中國(guó)催化科學(xué)的奠基人之一
——張大煜

文/俞稼鏞

中國(guó)催化科學(xué)的奠基人之一
——張大煜

文/俞稼鏞

張大煜，字任宇，1906年2月15日生于江蘇省江陰縣長(zhǎng)涇鎮(zhèn)。他從小酷愛讀書，學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)異。中學(xué)畢業(yè)以后，考入北洋大學(xué)（即天津大學(xué)），后轉(zhuǎn)清華大學(xué)。大學(xué)期間同翟風(fēng)陽(yáng)、葛春林、袁翰青等人組成大地社，他們經(jīng)常探討如何“科學(xué)救國(guó)”和“工業(yè)救國(guó)”，并多次參加學(xué)生運(yùn)動(dòng)。1929年，張大煜于清華大學(xué)畢業(yè)，同年考取了公費(fèi)留學(xué)德國(guó)和美國(guó)，他把留學(xué)美國(guó)的名額讓給了同學(xué)，自己赴德國(guó)德累斯頓大學(xué)學(xué)習(xí)膠體與表面化學(xué)，1933年獲工學(xué)博士學(xué)位。回國(guó)后曾任清華大學(xué)、西南聯(lián)大、交大教授和中央研究院研究員。中國(guó)開創(chuàng)催化反應(yīng)和催化劑研究的科學(xué)家之一。早年從事膠體和表面化學(xué)以及人造燃油的研究；在大慶油田開發(fā)以后，組織了石油煉制、石油化工、高能燃料、色譜、激光和化工過(guò)程的研究；組建了我國(guó)第一個(gè)石油、煤炭化學(xué)的研究基地，并為我國(guó)培育了幾代研究人才。晚年仍關(guān)注石油工業(yè)有重要影響的強(qiáng)化采油中界面現(xiàn)象新領(lǐng)域的開拓。

創(chuàng)建石油煤炭化學(xué)研究基地

在清華大學(xué)學(xué)習(xí)期間，張大煜就深諳祖國(guó)缺油少氣的現(xiàn)狀。1929年，他懷著工業(yè)救國(guó)的理想赴德國(guó)留學(xué)。1933年在德累斯頓大學(xué)獲博士學(xué)位后，他親自考察了德國(guó)巴斯夫公司、拜耳公司等煤煉油工藝（Bergius煤加氫、F-T合成石油、Lurgi爐低溫干餾等），取得了當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)的煤轉(zhuǎn)化第一手技術(shù)資料。回國(guó)后，即受聘于清華大學(xué)?？谷諔?zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，張大煜從長(zhǎng)沙輾轉(zhuǎn)到昆明，1940年在西南聯(lián)大任教并兼任中央研究院化學(xué)所研究員。為適應(yīng)抗戰(zhàn)的需要，他毅然從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向石油、煤炭方面的技術(shù)科學(xué)研究。1941年，他利用云南豐產(chǎn)的褐煤，在昆明附近宜良滇越線上建立了一個(gè)從褐煤低溫干餾提煉汽油的小型實(shí)驗(yàn)工廠——利滇化工廠，邊實(shí)驗(yàn)邊生產(chǎn)，歷盡千辛萬(wàn)苦煉出了油。但在人力、物力、設(shè)備和經(jīng)費(fèi)等方面困難重重，終于被迫停辦。張大煜“工業(yè)救國(guó)”的嘗試遭到了挫折，但為他后來(lái)創(chuàng)建我國(guó)第一個(gè)石油煤炭化學(xué)研究基地提供了最初的經(jīng)驗(yàn)?？谷諔?zhàn)爭(zhēng)勝利后，張大煜從昆明到上海，任交通大學(xué)教授兼北京清華大學(xué)化工系主任，講授工業(yè)化學(xué)和膠體化學(xué)，在極端困難的條件下，還開展了一些研究工作。1948年底經(jīng)上海地下黨負(fù)責(zé)人介紹毅然離開上海，繞道香港和朝鮮，于1949年初到達(dá)大連。1949年大連大學(xué)創(chuàng)辦初期，他任化工系教授、系主任，同時(shí)擔(dān)任大連大學(xué)科學(xué)研究所（后改名為東北科學(xué)研究所大連分所）研究員、副所長(zhǎng)。

大連所始建于1908年，其前身為日本“南滿洲鐵路株式會(huì)社中央試驗(yàn)所”，是日本帝國(guó)主義為掠奪我東北資源進(jìn)行調(diào)查和科研而設(shè)置的，盛時(shí)日本職工曾達(dá)600多人。日本投降后，隸屬中蘇合營(yíng)的中國(guó)長(zhǎng)春鐵路管理局，設(shè)有無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、燃料化學(xué)、窯業(yè)化學(xué)、農(nóng)產(chǎn)化學(xué)、物理化學(xué)等8個(gè)研究室，有較好的研究條件和設(shè)備，但當(dāng)時(shí)的研究方向混亂、組織渙散。1948年底到1949年初，蘇方移交該所，隸屬于大連大學(xué)。張大煜教授到任后，百?gòu)U待興，他全力以赴地投入接收和改組工作中，克服了重重困難，做了大量艱苦細(xì)致的思想、組織工作，團(tuán)結(jié)留用了部分有專長(zhǎng)的日籍科研人員。1950年9月，大連所改名東北科學(xué)研究所大連分所，屬東北工業(yè)部管轄，任命董晨為所長(zhǎng)，張大煜為副所長(zhǎng)。1953年4月該所又更名為中國(guó)科學(xué)院工業(yè)化學(xué)研究所，張大煜任所長(zhǎng)。1953年8月，在所長(zhǎng)張大煜和燃料工業(yè)部的積極倡議下，成立了液體研究委員會(huì)，張大煜任主任委員，侯祥麟任副主任委員，委員有趙宗燠、張定一、劉放、顧敬心、曹本熹等，定期地對(duì)研究所的計(jì)劃和工作進(jìn)展情況進(jìn)行審查評(píng)議，這對(duì)加強(qiáng)研究所與生產(chǎn)部門的協(xié)作聯(lián)系起了很大作用。1954年，工業(yè)化學(xué)研究所再次更名為“中國(guó)科學(xué)院石油研究所”，同時(shí)成立“中國(guó)科學(xué)院煤炭研究室”，由蘇恒任書記，張大煜任所長(zhǎng)兼煤炭室主任。

當(dāng)張大煜領(lǐng)導(dǎo)實(shí)力雄厚的隊(duì)伍重新制訂研究合成燃料油等課題規(guī)劃時(shí)，他禁不住心潮澎湃。他認(rèn)為選擇石油化學(xué)作為研究所的主要研究方向，使之逐步形成我國(guó)第一個(gè)石油煤炭化學(xué)的研究基地，方向是正確的。在我國(guó)天然石油資源尚未發(fā)現(xiàn)之前，合成燃料是急需的研究課題，因此他選擇了頁(yè)巖油高壓加氫和水煤氣合成人造石油兩大研究課題。此外，根據(jù)抗美援朝戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)于炸藥的急需，選擇了直鏈烷烴芳構(gòu)化制甲苯的研究課題。由于全所研究人員的共同努力，這些研究課題都取得了很好的成果，其中“七碳餾分芳烴化合成甲苯”以及“熔鐵催化劑用于流化床合成液體燃料的研究”曾獲1956年國(guó)家科學(xué)三等獎(jiǎng)。

大連的煤炭研究是從1951年開始的。張所長(zhǎng)針對(duì)我國(guó)豐富的煤炭資源急待合理開發(fā)利用、特別是三大鋼鐵基地（鞍鋼、武鋼、包鋼）建設(shè)急需煉焦煤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，不失時(shí)機(jī)地提出以煉焦為主的煤化學(xué)研究方向，并把組建煤炭組的工作列入他的第一議事日程。當(dāng)時(shí)的煤炭組成員王祖侗、裘維剛、楊煌、吳奇虎、張芷等，就是在張所長(zhǎng)的親自指導(dǎo)下開展工作的。煤炭組在很短的時(shí)間內(nèi)，建立了煤質(zhì)分析方法，仿制了膠質(zhì)層測(cè)定儀，建立了2kg、5kg小焦?fàn)t，取得了一批可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為我國(guó)煉焦煤地質(zhì)勘探和配煤方案提供了科學(xué)依據(jù)。

在完成任務(wù)的同時(shí)，也為石油工業(yè)部門培養(yǎng)了大批科學(xué)技術(shù)研究人員。張大煜從實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到，一個(gè)研究所必需具有良好的學(xué)風(fēng)，才有生命力，尤其是要有民主的學(xué)術(shù)氣氛。作為所長(zhǎng)，必須能容納不同意見，支持新生事物，才能發(fā)揮大家的積極性和創(chuàng)造性。為了發(fā)揮集體智慧，形成學(xué)術(shù)領(lǐng)導(dǎo)中心，大連石油所于1955年9月在中國(guó)科學(xué)院第一個(gè)成立了所“學(xué)術(shù)委員會(huì)”。經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展，建成了包括催化、近代分析、化工等學(xué)科的近千人的大型研究所。

提出表面鍵理論

在完成國(guó)民經(jīng)濟(jì)重大研究課題的同時(shí)，張大煜也很重視基礎(chǔ)研究。50年代初期開始，他就致力于工業(yè)上廣泛使用的催化劑擔(dān)體研究。人們將催化劑比喻為化學(xué)變化中的“點(diǎn)金石”，而催化理論是尋找“點(diǎn)金石”的“魔棒”。建國(guó)10年來(lái)，在石油煉制、人造燃料等大量的實(shí)踐基礎(chǔ)上，1960年張大煜在上海召開的中國(guó)科學(xué)院學(xué)部大會(huì)上作了《多相催化研究中的表面鍵理論研究》的學(xué)術(shù)報(bào)告。而國(guó)際上表面鍵理論直到70年代隨著新的表面物理實(shí)驗(yàn)方法在催化研究中的應(yīng)用才逐步形成。當(dāng)時(shí)，我國(guó)催化研究狀況正如1959年在第一屆全國(guó)催化學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)議上吳有訓(xùn)副院長(zhǎng)所談及的那樣：“我們不僅已能仿制和掌握國(guó)外成熟的催化劑和先進(jìn)技術(shù)，而且對(duì)國(guó)外處于探索階段和初露苗頭的催化劑研究，也能根據(jù)國(guó)家需要，集中力量在短期內(nèi)取得突破”。張大煜感到在新形勢(shì)下需要盡快加強(qiáng)催化理論研究，為催化劑研制工作持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。但是，張大煜發(fā)展表面鍵理論的歷程并不平坦。

早在中華人民共和國(guó)成立前，張大煜即對(duì)催化過(guò)程深感興趣，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期，石油研究所內(nèi)主要接受應(yīng)急任務(wù)，基礎(chǔ)工作還相當(dāng)薄弱，他當(dāng)時(shí)親自兼任一個(gè)課題組長(zhǎng)，從物理吸附開始逐步開展有關(guān)催化基礎(chǔ)研究，首先利用日本人留下的一些玻璃活塞和真空泵，建立了國(guó)內(nèi)最早的兩套BET真空吸附裝置，又專門請(qǐng)玻璃細(xì)工劉興信（后來(lái)任副總工程師，成為玻璃吹制技術(shù)專家）來(lái)所工作。在國(guó)內(nèi)首先試制成功了真空活塞、石英彈簧以及高真空擴(kuò)散泵。1955年制成壓入水銀測(cè)孔儀，配合其它大型儀器的建立，初步具備了催化基礎(chǔ)研究條件。1953年開始催化劑物性的測(cè)定；以后又進(jìn)一步開展了催化反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)的研究，在工業(yè)催化劑載體的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑活性關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn)載體（如硅膠、氧化鋁、活性碳、硅藻土等）對(duì)催化劑有重要影響。1955年，在鈷催化劑制備中發(fā)現(xiàn)鈷硅復(fù)合物含量不同時(shí)會(huì)強(qiáng)烈地影響催化劑的還原和空隙結(jié)構(gòu)。由于水煤氣合成反應(yīng)受擴(kuò)散控制，因而孔結(jié)構(gòu)會(huì)強(qiáng)烈影響催化劑的活性、熱穩(wěn)定性和壽命，從而提出了催化劑制備時(shí)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的控制問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上還研究了水煤氣合成熔鐵催化劑的還原和生成孔隙結(jié)構(gòu)問(wèn)題，1957年開始化學(xué)吸咐的研究，在上述鈷催化劑上闡明了氫氣、一氧化碳吸附與反應(yīng)性能間的關(guān)系。此外還從化學(xué)吸附等壓線等實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)歸為甲、乙、丙三種吸附類型，討論了表面不均一性所產(chǎn)生的能量圖譜，并推論丙型吸附可能與反應(yīng)活性的關(guān)系密切，加上以后大量催化實(shí)驗(yàn)事實(shí)的積累和對(duì)文獻(xiàn)中日益增多的數(shù)據(jù)的總結(jié)，逐漸形成“表面鍵”理論。

催化反應(yīng)特點(diǎn)，在于至少反應(yīng)物之一與催化劑表面發(fā)生了作用而形成“化學(xué)吸附鍵”，此鍵在本質(zhì)上與化學(xué)鍵相同，而又區(qū)別于一個(gè)分子內(nèi)的化學(xué)鍵。由于催化劑表面所固有的或誘生的不均一性所形成的表面鍵在鍵角、鍵長(zhǎng)與鍵能上會(huì)有很大的不同，從而形成一個(gè)表面鍵譜圖。強(qiáng)表面鍵是弱表面鍵存在的基礎(chǔ)，不強(qiáng)不弱的鍵在反應(yīng)中起主要作用，較弱和較強(qiáng)部分都困難于活化而不易發(fā)生反應(yīng)。如何得到表面鍵譜圖以預(yù)言催化劑活性，這是表面鍵理論要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。1962年組織開展這一工作時(shí)，微觀的表面測(cè)試工具，有的尚在初期應(yīng)用階段（如紅外光譜），有的仍在研制（如各種能譜儀），因而測(cè)量表面鍵譜尚有困難。當(dāng)時(shí)還進(jìn)行了鉑、鎳催化劑上吸附一氧化碳的紅外光譜研究，以期從微觀角度接近表面鍵問(wèn)題，1964年后他又提出了表面振子模型如何發(fā)展，覆蓋度與表面鍵有什么規(guī)律，如何溝通催化劑微觀和宏觀的表征參數(shù)等比較深入和具有吸引力的研究課題。

為改變我國(guó)化肥工業(yè)的落后面貌，1965年，他親自領(lǐng)導(dǎo)了由研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)三方面組成的合成氨燃料氣凈化新流程三個(gè)催化劑攻關(guān)任務(wù)，并在研制催化劑的關(guān)鍵技術(shù)上發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用，使新流程的研制工作只用了一年多時(shí)間便在工業(yè)上獲得推廣應(yīng)用，被國(guó)家經(jīng)委、科委譽(yù)為協(xié)作攻關(guān)成功的典范，獲1978年全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。

科學(xué)組織工作中的遠(yuǎn)見卓識(shí)

張大煜十分重視從實(shí)際中提出應(yīng)用性很強(qiáng)的課題，也安排必要和可能的基礎(chǔ)研究。在集中力量開展石油化學(xué)的研究中帶動(dòng)了催化和色譜兩門學(xué)科的發(fā)展，并在國(guó)內(nèi)形成了自己的特色，為后來(lái)的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。早在1956年制定12年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃時(shí)，周恩來(lái)總理一再提出科學(xué)院要十分注意基礎(chǔ)研究，建國(guó)10年來(lái)，張大煜在完成應(yīng)用研究任務(wù)過(guò)程中一再感到基礎(chǔ)研究是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，此時(shí)產(chǎn)業(yè)部門石油化學(xué)研究隊(duì)伍業(yè)已成長(zhǎng)，為避免研究工作中的重復(fù)，并提高研究水平，1960年，張大煜提出了表面鍵理論，以加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。

1961年11月，大連石油研究所正醞釀改名為化學(xué)物理所時(shí)，所內(nèi)一度思想比較混亂。張大煜和當(dāng)時(shí)的所黨委書記白介夫一起，在發(fā)揚(yáng)民主、集思廣益的基礎(chǔ)上，明確了化學(xué)物理所的方向和任務(wù)、主要發(fā)展的科學(xué)領(lǐng)域（催化、色譜、燃燒和動(dòng)力學(xué)，金屬有機(jī)、化工和物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成綜合的研究力量和建立強(qiáng)有力的技術(shù)系統(tǒng)），并制定出化物所的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，這對(duì)化物所成立后的建設(shè)和發(fā)展起了十分重要的作用。在此期間，張大煜總結(jié)出科學(xué)組織工作中的6大關(guān)系：①處理任務(wù)和學(xué)科的關(guān)系，以任務(wù)帶學(xué)科，學(xué)科的發(fā)展促使為國(guó)家解決更多更大的任務(wù)；②挑選任務(wù)和課題應(yīng)以國(guó)家“最重要”的為前提，本著我們“最合適”的尺度，嚴(yán)肅靈活地挑選；③“趕與超”、“遠(yuǎn)與近”、大與小”等關(guān)系；④集中與分散的關(guān)系；⑤學(xué)術(shù)民主與學(xué)術(shù)領(lǐng)導(dǎo)兩方面的統(tǒng)一關(guān)系，就是領(lǐng)導(dǎo)、專家、群眾三結(jié)合；⑥處理專業(yè)研究和設(shè)計(jì)、生產(chǎn)單位的關(guān)系。張所長(zhǎng)很會(huì)用人，但是他從不把意見強(qiáng)加于人，而是循循誘導(dǎo)，自己決定。研究所的方向任務(wù)是非常重要的。

在蓬勃開展工業(yè)學(xué)大慶的群眾運(yùn)動(dòng)中，化物所進(jìn)入了一個(gè)空前的全盛時(shí)期，1966年初被中國(guó)科學(xué)院和中共中央東北局樹為大慶式的“紅旗單位”。郭沫若院長(zhǎng)和國(guó)家科委韓光等領(lǐng)導(dǎo)都曾到化物所進(jìn)行考察。郭沫若還寫了《水調(diào)歌頭》一闕以示嘉勉，其下闕云：“出成果，驅(qū)虎豹，御熊羆，趕超任務(wù)，重?fù)?dān)爭(zhēng)挑樂(lè)莫支。攻破尖端堡壘，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)，接力把山移，永蓄愚公志，長(zhǎng)頌冬云詩(shī)?！?/p>

1972年，他獲悉美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了丙烯氨氧化催化劑，在此啟發(fā)下，1973年他提出了建立“催化劑庫(kù)”的建議，組織力量對(duì)國(guó)內(nèi)外各種類型的工業(yè)催化劑開展規(guī)律性的研究。這個(gè)建議得到研究人員和中國(guó)科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的支持。他還寫成國(guó)外工業(yè)催化劑的研制中“理論走在前頭”的成功的10例提綱，意在科研人員中引起學(xué)術(shù)討論，加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)和基礎(chǔ)研究。

張大煜晚年還熱情支持開展新的科學(xué)領(lǐng)域的研究，如磁場(chǎng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)影響等基礎(chǔ)研究，他看到膠體界面科學(xué)在三次采油中的重要作用，熱情關(guān)心并支持強(qiáng)化采油中界面現(xiàn)象這一新的研究領(lǐng)域的開拓，直到他病逝之前，仍然為恢復(fù)和發(fā)展表面鍵的研究而嘔心瀝血。