“氮”刀直入 安“甲”落戶

　　——蘭州大學(xué)新型改性Zr（OH）4催化劑研發(fā)團(tuán)隊(duì)的故事

　　■敢闖會創(chuàng) 強(qiáng)國有我

　　黃浦江畔，創(chuàng)潮迭起。

　　不久前，在中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2024）總決賽中，蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2021級本科生馬正蘭作為負(fù)責(zé)人，在教授龍雨的指導(dǎo)下，帶領(lǐng)“‘氮’刀直入，安‘甲’落戶——新型改性Zr（OH）4催化劑的研發(fā)應(yīng)用”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)榮獲高教主賽道本科生創(chuàng)意組金獎(jiǎng)。

　　“我們會繼續(xù)投身科技創(chuàng)新，對接用戶需求，助力我國化工行業(yè)綠色發(fā)展，為共建綠色中國保駕護(hù)航。”團(tuán)隊(duì)成員陳明富表示。

　　學(xué)以致用：革故鼎新，安“甲”落戶

　　N—甲基化作為一種普遍的甲基化修飾手段，廣泛應(yīng)用于藥物合成、材料科學(xué)等領(lǐng)域。在選擇甲基化試劑時(shí)，無毒且環(huán)保的甲醇因其獨(dú)特的優(yōu)勢而備受業(yè)界青睞。

　　“甲醇分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，化學(xué)反應(yīng)難以自發(fā)進(jìn)行，因此需加入多相催化劑催化反應(yīng)發(fā)生。”馬正蘭說。

　　目前，行業(yè)生產(chǎn)使用較多的催化劑大多存在負(fù)載材料價(jià)格高、催化反應(yīng)效果差、適配底物種類少等問題。針對這些困擾企業(yè)很久的問題，馬正蘭團(tuán)隊(duì)萌發(fā)出一個(gè)念頭：“或許可以嘗試運(yùn)用化學(xué)原理和知識，設(shè)計(jì)出一種既經(jīng)濟(jì)又高效的催化劑，解決行業(yè)‘痛點(diǎn)’?！?/p>

　　基于曼尼希反應(yīng)原理，馬正蘭團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出使用改性Zr（OH）4作為多相催化劑用于N—甲基化反應(yīng)，采用新材料、新工藝、新處理手段等策略彌補(bǔ)傳統(tǒng)催化劑的不足。

　　在材料方面，Zr（OH）4展現(xiàn)出綠色無毒、可循環(huán)利用以及成本低廉的顯著特性，能夠大幅度地降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，且不會對環(huán)境造成污染。在工藝層面，“氧促進(jìn)”戰(zhàn)略構(gòu)成本項(xiàng)目的關(guān)鍵創(chuàng)新之一，通過引入氧氣，實(shí)現(xiàn)甲醇的直接氧化生成甲醛，從而有效降低反應(yīng)活化能，且反應(yīng)條件更加溫和。

　　“除醫(yī)藥外，大約有30%—40%的精細(xì)化工企業(yè)生產(chǎn)涉及N—甲基化反應(yīng)。我們也計(jì)劃將現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的底物拓展，將其應(yīng)用到更多胺類產(chǎn)品的工業(yè)化當(dāng)中去?！瘪R正蘭介紹。

　　實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：夜以繼日，千錘百煉

　　自大一開始，馬正蘭就加入了龍雨教授的科研團(tuán)隊(duì)。之后，她以校創(chuàng)項(xiàng)目為契機(jī)組建團(tuán)隊(duì)，吸納了來自不同學(xué)院的14名學(xué)生，投身于新型催化劑的實(shí)驗(yàn)和篩選。“化學(xué)化工學(xué)院和萃英學(xué)院學(xué)生負(fù)責(zé)研發(fā)，管理學(xué)院學(xué)生負(fù)責(zé)財(cái)務(wù)和營銷，土木工程與力學(xué)學(xué)院學(xué)生負(fù)責(zé)后期建廠?！瘪R正蘭說。

　　在實(shí)驗(yàn)過程中，團(tuán)隊(duì)遇到過很多難題，比如催化劑失活等?！懊糠N選定的催化劑都需要經(jīng)過上百次的實(shí)驗(yàn)，空氣、溫度和壓力的一點(diǎn)點(diǎn)變化都會影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。”馬正蘭說。

　　組會是總結(jié)復(fù)盤的關(guān)鍵階段?！懊恐艿睦龝希覀兌紩R報(bào)本周內(nèi)容以及下周計(jì)劃?！瘪R正蘭認(rèn)為，清晰的工作計(jì)劃不僅能確保所有團(tuán)隊(duì)成員對項(xiàng)目理解一致，也讓大家從繁雜的事務(wù)中理清頭緒，更有信心長期堅(jiān)持下去。

　　歷時(shí)3年，經(jīng)過800余次實(shí)驗(yàn)，篩選近百種催化劑原料，最終確定以Zr（OH）4作為基底，并完成了改性設(shè)計(jì)。

　　目前，該項(xiàng)目已成功發(fā)表相關(guān)高水平論文5篇，申請實(shí)用新型專利9項(xiàng)，與3家公司簽訂合作協(xié)議。

　　賽場角逐：厚積薄發(fā)，一鳴驚人

　　“摸著石頭過河！”“運(yùn)氣占一半?！边@是馬正蘭和陳明富對比賽的一致感受。“我們初賽和復(fù)賽的名次都不是很靠前。站上總決賽的頒獎(jiǎng)臺時(shí)，內(nèi)心的激動與自豪簡直無法用語言表達(dá)?！瘪R正蘭回憶說。

　　面對幾十位來自各行各業(yè)的評委，如何在10分鐘內(nèi)將3年的成果娓娓道來，這是一項(xiàng)挑戰(zhàn)?！皣惸菐滋欤覀兠客砭退瘞讉€(gè)小時(shí)，一直在美化PPT?！瘪R正蘭作為答辯問答環(huán)節(jié)的主力，每天晚上都會加班，反復(fù)推敲方案，試圖將每個(gè)細(xì)節(jié)做到盡善盡美。

　　答辯臺上，兩名學(xué)生侃侃而談，配合默契；賽場之下，師生齊心協(xié)力，共渡難關(guān)?！靶F(tuán)委的湯衛(wèi)國老師作為隨行指導(dǎo)，一直陪我們背稿子到凌晨?！标惷鞲徽f，這個(gè)金獎(jiǎng)不僅是對團(tuán)隊(duì)多年研究和努力的肯定，同時(shí)也是未來科研道路上追求創(chuàng)新與卓越的鞭策和激勵(lì)，“青澀的理想總是需要不斷磨礪才能開花結(jié)果”。

《中國教育報(bào)》2025年01月14日 第01版