三峽實驗室：磷化產(chǎn)品從“論噸賣”到“論克賣”的躍遷

企業(yè)出題，讓實驗室的研究更接地氣、更具針對性，科研攻關(guān)方向更明確，打通了成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”。

三峽實驗室全景圖（三峽實驗室供圖）

在湖北三峽實驗室展廳，一塊看似普通的“黑煤球”暗藏玄機。“這是新型黑磷產(chǎn)品，市場售價每克達數(shù)千元，比黃金還要貴好幾倍。”三峽實驗室主任池汝安向支點記者介紹。

這種黑磷是第三代半導體材料，被譽為“超越石墨烯的光電子學革命性材料”。目前，三峽實驗室的黑磷合成規(guī)模已達到世界最大的百公斤級，正朝著噸級產(chǎn)能突破。

作為湖北十大實驗室之一，三峽實驗室自2021年成立以來，把握綠色化工定位，聚焦化工行業(yè)基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)，在微電子關(guān)鍵化學品、磷基高端化學品等領(lǐng)域開發(fā)了多個高端新產(chǎn)品、新技術(shù)，實現(xiàn)創(chuàng)新突破。截至目前，三峽實驗室已簽訂技術(shù)合作協(xié)議40項，金額共計1.59億元。

9月10日，支點記者走進三峽實驗室，探尋“企業(yè)出題、科研答題”模式下，產(chǎn)學研同頻共振的創(chuàng)新故事。

企業(yè)出題打通成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”

化工是湖北的支柱產(chǎn)業(yè)，磷化工更是其中的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，這里擁有長江流域最大的磷礦基地，磷礦資源儲量豐富。作為扎根宜昌的本王化工龍頭企業(yè)，興發(fā)集團已成長為國內(nèi)磷化工行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)。

要實現(xiàn)磷礦資源的高效利用，科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化是關(guān)鍵。近年來，興發(fā)集團加快推進以高端新材料、新能源產(chǎn)業(yè)為核心的戰(zhàn)略布局，持續(xù)加大研發(fā)投人與成果轉(zhuǎn)化力度，全面提高資源利用水平，推動產(chǎn)業(yè)向“高端化、綠色化”發(fā)展。

為進一步整合創(chuàng)新資源、破解產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，2021年12月，湖北三峽實驗室應勢而生。該實驗室依托宜昌市政府組建，興發(fā)集團作為牽頭單位，聯(lián)合中科院過程所、武漢工程大學、三峽大學等多所高校院所，聚焦磷石膏污染防治與綜合利用、微電子關(guān)鍵化學品、磷基高端化學品、硅系基礎(chǔ)化學品四大方向開展創(chuàng)新研發(fā)，形成了“企業(yè)為主體 + 政府參與投資建設 + 院校支撐科學研究”的新模式。

“實驗室成立以來，興發(fā)集團給予了我們?nèi)轿坏闹С郑瑢嶒炇宜玫?.2萬平方米大樓，興發(fā)集團無償提供使用，甚至承擔了全部水電費。此外，興發(fā)還將集團的測試中心整體無償轉(zhuǎn)給實驗室使用。”池汝安說。

池汝安的另一個身份是武漢工程大學教授，長期從事稀土礦物加工和化工分離工作，是綠色化工過程教育部重點實驗室主任，擁有豐富的實驗室建設工作經(jīng)驗。談及三峽實驗室的成立，他對科研成果轉(zhuǎn)化的變化感受深刻：“企業(yè)出題，讓實驗室的研究更接地氣、更具針對性，科研攻關(guān)方向更明確，打通了成果轉(zhuǎn)化‘最后一公里’，能讓技術(shù)更好更快地賦能企業(yè)發(fā)展。”

在與企業(yè)的深度合作中，三峽實驗室科研成果不斷涌現(xiàn)。例如，該實驗室重點開展的電子化學品多級純化技術(shù)、功能型配方化學品、磷系半導體材料、光刻膠及配套材料等研發(fā)工作，精準對接湖北“光芯屏端網(wǎng)”世界級產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展需求，為芯片全面國產(chǎn)化提供助力。

該實驗室研發(fā)的光刻膠用光引發(fā)劑，各項性能達到日韓進口產(chǎn)品同等水平，已與湖北興福電子科技股份有限公司（以下簡稱“興福電子”）達成成果轉(zhuǎn)化意向；高端磷化劑已完成中試，即將建成國內(nèi)首套5000噸工業(yè)化裝置；開發(fā)出“雙磷源循環(huán)及洗水回用”磷酸鐵降本增效新技術(shù)，磷酸鐵生產(chǎn)成本降低10% ，產(chǎn)品質(zhì)量可以匹配三代半及四代鐵鋰水平。

同時，實驗室聚焦有機硅化合物綠色短流程合成、高性能硅樹脂、高性能氧化硅和特種有機硅聚合物研究，為宜昌建成國內(nèi)最大的百萬噸級硅基新材料生產(chǎn)基地提供了技術(shù)支撐。

成立3年多來，三峽實驗室為地方經(jīng)濟發(fā)展提供了強勁動力。與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)簽訂技術(shù)合作協(xié)議40項，合同金額合計1.59億元，為50余家企事業(yè)單位提供檢驗檢測服務。

同時，三峽實驗室還帶動了化工產(chǎn)業(yè)升級，電子化學品專區(qū)總規(guī)模由2021年的9萬噸提升至目前的37.8萬噸；助力興福電子2025年在科創(chuàng)板上市；推動興發(fā)集團攜手萬華化學在宜昌布局精細磷化工、有機硅材料等產(chǎn)業(yè)，并成功引進東方雨虹、江蘇新亞強、四川思特瑞、深圳正安等多家企業(yè)落戶湖北。

自主突破讓關(guān)鍵材料不再“卡脖子”

興福電子是興發(fā)集團旗下的上市公司，專注于電子化學品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售。

① 光刻膠用光引發(fā)劑實驗室（三峽實驗室供圖）

“電子化學品行業(yè)門檻較高，興福電子深耕多年，積累了豐富的市場信息。”興福電子研發(fā)中心主任賀兆波向支點記者介紹，在與客戶的溝通中，公司發(fā)現(xiàn)光刻膠用光引發(fā)劑存在迫切的市場需求。該產(chǎn)品作為光刻膠的核心成分，此前長期高度依賴進口，成為制約國內(nèi)光刻膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”環(huán)節(jié)。

2021年三峽實驗室成立以后，興福電子將這一市場需求反饋給實驗室，通過“企業(yè)出題、科研答題”的方式，委托實驗室開展科研攻關(guān)。此后，三峽實驗室依托自身科研平臺優(yōu)勢，用了三年時間攻克該技術(shù)，并陸續(xù)完成了小試、中試，產(chǎn)品質(zhì)量通過客戶認證。目前，三峽實驗室已與興福電子達成協(xié)議，推進該成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。光刻膠用光引發(fā)劑的國產(chǎn)化替代，為國產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了重要支撐。

黑磷是實驗室另一項重磅科研成果。這種高附加值的新材料可替代進口硅材料，成為半導體工業(yè)的核心材料。早年間，興發(fā)集團就已洞察黑磷的市場潛力，率先與中國科學院深圳先進技術(shù)研究院聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)。

“黑磷的用途十分廣泛，比如可作為新能源汽車電池的負極材料，替代傳統(tǒng)石墨烯。用其制成的電池充電10分鐘，就能支撐汽車續(xù)航600公里，可有效解決新能源汽車續(xù)航焦慮問題，將為汽車行業(yè)帶來革命性變化。”池汝安對支點記者說。

此前，受合成技術(shù)瓶頸制約，黑磷長期面臨制備規(guī)模小（單批次最高產(chǎn)量僅停留在克級）、市場價格高的難題，嚴重限制了其產(chǎn)業(yè)化應用。經(jīng)過聯(lián)合攻關(guān)，三峽實驗室運用獨創(chuàng)的新型化學氣相傳輸技術(shù)，成功攻克傳統(tǒng)工藝因高溫高壓限制而無法實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)難題，在全球首次實現(xiàn)單批次百公斤級規(guī)模化制備，正在向噸級規(guī)模努力。這一突破，讓興發(fā)集團的產(chǎn)品實現(xiàn)了從磷礦石時代“論噸賣”到高端黑磷產(chǎn)品“論克賣”的跨越式升級。

“技術(shù)突破前，國外同類黑磷產(chǎn)品每克售價高達萬元；我們攻克關(guān)鍵技術(shù)后，直接將生產(chǎn)成本降低了一半。”三峽實驗室黑磷研發(fā)項目負責人汪建南進一步補充，“未來若能實現(xiàn)噸級規(guī)模化生產(chǎn)，產(chǎn)品價格還將進一步下降，屆時黑磷的大規(guī)模商業(yè)化應用就能真正落地。”

此外，三峽實驗室已實現(xiàn)了黑磷在改性貴金屬催化劑領(lǐng)域的應用突破，為工業(yè)化推廣奠定基礎(chǔ)。目前，黑磷金屬催化劑已應用于興發(fā)集團旗下興瑞公司的雙氧水工業(yè)制備流程，使氫效提升約 20% 。

在實驗室一樓室外，一片郁郁蔥蔥的蘆竹生長在特殊的“土壤”中。實驗室工作人員介紹，這片試驗田的土壤，正是磷石膏土壤化技術(shù)的應用成果。

“磷石膏處理是世界性難題。湖北作為化工產(chǎn)業(yè)大省，每年產(chǎn)生的磷石膏占全國總量的 40% 左右，如何安全消納成為行業(yè)痛點。”池汝安解釋道。實驗室在研發(fā)中創(chuàng)新提出“無害化、土壤化、生態(tài)化”的“三化”解決方案，通過磷石膏土壤化改良與生態(tài)化利用技術(shù)，將處理后的磷石膏轉(zhuǎn)化為達到一級園林種植土標準的土壤。這一技術(shù)不僅實現(xiàn)了磷石膏的低成本處理，更為其規(guī)模化消納提供了新路徑。

在有機硅材料領(lǐng)域，三峽實驗室同樣取得突破。在實驗室展廳中，記者注意到，一款皮革箱包格外醒目。池汝安介紹，該款箱包采用實驗室研發(fā)的有機硅合成革產(chǎn)品，物化性能及手感與國內(nèi)外主流高端競品相當，成本卻顯著降低，為打開合成革市場提供了有力技術(shù)支撐。據(jù)悉，該產(chǎn)品目前已進人工業(yè)化批量生產(chǎn)階段。

仍需招引領(lǐng)軍人才更多聚焦國家戰(zhàn)略需求

“三峽實驗室聚焦化工、半導體領(lǐng)域‘卡脖子’問題，研發(fā)的黑磷、光刻膠用光引發(fā)劑等成果，精準對接產(chǎn)業(yè)需求，成果轉(zhuǎn)化成效突出，其‘產(chǎn)學研融合’模式值得推廣”，湖北省科技廳相關(guān)負責人在接受支點記者采訪時表示，希望三峽實驗室繼續(xù)圍繞主攻方向開展科研工作，力爭產(chǎn)出更多更高質(zhì)量突破性科技成果，更好支撐服務國家和全省重大戰(zhàn)略需求。

作為一家縣級國資企業(yè)，興發(fā)集團此前在人才招引方面面臨短板，相較于北京、上海、武漢等一線城市，宜昌對高端人才的吸引力相對有限。在池汝安看來，三峽實驗室的成立改變了這一局面：“實驗室為興發(fā)集團優(yōu)化了人才結(jié)構(gòu)，吸引了更多博士等高端人才落戶宜昌，為企業(yè)科研注入了強勁動力。”

三峽實驗室辦公室主任韓慶文對支點記者回憶：“實驗室成立前，興發(fā)集團的博士數(shù)量僅有個位數(shù)；如今，集團博士人數(shù)已突破70人。同時，實驗室的成立也提升了興發(fā)集團的軟實力，助力企業(yè)向高科技企業(yè)轉(zhuǎn)型。”

不過，池汝安也坦言，目前三峽實驗室在高端人才及領(lǐng)軍人才儲備上仍存在短板：“高端人才數(shù)量不足，我們特別期待海外留學人才及國內(nèi)擁有重要學術(shù)頭銜的領(lǐng)軍人才加入，共同推動科研創(chuàng)新。”

韓慶文認為，除了引進高端人才，實驗室還需持續(xù)強化成果轉(zhuǎn)化能力，提升“自我造血”水平。他認為，提升“造血”能力可從兩方面入手：一是加強與行業(yè)企業(yè)的交流協(xié)作，積極承擔更多國家級、省級科研項目；二是依托實驗室的科研成果，通過設立種子基金、孵化創(chuàng)新團隊與科技企業(yè)等方式，形成“研發(fā)-轉(zhuǎn)化-反哺”的良性循環(huán)，助力實驗室可持續(xù)發(fā)展。

“三峽實驗室由興發(fā)集團牽頭組建，科研目標緊扣產(chǎn)業(yè)重大需求，顯著提升了成果轉(zhuǎn)化效率。”中南民族大學科學研究發(fā)展院院長張道洪教授在接受支點記者采訪中表示。

他認為，三峽實驗室與共建高校院所的科研潛力巨大，下一步應加強協(xié)同創(chuàng)新，尤其在解決國家重天戰(zhàn)略需求方面加大聯(lián)合攻關(guān)力度，形成創(chuàng)新合力，進一步拓展科技創(chuàng)新對產(chǎn)業(yè)的賦能范圍，打造立足華中、輻射全國的綠色化工創(chuàng)新高地。