“精細化學品是國際化工及相關應用領域爭奪的重要制高點。”近日，中國科學院院士、大連理工大學教授彭孝軍在談及精細化學品時做出如上判斷。他表示，我國的精細化工正從1.0走向2.0，必須加強分子結構的創(chuàng)新，實現(xiàn)從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的轉變，以功能智能化為目標，領跑行業(yè)發(fā)展。
精細化工發(fā)展空間廣闊
需加強分子結構創(chuàng)新
精細化工是推動石化化工行業(yè)高質量發(fā)展的關鍵引擎。“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要的制造業(yè)核心競爭力提升專欄中，高端材料、智能制造與機器人技術、新能源汽車和智能汽車等八個方面都與精細化工密切相關。
當前，我國精細化工發(fā)展水平如何?彭孝軍指出，截至2020年，日本、德國、美國的精細化率(即精細化學品占總化工產品百分比)已經接近70%，而我國的精細化率仍徘徊在50%左右，與國際先進水平相比，我國的精細化工仍有非常大的發(fā)展空間。
“在精細化工領域，我國面臨最關鍵的問題是要生產什么產品。”彭孝軍說：“未來我們需要加強分子結構創(chuàng)新，研究滿足社會和產業(yè)發(fā)展需求的精細化工產品，這也是從精細化工1.0的‘中國制造’走向精細化工2.0的‘中國創(chuàng)造’的重要蛻變。分子結構創(chuàng)新即做化學分子結構的設計者，結構設計后進行清潔制造，形成功能性、具有高附加值的產品。”
工業(yè)和信息化部聯(lián)合九部門今年發(fā)布的《精細化工產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展實施方案(2024—2027年)》指出，充分發(fā)揮石化化工產業(yè)基礎雄厚、市場規(guī)模超大和應用場景豐富等優(yōu)勢，將大力發(fā)展精細化工作為產業(yè)延鏈補鏈強鏈、轉型升級的主攻方向，引導精細化工產業(yè)高端化、綠色化、智能化發(fā)展，為推進新型工業(yè)化、建設制造強國提供堅實物質技術基礎。這是我國出臺的首部精細化工指導性文件，意味著精細化工發(fā)展已正式駛入快車道。
智能分子工程引領發(fā)展
精細化工迎來新機遇
精細化工將如何“引導行業(yè)高端化、綠色化、智能化發(fā)展”?
彭孝軍認為，智能化是實現(xiàn)高端化和綠色化的手段，要將科學原理和人工智能結合，創(chuàng)造新模式，以此發(fā)現(xiàn)新物質和新工藝過程來滿足工業(yè)的需求。
過去研究化工生產采用的研究范式是試錯優(yōu)選，需要多次嘗試，不斷失敗，最終成功。彭孝軍對未來化工領域的設想是：“要采用科學計算和人工智能的方法盡量減少犯錯的概率，用最小的代價去預測和篩選分子。只有實現(xiàn)這一變革，才能夠真正實現(xiàn)從跟跑到并跑，最后領跑行業(yè)發(fā)展。”
“實施智能分子工程是精細化工變革性發(fā)展大趨勢，也是精細化工變道超車的歷史新機遇。”彭孝軍解釋說，智能分子工程包括三層含義，一是分子功能智能化，具有自動識別、執(zhí)行、恢復功能;二是分子設計智能化，能夠實現(xiàn)結構性能智能自主學習;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習與智能制造的功能。
“對于化工行業(yè)而言，我們希望能夠通過智能分子工程解決目前化工行業(yè)的一些困境。易燃易爆是人們對化工行業(yè)的刻板印象，我們可以通過智能化改造，將傳統(tǒng)化工廠改造成‘黑燈工廠’。”彭孝軍說道。
染料智能分子“顯身手”
新技術有待業(yè)界探索
染料工業(yè)是關系國計民生的重要產業(yè)，近年來，染料智能分子已在多個領域實現(xiàn)了變革性應用。
據了解，染料暴露在光中會不穩(wěn)定，是因為染料在激發(fā)態(tài)與環(huán)境中的氧反應形成活性氧，極易破壞染料分子。由此，彭孝軍研究團隊在激發(fā)態(tài)上引入猝滅基團，通過猝滅迅速結束激發(fā)態(tài)，以此減少生成活性氧的幾率。
該技術已在國內打印機企業(yè)納思達研發(fā)的耐候性信息打印染料上得到應用。該產品比一些國外產品功能性更強，不但實現(xiàn)國產替代、耐候性染料工藝優(yōu)化，還實現(xiàn)了規(guī)模化墨盒生產。在納思達的帶領之下，珠海已經成為全球打印耗材之都。
在醫(yī)療領域，染料智能分子也有大用途。靶向藥物、探針等智能化學品是精準醫(yī)療的保障，業(yè)界已在此基礎上研發(fā)出高爾基體內COX-2酶熒光探針，利用染料對環(huán)境極性敏感的特性區(qū)分炎癥和腫瘤組織，幫助判別手術中裸眼腫瘤組織邊界，實現(xiàn)精準醫(yī)療。
在能源領域，太陽能的轉換也可以用帶顏色的染料實現(xiàn)，在大幅提升效率的同時降低能耗。
彭孝軍強調，未來，體外的智能響應醫(yī)學診療染料將成為業(yè)界研究的重點，可助力解決體外早期診斷關鍵試劑的“卡脖子”難題;智能基團不但能識別生物靶標產生熒光響應，還可以提高腫瘤光動治療效率，實現(xiàn)從靶標識別到腫瘤診療的周期覆蓋，有望實現(xiàn)臨床應用，為大眾健康提供新的診療手段。此外，電子信息領域的光學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。
“目前精細化工領域還有很多新材料、新技術等待我們探索。比如，飛行器如何做到輕質高強，在降低能耗的同時保證性能優(yōu)異，這是目前我們重點研究的問題。化學工業(yè)要創(chuàng)新研究對應材料，以此推動相關領域發(fā)展，完成歷史使命，為化工行業(yè)發(fā)展做出貢獻。”彭孝軍說。
