原標(biāo)題——閔恩澤院士創(chuàng)新故事系列4：非晶態(tài)骨架鎳合金

　　1980年，美國美孚研究和發(fā)展公司中心實(shí)驗(yàn)室主任P.B.Weize夫婦在東京參加國際催化會(huì)議，石油化工科學(xué)研究院邀請他們會(huì)后來北京訪問，目的是想了解該中心實(shí)驗(yàn)室在美孚石油公司的科技創(chuàng)新中是如何發(fā)揮作用的。
　　美孚石油公司在上世紀(jì)60年代發(fā)明了分子篩裂化催化劑，被譽(yù)為60年代煉油工業(yè)的技術(shù)革命；70年代又發(fā)明了擇形分子篩ZSM-5，利用其擇形性開發(fā)了M-重整、二甲苯異構(gòu)化、柴油催化脫臘、乙苯合成，甚至甲醇合成汽油等一系列煉油和石油化工新工藝，以后又發(fā)明了?沸石、介孔沸石等。美孚中心實(shí)驗(yàn)室一直在世界分子篩研究領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，不僅在技術(shù)上領(lǐng)先，而且在學(xué)術(shù)上也領(lǐng)先。
　　石油化工科學(xué)研究院的院長十分重視這次訪問，Weize夫婦在京七天的晚宴都由他親自接待。我陪著Weize夫婦游覽了長城、頤和園、故宮、人民大會(huì)堂、天壇等名勝古跡，同時(shí)品嘗了前門全聚德的烤鴨、北海仿膳的宮庭宴、絨線胡同四川飯店的川菜和榮樂園的魯菜等。陪伴期間也是盡可能多地了解他們開展基礎(chǔ)研究的情況。Weize先生還在石油化工科學(xué)研究院做了一場學(xué)術(shù)報(bào)告，題為《沸石催化作用》，講到他們是把分子篩作為一種新催化材料來研究的，有了新分子篩的催化材料作基礎(chǔ)，就能開發(fā)煉油和石油化工新催化劑和新工藝。
　　過去我只有催化劑的概念，沒有新催化材料的認(rèn)識；現(xiàn)在我認(rèn)識到新催化材料好比作時(shí)裝的布料，有了優(yōu)秀、特色的布料，時(shí)裝設(shè)計(jì)師才能設(shè)計(jì)出豐富多彩的時(shí)裝來。Weize先生還強(qiáng)調(diào)，要用純烴反應(yīng)來評價(jià)新催化材料，以探索其應(yīng)用領(lǐng)域，認(rèn)為純烴反應(yīng)結(jié)果比物化表征數(shù)據(jù)更接近石油煉制和石油化工反應(yīng)的實(shí)際。
　　與Weize先生交流后，石油化工科學(xué)研究院就決定開展新催化材料的研究，由我負(fù)責(zé)。
　　這時(shí)我困惑于“如何去選擇新催化材料”？我想到1976 年在美國紐約州科學(xué)院舉辦的“固態(tài)無機(jī)物的催化化學(xué)”專題討論會(huì)上的一個(gè)報(bào)告。這個(gè)報(bào)告認(rèn)為一類材料作為催化劑要在多相催化中有廣泛和重大的影響，它必須具備下列一些基本條件：① 不同的元素可以進(jìn)入這類材料的晶格，而且每種元素的數(shù)量可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)；② 這類材料的基本結(jié)構(gòu)能在一定組成范圍內(nèi)存在，而且它的晶格缺陷（非化學(xué)計(jì)量時(shí)）是穩(wěn)定的；③ 晶格上的正離子須能移動(dòng)以提供許多相應(yīng)的活性中心；④ 要作為催化劑在各種反應(yīng)中加以應(yīng)用，這類材料必須在使用溫度、氧分壓等條件下穩(wěn)定。這使我疑團(tuán)大解，考慮了幾種可能的催化材料，認(rèn)為非晶態(tài)合金符合上述要求：非晶態(tài)合金表面缺陷多，形成的催化活性中心數(shù)目多；表面原子配位不飽和度高，催化活性高；所有金屬和類金屬均可以形成非晶態(tài)合金，組成變化范圍大，找到優(yōu)異性能合金的范圍廣。我認(rèn)為，非晶態(tài)合金是一類具有發(fā)展前景的新催化材料，于是決定在這一領(lǐng)域開展研究。
　　開始時(shí)，我們研究鎳磷非晶態(tài)鎳合金的加氫性能，還采用多種物化方法研究催化劑表面活性中心性質(zhì)，首先證實(shí)了非晶態(tài)Ni-P 的苯乙烯加氫活性高于晶態(tài)Ni-P 合金，這使我頗為高興！因?yàn)樗f明非晶態(tài)鎳合金作為新催化材料具有發(fā)展前景。
　　但是不久又煩惱起來，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)非晶態(tài)合金的活性還不如雷尼鎳，比較了各項(xiàng)數(shù)據(jù)后，我恍然大悟：要靠只有小于1m2/g 比表面積的Ni-P 非晶態(tài)鎳合金，單位面積活性再高，也難與比表面積約100m2/g 的雷尼鎳相比，必須研制多孔、高比表面積和孔體積的非晶態(tài)鎳合金催化劑。
　　研制非晶態(tài)骨架鎳合金，首先要制備成功Ni-Al 體系合金。但是這類合金熔點(diǎn)高，是一個(gè)黏稠、易氧化體系。東北大學(xué)材料系專門設(shè)計(jì)課題開展研究，研究成功適用于這種Ni-Al 體系的急冷法關(guān)鍵設(shè)備，包括坩堝、噴嘴、銅輥等。我們采用化學(xué)法將鋁溶解掉，還發(fā)現(xiàn)要控制加入堿液速度，防止氫氣爆燃，最后形成非晶態(tài)骨架鎳合金。

　　非晶態(tài)骨架鎳合金催化劑的制備工藝流程如上圖所示。其中的另一特點(diǎn)是把抽鋁堿液偏鋁酸鈉作為原料去制備分子篩，這樣使整個(gè)生產(chǎn)不排放污水，成為一套綠色生產(chǎn)工藝。在上述成果的基礎(chǔ)上，建成了100 噸/年非晶態(tài)骨架鎳合金催化劑工廠（見右圖），并開發(fā)出一系列品種，用于己內(nèi)酰胺精制、藥物中間體、山梨醇等的加氫反應(yīng)。

　　雷尼鎳是1925 年美國科學(xué)家M. 雷尼（Murray Raney）發(fā)明的，以其名字命名為雷尼鎳加氫催化劑，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、化纖、化工等多種行業(yè)，它是世界上消耗量巨大的催化劑之一，雖然70 年來人們一直在研究提高其加氫活性，但始終未能突破，所以非晶態(tài)骨架鎳合金是對雷尼鎳的重大突破，具有里程碑意義這使我認(rèn)識到，要發(fā)明創(chuàng)新，就要敢于想前人所未想，善于作前人所未作。非晶態(tài)骨架鎳合金，就是敢于想去突破70多年前美國科學(xué)家發(fā)明的雷尼鎳，并且善于作前人所未作，包括研發(fā)成功前人未作的適用于黏稠、易氧化體系的坩鍋、噴嘴、鋼輥等。