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“精細(xì)化學(xué)品是國(guó)際化工及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域爭(zhēng)奪的重要制高點(diǎn)。”近日，中國(guó)科學(xué)院院士、大連理工大學(xué)教授彭孝軍在談及精細(xì)化學(xué)品時(shí)做出如上判斷。他表示，我國(guó)的精細(xì)化工正從1.0走向2.0，必須加強(qiáng)分子結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)從“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變，以功能智能化為目標(biāo)，領(lǐng)跑行業(yè)發(fā)展。
精細(xì)化工發(fā)展空間廣闊
需加強(qiáng)分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
精細(xì)化工是推動(dòng)石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵引擎。“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要的制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力提升專欄中，高端材料、智能制造與機(jī)器人技術(shù)、新能源汽車(chē)和智能汽車(chē)等八個(gè)方面都與精細(xì)化工密切相關(guān)。
當(dāng)前，我國(guó)精細(xì)化工發(fā)展水平如何?彭孝軍指出，截至2020年，日本、德國(guó)、美國(guó)的精細(xì)化率(即精細(xì)化學(xué)品占總化工產(chǎn)品百分比)已經(jīng)接近70%，而我國(guó)的精細(xì)化率仍徘徊在50%左右，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)的精細(xì)化工仍有非常大的發(fā)展空間。
“在精細(xì)化工領(lǐng)域，我國(guó)面臨最關(guān)鍵的問(wèn)題是要生產(chǎn)什么產(chǎn)品。”彭孝軍說(shuō)：“未來(lái)我們需要加強(qiáng)分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，研究滿足社會(huì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的精細(xì)化工產(chǎn)品，這也是從精細(xì)化工1.0的‘中國(guó)制造’走向精細(xì)化工2.0的‘中國(guó)創(chuàng)造’的重要蛻變。分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新即做化學(xué)分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行清潔制造，形成功能性、具有高附加值的產(chǎn)品。”
工業(yè)和信息化部聯(lián)合九部門(mén)今年發(fā)布的《精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展實(shí)施方案(2024—2027年)》指出，充分發(fā)揮石化化工產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚、市場(chǎng)規(guī)模超大和應(yīng)用場(chǎng)景豐富等優(yōu)勢(shì)，將大力發(fā)展精細(xì)化工作為產(chǎn)業(yè)延鏈補(bǔ)鏈強(qiáng)鏈、轉(zhuǎn)型升級(jí)的主攻方向，引導(dǎo)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)高端化、綠色化、智能化發(fā)展，為推進(jìn)新型工業(yè)化、建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)提供堅(jiān)實(shí)物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。這是我國(guó)出臺(tái)的首部精細(xì)化工指導(dǎo)性文件，意味著精細(xì)化工發(fā)展已正式駛?cè)肟燔?chē)道。
智能分子工程引領(lǐng)發(fā)展
精細(xì)化工迎來(lái)新機(jī)遇
精細(xì)化工將如何“引導(dǎo)行業(yè)高端化、綠色化、智能化發(fā)展”?
彭孝軍認(rèn)為，智能化是實(shí)現(xiàn)高端化和綠色化的手段，要將科學(xué)原理和人工智能結(jié)合，創(chuàng)造新模式，以此發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)和新工藝過(guò)程來(lái)滿足工業(yè)的需求。
過(guò)去研究化工生產(chǎn)采用的研究范式是試錯(cuò)優(yōu)選，需要多次嘗試，不斷失敗，最終成功。彭孝軍對(duì)未來(lái)化工領(lǐng)域的設(shè)想是：“要采用科學(xué)計(jì)算和人工智能的方法盡量減少犯錯(cuò)的概率，用最小的代價(jià)去預(yù)測(cè)和篩選分子。只有實(shí)現(xiàn)這一變革，才能夠真正實(shí)現(xiàn)從跟跑到并跑，最后領(lǐng)跑行業(yè)發(fā)展。”
“實(shí)施智能分子工程是精細(xì)化工變革性發(fā)展大趨勢(shì)，也是精細(xì)化工變道超車(chē)的歷史新機(jī)遇。”彭孝軍解釋說(shuō)，智能分子工程包括三層含義，一是分子功能智能化，具有自動(dòng)識(shí)別、執(zhí)行、恢復(fù)功能;二是分子設(shè)計(jì)智能化，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)性能智能自主學(xué)習(xí);三是分子制造智能化，即制造環(huán)節(jié)具有合成路徑自主學(xué)習(xí)與智能制造的功能。
“對(duì)于化工行業(yè)而言，我們希望能夠通過(guò)智能分子工程解決目前化工行業(yè)的一些困境。易燃易爆是人們對(duì)化工行業(yè)的刻板印象，我們可以通過(guò)智能化改造，將傳統(tǒng)化工廠改造成‘黑燈工廠’。”彭孝軍說(shuō)道。
染料智能分子“顯身手”
新技術(shù)有待業(yè)界探索
染料工業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)，近年來(lái)，染料智能分子已在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了變革性應(yīng)用。
據(jù)了解，染料暴露在光中會(huì)不穩(wěn)定，是因?yàn)槿玖显诩ぐl(fā)態(tài)與環(huán)境中的氧反應(yīng)形成活性氧，極易破壞染料分子。由此，彭孝軍研究團(tuán)隊(duì)在激發(fā)態(tài)上引入猝滅基團(tuán)，通過(guò)猝滅迅速結(jié)束激發(fā)態(tài)，以此減少生成活性氧的幾率。
該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)打印機(jī)企業(yè)納思達(dá)研發(fā)的耐候性信息打印染料上得到應(yīng)用。該產(chǎn)品比一些國(guó)外產(chǎn)品功能性更強(qiáng)，不但實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代、耐候性染料工藝優(yōu)化，還實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；猩a(chǎn)。在納思達(dá)的帶領(lǐng)之下，珠海已經(jīng)成為全球打印耗材之都。
在醫(yī)療領(lǐng)域，染料智能分子也有大用途。靶向藥物、探針等智能化學(xué)品是精準(zhǔn)醫(yī)療的保障，業(yè)界已在此基礎(chǔ)上研發(fā)出高爾基體內(nèi)COX-2酶熒光探針，利用染料對(duì)環(huán)境極性敏感的特性區(qū)分炎癥和腫瘤組織，幫助判別手術(shù)中裸眼腫瘤組織邊界，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療。
在能源領(lǐng)域，太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換也可以用帶顏色的染料實(shí)現(xiàn)，在大幅提升效率的同時(shí)降低能耗。
彭孝軍強(qiáng)調(diào)，未來(lái)，體外的智能響應(yīng)醫(yī)學(xué)診療染料將成為業(yè)界研究的重點(diǎn)，可助力解決體外早期診斷關(guān)鍵試劑的“卡脖子”難題;智能基團(tuán)不但能識(shí)別生物靶標(biāo)產(chǎn)生熒光響應(yīng)，還可以提高腫瘤光動(dòng)治療效率，實(shí)現(xiàn)從靶標(biāo)識(shí)別到腫瘤診療的周期覆蓋，有望實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用，為大眾健康提供新的診療手段。此外，電子信息領(lǐng)域的光學(xué)IT智能材料、彩色顯示濾光片與高分辨彩色光刻膠等，也都在加速研究中。
“目前精細(xì)化工領(lǐng)域還有很多新材料、新技術(shù)等待我們探索。比如，飛行器如何做到輕質(zhì)高強(qiáng)，在降低能耗的同時(shí)保證性能優(yōu)異，這是目前我們重點(diǎn)研究的問(wèn)題?；瘜W(xué)工業(yè)要?jiǎng)?chuàng)新研究對(duì)應(yīng)材料，以此推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展，完成歷史使命，為化工行業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。”彭孝軍說(shuō)。
