肖丰收:“分子围栏”的构筑者

编者按 近日，第十七届侯德榜化工科学技术奖获奖名单揭晓，50名优秀科技工作者获此殊荣，其中成就奖5人、创新奖15人、青年奖30人。为弘扬他们的科学家精神与突出贡献，本版自今日起推出《“榜”样·化工》系列报道，聚焦部分获奖代表，记录他们在石油化工前沿领域的创新探索与攻坚历程，并展现他们潜心育人、薪火相传的师者情怀。

　　近日，第十七届侯德榜化工科学技术奖获奖名单正式公布。浙江大学化学工程与生物工程学院肖丰收教授获此殊荣，成为本届“成就奖”的5名获奖者之一。该奖项是化工领域具有极高学术价值与行业权威性的最高学术荣誉之一。

　　肖丰收深耕化工科研领域40余载，取得了一系列具有国际影响力的原创成果。他带领团队开创了沸石分子筛绿色合成新路径，并前瞻性地提出了“分子围栏”催化新概念，为多相催化领域开辟了全新研究方向。

　　“获得该奖项，我感到十分幸运。”肖丰收在接受中国化工报记者采访时表示，“这既是对我40余年科学生涯的鼓励，更是我进行更具挑战性工作的起点和鞭策。”

　　提出“分子围栏”催化新理念

　　肖丰收提出的“分子围栏”催化理念，被评价为一种突破传统的新策略，为解决催化领域的根本性难题提供了全新思路。

　　在多年的催化研究中，肖丰收深刻认识到，催化性能的提升不仅依赖催化中心的活性，反应物与产物的传质效率同样关键。在许多催化反应中，控制步骤往往不是催化转化本身，而是反应物难以快速吸附或产物难以快速脱附。因此，实现反应体系的“定向传质”成为提高催化性能的一个重要且具有挑战性的方向。

　　这一理念的萌芽，源于对甲烷与氢气、氧气混合物反应制甲醇过程的观察。该过程中生成的过氧化氢极易扩散，难以继续与甲烷反应。联想到大草原上的“羊栏效应”，肖丰收团队提出了一个充满想象力的构想：能否构建一个“分子围栏”，将生成的过氧化氢暂时“围困”在催化中心附近，使其“被迫”与甲烷反应生成甲醇；而甲醇产物则能自由穿过围栏扩散出去，从而实现高效定向转化?

　　基于反应物与产物亲疏水性的显著差异，团队将这一构想付诸实践：在催化剂表面构建一层疏水结构。这层“分子围栏”允许甲烷等反应气体进入沸石晶体内部反应，但会将亲水性的过氧化氢阻拦在内，使其继续反应；生成的甲醇具有一定疏水性，则可顺利通过“分子围栏”。该策略不仅实现了反应物与产物的定向传质，更从根本上突破了仅依靠调控催化中心来提升效率的传统范式。

　　由此，“分子围栏”概念为解决催化领域的一个根本性难题提供了新路径：即如何在不改变核心活性位点的前提下，通过精细调控反应微环境中的分子扩散行为，大幅提升反应选择性与效率。这标志着催化研究从“活性中心调控”向“传质过程调控”的重要拓展。

　　这一基于“定向传质”的理念已被成功拓展至多个催化体系。例如，在钴基费托合成反应中，引入超疏水材料聚二乙烯基苯(PDVB)，提升了产物扩散速率。这不仅有助于暴露更多活性中心，使一氧化碳转化率提升一倍以上，还提高了低碳烯烃的选择性。这证明了通过“定向传质”来优化催化过程是一个具有普适性的策略。

　　开创沸石分子筛绿色合成新路线

　　沸石分子筛凭借其均匀的微孔结构、高比表面积、优异的热与水热稳定性，以及可调控的组成与催化活性中心，成为催化领域的核心材料之一。这些特性使其能有效促进反应物的富集与产物的快速脱附，对通过“定向传质”提升催化性能、助力碳减排目标具有重要意义。

　　肖丰收进入沸石分子筛这一领域，深受其导师——吉林大学徐如人院士、中国科学院大连化物所郭燮贤院士，以及两位师母庞文琴教授和梁娟研究员的影响。同时，他也得到了石科院闵恩泽院士与何鸣元院士等的指导与帮助。

　　“在深入理解沸石分子筛晶化机理的过程中，更多新现象引发了我的思考。”肖丰收回忆道。他带领团队对传统合成方法进行了系统性反思——传统工艺依赖强碱性水热条件与昂贵的有机模板剂，不仅成本高昂，还会带来严重的环境污染。

　　通过对晶化机理的深入探究，肖丰收带领团队揭示了有机模板剂的核心作用在于诱导成核。基于这一发现，他们创新性地提出：在起始凝胶中加入微量目标沸石晶种，以此替代有机模板剂来引导成核，从而跳过自发成核阶段，直接进入晶体生长，由此开创了无有机模板剂合成沸石分子筛的技术。

　　进一步研究发现，水在晶化过程中的作用主要体现于初始阶段对硅铝物种的解聚，而非持续溶解。因此，团队提出在合成中不额外添加水或溶剂，仅利用原料自身所含的结晶水，从而发明了无溶剂合成沸石分子筛的方法。更重要的是，将该体系拓展至中性条件后，氧化硅溶解量极低，沸石分子筛产率接近100%，同时避免了后续离子交换步骤，实现了原子经济性合成与废水零排放，形成了中性条件下合成沸石分子筛的绿色路线。

　　这些新路线不仅大幅减少了“三废”排放、实现了绿色合成，也为制备高效的分子筛催化材料、服务“双碳”目标提供了关键支撑。目前，肖丰收团队正以沸石分子筛为核心，在甲烷转化、二氧化碳资源化利用等多个降碳反应体系中开展前瞻性研究，并已取得系列进展。

　　推动中国催化科学登上国际舞台

　　正因这些突破性贡献，肖丰收于今年收获了国际分子筛协会颁发的最高奖——Donald W. Breck奖，以及亚太催化协会颁发的Advance Catalysis奖。作为国际沸石协会副主席，肖丰收正积极推动中国催化科学在国际舞台上的交流与展示，致力于让国际同行更全面、及时地了解中国科研的最新进展。

　　“当前，我国的化学与化工学科研究工作都非常出色，不论是高质量论文还是很多工业过程，在世界上都处于前列。但是，国际同行对我们的最新研究成果了解还相对不多，部分国际学者仍然停留在几年前甚至十几年前的印象中。”肖丰收坦言，“我的重要任务之一，就是努力向世界展现我国化工科技发展的新气象，让更多中国学者在国际舞台上闪亮发光，也让国际同行更好地了解中国，促进国际交流与合作，共同推动催化学科的发展。”

　　肖丰收还表示，近年来我国基础研究与应用学科同步快速发展，支撑起一批具有世界先进水平的化工企业。这些企业在发展过程中遇到的新问题、新挑战，又反过来驱动基础研究不断深化。这种“研究突破—产业应用—问题反哺—再创新突破”的良性循环，持续推动着我国化工学科的稳步前进。

　　在“研究—产业”双向驱动的进程中，肖丰收所带领的团队取得了丰硕的研究成果。这些成果的取得，正是依靠一套成熟且行之有效的团队建设理念作为支撑。其构建和维护高水平团队的核心理念可概括为：树立为国争光、勇攀高峰的理想，秉持吃苦在前、乐于奉献的精神，养成勤奋不懈、持续积累的作风，坚持理性设计、逻辑清晰的科研思路。

　　对于有志投身基础研究与科研攻关的青年科研工作者，肖丰收强调，最重要的品质是不畏困难、持之以恒。他给出的具体建议是：勤奋工作，注重积累——科研成绩与有效工作时间往往呈指数关系；同时面对困难要学会多角度思考，善于从不同路径寻找突破。他勉励青年学者，只有在持续积累中锻炼思维、在迎接挑战中保持韧性，才能在科学探索的道路上行稳致远。