為國家綠色發(fā)展貢獻(xiàn)高分子力量

劉旭

20世紀(jì)早期，纖維、橡膠、塑料……給人類的生存帶來了極大的驚喜和便利。這是第一代高分子材料，它們的出現(xiàn)讓人們可以更加自由地在自然中生產(chǎn)、生活。

20世紀(jì)中期，高密度聚乙烯和聚丙烯的合成及工業(yè)化生產(chǎn)，以其穩(wěn)定性較好的化學(xué)性能贏得了人們的厚愛，今天已成為產(chǎn)量最大、用途最廣的合成高分子材料。

20世紀(jì)中后期，生物學(xué)家R·B·Merriffield將功能化的聚苯乙烯用于多肽和蛋白質(zhì)的合成，大大提高了設(shè)計生命物質(zhì)合成的效率，開創(chuàng)了功能高分子材料與生命物質(zhì)合成領(lǐng)域的新紀(jì)元。

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2005年進(jìn)入同濟大學(xué)攻讀材料科學(xué)與工程專業(yè)的朱云卿，本科畢業(yè)后原本選擇去工作，但在從事高分子化學(xué)與物理、生物醫(yī)用高分子材料研究的杜建忠教授的影響下，加入了高分子研究的隊伍。2010年，他正式投入杜建忠教授門下，開啟了材料科學(xué)研究的新征程。2013年他進(jìn)入英國帝國理工大學(xué)攻讀博士學(xué)位，之后在牛津大學(xué)化學(xué)系做博士后研究。如今，朱云卿回到了闊別已久的母校，成為材料科學(xué)與工程學(xué)院的特聘研究員，全身心投入到了可再生、可降解高分析材料的研究中。

從有機金屬、催化劑的研究到功能性材料的構(gòu)建，再到可降解生物醫(yī)藥材料的研發(fā)，一路走來，朱云卿致力于在有機金屬催化劑以及配位聚合研究發(fā)展的背景下，探索新的聚合方法，構(gòu)建可降解高分子材料，以服務(wù)于國家“綠色發(fā)展”戰(zhàn)略，改變資源環(huán)境代價過高的粗放式增長模式。“為國家綠色發(fā)展貢獻(xiàn)高分子力量”從此成為他科研事業(yè)的信仰。

走進(jìn)高分子——九萬里風(fēng)鵬正舉

這是一個高分子的世界，朱云卿將全部的精力投入其中。在這個世界里，其科技力量對國家工業(yè)化、現(xiàn)代化的推進(jìn)力量不可低估。這緣于“高分子材料的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化是一個國家工業(yè)化、現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，其科研與應(yīng)用水平直接關(guān)系著國民經(jīng)濟生產(chǎn)的各個領(lǐng)域”的認(rèn)知。材料學(xué)出身的朱云卿，早在2010年做研究生期間就將自己的生命與意義定格在了高分子領(lǐng)域。他的科研足跡遍布于多個國家，征途中滿是收獲。

在英國帝國理工大學(xué)，作為主要研究人員的朱云卿，參與了美國科學(xué)院外籍院士、英國皇家科學(xué)院院士Molly Stevens教授的EPSRC項目。在該項目中，他構(gòu)筑了一種新型核酸疫苗載體，實現(xiàn)了對自擴增RNA的高效包載與功能協(xié)同。這一成果，已申請一項英國專利，并有望在近期推動新型自擴增RNA疫苗在發(fā)展中國家的批量生產(chǎn)。此外，該核酸載體已被世界衛(wèi)生組織疫苗科學(xué)咨詢委員會委員Robin Shattock教授采用，用以開發(fā)針對COVID-19的新型自擴增核酸疫苗。

在英國牛津大學(xué)，同樣是主要研究人員的朱云卿，參與了歐洲創(chuàng)新與技術(shù)研究院的可再生聚合物項目。在該項目中，他首先從資源豐度、環(huán)境影響、聚合方法及可降解性等多個角度，建立了可再生可降解聚合物數(shù)據(jù)庫，研究了其多組分共混體系的微觀結(jié)構(gòu)，提出了可再生共聚物的單體組合篩選三原則，即微相分離易控、材料性能互補以及聚合方法匹配。根據(jù)上述原則，他篩選出了三元可再生單體混合物，即源于蓖麻油的內(nèi)酯、源于油脂復(fù)分解副產(chǎn)物的環(huán)氧以及源于纖維素的環(huán)酸酐，通過選擇性配位聚合方法成功構(gòu)建了高性能可再生可降解熱塑性彈性體與高性能的熱塑性形狀記憶聚合物。目前，該成果已申請了一項國際專利，并授權(quán)英國著名的可再生聚合物企業(yè)Econic Technologies Ltd。

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博觀而約取，厚積而薄發(fā)。短短幾年時間，朱云卿以第一作者在Nature、Prog. Polym. Sci.、J. Am. Chem. Soc.、 Angew. Chem.、ACS Nano等期刊發(fā)表論文10篇，最高單篇SCI他引473次，1篇入選ESI熱點論文，1篇入選ESI高被引論文。

站在巨人的肩上，朱云卿感到了“九萬里風(fēng)鵬正舉”的力量。他以配位開環(huán)聚合為突破口，開始創(chuàng)建可再生、可降解聚合物。用朱云卿的話說，促使其做這項研究的動力，同樣始于給人類帶來無窮多意義的高分子材料——塑料。

回到上海同濟大學(xué)后，作為項目主持人，朱云卿正在主持國家自然科學(xué)基金青年項目——“木質(zhì)纖維素基可降解高分子的合成與性能研究”。同時，他還主持了上海市浦江人才計劃項目——“生物可再生可降解高分子的合成與性能研究”。

“伴隨著經(jīng)濟的高速增長，增長方式粗放、資源環(huán)境代價過高的問題日益凸顯，‘綠色發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略”，朱云卿說，“面對不可再生資源的日益枯竭，以及無法自然降解的塑料引起的‘白色污染問題，構(gòu)建可再生可降解聚合物是一條可行的路子?！闭^“解鈴還須系鈴人”，朱云卿希望用自己的所學(xué)為國家戰(zhàn)略服務(wù)，推動“可持續(xù)”材料在中國的發(fā)展。

多年來，朱云卿致力于可再生、可降解聚合物在“可持續(xù)”材料、生物醫(yī)藥等的研究，重點關(guān)注如何通過聚合方法與分子設(shè)計的創(chuàng)新來高效構(gòu)建可再生、可降解聚合物。圍繞可再生+可降解，朱云卿利用選擇性配位開環(huán)聚合的方法改變可再生聚酯較為單位的鏈結(jié)構(gòu)，制備多嵌段的可再生、可降解的功能性聚酯。然后，進(jìn)一步系統(tǒng)研究了嵌段長度機器比例對其所形成的微相分離形貌的影響。通過嵌段長度、比例與序列結(jié)構(gòu)的調(diào)控，成功制備了具有極高拉伸率和彈性回復(fù)率的熱塑性彈性體，高可回復(fù)變形率的形狀記憶高分子等功能性高分子材料。其彈性、抗蠕變能力、回復(fù)能力以及回復(fù)溫度等參數(shù)均相當(dāng)于石油基高分子。

同時，基于配位開環(huán)聚合新方法。朱云卿利用代謝中間體逆向，構(gòu)建了“材藥二元性”囊泡的新概念。目前，這一成果已經(jīng)得到生物醫(yī)用囊泡的認(rèn)可。

聚焦木質(zhì)素——把論文寫在大地上

衍生自石化產(chǎn)品的合成高分子，容易對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。如何讓高分子材料“可持續(xù)”？

利用可再生資源能解決產(chǎn)品降解、回收的問題，但是存在“高成本、熱穩(wěn)定性差，機械強度不夠，可加工性低”等因素。如何讓高分子材料“商業(yè)化”？

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科研成果能夠造福于民，是“把論文寫在大地上”的科研人員最大的心愿。此刻，朱云卿最大的心愿就是“如何通過聚合與解聚方法創(chuàng)新推動可再生、可降解聚合物的轉(zhuǎn)化應(yīng)用與回收”。

明確了研究問題和研究目標(biāo)，朱云卿開始尋找材料和方法。很快，占生物質(zhì)資源總量30%的木質(zhì)纖維素進(jìn)入了朱云卿的研究視野，“它是由苯丙烷類單元通過多種類型的化學(xué)鍵連接而成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的天然高分子材料。是自然界中可再生芳香類化合物的重要來源。然而全球制漿行業(yè)每年產(chǎn)生的約5000萬噸木質(zhì)素中，僅有2%被商業(yè)化利用，剩余的98%通常被直接焚化”。

木質(zhì)素的優(yōu)勢到底在哪里呢？朱云卿為了構(gòu)建高效的可再生可降解聚合物，將木質(zhì)素的家底“翻了個底朝天”——

木質(zhì)素基單體擁有的芳香結(jié)構(gòu)，有利于提升高分子的熱性能和熱穩(wěn)定性；木質(zhì)素的全球儲量預(yù)估在3000億噸左右，比儲量約2300億噸的原油更為豐富，成本低廉，不危害糧食安全；香草醛衍生自木質(zhì)素，目前是木質(zhì)素解聚后的主要產(chǎn)品之一。作為一種已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的可再生化工原料，探索香草醛及其衍生物的聚合方法，制備可降解芳香類高分子材料具有較強的可行性和工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。

朱云卿開始在可再生聚酯和聚碳酸酯領(lǐng)域摸索。他發(fā)現(xiàn)內(nèi)酯、環(huán)氧和環(huán)酸酐的配位開環(huán)聚合技術(shù)正在走向成熟，已有多位專家的研究將不具備聚合可能性的可再生化合物合成為高附加值單體。那么，是否有一種新的聚合方法能解決“可再生單體種類較少且不易聚合、聚合催化劑易失活以及材料性能弱于石油基高分子”等問題？

通過對木質(zhì)素的研究，朱云卿希望合成得到一系列基于香草醛和5-羥甲基糠醛的二醛化單體，并優(yōu)化合成反應(yīng)條件；設(shè)計并制備出一系列有機金屬催化劑，并篩選出能夠高效催化Tishchenko反應(yīng)的有機金屬催化劑；聚合反應(yīng)動力學(xué)研究，闡明有機金屬催化劑催化Tishchenko聚合的反應(yīng)機理；得到不同鏈結(jié)構(gòu)的香草醛型聚酯，并與5-羥甲基糠醛等可再生單體進(jìn)行共聚，得到熱塑性彈性體或形狀記憶高分子等功能性高分子材料。同時，基于實驗室規(guī)模初步評估所制備可再生可降解高分子材料的“可持續(xù)性”。

為人師表——濟人濟事濟天下

同心同德同舟楫，濟人濟事濟天下。朱云卿深深感懷著與中華民族命運休戚與共的母校品格，從英國學(xué)成后，朱云卿加入了同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，成為“同濟青年百人”和“上海市浦江人才”。

唯有每代人都擁有積極向上的靈魂，民族與社會才能向正確的方向穩(wěn)步發(fā)展。作為研究生班的班主任，朱云卿用他的人生經(jīng)歷現(xiàn)身說法，引導(dǎo)年輕一代適應(yīng)新的生活，盡快適應(yīng)研究生階段的學(xué)習(xí)和生活。海外生活的經(jīng)歷，讓他深深體悟到了“個人發(fā)展與國家命運”的關(guān)系。愛國，成為朱云卿給研究生上的第一課，也為每一位研究生在人生的又一個重要起點涂上了厚重的人生底色。

成長、成人、成才……來自五湖四海的同學(xué)們聚在一起，總會遇到各種各樣的不適應(yīng)。朱云卿的體會最深刻，獲益也最多。在牛津大學(xué)化學(xué)系、帝國理工大學(xué)材料系做研究期間，從世界各地來的研究人員，有著不同的背景、不同的文化，交流總能碰撞出很多火花。研究中的困惑，生活中的困難，總能在交流中產(chǎn)生好的想法，在自己成才的路上留下成長的印記。因此，朱云卿對他的學(xué)生講述更多的是“互相幫助”，并就這一話題在學(xué)習(xí)生活的軌跡中，進(jìn)行“滴水穿石”式的培養(yǎng)，在思想成長的過程中，進(jìn)行“心心相印”式的積淀。交流、談心，在朱云卿的班上不僅是常事，還是一對一的。當(dāng)他發(fā)現(xiàn)同學(xué)們更多的擔(dān)心和困惑來源于對未來的迷茫時，他引導(dǎo)學(xué)生參加社會實踐，讓同學(xué)們在實踐中學(xué)習(xí)分析問題、解決問題，將個人發(fā)展放在國家、社會發(fā)展的大背景下，鼓勵同學(xué)們成長、成材。

大膽探索，勇于創(chuàng)新。在朱云卿看來，這樣的語言，是耳熟能詳?shù)摹５?，怎么做到卻是研究生培養(yǎng)中的難題。朱云卿從自己的學(xué)習(xí)和研究生涯中深深地體會到“探索”和“創(chuàng)新”對研究人員的重要性，因此，在他的班上，他強調(diào)借助已有的知識去探索發(fā)掘新的知識和技術(shù)，要積極地在導(dǎo)師的指導(dǎo)下開展研究性學(xué)習(xí)，在導(dǎo)師的科研項目中鍛煉、提升自己。也因此，朱云卿的學(xué)生將更多的晚上、周末的時間投入到了科研實踐中，“忙”成為同學(xué)們的常態(tài)。

潮平岸闊風(fēng)正勁，揚帆起航正逢時?；貒坏?年，朱云卿已經(jīng)建成了一支創(chuàng)新能力強、結(jié)構(gòu)合理的研究隊伍，其中包括1名博士后、3名博士生與5名碩士研究生，為今后工作的開展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

為國家綠色發(fā)展貢獻(xiàn)高分子力量的信仰不滅，朱云卿科研報國的征程才剛剛開始。