在科研中，如果你一開始便做出了完美結果，可身邊人卻都搖頭說“無法重復實驗”，那究竟是“運氣好”，還是“運氣差”呢？
這種尷尬鄭建偉就曾經歷過。7年前還在廈門大學讀博的他，第一次進入一個開拓性研究方向，便迅速得到令人鼓舞的催化實驗原始數據。然而，其他人卻無法重復實驗，此時他也已入列牛津大學博士后。理想的科研結果能否復現？
7年后，這一謎團終于解開。解謎者為中國科學院院士、廈門大學化學化工學院教授謝素原的富勒烯課題組和廈門大學化學化工學院教授袁友珠的催化課題組。他們將C60作為電子緩沖劑改性銅基催化劑，在近常壓和低于200℃的條件下，開展草酸二甲酯加氫制備乙二醇的規模化試驗，打通了合成氣制備乙二醇的常壓加氫催化技術難關。
該項目合作者還包括中科院福建物質結構研究所和廈門福納新材料科技有限公司。4月15日，相關研究成果發表于《科學》。
第一步是找對催化劑
礦泉水瓶、衣服、汽車防凍液……這些不起眼的生活日常品，都離不開一種化學原料——乙二醇。
乙二醇的高效制備正是研發團隊要解決的科學問題。目前，石油化工和煤化工都可以生產乙二醇，但煤化工路線很難與前者競爭，其原因不僅在于價格，更主要的是煤制乙二醇催化劑效率和產品純度達不到要求——不如石油化工產品質量優異可靠。
袁友珠告訴《中國科學報》，煤經合成氣制乙二醇技術主要涉及兩步催化反應，從合成氣到草酸二甲酯，再到乙二醇。其中，第一步反應可在常壓下通過鈀催化實現；但第二步催化反應壓力高，催化劑穩定性也較差。
科學家為此想盡了辦法，如加鉻，但鉻具有毒性；采用無鉻銅硅催化劑等，環境效益雖有改善，但需要使用高壓氫氣（20~30個大氣壓），高壓條件不僅存在安全隱患，也帶來較多副反應，影響產品質量。
找到合適的催化劑，是科學家實現安全生產的第一步。
2015年，謝素原在學院課題組年度交流會上聽完袁友珠的匯報便來了興趣。“為什么不用富勒烯對Cu/SiO2進行表面電子的調配促進？”
“不是我們沒想到，是不敢想。”袁友珠回答說，“當時富勒烯的價格堪比黃金，高純度的富勒烯市價高達每克1000余元。”
事實上，富勒烯與催化結緣已久。早在上世紀90年代初，富勒烯的宏量制備實現不久后便被作為催化劑，但將其作為電子緩沖劑與過渡金屬催化相結合，尚屬首次。
沒成想，謝素原第二天回到廈門大學本部，就在走廊上送給袁友珠5克富勒烯，讓他交給學生去做試驗。
為什么實驗不能重復
領到這一任務的學生，正是論文第一作者鄭建偉。他執行力強，很快做出常壓環境下的結果。這讓眾人難以置信，趕緊重復實驗，但怎么也無法復現結果。
這無疑激發了課題組更大的興趣，大家一遍遍讓鄭建偉回憶實驗細節。“到底哪里出錯了？”
謝素原建議學生做循環伏安圖，在廈門大學電化學研究所教授時康的指導下，廈門大學碩士生崔存浩精巧表征了富勒烯與銅的電子相互轉移現象。
“我們發現，鄭建偉的樣品和其他學生的樣品信號完全不同。”袁友珠說。至此，謝素原確信，按照鄭建偉的方法是可行的。
可為什么實驗不能重復？合成氣制乙二醇怎樣才能在常壓下實現？研究團隊對此仍然無解。后來，他們把樣品送到中科院大連化學物理研究所做球差電鏡分析，才知道需要讓富勒烯與銅催化劑產生相互作用，即電子緩沖效應。
“該技術的核心在于將富勒烯與銅催化劑相復合。”袁友珠說，影響Cu/SiO2催化效果的關鍵是其中的銅價態要有穩定比例，特別是+1價亞銅成分要能在激烈的催化反應過程中保持相對穩定。
最終，由廈門大學等多個研究團隊聯手發展的富勒烯—銅—二氧化硅催化劑，利用銅與富勒烯之間的可逆電子轉移，形成富勒烯的電子緩沖效應，穩定催化劑中亞銅成分，實現草酸二甲酯常壓催化加氫制乙二醇，并克服了副反應較多且催化劑易失活等問題。
“多虧富勒烯，持續保持了科學驚喜”
當另一位論文第一作者、廈門大學博士生黃樂樂加入團隊時，實驗已復原到八九成。采用排除法，他的實驗結果基本符合預期。
到2020年，實驗可以放大規模了。研究團隊將實驗場地挪到中科院福建物質結構研究所，在這里完成了單管試驗，“催化劑的使用量從原來的200毫克變成了10~30克”。
最后，他們又回到廈門大學實驗室，利用該催化劑進行常壓加氫反應，成功制備出乙二醇產品，且雜質大幅度減少，可直接探測的雜質從20多種減少到兩種。“未來有望改變煤化工路線下，乙二醇雜質過多致紡織品斷絲的問題。”袁友珠說。
從“妙手偶得之”到被《科學》接收發表，袁友珠記得，開始的時間是2015年1月25日，論文被接收發表的時間也是1月25日，只不過這中間經歷了整整7年。
《科學》副主編Phillip D.Szuromi評價道，“多虧富勒烯，持續保持了科學驚喜”。《科學》同期配發的專家點評文章中寫道，“在目前已實現富勒烯工業化生產的大背景下，這一研究成果將在學術界和產業圈產生重要影響，并終將走向成熟”。
未來，謝素原、袁友珠等人還有一個千噸級中試的夢想。歷經3代研究生的接力，高校、科研院所共6個課題組的合作，1家企業的放大，如今，富勒烯已實現年產噸級的規模，價格逐漸降低。他們逐漸看到了希望。
“在有生之年，我們很難遇到這樣一個品質優良的催化劑。盡管當下該催化劑價格仍然偏高，但已在科學發展史上留下了一筆。我們更希望它能早日走向市場，為產業帶來變革性突破。”采訪結束前，謝素原說。
記者 溫才妃
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