程黨國：綠色催化的追夢人

隨著全球性環境污染問題的日益加劇和能源、資源的急劇減少，發展綠色化學化工越來越受到各國政府的重視，已成為21世紀的主題之一。

專家簡介：

程黨國，副教授，浙江大學求是青年學者，博士生導師。1979年11月生于陜西省，于2001年7月、2006年3月在天津大學化學工藝專業分別獲得學士、博士學位。2006年4月進入浙江大學化工系聯合化學反應工程研究所工作，2009年12月晉升副教授。2014年8月受國家留學基金委員會資助，前往美國伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）進行為期一年的訪問交流，專業特長為催化及催化反應工程。

先后主持國家自然科學基金項目3項、國家自然科學基金重大項目子課題1項，參與國家“863”計劃重點項目1項，在研項目主要集中在新型催化材料（分子篩）的設計與制備、催化反應機理研究等方面。相關研究成果已在Small， Journal of Materials Chemistry A， Chemical Engineering Science， Applied Catalysis A， Industrial Engineering Chemistry Research等國內外核心期刊發表SCI收錄論文40余篇，獲國家授權發明專利6件。

藍天、綠地、碧水，清潔、安寧、宜人的環境，是全人類共同的渴望，也是人類可持續發展的基本要求。化學為人類文明和社會進步做出了巨大的貢獻，并且還將繼續發揮其不可替代的作用。然而，許多傳統的化學化工過程目前還存在嚴重的環境污染和資源浪費。

近年來，以從源頭上消除污染和安全隱患、節省資源為核心的綠色化學引起國內外專家的普遍關注。在解決經濟、資源、環境三者矛盾的過程中，綠色化學將發揮重要的作用。據統計，絕大多數化學品的生產過程都有催化劑的參與， 因此綠色催化反應是綠色化學的重要內容。

浙江大學求是青年學者、博士生導師程黨國就是一位專注于綠色催化領域的科研工作者。近年來他主要致力于催化及催化反應工程等領域，針對分子篩催化過程開展了一系列的工作。他帶領的創新團隊在科研上引導前沿，在產業化上立足國家重大需求，取得了一系列具有國際領先水平的重要研究成果，為我國科技創新體制建設做出了重要貢獻。

基礎研究 創新為本

上世紀50年代中期，美國聯碳公司首先生產出X-型和Y-型分子篩，它們是具有均一孔徑的硅鋁酸鹽結晶體，其孔徑為分子尺寸數量級，可以篩分分子。

自分子篩出現后，1964年聯合石油公司與埃索標準油公司推出負載金屬的分子篩裂化催化劑。利用分子篩的擇形性，繼20世紀60年代在煉油工業中取得的成就，70年代以后在化學工業中開發了許多以分子篩為基礎的重要催化過程。

“分子篩，是具有規整孔道結構且能將不同大小分子分離或選擇性反應的固體吸附劑或催化劑，是一種結晶型的硅鋁酸鹽，有天然和合成兩種。其結構因SiO2與Al2O3等比例的不同，有不同的型號。分子篩在化學工業、石油工業及其他部門有廣泛的應用，如氣體和液體的干燥、脫水、凈化、分離、回收及催化裂化等石油加工過程。”程黨國形象地告訴記者，“分子篩催化劑，又稱沸石分子篩催化劑，指以分子篩為催化活性組分或主要活性組分之一的催化劑。它具有離子交換性能、規整的孔道、酸催化活性，并有良好的熱穩定性和水熱穩定性，可制成對許多反應有高活性、高選擇性的催化劑。廣泛應用在催化裂化、裂解、催化重整等石油化工反應當中?！?/p>

在研究中，程黨國發現分子篩催化過程的復雜程度遠遠超過他的預期和想象，他和課題組成員付出了超過預料的努力。

“具體來講就是，在催化過程中，研究者一般希望將反應的活性位分散于分子篩孔道中，這樣分子篩孔道尺寸會影響活性位大小，從而影響反應活性；另一方面，分子篩孔道也會影響反應物與產物在其內的擴散，即在分子篩孔道中存在反應與傳遞的協同作用的現象，通過對此研究可以為催化劑的結構設計提供指導。我的工作主要針對兩個典型反應體系開展工作?！背厅h國對研究的指向做了簡單的闡述。

“第一個反應是甲烷等小分子轉化過程，在這個反應中分子篩孔道主要影響活性位結構及反應機理。我們通過不同的制備方法，調控活性位的種類和空間分布，不但加深反應機理的認識，同時提出了催化劑孔道中存在活性位空間位阻的學術觀點，得到研究者的認同?！背厅h國對自己的科研充滿了激情?！斑x擇的第二個反應體系是大分子催化裂解為小分子的過程，如輕油裂解。為了提高大分子反應物在分子篩孔道的擴散行為，提出了合成多級孔分子篩，即在分子篩微孔的基礎上引人介孔，從而實現的分子篩性能的提高。將多級孔分子篩體系應用于催化裂解中，催化劑的活性和選擇性得到很大提高。在這個研究過程中，同時又發現了一種一步法制備整體型多級孔分子篩的新方法，這個方法區別于傳統的分子篩合成工藝，具有環保、高效等特點，已在材料類權威的國際學術期刊作為封面論文報道?！?/p>

為了追求科學真理，他認真鉆研、奮發向上、甘當幕后、樂于奉獻，有著實事求是的科研作風、嚴謹的科學態度，從不追名逐利，從不弄虛作假，以一個平凡的科研工作者姿態投身分子篩催化的科學研究領域。

立足國需 領航發展

隨著石油資源的日漸衰竭，低碳烷烴作為石油的替代和補充用作化工原料已成為必然，以它們為原料直接轉化合成其他化工產品無論從技術還是商業方面都有巨大的吸引力，是當前化工技術領域的一個研究熱點。

從2011年立項開始，三年的歷程，國家自然科學基金項目“分子篩孔道限域下低碳烷烴氧化反應與傳遞協同作用機理研究”凝聚了程黨國及其科研團隊無盡的心血和汗水。

項目以甲烷等低碳烷烴的直接氧化為研究對象，采用包括XAFS、原位反應技術及分子模擬等各種表征和研究手段，對鐵磷酸鋁分子篩上低碳烴轉化反應與傳遞協同作用機理進行了系統的實驗和理論研究。通過認識分子篩孔道結構對活性位形態和產物脫附的影響機制、氧化反應過程反應中間產物結構的演變規律等，深入地探析了分子篩孔道微環境對甲烷催化氧化反應過程的影響，闡明反應與傳遞協同作用的機理，以此來進一步指導分子篩的優化設計。

項目的實施不但能為實現低碳烷烴直接轉化提供新的催化技術和理論方法，同時也為化工過程強化提供一種新的研究思路。

成果的背后是對清寂的堅守和對科學的執著，這份執著使他視科學研究為自己生命的一部分。對科研的熱忱是程黨國不斷奮勇向前的源源動力，對信念的堅持是程黨國堅守科研陣地的精神支柱。帶著這份激情與執著，他在科研的路上走得更好更遠。

2014年啟動的國家自然科學基金項目“面向連串反應的核殼型催化劑的構建及其作用機理研究”，以費托（F-T）合成反應為例，針對其重質烴收率高往往需要再次裂解的問題，在前期工作的基礎上，提出了制備新型核殼型F-T合成催化劑，利用殼層分子篩膜的擇形及酸催化的特點裂解重質烴，以提高液體燃料的收率。

程黨國團隊通過認識憎水性固體顆粒表面分子篩生長及成膜機理，實現分子篩膜在活性炭表面的均勻、連續制備。在此基礎上，研究分子篩膜結構對F-T合成過程傳質及產物分布的影響，深入分析核殼型催化劑上反應及傳遞協同作用機理，認識催化劑結構與產物分布之間的構效關系，建立反應的動力學模型，為催化劑的優化構建提供指導。項目的實施可為F-T合成的工業化提供進一步的技術支撐。

學高為師，身正為范。如今，年紀輕輕的程黨國已是浙江大學的博士生導師。他尊重每一個學生的能力、鼓勵學生的積極性，他一直秉承這種人盡其才的管理模式，既嚴格訓練學生的科研能力，又鼓勵獨立思考，充分發揮每個人的創造力，為科學研究的未來培養創新型人才。