懷柔科學(xué)城新成果登上《科學(xué)》雜志

落戶于懷柔科學(xué)城的中科合成油技術(shù)股份有限公司聯(lián)合北京大學(xué)、中科院，共同攻克了乙烯聚合可視化的難題，首次以分子電影形式展示了表面乙烯聚合的反應(yīng)過程，讓這一微觀反應(yīng)原理具有了“眼見為實(shí)”的證據(jù)支撐。該成果于近日登上了全球頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志。

當(dāng)下，乙烯聚合反應(yīng)用于生產(chǎn)聚乙烯塑料，其每年產(chǎn)量超過一億噸，是全球產(chǎn)量最大的塑料制品原料，被廣泛應(yīng)用于制造薄膜、容器、纖維和管材等生活用品，但其在催化劑作用下的微觀反應(yīng)過程一直沒有被影像捕捉到，也因此，其反應(yīng)機(jī)制一直存在著學(xué)術(shù)爭議。

“如果能將乙烯聚合的反應(yīng)過程用分子電影記錄下來，那么對于解釋其如何實(shí)現(xiàn)分子鏈引發(fā)將有了‘眼見為實(shí)’的證據(jù)。”中科合成油公司總經(jīng)理李永旺介紹。為何這么多年始終無法用視頻捕捉表面乙烯聚合的微觀反應(yīng)過程？李永旺告訴記者，這是由于當(dāng)下的聚合反應(yīng)很多催化劑的成份較為復(fù)雜，很難拍下單純的分子鏈引發(fā)機(jī)制。

如何找到一個成份相對單一的催化劑來進(jìn)行乙烯聚合反應(yīng)拍攝？中科合成油表面科學(xué)實(shí)驗(yàn)室周雄研究員等人敏銳地發(fā)現(xiàn)，有一個現(xiàn)成的拍攝對象。那就是利用公司目前主營業(yè)務(wù)中的費(fèi)托合成技術(shù)。通過這一技術(shù)，公司實(shí)現(xiàn)了將液態(tài)煤轉(zhuǎn)化成合成油。“費(fèi)托合成也可視為聚合體系，費(fèi)托合成催化劑碳化鐵極有可能也能活化乙烯聚合，因而解決了乙烯聚合體系模型化的困難。”周雄表示。

有了“演員”，實(shí)驗(yàn)室找到北京大學(xué)吳凱教授團(tuán)隊(duì)來做“攝影師”，利用超高空間分辨的單分子表征技術(shù)，從而得以在微觀尺度上直觀觀察到這一經(jīng)典聚合反應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)綜合多種實(shí)驗(yàn)手段和理論計算，確定了在沒有引發(fā)劑存在時碳化鐵表面的乙烯聚合機(jī)理。

3月11日，這一成果以《表面乙烯聚合乙烯插入機(jī)制的可視化》為題發(fā)表在世界學(xué)術(shù)頂刊《科學(xué)》雜志，雜志還將其列為當(dāng)期置頂論文。德國慕尼黑大學(xué)Joost Wintterlin教授撰寫專文評論，認(rèn)為該工作“不僅會引發(fā)學(xué)術(shù)興趣，還可以對工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)生重要影響，相關(guān)過程決定了合成聚合物的物理性質(zhì)和質(zhì)量”。值得一提的是，該成果也是少有的以企業(yè)為第一完成單位的頂刊論文，體現(xiàn)了懷柔科學(xué)城鼓勵產(chǎn)學(xué)研合作的理念。

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