郑大新材料创新成果，正被广东、福建看好｜甲子汇科

作者 | 陈杨

进入6月，郑大又迎来一年一度的毕业季。

与离别一同升温的，是河南狂飙的温度。6月中旬，河南多地接连发布高温预警，最高温超40℃，河南一度包揽全国高温榜前三。

以CO₂为代表的温室气体，是导致全球变暖的关键反派。

降低碳排放，早已成为全球的共识，我国也明确提出了2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”的“双碳”目标。

高校是科技创新的主力军，也是助力“双碳”目标达成的先行军。

郑州大学河南先进技术研究院，正在通过绿色化学技术设计合成各种新型功能性材料把CO₂变废为宝。

比如，利用CO₂制备新能源材料，把CO₂应用于运动鞋的中底发泡材料，为人们带来更轻量、更高弹性的舒适体验。

1.绿色与低碳，全球新材料产业的发展趋势

“我在德国的博士后经历以及这些年与荷兰、日本和澳大利亚等科研团队的交流与合作过程中发现，全球新材料产业的发展正迎来三个趋势。”

郑州大学河南先进技术研究院党委书记、院长许群告诉「甲子汇科」：

全球新材料产业的发展的第一个趋势是循环利用，即如何把使用过的废弃材料重新利用起来。

“比如说美国和德国，正在关注如何把聚乙烯、聚丙烯这些塑料通过新的技术转化为有用的东西。”

郑州大学河南先进技术研究院党委书记、院长、教授、博士生导师许群

第二个是走向深海深空。

“深海与深空是两个极端，一个是对高压的考验，一个是对极端温度的考验。比如说深海，目前全球各国没有明确谁可以去深海探索，那么谁的技术好谁就先占得先机。所以我们需要不断地拓宽新材料的应用场景，去满足深海、深空的这些需求。

第三个是新能源。

“当下新能源产业发展得如火如荼，尤其是新能源汽车我们国家发展得最快，我们平时会关注塑料、垃圾的回收，但六七年之后，新能源汽车电池也需要大量回收。但电池里使用的锂离子是受资源制约的，这种金属不可再生，需要通过新材料、新技术实现突破性循环利用。”

能看到，这些趋势多与绿色、低碳相关，而这也是许群多年研究的方向。

许群的另一个身份，便是材料化学领域的教授。

自2001年7月课题组成立以来，许群教授课题组研究方向集中在利用绿色化学手段制备功能性纳米材料，包括超临界流体诱导聚合物结晶及其自组装、超临界流体技术制备层状纳米材料及其功能化、超临界流体作为外场制备生物功能材料、静电纺丝技术制备功能性吸附材料、不同聚合物体系衍生制备纳米碳材料及其功能性的研究等。

2.基于绿色化学技术，制备面向不同场景的功能材料

近年来，在许群教授的带领下，郑州大学河南先进技术研究院以绿色低碳技术为导向，围绕新型纳米结构的设计、新型能源材料的合成与性能，发展了多种新的制备方法，对低维材料在光电催化、能量转化、能量储存展开深入系统的研究，揭示了材料的结构与性能的关系，形成特色鲜明的研究方向。

如郑州大学河南先进技术研究院在利用CO₂制备二维非晶材料领域获得国际认可。

二维非晶材料是一类新概念材料，新在何种程度？

2010年，伴随着石墨烯的发现并获得诺贝尔物理奖，二维晶体材料才逐渐进入人们视野，二维非晶材料的概念更是在近五年左右才诞生。

许群教授课题组，便是国际上最先提出二维非晶概念的几个团队之一，更是国际上第一个利用CO₂制备二维非晶材料的课题组。

许群教授课题组研究发现在超临界流体状态时，CO₂不仅可以剥离层状材料，转变为二维结构，同时还可以破坏材料的晶体结构，使材料发生相变和非晶化。

不止是二维非晶材料，许群教授课题组也利用CO₂在g-C3N4（石墨相氮化碳）引入平面内“硼桥”，实现对g-C3N4原子级调控，提出了实现室温二维材料铁磁性的新思路，成功将g-C3N4磁性提高到世界领先水平，为下一代自旋电子器件的制备奠定了研究基础。

在集成电路领域，许群教授课题组也利用超临界CO₂在限域空间中构筑抗限域作用，成功制备了过渡金属氧化物MoO3、VO2、C3N4，以及钙钛矿结构（BaTiO3, SrTiO3）的二维室温铁磁材料，为电子信息的产业发展积累了先进功能材料。

郑州大学河南先进技术研究院这些把CO₂变废为宝的成果太高深，看不懂？

没关系，下面我们举一个在日常生活中天天接触的例子。

运动人士都知道，不管是耐克、阿迪达斯这些国际运动品牌，还是李宁、安踏、特步等国内运动品牌，都在主推一种叫“超临界发泡”的中底科技，比如经常听到的耐克的“ZoomX”科技、阿迪达斯的“Boost”科技、李宁的“䨻”科技、安踏的“氮”科技。

这些运动鞋中底科技，本质上都是对高分子材料通过CO₂进行超临界发泡，从而降低运动鞋中底的密度，同时达到轻量和高弹性的目的，这也是许群教授课题组一直在做的事：把超临界CO₂用于不同场景的功能纳米材料。

“前一段时间，广东、福建的企业晚上11点半给我打电话，询问相关的技术并寻求合作。”许群教授说。

3.开辟新赛道，多学科融合实现新材料领域弯道超车

回看这些年在郑大从事绿色低碳领域的新材料研究工作，许群教授表示自己很荣幸能有机会在这个平台上为中国的绿色、低碳发展贡献自己的一份力量。

“我本硕都毕业于郑大，博士就读于中国科学院化学研究所，在德国完成博士后研究后回到母校，目前在先进技术研究院这个平台上，我们以目标和问题为导向，通过吸引不同学科背景的人才，打破学科壁垒，从而形成一些后发优势。”

许群教授告诉「甲子汇科」，围绕绿色发展理念，郑州大学河南先进技术研究院最近几年，一方面在把一些已经走向产业化的新材料进一步优化。

比如气凝胶技术，目前在新能源汽车电池上已经广泛应用，需要进一步提升气凝胶成型过程中的平整度、气孔分布，制备相变复合材料，以及如何在前期工作的基础上，进一步挖掘CO₂的功能化应用，开辟新领域和新赛道，围绕抢占科技制高点，塑造新优势。

“科研就是一个追求极致、追求卓越的过程，我们在不停努力。”

另一方面，郑州大学河南先进技术研究院也在探索更多的新材料以及应用场景。

比如通过超浮力材料的研发去深海探索；比如吸波抗屏蔽材料，把不同的聚合物修饰到碳纳米管上，起到隐形作用；

包括产氢催化剂的制备，通常使用铂金，郑州大学河南先进技术研究院正在研究使用超临界CO₂做产氢催化剂，从而降低产氢成本。

对于国内以及河南新材料产业的发展，许群教授也给出了自己的看法：

“目前中国的新材料产业，在国际上总体处于第二梯队。要想在新材料方面实现弯道超车，我们应该以目标和问题为导向，打破固有学科，开辟一个全新的赛道。”

而河南的新材料产业发展，除了要继续发挥规模、产业链的优势，也应该按照绿色发展的理念，通过创新技术的注入为新材料找到更多新的应用场景。 

许群教授举例：“比如说金刚石材料，河南已经有着非常强的产业基础优势，如果再为其注入新的技术，找到更多新的应用场景，那么这将变成我们在新材料领域的一个制高点；再比如耐火材料，传统意义上认为耐火材料是一个高污染、高能耗的材料，那么是否可以通过技术创新，引领耐火材料向更绿色、更清洁的方向去发展。”

面向全球新材料产业的发展趋势以及河南新材料产业的发展需求，郑州大学河南先进技术研究院将继续以市场为导向，引领新材料产业的发展。

“我们也希望与河南本土的企业、资本等产业链条上的资源，建立更多、更深层次的交流、合作，推动新材料产业高质量发展，助力形成新质生产力。”许群教授说。

*吴非惠、王雪琪对本文亦有贡献。