科技日報(bào)記者 王延斌
多年以來，天津大學(xué)化工學(xué)院博士生常鑫腦中有很多問號：如何確立直接有效的研究策略？如何在大量的物理化學(xué)參數(shù)中闡明關(guān)鍵因素？如何定量描述電子和幾何效應(yīng)？如何把定量化結(jié)果重新耦合起來？如何把不同變量的競爭凝練為單個(gè)描述符的變化……
一邊解開問號，一邊成長，曲曲折折中，斬獲了國際學(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》上的首篇文章。媒體以《烷烴脫氫催化劑設(shè)計(jì)有了新途徑》為題報(bào)道這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，“這篇文章創(chuàng)新性地提出基于單一位點(diǎn)的合金催化劑結(jié)構(gòu)和電子效應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，打破了傳統(tǒng)‘試錯(cuò)法’的大量篩選流程，讓‘一鍵篩選’成為可能。”
“四年磨一劍，出道即巔峰”，同事們這樣概括常鑫的成果。但常鑫心里清楚：磨這把劍，并不容易。
打破壟斷，烷烴脫氫催化劑設(shè)計(jì)有了新途徑
丙烯是全球產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣的基礎(chǔ)化工原料之一，是制造塑料、合成橡膠和合成纖維“三大合成材料”的基本原料。丙烷脫氫法是目前市場占有率增長最快、極具前景的丙烯生產(chǎn)技術(shù)之一。然而，我國現(xiàn)有的丙烷脫氫工藝主要依賴高價(jià)進(jìn)口的成熟工藝包，作為工藝核心的催化劑被發(fā)達(dá)國家把持，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的丙烷脫氫催化劑成為國內(nèi)化工業(yè)的短板弱項(xiàng)。
據(jù)介紹，傳統(tǒng)丙烯生產(chǎn)工藝采用實(shí)驗(yàn)“試錯(cuò)法”研發(fā)催化劑，往往需要數(shù)月甚至數(shù)年時(shí)間，消耗大量人力物力財(cái)力。通常，采用“試錯(cuò)法”得到的催化劑結(jié)構(gòu)、組成較為復(fù)雜，導(dǎo)致催化劑—反應(yīng)性能的構(gòu)效關(guān)系難以明確。這也成為催化劑研發(fā)創(chuàng)新的“屏障”。近年來，“單位點(diǎn)”催化劑概念的出現(xiàn)，為催化劑電子、幾何結(jié)構(gòu)的可控調(diào)控與制備提供了新思路。
天津大學(xué)新能源化工團(tuán)隊(duì)提出了“催化微環(huán)境預(yù)測催化性能”的方法。他們創(chuàng)新算法，借助計(jì)算機(jī)程序發(fā)現(xiàn)了烷烴脫氫“單位點(diǎn)”合金催化劑的設(shè)計(jì)新途徑，只需獲得催化劑的電子、幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)“孤立度”，就能描述烯烴選擇性，從而加速遴選性能優(yōu)異的催化劑材料?；谠摲椒?，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型鉑基催化劑貴金屬用量降低超60%，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，新型催化劑的丙烯選擇性優(yōu)于國際同類產(chǎn)品，在長程穩(wěn)定性和再生循環(huán)測試中也保持穩(wěn)定。
作為文章第一作者，常鑫說，“我們正在與行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)合作開展催化劑工程制備與工藝放大研究，實(shí)現(xiàn)新型丙烷脫氫成型催化劑的工程制備，加速突破國外催化劑技術(shù)壟斷?！?/span>
“硬剛”化工的女博士，用詩歌表達(dá)人生態(tài)度
從2017年作為直博生入學(xué)，到2019年開展首份個(gè)人研究工作，再到2023年發(fā)表博士期間首篇第一作者論文，六年來，常鑫不斷嘗試，不斷修正。這期間，經(jīng)歷數(shù)千個(gè)日夜反復(fù)凝神細(xì)思，砥礪數(shù)不清的困難失敗，她說：科研之路雖漫漫，吾仍往。在博士畢業(yè)論文致謝中，她寫道：“尤以父母家人之愛意，師者朋友之情誼，予向前之力量，賦無畏之精神?！币痪湓?，道盡了過往歲月。
常鑫外表柔弱，卻選擇了“硬剛”化工，典型的理科領(lǐng)域；但她的內(nèi)心深處，安放著一片詩歌的原野。
“小時(shí)候，家中每周訂閱報(bào)紙和雜志，讓我在閱讀中感受到文字的力量。另有一些書籍，例如小時(shí)候讀到英國詩人蘭德《生與死》的各類中文譯本，我發(fā)現(xiàn)不同的譯法，各有意趣，這讓我感受到文字，特別是詩詞充滿魅力。”常鑫回憶，小學(xué)的教室里，講臺上面掛著兩幅畫像，是毛主席和周總理。毛主席曾有一首詩，寫的是“孩兒立志出鄉(xiāng)關(guān)，學(xué)不成名誓不還。埋骨何須桑梓地，人生無處不青山。”詩詞簡潔，直抒胸臆，又充滿力量，這直擊心靈的詩，給她植下了熱愛詩詞的種子。
“后來的時(shí)光里，或喜或悲，我用詩詞表達(dá)自己，也開解自己；我用詩詞祝福別人，也勸慰別人?！睂懺娫~，成了常鑫表達(dá)人生態(tài)度的獨(dú)特方式。
“在成長的道路上，不乏坎坷艱難的歲月，大多時(shí)候要自我消化，自我規(guī)勸?！彼柚姼璧牧α孔屪约焊訄?jiān)定，“從旖旎風(fēng)光到玉樹銀花，在詩歌里我不僅體會到了大漠孤煙的壯麗，也看到了九百六十萬公里土地的豪邁；在詩歌里我不僅回味了云卷云舒的恬淡安然，也讓我在艱難時(shí)光里感知春意盎然。”
如今，拿到了2023年度京博科技獎(jiǎng)-化學(xué)化工與材料京博優(yōu)秀博士獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)，談及未來規(guī)劃，常鑫已經(jīng)做好打算，她說：“何堪孤影立，為解國之憂。愿以所學(xué)為祖國科研事業(yè)的進(jìn)步盡一份綿薄之力?！?/span>
