專訪綠色化學(xué)領(lǐng)域青年學(xué)者
——孫振宇教授

《物理化學(xué)學(xué)報(bào)》編輯部

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871

在傳統(tǒng)化學(xué)、化工過程伴隨著嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，并且對環(huán)境造成污染的大背景下，上世紀(jì)90年代初美國學(xué)者提出了綠色化學(xué)的概念，隨后提出綠色化學(xué)十二條原則，迄今已被綠色化學(xué)界普遍接受。綠色化學(xué)可簡單定義為減少或消除危險物質(zhì)的使用和有害物質(zhì)、廢棄物的產(chǎn)生的過程設(shè)計(jì)。它的理想是從源頭上消除污染，使整個合成過程和生產(chǎn)過程對環(huán)境友好，不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生和處理廢棄物。本期我們有幸采訪了國內(nèi)綠色化學(xué)領(lǐng)域的青年科學(xué)家，《物理化學(xué)學(xué)報(bào)》青年編委孫振宇教授，為我們分享他的研究經(jīng)歷及對國內(nèi)外綠色化學(xué)行業(yè)的分析。

問題1：孫老師，在您的科研生涯中從事過哪些方面的研究？您從什么時候開始從事綠色化學(xué)方面的研究？

回答：主要圍繞著多相催化材料的合成和改性展開研究。2003年師從韓布興研究員讀博期間已經(jīng)開始接觸綠色化學(xué)方面的課題，當(dāng)時主要采用超臨界CO2和超臨界H2O作為反應(yīng)介質(zhì)制備納米催化材料，用于一些模型反應(yīng)的催化性能研究。之后在德國和英國做博士后期間，針對氧還原和CO2還原電催化反應(yīng)，開展了一些研究工作。

問題2：請您簡要介紹一下綠色化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及綠色化學(xué)目前存在哪些交叉研究。

回答：綠色化學(xué)正圍繞著原料、催化劑、溶劑、合成方法的綠色化而開展。綠色化學(xué)包括多種化學(xué)領(lǐng)域，如有機(jī)合成、催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等，并且它與生物學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)和地球科學(xué)等學(xué)科有密切的聯(lián)系。

問題3：中國綠色化學(xué)的研究在國際上處于什么位置？我們的優(yōu)勢和劣勢有哪些？

回答：中國綠色化學(xué)的研究與國際綠色化學(xué)的研究處于同一水平，在煤炭地下氣化工藝、煤炭廢棄物的綜合利用技術(shù)等應(yīng)用方面還處于領(lǐng)先水平。

優(yōu)勢：我國在綠色化學(xué)研究方面起步較早，在綠色化學(xué)概念提出后不久就開始了相關(guān)研究。中國學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和政府均對綠色化學(xué)領(lǐng)域高度重視，國家自然科學(xué)基金委、科技部、中科院等部門資助了很多相關(guān)項(xiàng)目，中國科學(xué)家在基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)等方面取得了眾多重要成果，例如，新型生物型農(nóng)藥與化學(xué)農(nóng)藥的研制、乙醇汽油和零排放污水技術(shù)的發(fā)展。

劣勢：我國是一個擁有14億多人口、且仍在不斷發(fā)展的大國，所需的化工產(chǎn)品大都需要在本土生產(chǎn)，此外，日常生活中制造的大量垃圾也會破壞生態(tài)環(huán)境，因此經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境三者之間的矛盾較突出。另一方面，與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)相對落后，化工生產(chǎn)中的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染更加嚴(yán)重。

問題4：目前綠色化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展存在的最大的挑戰(zhàn)有哪些？未來有哪些發(fā)展趨勢？

回答：主要存在三個方面的挑戰(zhàn)：1) 研發(fā)可重復(fù)使用的替代原料；2) 研發(fā)替代溶劑；3) 研發(fā)高選擇性新型催化劑。

針對如上挑戰(zhàn)，綠色化學(xué)未來發(fā)展趨勢可能集中在1) 合成新型、無毒害、高選擇性的高效催化劑；2) 以可再生生物質(zhì)為原料，合成生物燃料；3) 發(fā)展可同時防止和解決污染問題的化學(xué)技術(shù)(潔凈煤技術(shù)、綠色生物化工技術(shù)、精細(xì)化學(xué)品的綠色合成技術(shù)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的綠色技術(shù)等)；4) 發(fā)展綠色化學(xué)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

問題5：您能列舉一些您的課題組正在進(jìn)行的最重要的幾個項(xiàng)目嗎？

回答：主要針對空氣中組分N2和CO2的化學(xué)轉(zhuǎn)化開展研究。采用電催化還原、光催化還原方式，將CO2轉(zhuǎn)化為C2及以上化學(xué)品和燃料，將N2轉(zhuǎn)化為NH3。通過設(shè)計(jì)和控制合成多活性位點(diǎn)催化材料，提高轉(zhuǎn)化效率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，同時，基于密度泛函理論和原位光譜，對反應(yīng)路徑和機(jī)制進(jìn)行研究。

問題6：您認(rèn)為綠色化學(xué)發(fā)展和應(yīng)用對我們的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)會有哪些影響？能否舉幾個通俗的例子?

回答：綠色化學(xué)的主要特點(diǎn)是“原子經(jīng)濟(jì)性”，即在獲得物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程中充分利用每個原料原子，實(shí)現(xiàn)“零排放”，既可充分利用資源，又不產(chǎn)生污染。綠色化學(xué)可以變廢為寶，合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)成本，大幅度提高經(jīng)濟(jì)效益。綠色化學(xué)也可改善人們的生活環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡，滿足可持續(xù)發(fā)展的基本需求。例如，利用生物降解塑料，防止白色污染；新能源汽車正在逐步代替燃油汽車；為保護(hù)大氣臭氧層，使用氟氯烴代用品。

問題7：在您的科研道路中是否遇到過挫折或困難？

回答：2015年回國組建自己的研究團(tuán)隊(duì)，開始時僅有一間空屋子，家徒四壁，只有學(xué)校提供的有限的科研啟動經(jīng)費(fèi)，因?yàn)閷W(xué)生對你不了解，故招不到學(xué)生，這段時間是最困難的時候，經(jīng)過不懈的努力和博士導(dǎo)師的支持，科研道路慢慢走上正軌，現(xiàn)在組里擁有5位博士生、17位碩士生和2位老師。

問題8：《物理化學(xué)學(xué)報(bào)》的讀者中有很多學(xué)生，他們很想了解您是怎么選拔和培養(yǎng)學(xué)生的。

回答：選拔學(xué)生首先要確定對我們的課題研究方向感興趣，且愿意為之努力付出；同時有主動學(xué)習(xí)的能力。培養(yǎng)學(xué)生主要是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯糠椒ê汀按蚱粕冲亞柕降住钡目茖W(xué)態(tài)度。

問題9：工作之余，您有什么興趣愛好？

回答：工作之余，喜歡運(yùn)動，原來常打排球和羽毛球，現(xiàn)在主要是跑步，每隔一天會在學(xué)校操場跑10公里，既鍛煉身體、放松身心，還可錘煉意志品質(zhì)，也可在跑步時思考一些科學(xué)問題和工作計(jì)劃。

問題10：請您對國內(nèi)的中文學(xué)術(shù)期刊的建設(shè)和發(fā)展提出建議。

回答：國內(nèi)的中文學(xué)術(shù)期刊對從事科研的高校學(xué)生和教師幫助很大，為了進(jìn)一步擴(kuò)大其影響力，建議加強(qiáng)宣傳，邀請物理化學(xué)各個研究領(lǐng)域的知名專家投稿，同時定期組織學(xué)術(shù)會議(包括視頻會議)等交流活動。