專訪綠色化學領域青年學者
——孫振宇教授

《物理化學學報》編輯部

北京大學化學與分子工程學院，北京 100871

在傳統(tǒng)化學、化工過程伴隨著嚴重的資源浪費，并且對環(huán)境造成污染的大背景下，上世紀90年代初美國學者提出了綠色化學的概念，隨后提出綠色化學十二條原則，迄今已被綠色化學界普遍接受。綠色化學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)生的過程設計。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)綠色化學領域的青年科學家，《物理化學學報》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)開始接觸綠色化學方面的課題，當時主要采用超臨界CO2和超臨界H2O作為反應介質(zhì)制備納米催化材料，用于一些模型反應的催化性能研究。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，開展了一些研究工作。

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

回答：綠色化學正圍繞著原料、催化劑、溶劑、合成方法的綠色化而開展。綠色化學包括多種化學領域，如有機合成、催化、生物化學、分析化學等，并且它與生物學、物理學、計算機科學、材料科學和地球科學等學科有密切的聯(lián)系。

問題3：中國綠色化學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：中國綠色化學的研究與國際綠色化學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)等應用方面還處于領先水平。

優(yōu)勢：我國在綠色化學研究方面起步較早，在綠色化學概念提出后不久就開始了相關研究。中國學術(shù)界、企業(yè)界和政府均對綠色化學領域高度重視，國家自然科學基金委、科技部、中科院等部門資助了很多相關項目，中國科學家在基礎研究、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、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)中的資源浪費和環(huán)境污染更加嚴重。

問題4：目前綠色化學領域的發(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技術(shù)(潔凈煤技術(shù)、綠色生物化工技術(shù)、精細化學品的綠色合成技術(shù)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的綠色技術(shù)等)；4) 發(fā)展綠色化學品的設計和開發(fā)。

問題5：您能列舉一些您的課題組正在進行的最重要的幾個項目嗎？

回答：主要針對空氣中組分N2和CO2的化學轉(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及以上化學品和燃料，將N2轉(zhuǎn)化為NH3。通過設計和控制合成多活性位點催化材料，提高轉(zhuǎn)化效率和目標產(chǎn)物的選擇性，同時，基于密度泛函理論和原位光譜，對反應路徑和機制進行研究。

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

回答：綠色化學的主要特點是“原子經(jīng)濟性”，即在獲得物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程中充分利用每個原料原子，實現(xiàn)“零排放”，既可充分利用資源，又不產(chǎn)生污染。綠色化學可以變廢為寶，合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)成本，大幅度提高經(jīng)濟效益。綠色化學也可改善人們的生活環(huán)境，實現(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隊，開始時僅有一間空屋子，家徒四壁，只有學校提供的有限的科研啟動經(jīng)費，因為學生對你不了解，故招不到學生，這段時間是最困難的時候，經(jīng)過不懈的努力和博士導師的支持，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：《物理化學學報》的讀者中有很多學生，他們很想了解您是怎么選拔和培養(yǎng)學生的。

回答：選拔學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；同時有主動學習的能力。培養(yǎng)學生主要是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、嚴謹?shù)难芯糠椒ê汀按蚱粕冲亞柕降住钡目茖W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問題和工作計劃。

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

回答：國內(nèi)的中文學術(shù)期刊對從事科研的高校學生和教師幫助很大，為了進一步擴大其影響力，建議加強宣傳，邀請物理化學各個研究領域的知名專家投稿，同時定期組織學術(shù)會議(包括視頻會議)等交流活動。