分子科学从这里起源,追求卓越

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在化学所的“一三五”规划中,“三个重大突破”之一,就是最具代表性的纳米绿色打印制版技术。化学所通过重点攻关纳米材料绿色打印制版综合集成技术,在纳米复合转印材料制备、版材纳微米结构构造、浸润性精确调控和匹配技术、高精度打印关键技术等方面取得了重要进展。可喜的是,如今建成的北京怀柔和密云绿色制版中心,辐射周边40余家印刷企业,并开始向山东、辽宁、四川等地推广。

当化学学科逐渐走进“分子时代”时,化学所在国内率先提出面向世界科学前沿的分子科学研究计划。多年来,化学所依靠深厚的历史积淀,以扎实的基础研究,突破了诸多关键技术,培养了一大批分子科学领军人才,成为我国分子科学领域的高地。

在绿色化学研究方面,该所创制了新型的绿色功能乳液体系和有机卡宾催化剂,发展了二氧化碳与纤维素等碳资源清洁高效转化为重要化学品和功能材料的新途径与新技术。在能源储存与转化方面,化学所发现了纳米孔道限域的链状小硫分子的新奇电化学反应机理,并率先报道了可充放电的新型Li-Se电池;创制了系列新型的二维共轭聚合物有机光伏材料;发明了用于含蜡原油运输的新型纳米降凝剂,并实现工业化应用。在环境研究方面,化学所提出了污染物光催化降解过程中质子耦合电子转移新机理以及重污染期间二次气溶胶快速形成的新机制;发展了水深度净化复合吸附材料的宏量制备新方法。在与生命科学交叉研究方面,建立了脑内抗坏血酸等活体原位和在线分析新方法;设计合成了包括基因、蛋白、活性氧等新型小分子和聚合物光学探针;发展了以质谱为核心的药物相互作用组学研究新方法与新技术。在仿生智能材料方面,揭示了仙人掌多尺度结构与其高效收集并输运水功能的关系;发展了聚多巴胺的表面超疏水改性的通用方法以及制备了低冰黏附表面材料。

该中心由中科院化学所与当时的感光化学所相关部分整合而成,时任化学所所长朱道本被聘任为该中心的主任。

中科院化学所所长张德清:立足基础,追求卓越

1989年初,研究团队还开发了原子力显微镜,助力分子科学研究直接观察非导体的表面原子结构。超高真空扫描隧道显微镜、低温扫描隧道显微镜、激光检测原子力显微镜、弹道电子发射显微镜等纳米检测仪器也陆续成功研发。

分子科学前沿领域成就显著

中国科学院化学研究所上一任所长万立骏告诉《中国科学报》记者:“有了STM这个利器,中科院化学所纳米科学的发展得到了极大的支撑。”

张德清还指出,化学所充分发挥其在高分子科学和材料的研究优势,加强产学研结合,有力支撑了我国在高分子产业的技术进步,特别是在高性能高分子材料方面满足了我国在重大工程方面的迫切需求,发挥了不可取代的作用。

当时,STM仪器尚未实现商业化,自行研制STM仪器成为该实验室成立之初的主要目标。1988年,白春礼和同事们在科研经费不足的情况下,只花了不到半年时间,成功研制出中国第一台STM仪器。

成立于1956年的中科院化学所,即将迎来自己的六十华诞。六十年弹指一挥间,化学所不断坚持面向世界科技前沿,面向国家重大需求,面向国民经济主战场,加强高技术创新和集成,高度重视化学与材料、能源、环境、生命等领域的交叉,在分子与纳米科学前沿、有机高分子材料、能源与绿色化学以及化学与生命科学交叉领域取得了众多突破性进展。据了解,近期中科院对研究所的“一三五”规划进行了验收评审,化学所的“三个重大突破”皆被评价为优秀,显示了化学所在化学和材料领域的雄厚实力。

纳米绿色印刷是化学所全链条创新的典范。宋延林带领的团队先后实现了包括绿色制版、绿色版基和绿色油墨在内的完整纳米绿色印刷产业链技术。从2010年起,该团队与企业合作,推动项目产业化示范和制版中心建设,已经取得多项国际领先的技术成果,在国内外产生了广泛的影响。

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研究人员正是依靠这些自主研发的仪器,对有机导体、有机铁磁体、非线性光学材料、高温超导材料、矿物和生物大分子等一系列物质开展了研究,取得了许多重要的研究成果。

为了进一步了解这个与新中国“共成长、齐奋斗”的科研机构是如何坚守基础科学阵地,成为具有一定国际影响的化学研究机构的,《中国科学报》记者专程走进中科院化学所,对所长张德清进行了实地采访,就化学所在“一三五”规划中的分子科学发展、产学研结合以及交叉学科研究、“卓越中心”建设等相关重大问题进行了深入交流。

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“十二五”期间,化学所围绕分子反应基础和器件研究中的重大、前沿性科学问题,开展了深入的研究工作,在复杂反应的过程与调控、纳米结构可控制备、有机柔性电子器件方面取得了一系列重要突破。“分子科学是研究分子的结构、合成、转化与功能的科学,是化学科学的核心,是创造新物质的源泉,是化学所的重点研究领域。”张德清向记者介绍说。

中科院化学所所长张德清指出,多年来,在分子科学领域,化学所形成了分子合成、分子组装与功能及与材料、环境、生命、能源等交叉的全覆盖研究领域。

《中国科学报》 (2015-10-19 第5版 创新周刊)

2016年10月,中国科学院化学研究所将迎来60周岁生日。60年来,几代化学所人不懈努力,顽强拼搏,勇攀高峰,形成了“创新、求是、团结、奉献”的优秀文化,为我国科技事业、国民经济和国防建设作出了重要贡献。如今,化学所以基础研究为主,正在有重点地开展国家急需的、有重大战略目标的高新技术创新研究,并与高新技术应用和转化工作相协调发展,已成为具有重要国际影响、我国最高水平的化学研究机构之一。本报即日起将推出系列文章,以纪念为化学事业奋斗终身的前辈,也向正在“三个面向”“四个率先”的要求下,为化学科学发展、国民经济和国防建设奋战的科研工作者致以崇高的敬意。

据了解,“十二五”期间化学所成功开发出了被誉为“罗-程催化剂”的仿生有机小分子催化剂;建立起了单原子水平精准调控化学反应的新方法;首次合成了最接近光合作用水裂解催化中心的模拟物并成功发展了基于轮烷的分子机器;系统研究了功能分子在表面的组装规律,建立了构筑手性组装体的新方法,在手性非线性放大方面取得突破;通过控制在金属铜表面的化学反应,首先建立了石墨炔的合成方法;发展了系列高迁移率有机半导体及有机热电材料,并在有机柔性电子器件和有机光子学器件等功能应用研究方面取得了系列重要突破。

2013年,中科院发展规划局组织国际知名科学家对化学研究所进行了现场专家诊断评估。“国际评估专家认为化学所是中国最好的化学研究机构,也提出了许多中肯的意见,让我们未来的发展有了更清晰的方向和更大的空间。”张德清表示。

化学所按照中科院“率先行动”计划的部署,成立了“分子科学科教融合卓越中心”。“科学研究上要追求卓越,我们现在拥有一支具有国际竞争力的科研队伍,具有良好的研究平台和国际交流平台,我们有信心通过会聚最具创新活力的化学科学优秀人才,建设高水平的分子科学前沿交叉研究平台,组织国内和国际重大研究计划,形成有利于创新、合作和重大成果产出以及科教融合的新机制,成为我国分子科学研究领域重大成果的发源地;率先建成特色鲜明、国际一流的分子科学研究中心,引领分子科学领域的发展。”张德清进一步强调,“在实现科学卓越的同时,实现教育卓越;如何把科学研究的资源服务于教育,培养创新型人才,也是‘卓越中心’日后的工作重点。”

朱道本说:“一个人的力量是有限的,有了领导和同事们的支持,才能把分子科学中心建好。”启动伊始,他带领化学所多名研究人员详细调研了德国马普研究所、日本分子科学中心等世界一流的化学研究机构。

“化学所的变化与国家的发展变化是一脉相承的,化学所能取得今天的成绩与国家科教兴国战略紧密相连。”张德清的感慨彰显出一名科技工作者的时代情怀。张德清强调,化学所作为以基础学科为主的研究机构,时刻思考国立研究机构的国家功能,不断延伸创新价值链,强化产学研结合。他认为,只有这样才能把研究成果放大,才能真正显示出研究成果的科学价值和社会贡献。同时,他指出,化学所还积极通过把企业的技术难题转化为科学问题来进行研究和技术攻关,有力支撑了相关领域的技术创新。

纵观历史,观测手段的每一次进步都能推动人类认识世界的步伐。例如,在生物学上,X光衍射技术为分子生物学的发展奠定了基础。而天文学上,射电望远镜的发明则极大地拓宽了天文学家观测的视野。

③④化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室

有机光导鼓关键技术则始于上世纪80年代。王艳乔等科研人员完成技术研发后,于2000年建成我国首条有机光导鼓自动化生产线,结束了我国有机光导鼓的技术与产业空白局面,创造了良好的经济和社会效益。

“虽然化学所被国际评估专家认为是中国最好的化学研究机构,但与国际一流化学研究机构相比,我们还有很多工作要做。”张德清表示。也许正因“还有很多工作要做”,才让化学所有了更大和更多的发展空间。

“首批进入中心的196人,平均年龄是39.8岁,‘杰青’获得者有10名,‘百人计划’9名。”朱道本告诉《中国科学报》记者。

“虽然化学所被国际评估专家认为是中国最好的化学研究机构,但与国际一流化学研究机构相比,我们还有很多工作要做。”张德清表示。也许正因“还有很多工作要做”,才让化学所有了更大和更多的发展空间。

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张德清指出,化学所将充分调动研究所资源,办好国科大化学学院,培养创新型人才,使国科大化学学院成为国际上著名的化学科学人才培养单位,成为优秀年轻学子向往的化学科学殿堂,为化学所率先建成国家创新人才高地作出贡献。

在聚丙烯催化剂研发方面,肖士镜、谢光华和胡友良等研究人员成功制备出高活性、高立构规整性的聚丙烯催化剂,并于1992年在辽宁营口实现了催化剂的产业化,替代了进口催化剂。而在甲醇/一氧化碳羰基合成方面,袁国卿等带领研发团队研制出系列新型的螯合型催化剂。2004年起,该类催化剂陆续被大型企业广泛应用,共生产醋酸1100万吨,创造利润40多亿元。

作为综合性研究机构,化学所长期以来高度重视化学与其他学科的交叉研究。化学所在“十二五”期间的“一三五”规划中的五个培育方向包括“绿色制备新方法和新技术”“化学储能与能量转化”“环境污染分子机制与控制”“重大疾病的分子机制与预警”以及“智能响应性功能材料”,就是旨在进一步加强化学与材料、能源、环境、生命等学科的交叉,开拓新的领域。通过过去五年的努力,化学所皆取得了一系列重要进展。

“因为实验用房紧张,研制工作在化学所4号楼的一间地下室里开展。”参与STM仪器研发的实验室人员对这段历史记忆犹新,“1988年4月12日,实验室的日历永远记住了这个时间。”

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