汪淏田:用二氧化碳直接合成化工原料,顛覆傳統化工行業

deeptech深科技 發佈 2020-03-02T17:26:07+00:00

在本屆榜單上,雖然缺失了「創業家」的身影,但是我們看到了許多在具有產業化潛能的領域堅持科研使命的獲獎人,也看到更多散布在海外頂尖學術機構的科學家們,用自身不改初心的堅持努力,取得了世界級標竿成就的科研成果,其中有超過半數以上的獲獎者,都取得了世界級的突破性研究成果與發現。新一屆2

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技評論》公布了 2019 年「35 歲以下科技創新 35 人」(Innovators Under 35 China)中國區榜單。在本屆榜單上,雖然缺失了「創業家」的身影,但是我們看到了許多在具有產業化潛能的領域堅持科研使命的獲獎人,也看到更多散布在海外頂尖學術機構的科學家們,用自身不改初心的堅持努力,取得了世界級標竿成就的科研成果,其中有超過半數以上的獲獎者,都取得了世界級的突破性研究成果與發現。我們將陸續發出對 35 位獲獎者的獨家專訪,介紹他們的科技創新成果與經驗,以及他們對科技趨勢的理解與判斷。

關於 Innovators Under 35 China 榜單

自 1999 年起,《麻省理工科技評論》每年都會推出「35 歲以下科技創新 35 人」榜單,旨在於全球範圍內評選出被認為最有才華、最具創新精神,以及最有可能改變世界的 35 位年輕技術創新者或企業家,共分為發明家、創業家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。2017 年,該榜單正式推出中國區評選,遴選中國籍的青年科技創新者。新一屆 2020 年度榜單正在徵集提名與報名,截止時間 2020 年 6 月 30 日。詳情請見文末。

汪淏田

先鋒者

汪淏田憑藉其在清潔能源以及催化劑材料領域取得的一系列成果,榮膺 2019 年《麻省理工科技評論》「35 歲以下科技創新 35 人」中國區得主。

獲獎時年齡:29 歲

獲獎時職位:萊斯大學助理教授獲獎理由:他從事清潔能源的存儲與轉化技術研究,在發展高性能、廉價的催化劑材料方面取得了一系列成果。

石油,是現代工業的血液。塑料、尼龍、化肥、染料、藥物,許多日常生活中離不開的產品都源自於石油。地質學家普遍認為,石油是由史前生物和藻類的屍體變化形成的。在太陽光的作用下,大氣中的二氧化碳等只含有一個碳原子的分子,在生物體內會變成含有許多碳原子的分子,最後在高溫高壓的地下,形成擁有長「碳鏈」的石油。

現代化學工業做的事情,就是把石油里的長鏈縮短,變為短鏈的甲酸、乙醇等化工原料。這種「自上而下」的化工生產過程,儘管相當完善和可靠,卻顯而易見地伴隨著大量的碳排放和化石能源消耗。

既然可以通過縮短碳鏈的方式把石油變成化工原料,那麼可不可以反過來,自下而上地模擬石油的形成過程,從只有一個碳原子的二氧化碳開始,構建這些產品呢?

答案是肯定的。現任美國萊斯大學助理教授的汪淏田,從事的就是這個領域的研究。他所開發出的技術,可以利用太陽能、風能等清潔能源生產的電能,把空氣中的二氧化碳轉化為高純度的化工原料,在降低大氣中二氧化碳濃度的同時,獲得綠色的化工產品。一旦大規模應用,對於高能耗、高污染的化工行業來說,將不啻為一場清潔革命。

汪淏田於 1990 年出生在安徽省宿松縣的一個普通職工家庭。汪淏田說,他的家庭在三個方面給了他重要的影響。首先,是毫無保留地對學業、事業的支持,他的父母對於讀書有著非常強烈的信仰,從心底裡面認為讀書是最好的出路;其次,是給了他一顆開放、包容、樂觀的心,對於任何事物都不斤斤計較,要有長遠的眼光;第三,則是對他三觀的塑造,讓他深刻理解要做一個什麼樣的人。

在這樣的薰陶下,儘管從小學到高中,汪淏田的教育都是在縣城裡完成的,但他依然以優異的成績考入了中國科學技術大學,並在之後進入到史丹福大學攻讀博士學位。

在學術氛圍濃厚的中科大,他接受了嚴謹的科學教育,紮實的學風為他日後的發展打下了牢固的基礎。而在「學生膽子很大」的斯坦福,他擁有了看向遠方的獨到眼光和大膽活躍的科研思維。這種基礎和想法的互補,讓他取得了一系列傑出的科研成果。

在博士期間,汪淏田研究出了一種獨特的系統性「電化學調控」方法,可有效提高水分解和燃料電池催化劑的催化性能。博士畢業之後,他從兩三百位極其優秀的申請者中脫穎而出,跳過了博士後階段,直接進入哈佛大學羅蘭研究所擔任研究員,正式開啟了自己的獨立研究生涯。兩年之後,他又進入萊斯大學化學與生物分子工程系任教。這期間,他不負眾望,取得了非常傲人的成績。而他所開發出的技術,就是上文提到的「綠色化工」:利用太陽能、風能等清潔電能,將工廠所排放的二氧化碳溫室氣體,轉化為基礎化工產品,包括一氧化碳、乙烯,高純度的乙醇、甲酸液體燃料等。

從二氧化碳到化工原料的過程十分複雜,其核心在於,催化劑要有很高的催化活性和選擇性。材料的催化活性與它的大小有關,納米催化劑就是通過把材料縮小到納米尺度的方式,讓催化劑擁有傳統的塊體材料無法實現的性能。而汪淏田則更進一步,直接把催化劑縮小到了最基本的原子尺度,讓材料迸發出了極強的催化活性。

他們成功研製出一種鎳金屬「單原子催化劑」,擁有99%的二氧化碳電還原選擇性。基於這類催化劑,他們進一步組裝了人工光合作用系統,使得從太陽能到化學能的轉換效率達到了12.7%,比自然界綠色植物的光合作用的效率高出了一到兩個數量級。更加難能可貴的是,他們最新開發的固態電解質技術,轉化出的液態化工產品純度非常高,無需分離提純就可以直接投入使用。目前,他們正在和許多公司進行接洽,希望可以實現雙氧水、乙醇、甲酸、乙酸等一系列基礎化工產品的電化學方法綠色生產,並將其大規模應用於能源存儲、化工產品製造、污水處理等許多領域。

利用清潔電能合成化工原料是一個很年輕的行業。但在以汪淏田為代表的許多科學家的努力下,這個領域在近幾年取得了長足的發展,不少指標已經可以和市場上的成熟技術相媲美。汪淏田表示,作為他們主推的代表性電化學合成反應,他們將爭取在幾年內建成電合成高純度雙氧水溶液的中試規模裝置。而隨著生產過程長期穩定性、效率等指標的進一步提高,汪淏田堅信,他們一定可以完成對傳統化工行業的清潔化顛覆。

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