——记北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心副教授张建

谢更好

近半个世纪以来，面对化石能源日渐枯竭和全球气候、环境变化的现实压力，一场新能源革命在全球范围内悄然兴起。世界各国尤其是经济技术发达且对进口能源需求量大的美国、日本、西欧等国家和地区开始对传统的高能耗、高污染工业进行大规模的技术改革。

作为一种丰富的可再生资源，生物质能高效地转化为重要化学品、能源产品、新材料，使人类减少对化石资源的依赖，是实现社会可持续发展的重要途径。然而，尽管生物燃料对环境的影响小，但其生产过程需要大量能量，经过高温和压力，才能发生必要的化学反应。破解之道来自沸石，这是一种超多孔材料，10克沸石的内部表面积相当于一个足球场大小，沸石的孔腔结构使其很适合用于催化化学反应，帮助节省能量。目前，利用沸石催化化学反应将生物质转化为生物燃料的研究得到了越来越多人的关注。

“生物质能源发展潜力巨大。近年来，国内外很多学者都在开展相关研究，并不断取得重要成果。可以预见，传统的化石能源终将被新能源取代，一个环境友好型的社会终将建成！”北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心副教授张建说。

“兴趣”“良师”“益友”

从初入象牙塔的懵懂学生到如今成为一名优秀的科研工作者，翻开张建的人生履历，“兴趣”“良师”“益友”是始终绕不开的关键词。高中时期，张建就对化学情有独钟。不论是物质与物质间的复杂反应，还是那些瓶瓶罐罐的化学试剂，抑或是密密麻麻的元素周期表，在张建眼里，一切都那么生动有趣。2008年，张建凭借优异的成绩，顺利考上吉林大学应用化学专业。开学第一天，老师就告诫他们，要想在化学的道路上走得更远，就需要重视实验与研究。就这样，在大一的理论知识学习结束后，张建进入了实验室，并在这里结识了他人生中最重要的人之一——肖丰收教授。

“肖老师是中国化学会会士，荣获过国家杰出青年、汤姆逊（Thomson）科学研究前沿奖、高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖二等奖等多项荣誉，在沸石分子筛、多相催化反应等研究方面一直颇有建树。”提起恩师，张建满怀感激，“当时我才大二，由于实验知识不足，在科研过程中总是遇到瓶颈。但肖老师并没有失去耐心，反而手把手地对我进行指导，非常细致地给我讲解。他还常常鼓励我和师兄王亮多交流学习，共同进步。”

功夫不负有心人，在肖丰收教授的带领下，实验取得了突破性进展，研究结果以论文形式进行了发表，张建的名字醒目地列在第二作者的位置，研究所取得的成果令他欢欣鼓舞，也更加坚定了张建进行化学研究的决心。

2009年，肖丰收教授离开吉林大学进入浙江大学任教。为了跟随肖老师的步伐，张建于2012年来到浙江大学攻读催化化学专业博士学位。而后，他又在那里完成了博士后研究。在浙江大学的7年时光里，张建的科研水平得到了快速提高。在此期间，他开始进行属于自己的课题项目，第一次着手生物质转化领域的研究，并逐渐确立了将沸石合成与应用、生物质转化作为个人的研究方向。

“一路走来，我觉得自己非常幸运。除了肖老师的栽培，我的师兄王亮也给予了我很多帮助。2013年，师兄从吉林大学获得理学博士学位后，也跟着肖老师来到了浙江大学进行博士后研究，随后便留校工作。在研究思路方面，师兄带给我很多启发性思考。”张建清楚地记得，王亮师兄曾告诉他，寻找有效的化学催化剂，如果只是一个一个地筛选每种可能的催化剂，这样用“蛮力”，耗时非常长，但若是从化学原理的角度出发，通过创新来制造出新的化学催化剂，并将其巧妙地运用在实验里，就会少走很多弯路……

2019年，在肖教授的介绍下，张建来到了北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心继续开展科研工作。迄今为止，他已在国内外的杂志发表论文50余篇，其中第一作者/共同第一作者16篇，有3篇为《科学引文索引》（SCI）高被引论文。借助北京化工大学这个强有力的平台，张建创造性地将自己的研究内容与北京化工大学的优势学科——生物工程结合起来，采用生物化工的方式，努力让化学这门科学迸发出更加耀眼的光芒！

巧用沸石催化剂

塑料是人类社会发展过程中不可或缺的产品，近几年用量极大的医用口罩的生产就高度依赖塑料。但由于塑料难以在自然条件下降解为无害物质，废弃后造成的塑料污染问题已经严重影响了自然和生态环境。解决此问题的办法之一就是开发可降解的塑料。

张建说：“作为一种典型的可生物降解的聚合物，聚乳酸的基本物性和石化合成的塑料非常相似，而且它的相容性与可降解性良好，是非常有前途的生物降解塑料制品。”为了制备高品质的聚乳酸，实现催化乳酸制L-丙交酯的催化剂及相应的乳酸一步制L-丙交酯的高效反应是关键。为此，张建主持了国家自然科学基金项目“高效催化乳酸双分子酯化制L-丙交酯的核-壳沸石催化材料”。

在此项目中，张建带领团队设计合成了全硅Beta包裹硅铝Beta沸石催化材料。全硅壳层可以有效消除外表面酸中心，抑制乳酸过度聚合等副反应，同时提供丰富的孔道供反应物和产物分子快速扩散，从而大幅度提高L-丙交酯的选择性。在此基础上，他们还研究了全硅和硅铝Beta沸石的组装机制，以及酸位点和沸石孔道的协同作用规律和对催化活性和选择性的影响。基于这一催化材料，项目组成功减少了当前先预聚再聚合两步法制L-丙交酯的能耗，进一步发展了不需要预聚的乳酸一步制丙交酯的反应过程。

除了解决眼下的污染问题，探索新能源也是张建研究的重点。随着人类社会的高效运转，大量的燃料被消耗，虽然未来社会的汽柴油车会被电车取代，但是飞机等飞行器由于需要较高的动力，所使用的航空煤油（简称“航煤”）是无可替代的。近年来的研究热点——生物质资源是指通过“光合作用”而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。“光合作用”的主要原料之一就是二氧化碳，而生物质转化主要生产两类产品：燃料和社会发展需要的化学品。考虑到航空运输业在人类社会运转中的重要作用，生物质资源为绿色高效制备高品质航煤提供了一条可行路径。

“在众多类型的航煤中，金刚烷基航煤具有高密度、高能量密度、低冰点、低黏度等优势性能，近年来受烯烃工艺及煤炭利用工艺变革影响，产能持续下降，如何通过生物质制备金刚烷基航煤，成了摆在人们面前的难题。”张建科普道，“研究表明，倍半萜是含有3个异戊二烯单元的天然萜类化合物，可以通过生物发酵法由葡萄糖高效制备。具有环状结构的倍半萜（例如长叶烯）经过加氢再异构的方式可以制备金刚烷基化合物。为了降低反应能耗，获得更高的产物选择性，人们提出通过含氢体系一步加氢异构制备金刚烷基化合物，由此，催化剂的设计制备成为关键。”

张建发现，将金属颗粒包裹到ETS-10沸石中，可以获得高浓度的空间上毗邻分布的金属/氧化钛界面和固体酸位点，构筑出一种高效的金属/酸双功能催化材料，从而有效提升环状倍半萜加氢异构制金刚烷基航煤反应中的活性。于是，他带领团队开展了国家自然科学基金项目“高效催化倍半萜加氢异构制高品质航煤的钛硅沸石封装金属催化材料”的研究。目前，这一项目还在进行中，预计2026年年底结束。

“近年来，沸石催化剂已由过去广泛应用于石油工业、化学生产等方面转变为治理大气污染、水污染修复等领域，特别是在助力生物质转化方面发挥了巨大作用，这对于缓解当下紧张的能源危机，实现环境与经济上的双赢具有重要意义。”张建说，“我国的生物质资源非常广泛，但都处于实验室研究阶段，工业化程度不高，实现生物质转化的自动化和工业化将是我今后努力的方向。”目标在前，使命催征，唯有踔厉奋发、笃行不怠，张建将一步一个脚印，在追逐梦想的道路上奋勇前进！

（责编：关弋）