醛亚胺在助催化剂MAO作用下可以高活性的催化乙烯均聚，但是由于催化剂中心较为拥挤，该催化剂体系不能催化乙烯与其他烯烃的共聚。结合该工作，基于边臂效应，唐院士课题组在水杨醛亚胺的氨基部分添加了边臂基团例如烷基膦，硫醚等，使得一些过渡金属如钛，锆等催化中心的催化烯烃聚合活性大为增强。经过系统研究，唐院士课题组发现不同的边臂基团，不同的配体结构对同一聚烯烃的催化聚合活性有不同程度的影响。通过调控不同的配体结构，或者采用不同的边臂基团，可以合成带有各种侧链官能团的超高分子量聚烯烃，同时可以控制聚烯烃的分子量分布。例如，通过使用不同的亚胺配体和边臂基团，控制不同的烯烃压力，温度等条件，可以精确的合成乙烯与α-烯烃，环状烯烃以及极性单体等的共聚，完美建立了超高分子量多功能聚烯烃的“个性化定制合成系统”。通过一系列专利的申请，唐院士课题组也为该方法成功建立起了技术壁垒，为后来的聚烯烃生产体系的商业化做好了充足的技术储备。图片来源：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烃（线性聚乙烯，LPE）可以作为全新一代的全合成基础油，它无色透明，产品清洁，不含硫、氮等杂质。SGS测试表明LPE的关键性能如色度、粘度指数（VI值）、蒸发损失、倾点、酸点等与国际同类PAO产品相当或更优，表明该类新产品有潜力作为一种全新的全合成基础油，用于生产环保型高性能润滑油。目前，唐院士以该技术为支撑，依托中科院上海有机所成立了中科康润新材料有限公司，计划年产量为3万吨，将在很大程度上解决我国高端全合成基础油的需求短缺问题，为我国在该领域的弯道超车提供强有力的支撑。图片来源：DOI：10.11777/j.issn1000-3304.2017.17033都说基础科研落地难，但是经过不断的积累和深耕，在做科研的过程中不忘抬起头看看周围，眺望一下远方，多与他人合作，每一项基础科学的研究成果在未来都有可能为我们做出应有的贡献。正如唐勇院士在南京工业大学访问时说的：没有密切合作，就没有真正的高新技术；相互尊重，相互欣赏，方能包容共进，合作共赢。成功的人都会有自己做事的原则，最后，分享一下唐勇院士的“座右铭”，也是我写这个故事时最动容的一句话：把复杂的事情简单做，把简单的事情坚持做，把坚持的事情用心做。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/O0cpCUk-A8PMN0WjfYdXlQ
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