包信和院士：催化世界里的坚守
今年1月份，中科院院士包信和获得了2015年度中国科学院杰出科技成就奖。中科院院长白春礼向包信和颁发了荣誉证书。《中国科学报》记者想跟包信和约一个采访，他回复了一个致歉的短信：“年前工作日程安排已满，年后我们再联系。”直到2月24日，《中国科学报》记者接到包信和的电话：“我们约在晚上6点可以吗？”这个采访从预约到见面，隔了一个多月。
过去的一年里，包信和还收获了周光召基金会颁发的“基础科学奖”，他在接受《中国科学报》记者采访时说：“看得见的是荣誉证书，看不见的是我们研究组在催化研究领域的多年坚守。”
包信和在实验室
包信和荣获2015 年度中国学院杰出科技成就奖
催化剂是改变反应物化学反应速率（既能加快也能减缓）、而其本身的质量和化学性质在反应前后不发生改变的物质。就好像“有情有义的一对情人，往往需要媒婆来推进一下，走向婚姻殿堂的进程就能加快，催化剂在化学反应里也有此功效。”包信和形象地解释道，“所以催化剂又往往被俗称为触媒。”
大多数化工过程都是催化过程。今天，不管我们喜欢不喜欢，我们的生活几乎离不开化工产品。我们日常用的塑料、纤维、建筑材料等等都是经催化过程得到的产物。
通常，这些化工产品都来自于石油。由石油经催化裂解反应提炼出烯烃，再生产出其他下游产品。因此，烯烃，特别是乙烯是现代工业最重要的原材料之一。
近年来，我国的乙烯工业发展迅猛，已成为仅次于美国的世界第二大乙烯生产国。但是与国际上烯烃主要生产国（美国和中东国家）通过低碳烷烃生产烯烃相比，我国的烯烃主要由石油炼制获得的中间馏分石脑油生产，成本居高不下，环境压力很大。
随着能源和环境问题的凸显，探索高效环保的催化反应过程已经不仅关系到民生，而且关系到国家安全。当前，用储量相对丰富、价格低廉的天然气替代石油，生产液体燃料和基础化学品，已成为学术界和产业界研发重点，科研人员一直在探索天然气直接转化利用的有效方法与过程。从甲烷制备乙烯的工艺路线，至今仍被视为化学领域的不可攻克的难题。
2014年，包信和研究组在甲烷高效转化相关研究中获重大突破，实现了由甲烷直接高效生产乙烯、芳烃和氢气等化学品。该项科研成果通过《ZL合作条约》的ZL申请渠道，进入美国、俄罗斯、日本、欧洲和中东等国家和地区，同年，这项成果也在美国《科学》杂志上发表，引起学术界和工业界的很大反响。德国化工企业巴斯夫集团副总裁穆勒认为，这是一项“即将改变世界”的新技术，将为天然气、页岩气在未来的高效利用开辟一条全新的途径。
1000小时的突破，20年的守候
天然气的主要成分是甲烷。据包信和介绍，现有的甲烷转化途径通常采用“二步法”：首先在高温条件下，通过混合氧气、二氧化碳或水蒸气，将甲烷分子重整为含一定比例的一氧化碳和氢气分子的合成气体；随后，用特定的催化剂将合成气体转化为高碳的烃分子，包括乙烯等。
这一传统方法路线长，投资和消耗高，另外，由于采用了氧分子作为甲烷活化的助剂或介质，过程中不可避免地要形成和排放大量温室气体二氧化碳。
早在20多年前，中科院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）就提出不用氧进行甲烷转化的“无氧活化”的概念。1995年，包信和带领团队开始“无氧活化”的攻坚。
他告诉记者：“曾有过一段艰难的时期，我们的研究方向被认为是冷门，但大家并没有放弃。”经过不懈坚持，在甲烷催化转化研究的基础上，研究组基于“纳米限域催化”的新概念，创造性地构建了硅化物晶格限域的单中心铁催化剂，突破了原有技术的瓶颈，实现了甲烷在无氧条件下的选择活化，一步生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品。
与甲烷转化的传统路线相比，这项研究摒弃了高耗能的合成气制备过程，不仅缩短了工艺路线，还在反应过程中本身实现了二氧化碳的零排放，碳原子利用效率大于99%。
中外多家能源和化学企业都对这一产业变革性技术表现出极大兴趣。中科院院长白春礼也十分关心，希望将应用基础研究的成果尽快转化为生产力。研究组前期已经完成了这一过程的60小时实验室试验，发现该催化剂保持了极好的稳定性。但是对工业化来说这是远远不够的，合作企业要求有长时间寿命测试结果。“年前我们就开始了催化剂1000小时的寿命评价试验，近两个月的时间，正好遇上了春节。”包信和告诉记者。
春节7天长假，在大连化物所的实验室里，纳米与界面催化研究组的科研人员依然轮番坚守在工作一线。白天夜里两班岗，每班两个人，“保证了试验的顺利完成，却让研究组里不少人错过了与家人团聚的机会，特别感谢团队成员和他们的家人”。
“这一刻我们等了20年。”包信和说，“目前，催化试验已经正常运行超过1000小时，我们现在已经与中石油和沙特的SABIC公司组建了合作团队，下一步我们会将这项甲烷制乙烯技术交给企业，进行共同开发。”
多年来，包信和研究组在该研究领域没有发表一篇论文，他称：“这期间，特别是获得初步突破以后，我们一直在不断推翻自己，早几年的科研结论会在后来被发现存在瑕疵而被否决。”
包信和指出，不发论文也是对科学的一种负责态度，但是就是苦了一批从事这一工作的学生和博士后，为了毕业，他们只能在外围的相关方面发一些不涉及“机密”的文章。
挑战与使命
2015年9月，经中科院推荐，教育部党组任命，包信和出任复旦大学常务副校长。
1978年，包信和考入复旦大学。1989年，他离开学习工作11年的复旦大学来到德国柏林，在德国洪堡基金会的资助下，师从表面催化学科的创始人之一、2007年诺贝尔化学奖得主埃尔特（Ertl）教授，从事金属催化剂的表面研究。
回国后，包信和来到了大连化物所。在大连化物所的20年里，在中科院和大连化物所几届领导和学界前辈们的支持与帮助下，他被推举为“973”计划项目“天然气、煤层气优化利用的催化基础”的首席科学家，在项目组成员共同努力下，取得了“甲醇制烯烃”“煤制油”“天然气制芳烃”等一系列成果。
这些年来，包信和带领的科研团队一直在催化领域默默耕耘，发表的论文数量不算很多，但论文质量还是蛮“漂亮”的。对于“漂亮”一词，包信和认为用英文perfect一词更形象。
今天，重返校园的包信和，对于自己身份的转变，他看作是又一次挑战。尽管包信和在中科院曾经多年从事管理工作，但高校的管理工作有其自身的规律。作为分管人才培养的常务副校长，他认为，将自己成长的经历和研究体会传授给年轻一代，也是自己义不容辞的责任和使命。
但无论自己的角色如何转变，他衷心地表示：“我希望我们研究组能继续在催化领域作出贡献，也希望年轻的科研人员通过这些工作得到锻炼，收获快乐和进步。”
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