“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新，實現從“中國制造”向“中國創造”的轉變，以功能智能化為目標，領跑行業發展。
精細化工發展空間廣闊
需加強分子結構創新
精細化工是推動石化化工行業高質量發展的關鍵引擎。“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要的制造業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新，研究滿足社會和產業發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‘中國創造’的重要蛻變。分子結構創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。”
工業和信息化部聯合九部門今年發布的《精細化工產業創新發展實施方案(2024—2027年)》指出，充分發揮石化化工產業基礎雄厚、市場規模超大和應用場景豐富等優勢，將大力發展精細化工作為產業延鏈補鏈強鏈、轉型升級的主攻方向，引導精細化工產業高端化、綠色化、智能化發展，為推進新型工業化、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，意味著精細化工發展已正式駛入快車道。
智能分子工程引領發展
精細化工迎來新機遇
精細化工將如何“引導行業高端化、綠色化、智能化發展”?
彭孝軍認為，智能化是實現高端化和綠色化的手段，要將科學原理和人工智能結合，創造新模式，以此發現新物質和新工藝過程來滿足工業的需求。
過去研究化工生產采用的研究范式是試錯優選，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。只有實現這一變革，才能夠真正實現從跟跑到并跑，最后領跑行業發展。”
“實施智能分子工程是精細化工變革性發展大趨勢，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、執行、恢復功能;二是分子設計智能化，能夠實現結構性能智能自主學習;三是分子制造智能化，即制造環節具有合成路徑自主學習與智能制造的功能。
“對于化工行業而言，我們希望能夠通過智能分子工程解決目前化工行業的一些困境。易燃易爆是人們對化工行業的刻板印象，我們可以通過智能化改造，將傳統化工廠改造成‘黑燈工廠’。”彭孝軍說道。
染料智能分子“顯身手”
新技術有待業界探索
染料工業是關系國計民生的重要產業，近年來，染料智能分子已在多個領域實現了變革性應用。
據了解，染料暴露在光中會不穩定，是因為染料在激發態與環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態上引入猝滅基團，通過猝滅迅速結束激發態，以此減少生成活性氧的幾率。
該技術已在國內打印機企業納思達研發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，不但實現國產替代、耐候性染料工藝優化，還實現了規模化墨盒生產。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療的保障，業界已在此基礎上研發出高爾基體內COX-2酶熒光探針，利用染料對環境極性敏感的特性區分炎癥和腫瘤組織，幫助判別手術中裸眼腫瘤組織邊界，實現精準醫療。
在能源領域，太陽能的轉換也可以用帶顏色的染料實現，在大幅提升效率的同時降低能耗。
彭孝軍強調，未來，體外的智能響應醫學診療染料將成為業界研究的重點，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，實現從靶標識別到腫瘤診療的周期覆蓋，有望實現臨床應用，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異，這是目前我們重點研究的問題。化學工業要創新研究對應材料，以此推動相關領域發展，完成歷史使命，為化工行業發展做出貢獻。”彭孝軍說。
