为国家绿色发展贡献高分子力量——记同济大学材料与工程学院研究员朱云卿

刘 旭

朱云卿为2019年全国高分子学术论文报告会作分组报告

20世纪早期，纤维、橡胶、塑料……给人类的生存带来了极大的惊喜和便利。这是第一代高分子材料，它们的出现让人们可以更加自由地在自然中生产、生活。

20世纪中期，高密度聚乙烯和聚丙烯的合成及工业化生产，以其稳定性较好的化学性能赢得了人们的厚爱，今天已成为产量最大、用途最广的合成高分子材料。

20世纪中后期，生物学家R·B·Merriffield将功能化的聚苯乙烯用于多肽和蛋白质的合成，大大提高了设计生命物质合成的效率，开创了功能高分子材料与生命物质合成领域的新纪元。

…………

2005年进入同济大学攻读材料科学与工程专业的朱云卿，本科毕业后原本选择去工作，但在从事高分子化学与物理、生物医用高分子材料研究的杜建忠教授的影响下，加入了高分子研究的队伍。2010年，他正式投入杜建忠教授门下，开启了材料科学研究的新征程。2013年他进入英国帝国理工大学攻读博士学位，之后在牛津大学化学系做博士后研究。如今，朱云卿回到了阔别已久的母校，成为材料科学与工程学院的特聘研究员，全身心投入到了可再生、可降解高分析材料的研究中。

从有机金属、催化剂的研究到功能性材料的构建，再到可降解生物医药材料的研发，一路走来，朱云卿致力于在有机金属催化剂以及配位聚合研究发展的背景下，探索新的聚合方法，构建可降解高分子材料，以服务于国家“绿色发展”战略，改变资源环境代价过高的粗放式增长模式。“为国家绿色发展贡献高分子力量”从此成为他科研事业的信仰。

走进高分子——九万里风鹏正举

这是一个高分子的世界，朱云卿将全部的精力投入其中。在这个世界里，其科技力量对国家工业化、现代化的推进力量不可低估。这缘于“高分子材料的大规模产业化是一个国家工业化、现代化的标志之一，其科研与应用水平直接关系着国民经济生产的各个领域”的认知。材料学出身的朱云卿，早在2010年做研究生期间就将自己的生命与意义定格在了高分子领域。他的科研足迹遍布于多个国家，征途中满是收获。

在英国帝国理工大学，作为主要研究人员的朱云卿，参与了美国科学院外籍院士、英国皇家科学院院士Molly Stevens教授的EPSRC项目。在该项目中，他构筑了一种新型核酸疫苗载体，实现了对自扩增RNA的高效包载与功能协同。这一成果，已申请一项英国专利，并有望在近期推动新型自扩增RNA疫苗在发展中国家的批量生产。此外，该核酸载体已被世界卫生组织疫苗科学咨询委员会委员Robin Shattock教授采用，用以开发针对COVID-19的新型自扩增核酸疫苗。

在英国牛津大学，同样是主要研究人员的朱云卿，参与了欧洲创新与技术研究院的可再生聚合物项目。在该项目中，他首先从资源丰度、环境影响、聚合方法及可降解性等多个角度，建立了可再生可降解聚合物数据库，研究了其多组分共混体系的微观结构，提出了可再生共聚物的单体组合筛选三原则，即微相分离易控、材料性能互补以及聚合方法匹配。根据上述原则，他筛选出了三元可再生单体混合物，即源于蓖麻油的内酯、源于油脂复分解副产物的环氧以及源于纤维素的环酸酐，通过选择性配位聚合方法成功构建了高性能可再生可降解热塑性弹性体与高性能的热塑性形状记忆聚合物。目前，该成果已申请了一项国际专利，并授权英国著名的可再生聚合物企业Econic Technologies Ltd。

…………

博观而约取，厚积而薄发。短短几年时间，朱云卿以第一作者在Nature、Prog. Polym. Sci.、J. Am. Chem.Soc.、 Angew. Chem.、ACS Nano等期刊发表论文10篇，最高单篇SCI他引473次，1篇入选ESI热点论文，1篇入选ESI高被引论文。

站在巨人的肩上，朱云卿感到了“九万里风鹏正举”的力量。他以配位开环聚合为突破口，开始创建可再生、可降解聚合物。用朱云卿的话说，促使其做这项研究的动力，同样始于给人类带来无穷多意义的高分子材料——塑料。

回到上海同济大学后，作为项目主持人，朱云卿正在主持国家自然科学基金青年项目——“木质纤维素基可降解高分子的合成与性能研究”。同时，他还主持了上海市浦江人才计划项目——“生物可再生可降解高分子的合成与性能研究”。

“伴随着经济的高速增长，增长方式粗放、资源环境代价过高的问题日益凸显，‘绿色发展’上升为国家战略”，朱云卿说，“面对不可再生资源的日益枯竭，以及无法自然降解的塑料引起的‘白色污染’问题，构建可再生可降解聚合物是一条可行的路子。”正所谓“解铃还须系铃人”，朱云卿希望用自己的所学为国家战略服务，推动“可持续”材料在中国的发展。

多年来，朱云卿致力于可再生、可降解聚合物在“可持续”材料、生物医药等的研究，重点关注如何通过聚合方法与分子设计的创新来高效构建可再生、可降解聚合物。围绕可再生+可降解，朱云卿利用选择性配位开环聚合的方法改变可再生聚酯较为单位的链结构，制备多嵌段的可再生、可降解的功能性聚酯。然后，进一步系统研究了嵌段长度机器比例对其所形成的微相分离形貌的影响。通过嵌段长度、比例与序列结构的调控，成功制备了具有极高拉伸率和弹性回复率的热塑性弹性体，高可回复变形率的形状记忆高分子等功能性高分子材料。其弹性、抗蠕变能力、回复能力以及回复温度等参数均相当于石油基高分子。

同时，基于配位开环聚合新方法。朱云卿利用代谢中间体逆向，构建了“材药二元性”囊泡的新概念。目前，这一成果已经得到生物医用囊泡的认可。

聚焦木质素——把论文写在大地上

衍生自石化产品的合成高分子，容易对环境产生不利影响。如何让高分子材料“可持续”？

利用可再生资源能解决产品降解、回收的问题，但是存在“高成本、热稳定性差，机械强度不够，可加工性低”等因素。如何让高分子材料“商业化”？

…………

科研成果能够造福于民，是“把论文写在大地上”的科研人员最大的心愿。此刻，朱云卿最大的心愿就是“如何通过聚合与解聚方法创新推动可再生、可降解聚合物的转化应用与回收”。

2018年，在伦敦帝国理工大学与美国科学院外籍院士、英国皇家科学院院士Molly Stevens教授合影。

明确了研究问题和研究目标，朱云卿开始寻找材料和方法。很快，占生物质资源总量30%的木质纤维素进入了朱云卿的研究视野，“它是由苯丙烷类单元通过多种类型的化学键连接而成的具有三维网状结构的天然高分子材料。是自然界中可再生芳香类化合物的重要来源。然而全球制浆行业每年产生的约5000万吨木质素中，仅有2%被商业化利用，剩余的98%通常被直接焚化”。

木质素的优势到底在哪里呢？朱云卿为了构建高效的可再生可降解聚合物，将木质素的家底“翻了个底朝天”——

木质素基单体拥有的芳香结构，有利于提升高分子的热性能和热稳定性；木质素的全球储量预估在3000亿吨左右，比储量约2300亿吨的原油更为丰富，成本低廉，不危害粮食安全；香草醛衍生自木质素，目前是木质素解聚后的主要产品之一。作为一种已经实现大规模工业化生产的可再生化工原料，探索香草醛及其衍生物的聚合方法，制备可降解芳香类高分子材料具有较强的可行性和工业化生产的潜力。

朱云卿开始在可再生聚酯和聚碳酸酯领域摸索。他发现内酯、环氧和环酸酐的配位开环聚合技术正在走向成熟，已有多位专家的研究将不具备聚合可能性的可再生化合物合成为高附加值单体。那么，是否有一种新的聚合方法能解决“可再生单体种类较少且不易聚合、聚合催化剂易失活以及材料性能弱于石油基高分子”等问题？

通过对木质素的研究，朱云卿希望合成得到一系列基于香草醛和5-羟甲基糠醛的二醛化单体，并优化合成反应条件；设计并制备出一系列有机金属催化剂，并筛选出能够高效催化Tishchenko反应的有机金属催化剂；聚合反应动力学研究，阐明有机金属催化剂催化Tishchenko聚合的反应机理；得到不同链结构的香草醛型聚酯，并与5-羟甲基糠醛等可再生单体进行共聚，得到热塑性弹性体或形状记忆高分子等功能性高分子材料。同时，基于实验室规模初步评估所制备可再生可降解高分子材料的“可持续性”。

为人师表——济人济事济天下

同心同德同舟楫，济人济事济天下。朱云卿深深感怀着与中华民族命运休戚与共的母校品格，从英国学成后，朱云卿加入了同济大学材料科学与工程学院，成为“同济青年百人”和“上海市浦江人才”。

唯有每代人都拥有积极向上的灵魂，民族与社会才能向正确的方向稳步发展。作为研究生班的班主任，朱云卿用他的人生经历现身说法，引导年轻一代适应新的生活，尽快适应研究生阶段的学习和生活。海外生活的经历，让他深深体悟到了“个人发展与国家命运”的关系。爱国，成为朱云卿给研究生上的第一课，也为每一位研究生在人生的又一个重要起点涂上了厚重的人生底色。

2016年，在明尼苏达大学做访问学生期间与Macromolecules主编Marc Hillmyer教授及其课题组成员合影。

成长、成人、成才……来自五湖四海的同学们聚在一起，总会遇到各种各样的不适应。朱云卿的体会最深刻，获益也最多。在牛津大学化学系、帝国理工大学材料系做研究期间，从世界各地来的研究人员，有着不同的背景、不同的文化，交流总能碰撞出很多火花。研究中的困惑，生活中的困难，总能在交流中产生好的想法，在自己成才的路上留下成长的印记。因此，朱云卿对他的学生讲述更多的是“互相帮助”，并就这一话题在学习生活的轨迹中，进行“滴水穿石”式的培养，在思想成长的过程中，进行“心心相印”式的积淀。交流、谈心，在朱云卿的班上不仅是常事，还是一对一的。当他发现同学们更多的担心和困惑来源于对未来的迷茫时，他引导学生参加社会实践，让同学们在实践中学习分析问题、解决问题，将个人发展放在国家、社会发展的大背景下，鼓励同学们成长、成材。

大胆探索，勇于创新。在朱云卿看来，这样的语言，是耳熟能详的。但是，怎么做到却是研究生培养中的难题。朱云卿从自己的学习和研究生涯中深深地体会到“探索”和“创新”对研究人员的重要性，因此，在他的班上，他强调借助已有的知识去探索发掘新的知识和技术，要积极地在导师的指导下开展研究性学习，在导师的科研项目中锻炼、提升自己。也因此，朱云卿的学生将更多的晚上、周末的时间投入到了科研实践中，“忙”成为同学们的常态。

潮平岸阔风正劲，扬帆起航正逢时。回国不到1年，朱云卿已经建成了一支创新能力强、结构合理的研究队伍，其中包括1名博士后、3名博士生与5名硕士研究生，为今后工作的开展奠定了坚实的基础。

为国家绿色发展贡献高分子力量的信仰不灭，朱云卿科研报国的征程才刚刚开始。