科研成就
50年代初期,張大煜緊密圍繞國民經(jīng)濟恢復和建設(shè)需要的重大課題開展工作,在中國天然石油資源尚未開發(fā)的情況下,他組織和發(fā)展了中國水煤氣合成液體燃料、頁巖油加氫、汽油餾分環(huán)化制甲苯等研究,取得杰出成績,有些成果達到當時的世界先進水平。在完成國民經(jīng)濟重大研究課題的同時,張大煜也很重視基礎(chǔ)研究,50年代初期開始,他就致力于工業(yè)上廣泛使用的催化劑擔體研究,結(jié)合水煤氣合成石油的鈷催化劑和合成氨催化劑的催化性能研究,逐步建立了物理吸附、化學吸附等一系列研究方法,并且提出了表面鍵理論的設(shè)想,并以此為指導,研制成功了合成氨新流程3個催化劑,超過了國內(nèi)外同類催化劑的水平。通過實踐,培養(yǎng)和建立起一支學科配套,有解決綜合問題能力的催化科學隊伍。隨著國家建設(shè)對科學事業(yè)發(fā)展的需要,張大煜在研究所的布局和發(fā)展上,及時提出了建議。經(jīng)中國科學院批準,先后于1958年和1960年從石油研究所抽調(diào)科技力量,建立了蘭州石油研究所和太原煤炭化學研究所,他兼任這兩個所的所長,為促進內(nèi)地科學事業(yè)的發(fā)展作出了貢獻。 早年從事膠體化學和表面化學的研究,抗日戰(zhàn)爭時期曾在云南宜良創(chuàng)辦利滇化工廠從事褐煤低溫干餾。50年代初在中國天然石油匱缺之時,組建起第一個石油研究所,開展對石油、頁巖油和煤的加工工藝和化學基礎(chǔ)研究。由他指導的合成油七碳餾分環(huán)化制甲苯和水煤氣催化合成液體燃料兩項研究成果,分別獲1956年中國科學院科學獎金三等獎。60年代組建了蘭州石油研究所和山西煤炭研究所,促進了內(nèi)地科學事業(yè)發(fā)展。領(lǐng)導催化、色譜、化學激光和化學工程等領(lǐng)域的科學研究,促進了中國石油煉制、石油化工、化肥工業(yè)、高能燃料等方面的進步;組織領(lǐng)導合成氨原料氣凈化新流程的研究開發(fā),達到了當時國際先進水平,提供了科研與生產(chǎn)部門合作攻關(guān)的重要經(jīng)驗。還提出了表面鍵催化理論見解,推動了催化化學、化學動力學等學科的發(fā)展。 早在中華人民共和國成立前,張大煜即對催化過程深感興趣,在國民經(jīng)濟恢復時期,石油研究所內(nèi)主要接受應急任務,基礎(chǔ)工作還相當薄弱,他當時親自兼任一個課題組長,從物理吸附開始逐步開展有關(guān)催化基礎(chǔ)研究,首先利用日本人留下的一些玻璃活塞和真空泵,建立了國內(nèi)最早的兩套BET真空吸附裝置,又專門請玻璃細工劉興信(后來任副總工程師,成為玻璃吹制技術(shù)專家)來所工作。在國內(nèi)首先試制成功了真空活塞、石英彈簧以及高真空擴散泵。1955年制成壓入水銀測孔儀,配合其它大型儀器的建立,初步具備了催化基礎(chǔ)研究條件。1953年開始催化劑物性的測定;以后又進一步開展了催化反應機理和動力學的研究,在工業(yè)催化劑載體的物理化學結(jié)構(gòu)對催化劑活性關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn)載體(如硅膠、氧化鋁、活性碳、硅藻土等)對催化劑有重要影響。1955年,在鈷催化劑制備中發(fā)現(xiàn)鈷硅復合物含量不同時會強烈地影響催化劑的還原和空隙結(jié)構(gòu)。由于水煤氣合成反應受擴散控制,因而孔結(jié)構(gòu)會強烈影響催化劑的活性、熱穩(wěn)定性和壽命,從而提出了催化劑制備時對孔隙結(jié)構(gòu)的控制問題。在此基礎(chǔ)上還研究了水煤氣合成熔鐵催化劑的還原和生成孔隙結(jié)構(gòu)問題,1957年開始化學吸咐的研究,在上述鈷催化劑上闡明了氫氣、一氧化碳吸附與反應性能間的關(guān)系。此外還從化學吸附等壓線等實驗事實出發(fā)歸為甲、乙、丙三種吸附類型,討論了表面不均一性所產(chǎn)生的能量圖譜,并推論丙型吸附可能與反應活性的關(guān)系密切,加上以后大量催化實驗事實的積累和對文獻中日益增多的數(shù)據(jù)的總結(jié),逐漸形成“表面鍵”理論。催化反應特點,在于至少反應物之一與催化劑表面發(fā)生了作用而形成“化學吸附鍵”,此鍵在本質(zhì)上與化學鍵相同,而又區(qū)別于一個分子內(nèi)的化學鍵。由于催化劑表面所固有的或誘生的不均一性所形成的表面鍵在鍵角、鍵長與鍵能上會有很大的不同,從而形成一個表面鍵譜圖。強表面鍵是弱表面鍵存在的基礎(chǔ),不強不弱的鍵在反應中起主要作用,較弱和較強部分都困難于活化而不易發(fā)生反應。如何得到表面鍵譜圖以預言催化劑活性,這是表面鍵理論要解決的關(guān)鍵問題。1062年組織開展這一工作時,微觀的表面測試工具,有的尚在初期應用階段(如紅外光譜),有的仍在研制(如各種能譜儀),因而測量表面鍵譜尚有困難。當時,一方面是從表面振子模型出發(fā),從理論上分析表面覆蓋度對催化反應的影響,同時測量在反應條件下表面的真正覆蓋度,從而設(shè)法求得在這種覆蓋度下表面鍵能;另一方面研究吸附等壓線的規(guī)律,試圖以等壓線的某些特征判斷表面覆蓋度與反應之間的關(guān)聯(lián),研究吸附熱與表面鍵的聯(lián)系。從表面振子模型出發(fā),推出了吸附等壓線上極大處溫度與催化劑德拜溫度接近。在實驗上進行了鐵、鎳等催化劑的一系列等壓線的測定,包括與吸附和混合吸附等壓線;第三方面是反應機理的研究,如甲酸分解機理隨表面鍵強弱的變化而不同。在鎳催化劑上乙烯加氫機理研究中,探討預吸附氧對表面鍵的影響。當時還進行了鉑、鎳催化劑上吸附一氧化碳的紅外光譜研究,以期從微觀角度接近表面鍵問題,1964年后他又提出了表面振子模型如何發(fā)展,覆蓋度與表面鍵有什么規(guī)律,如何溝通催化劑微觀和宏觀的表征參數(shù)等比較深入和具有吸引力的研究課題。“文化大革命”時強調(diào)應用研究,停止研究“表面鍵”后,張大煜承擔了合成氨原料氣凈化新流程3個催化劑攻關(guān)任務并任組長,經(jīng)過研究所和化工設(shè)計、生產(chǎn)部門的大力協(xié)作,發(fā)揮催化基礎(chǔ)積累的作用,不到一年,就研制成功了3個高效催化劑并在工業(yè)上迅速推廣,為中國合成氨工業(yè)的技術(shù)改造做出了重大貢獻,被國家經(jīng)委、科委譽為協(xié)作攻關(guān)成功的典范。 科學組織工作中的遠見卓識
張大煜十分重視從實際中提出應用性很強的課題,也安排必要和可能的基礎(chǔ)研究。在集中力量開展石油化學的研究中帶動了催化和色譜兩門學科的發(fā)展,并在國內(nèi)形成了自己的特色,為后來的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。1957年科學院黨組書記張勁夫去該所檢查工作,總結(jié)了“任務帶學科”的經(jīng)驗并在全院推廣。早在1956年制定12年科學技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃時,周恩來總理一再提出科學院要十分注意基礎(chǔ)研究,建國10年來,張大煜在完成應用研究任務過程中一再感到基礎(chǔ)研究是一個薄弱環(huán)節(jié),此時產(chǎn)業(yè)部門石油化學研究隊伍業(yè)已成長,為避免研究工作中的重復,并提高研究水平,1960年,張大煜提出了表面鍵理論,以加強基礎(chǔ)研究。1961年11月,大連石油研究所正醞釀改名為化學物理所時,所內(nèi)一度思想比較混亂。張大煜和當時的所黨委書記白介夫一起,在發(fā)揚民主、集思廣益的基礎(chǔ)上,明確了化學物理所的方向和任務、主要發(fā)展的科學領(lǐng)域(催化、色譜、燃燒和動力學,金屬有機、化工和物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成綜合的研究力量和建立強有力的技術(shù)系統(tǒng)),并制定出化物所的長遠規(guī)劃,這對化物所成立后的建設(shè)和發(fā)展起了十分重要的作用。在此期間,張大煜總結(jié)出科學組織工作中的6大關(guān)系①處理任務和學科的關(guān)系,以任務帶學科,學科的發(fā)展促使為國家解決更多更大的任務;②挑選任務和課題應以國家“最重要”的為前提,本著我們“最合適”的尺度,嚴肅靈活地挑選;③“趕與超”、“遠與近”、大與小”等關(guān)系;④集中與分散的關(guān)系;⑤學術(shù)民主與學術(shù)領(lǐng)導兩方面的統(tǒng)一關(guān)系,就是領(lǐng)導、專家、群眾三結(jié)合;⑥處理專業(yè)研究和設(shè)計、生產(chǎn)單位的關(guān)系。在蓬勃開展工業(yè)學大慶的群眾運動中,化物所進入了一個空前的全盛時期,1966年初被中國科學院和中共中央東北局樹為大慶式的“紅旗單位”。郭沫若院長和國家科委韓光等領(lǐng)導都曾到化物所進行考察。郭沫若還寫了《水調(diào)歌頭》一闕以示嘉勉,其下闕云:“出成果,驅(qū)虎豹,御熊羆,趕超任務,重擔爭挑樂莫支。攻破尖端堡壘,滿足國民經(jīng)濟,接力把山移,永蓄愚公志,長頌冬云詩?!闭攺埓箪蠋ьI(lǐng)化物所全體職工奮發(fā)圖強,攀登科學高峰之時,“文化大革命”開始了,化物所的科研人員受到了摧殘,科研工作受到了破壞。張大煜被迫停止參加科研工作,但他堅信烏云終會過去,1972年,他獲得“解放”。當時,他獲悉美國科學家發(fā)明了丙烯氨氧化催化劑,在此啟發(fā)下,1973年他提出了建立“催化劑庫”的建議,組織力量對國內(nèi)外各種類型的工業(yè)催化劑開展規(guī)律性的研究。這個建議得到研究人員和中國科學院領(lǐng)導的支持。他還寫成國外工業(yè)催化劑的研制中“理論走在前頭”的成功的10例提綱,意在科研人員中引起學術(shù)討論,以改變當時科研工作的混亂局面,加強學科建設(shè)和基礎(chǔ)研究。1973年,他又受到“四人幫”的反復批判,身心受到了嚴重的摧殘,“催化劑庫”的設(shè)想也隨之夭折。1976年10月,“四人幫”打倒以后。張大煜以十分欣喜的心情迎接新的工作,他回憶道:“我深深慶幸這是中國人民的第二次解放,10余年來的經(jīng)歷,雖然我在家庭和身心兩方面都受到很大的損害,但我們要以春蠶吐絲的精神,有一分熱發(fā)一分光,在有生之年為黨為人民多做一點力所能及的事情,為祖國的現(xiàn)代化貢獻力量?!睆埓箪贤砟赀€熱情支持開展新的科學領(lǐng)域的研究,如磁場對化學反應影響等基礎(chǔ)研究,他看到膠體界面科學在三次采油中的重要作用,熱情關(guān)心并支持強化采油中界面現(xiàn)象這一新的研究領(lǐng)域的開拓,直到他病逝之前,仍然為恢復和發(fā)展表面鍵的研究而嘔心瀝血。(作者:俞稼鏞)感謝葛春霖、段超人、張豐胄、陳榮、莊叔賢先生提供有關(guān)資料和素材以及李宗琦、王之玉、王涵慧、趙濉在撰稿中的協(xié)助。 ?學術(shù)論著
張大煜在膠體化學、吸附和催化作用、催化劑研究、水煤氣合成、表面化學研究等方面發(fā)表過學術(shù)論文30余篇。
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