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追求卓越,以不变初心迎接万象更新 ——记2015年冠名奖特别贡献奖获得单位无机膜与催化新材料研究组
追求卓越,以不变初心迎接万象更新 ——记2015年冠名奖特别贡献奖获得单位无机膜与催化新材料研究组
发布时间:2018-01-24 11:34    栏目类别:团队风采

        如果说科学研究是一片充满生机的汪洋大海,那么他和他的团队就是这片海上的弄潮儿,乘风破浪,只为细数千帆过尽,看旖旎风景;如果说化学世界是一片充满奇幻的茂盛丛林,那么他和他的团队就是这篇丛林的探险者,披荆斩棘,只为于深处寻奇花斗艳,听百鸟嬉唱。2016年1月8日,随着2015年度国家科学技术奖励大会顺利落下帷幕,由他主持完成的“分子尺度分离无机膜材料设计合成及其分离与催化性能研究”荣获国家自然科学二等奖。当面对记者采访时,他除了一句“我们还要继续努力”外,再无任何华丽辞藻;当各类荣誉纷至沓来时,他和他的团队却在整装待发,准备迎接更具挑战的新征程。这就是国际著名膜科学家、中国科学院大连化学物理研究所杨维慎研究员和他的“无机膜与催化新材料”创新团队。

奋起拼搏,做冲破暗夜的明媚曙光 

       1990年,杨维慎研究员于我所获得理学博士学位并担任研究组长。在导师林励吾院士的建议下,他选择无机膜作为未来团队的研究方向,并大胆提出将膜分离与催化过程相耦合,于膜反应器中选择性地移除催化反应产物,在推动反应平衡的过程中,实现反应-分离的高度一体化。这项研究涵盖材料科学、催化化学和化学工程等诸多学科,过程机理十分复杂。杨维慎研究员敏锐地意识到,膜材料的设计和合成将是整个研究的核心和重点。而就是这项极具挑战性的研究课题,让杨老师一做就是整整26年。
        开始的那段岁月,总是艰难地磨砺着人的意志。那时的杨老师只有26岁。怀揣着梦想、激情和无比的坚韧与意志,他在膜的世界里孤独奔跑。曾经那个阴暗潮湿的库房,是他至今还深深眷恋的实验室;仅仅6000元启动经费,却撑起了他和团队的一片天。他们艰难、孤独,却充实、快乐。潜心研究数载,他和他的团队终于迎来了那一抹灿烂的春天。1998年,杨维慎研究员凭借优秀的研究成果荣获中国化学会青年化学奖。同年,杨老师带领的研究团队顺利进入中科院知识创新序列,并与其它相关课题组进行资源整合,实验空间得到极大改善。
守得云开见月明。经过此番整合,“无机膜与催化新材料”团队初具规模,独创性的科学研究也进入飞速发展时期。闲暇时,杨老师总谈起自己的故乡黑龙江。在他的记忆深处,故乡的夜深邃而漫长,但他却喜欢在黎明时分,亲眼目睹天边迸发的那一道曙光。科学研究中,他带领团队奋起拼搏,在艰难中茁壮成长。而他和他的团队,又何尝不是冲破暗夜的那一道明媚曙光,无论夜多深邃,都要倔强而坚强地绽放光芒万丈。

孜孜以求,以辛勤耕耘守望满园春色

        多年的研究当中,杨维慎研究员和他的创新团队始终以提高过程效率和降低能耗作为首要原则,并以透氧膜、分子筛膜和催化新材料作为重点培育的研究方向,以此形成研究组的三大中坚力量,为相关领域培养和输送了优秀的专业人才。他和他的团队携手走过春秋冬夏,在这片希望的田野上辛勤耕耘。多年的孜孜以求,研究团队终于在无机膜与膜催化领域取得阶段性的重要进展,并因此获得2006年辽宁省自然科学一等奖。一分耕耘总会见证一分收获。正是这份持之以恒的信念,指引他们在创新之路上阔步前行,以无怨无悔的辛勤耕耘,守望这片独好风景,满园春色。与此同时,杨维慎研究员也在团队文化的软实力建设上下足功夫。整个团队自上而下同心协力,形成自强、民主、团结的团队风尚。

协力攻坚,以累累硕果奏响精彩华章

         站在世界最前沿,是杨维慎研究员始终秉承的研究理念。心系国计民生,以科学研究服务生产生活,这是他和他的创新团队最朴素和真挚的心愿。为了将目前工业上高塔林立的高能耗过程向节能环保型过程转变,杨维慎研究员及其团队创新性地设计和合成了具有分子尺度分离性能的无机膜(分子筛膜和透氧膜),并实现了膜反应器中分离与反应的强化耦合新过程。
        研究团队通过对透氧膜材料中氧离子扩散的电场效应与空间效应、平均金属-氧键能与结构容限因子等因素的系统研究,提出了透氧膜材料优化设计原则,解决了膜材料氧渗透性与稳定性相互制约的关键性科学问题,引领国际透氧膜材料的研究方向。2012年,杨维慎研究员也应邀在荷兰恩斯赫德召开的第十二届国际无机膜大会(12th International Conference on Inorganic Membrane)上做题为“Oxygen permeable membranes: materials, surface & microstructure”的大会邀请报告;基于透氧膜氧渗透过程中膜表面高活性氧物种的生成机理,研究团队首次提出了利用透氧膜连续可控地提供活性氧物种来提高选择氧化反应选择性的新概念,解决了选择氧化反应选择性低的关键性科学问题,为开拓化工领域分离-反应耦合过程提供了新思路;研究团队首次合成了择优孔道取向的MFI型分子筛膜和金属有机骨架分子筛(MOFs)纳米粒子构筑的混合基质膜,解决了分子筛膜扩散孔道优化调控的科学问题,实现了膜渗透通量的数量级提高,为分子筛膜在生物炼制领域的广泛应用奠定了科学基础;研究团队还基于微波的体相加热和选择性加热效应,率先提出了微波合成分子筛膜的新概念,解决了分子筛膜无缺陷合成的关键性科学问题,成功实现了膜晶界结构和晶粒形貌的纳米尺度调控,获得了具有分子尺度分离性能的分子筛膜。该项研究受到国内外同行的广泛认可,被称为分子筛膜合成领域的巨大进展。
       厚积方能薄发。经过多年的协力攻坚,由杨维慎研究员主持完成的“分子尺度分离无机膜材料设计合成及其分离与催化性能研究”项目最终获得国家自然科学二等奖的殊荣。面对国内各大媒体的争相报道,杨老师和他的团队却悄悄避开了闪光灯的追逐。淡去荣誉的光环,他和他的创新团队正在规划新的发展蓝图,也在为迎接更大的挑战而整装待发。携手前行,他们会继续以不变的坚守拓宽前行的道路,以累累的硕果奏响精彩的华章。 

                                                                                    追求卓越,以不变初心迎接万象更新

       近年来,杨维慎研究员带领他的“无机膜与催化新材料”团队,在基础研究的创新性方面提出了更高的要求。团队上下,在奋进中不断追求卓越,引领国际研究方向。在刚刚过去的2013-2015三年间,研究团队在透氧膜和分子筛膜的基础研究领域取得丰硕成果。研究团队经过多年潜心研究,发现了低温透氧膜因硫杂质迁移输送而导致的性能衰减问题,创新性地提出在膜表面涂覆多孔氧活化层来容纳从体相扩散渗出的硫杂质,实现了透氧膜在低温区间的长时间稳定运行,解决了低温透氧膜关键性科学问题(Angew. Chem. Int. Ed., 52 (2013) 3232)。此后,研究团队又针对膜材料低温相变引发的性能衰减问题,创新性地提出以纳米粒子订扎晶界形成“路障”,通过限制金属离子沿晶界的扩散来抑制异相成核和新相形成,极大提高了易相变膜材料的低温稳定性(Nano Letters, 15 (2015) 7678)。研究团队在分子筛膜领域取得的新突破同样令人振奋。研究团队在国际上首次成功地将二维金属有机骨架材料开层获得单分子层厚度的分子筛纳米片,通过热组装方法得到厚度小于5 nm的超薄分子筛膜,并利用其规整筛眼型孔道实现了对尺寸差异仅为0.04 纳米的氢气和二氧化碳分子的快速、精确筛分,达到二氧化碳燃烧前捕获应用要求(Science, 346 (2014) 1356)。近日,研究团队也提出以限域负载离子液体的方法来精细调变材料的孔道体系,并以此构建出了具有优异性能的金属有机骨架分子筛分膜(Angew. Chem. Int. Ed., 54 (2015) 15483)。与此同时,研究团队也一直致力于无缺陷分子筛膜的合成方法优化。经过多年的系统探索,研究团队利用自行开发的电化学离子热合成方法,原位合成出了高度面内取向的无缺陷分子筛膜,极大克服了原位晶化和二次生长等传统薄膜制备方法膜缺陷多、步骤繁琐的缺点,为实现更多分子筛膜的放大和工业化奠定了科学基础(Angew. Chem. Int. Ed., 54 (2015) 13032)。2016年初,应美国亚特兰大第十四届国际无机膜大会(14th International Conference on Inorganic Membrane)邀请,杨维慎研究员将做题为“Zeolite membrane: from 3D to 2D”的大会邀请报告。
        在应用研究方面,杨维慎研究团队在国际上首次实现了A型分子筛膜的微波合成工业放大,该技术将在化工、医药、电子以及生物燃料等有机物脱水中得到广泛应用。目前已完成了分子筛膜用于5万吨/年异丙醇/水分离(目前国际最大规模)、3万吨/年乙醇/水分离、1万吨/年混合醇/水分离以及3000吨/年丙酸丙酯/水分离装置建设,并完成了百万吨级混合醇工艺包设计,为我国建设资源节约型和环境友好型社会提供有力的技术支持。除此之外,研究团队正与延长石油合作建设国际上首套千吨级丙烷一步选择氧化制丙烯酸中试装置。
       记得杨老师曾说过这样一句话,科研道路是漫长而曲折的。在这条路上,会变的可能是沿途婀娜的风景,但不能变的一定是行路者的初心。是啊,不忘初心,方得始终。这是杨老师对自己的要求,对团队的期望。守得心中那份执着与坚毅,才能守得云开月明,春色满园。卸下荣耀,杨老师正带领着他的“无机膜与催化新材料”团队,规划蓝图,续写未来。分明能够看到,他们已经背起行囊,做好了再出发的准备。在他们刚毅的脸庞上,荡漾着临行前的兴奋与澎湃。而在他们坚强的心底里,希望的种子正在生根发芽。孜孜以求、协力攻坚,是他们乘风破浪的坚实力量;持之以恒,奋起拼搏,是他们直济沧海的声声号角。追求卓越,引领未来,他们也将以不变的初心去迎接万象更新的科学研究新纪元!

(本文原载于《化物生活》,作者:班宇杰)    

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