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汪淏田,从二氧化碳到化工原料的过程十分复杂,颠覆传统化工行业

  • 日期:2020-03-04 16:32:02
  • 来源:互联网
  • 编辑:小优
  • 阅读人数:549

关于 Innovators Under 35 China 榜单

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35 岁以下科技创新 35 人”榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。2017 年,该榜单正式推出中国区评选,遴选中国籍的青年科技创新者。新一届 2020 年度榜单正在征集提名与报名,截止时间 2020 年 6 月 30 日。详情请见文末。

汪淏田,从二氧化碳到化工原料的过程十分复杂,颠覆传统化工行业(图1)

汪淏田

先锋者

汪淏田凭借其在清洁能源以及催化剂材料领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主。

获奖时年龄:29 岁

获奖时职位:莱斯大学助理教授获奖理由:他从事清洁能源的存储与技术研究,在发展高性能、廉价的催化剂材料方面取得了一系列成果。

石油,是现代工业的血液。塑料、尼龙、化肥、染料、药物,许多日常生活中离不开的产品都源自于石油。地质学家普遍认为,石油是由史前生物和藻类的尸体变化形成的。在太阳光的作用下,大气中的二氧化碳等只含有一个碳原子的分子,在生物体内会变成含有许多碳原子的分子,最后在高温高压的地下,形成拥有长“碳链”的石油。

现代化学工业做的事情,就是把石油里的长链缩短,变为短链的甲酸、乙醇等化工原料。这种“自上而下”的化工生产过程,尽管相当完善和可靠,却显而易见地伴随着大量的碳排放和化石能源消耗。

既然可以通过缩短碳链的方式把石油变成化工原料,那么可不可以反过来,自下而上地模拟石油的形成过程,从只有一个碳原子的二氧化碳开始,构建这些产品呢?

答案是肯定的。现任美国莱斯大学助理教授的汪淏田,从事的就是这个领域的研究。他所出的技术,可以利用太阳能、风能等清洁能源生产的电能,把空气中的二氧化碳为高纯度的化工原料,在降低大气中二氧化碳浓度的同时,获得绿色的化工产品。一旦大规模应用,对于高能耗、高污染的化工行业来说,将不啻为一场清洁。

汪淏田于 1990 年出生在安徽省宿松县的一个普通职工家庭。汪淏田说,他的家庭在三个方面给了他重要的影响。首先,是毫无保留地对学业、事业的支持,他的父母对于读书有着非常强烈的信仰,从心底里面认为读书是最好的出路;其次,是给了他一颗开放、包容、乐观的心,对于任何事物都不斤斤计较,要有长远的眼光;第三,则是对他三观的塑造,让他深刻理解要做一个什么样的人。

汪淏田,从二氧化碳到化工原料的过程十分复杂,颠覆传统化工行业(图2)

图 汪淏田在颁奖典礼上做演讲(DeepTech)

在这样的熏陶下,尽管从小学到高中,汪淏田的教育都是在县城里完成的,但他依然以优异的成绩考入了中国科学技术大学,并在之后进入到斯坦福大学攻读博士学位。

在学术氛围浓厚的中科大,他接受了严谨的科学教育,扎实的学风为他日后的发展打下了牢固的基础。而在“学生胆子很大”的斯坦福,他拥有了看向远方的独到眼光和大胆活跃的科研思维。这种基础和想法的互补,让他取得了一系列杰出的科研成果。

在博士期间,汪淏田研究出了一种独特的性“电化学调控”方法,可有效提高水分解和燃料电池催化剂的催化性能。博士毕业之后,他从两三百位极其优秀的申请者中脱颖而出,跳过了博士后阶段,直接进入哈佛大学罗兰研究所担任研究员,正式开启了自己的独立研究生涯。两年之后,他又进入莱斯大学化学与生物分子工程系任教。这期间,他不负众望,取得了非常傲人的成绩。而他所出的技术,就是上文提到的“绿色化工”利用太阳能、风能等清洁电能,将工厂所排放的二氧化碳温室气体,为基础化工产品,包括一氧化碳、乙烯,高纯度的乙醇、甲酸液体燃料等。

从二氧化碳到化工原料的过程十分复杂,其核心在于,催化剂要有很高的催化活性和选择性。材料的催化活性与它的大小有关,纳米催化剂就是通过把材料缩小到纳米尺度的方式,让催化剂拥有传统的块体材料无法实现的性能。而汪淏田则更进一步,直接把催化剂缩小到了最基本的原子尺度,让材料迸发出了极强的催化活性。

他们成功研制出一种镍金属“单原子催化剂”拥有99%的二氧化碳电还原选择性。基于这类催化剂,他们进一步组装了人工光合作用,使得从太阳能到化学能的转换效率达到了12.7%,比自然界绿色植物的光合作用的效率高出了一到两个数量级。更加难能可贵的是,他们最新的固态电解质技术,出的液态化工产品纯度非常高,无需分离提纯就可以直接投入使用。目前,他们正在和许多公司进行接洽,希望可以实现双氧水、乙醇、甲酸、乙酸等一系列基础化工产品的电化学方法绿色生产,并将其大规模应用于能源存储、化工产品制造、污水处理等许多领域。

利用清洁电能合成化工原料是一个很年轻的行业。但在以汪淏田为代表的许多科学家的努力下,这个领域在近几年取得了长足的发展,不少指标已经可以和市场上的成熟技术相媲美。汪淏田表示,作为他们主推的代表性电化学合成反应,他们将争取在几年内建成电合成高纯度双氧水溶液的中试规模装置。而随着生产过程长期稳定性、效率等指标的进一步提高,汪淏田坚信,他们一定可以完成对传统化工行业的清洁化颠覆。

本文相关词条概念解析:

催化剂

在化学反应里能改变反应物化学反应速率(既能提高也能降低)而不改变化学平衡,且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂(固体催化剂也叫触媒)。据统计,约有90%以上的工业过程中使用催化剂,如化工、石化、生化、环保等。催化剂种类繁多,按状态可分为液体催化剂和固体催化剂;按反应体系的相态分为均相催化剂和多相催化剂,均相催化剂有酸、碱、可溶性过渡金属化合物和过氧化物催化剂。催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都采用不同的催化剂。

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