专访 | 研国家所需 打造一流科研院所 ——访华中科技大学材料与环境化学研究所郭兴蓬教授

本网记者 | 殷鹏飞、王元

郭教授：华中科技大学是教育部直属的综合性全国重点大学，国家首批“985工程”、“211工程 ”、“双一流建设”入选高校。华中大的前身主体是1953年创建的华中工学院。1988年，华中工学院改名为“华中理工大学”，2000年5月26日，原同济医科大学、武汉城市建设学院与华中理工大学合并组建了华中科技大学。华中科技大学化学与化工学院是在原华中理工大学化学系的基础上发展起来的。

华中科技大学材料与环境化学研究所作为化学与化工学院以研究腐蚀防护和新材料开发的专业研究所，自创建以来为我国的腐蚀防护事业的发展做出了突出成就，也为国内的腐蚀防护学科培养了大批科研专业人才：华中科技大学材料与环境化学研究所的前身是由原华中工学院与由原石油部科技司于1983年共建的油田腐蚀与防护研究室，该研究室更早的雏形可最追溯到华中工学院化学教研室金属腐蚀科研组。自上世纪50年代，在华中工学院以我国腐蚀科学的老前辈叶康民教授为代表的课题组，就展开金属腐蚀与防护的教学科研工作，从事材料腐蚀与电化学保护的研究，上世纪60年代前期已成为我国仅有的几个的腐蚀与防护专业研究生教育的机构之一，并出版了《金属腐蚀与防护概论》（人民教育出版社）。从上世纪70年代前期开始，叶康民教授、郑家燊教授和丁诗健教授为代表的课题组开展了油田缓蚀剂的系列研究工作，先后研制的“油气田酸化缓蚀剂”、“7701复合酸化缓蚀剂”、“7801高温浓盐酸缓蚀剂”，填补了我国在油田酸化缓蚀剂方向的空白，其研究成果并分别获得全国科学大会奖、国家发明奖、国家经贸委新产品金龙奖和国家教委优秀科技成果奖等。

图1.华中科技大学正门照片

上世纪八十年代到九十年代，在以郑家燊教授、郭稚弧教授、张华民教授、许立铭教授、俞敦义教授为核心的科研团队努力下，研究室先后承担并完成了国家“九五”科技攻关项目、国家自然科学基金“八五”、“九五”重大科研项目、中国石油天然气总公司“六五”、“七五”、“八五”科研项目16项，以及各石油企业委托项目40余项，其研究成果获国家科技进步奖1项、石油部科技成果奖2项、石油天然气总公司科技进步奖5项。在人才培养方面，从1983年起，受原石油部教育局委托，研究室共招收培养了三届105名应用化学（金属腐蚀与防护）专业本科生，这些学生毕业后全部进入我国油田及相关科研院所，多数已成长为油气田腐蚀与防护的技术中坚和领军人物。研究室成为了我国油气田腐蚀与防护技术研发和人才培养的重要基地。

进入新世纪以来，研究所在人才培养和科学研究两方面都获得了进一步拓展。2006年获批建设湖北省材料与服役失效重点实验室。2011年7月，腐蚀与防护研究室更名为材料与环境化学研究所。本研究所立足化学与材料、环境和能源交叉学科领域，面向国家和社会经济发展的重大需求，开展材料的腐蚀失效机理与防护技术研究，新型能源存储与转换材料和器件、以及新型有机光电子材料与器件的研究，在金属腐蚀与防护、能源存储与转换材料、医用置入材料和环境电化学等领域形成了特色。

    郭教授：材料与环境化学研究所现有两大研究团队。一是 腐蚀与防护研究团队，现有教授6人，副教授3人，博士后3人，还有博士生和硕士生共计50余人。团队主要研究材料在工业与自然环境中的腐蚀行为、高效多功能缓蚀剂、微生物腐蚀与控制、腐蚀监测技术和防护方法等。团队特别关注油气勘探开发、石油化工、桥隧交通、发变电站和海洋工程等重大设施中的腐蚀机理和防护新技术研究。从2008年起的近十年来，本团队承担973子课题、国家重大专项子课题、863课题、国家自然科学基金、国际合作项目31项，以及一大批省部级攻关课题和企业委托研究，在腐蚀电化学、缓蚀剂、腐蚀监测技术与装备、油气田CO₂/H₂S腐蚀与防护、微生物腐蚀与控制、污水处理与资源再生技术等方向取得了显著成果和重大的社会经济效益。其成果获省部科级科技成果奖3项，中国腐蚀与防护学会科技成果奖1项，申请发明专利55项，在国内外重要学术期刊上发表论文700余篇，其中在Corros. Sci.、Electrochem. Comm.、Electrochim. Acta及JECS等重要国际学术期刊上发表论文200余篇。主编国家十三五规划教材1部，作为副主编参编中英文专著5部。团队成员在中国腐蚀与防护学会和材料表面工程学会等学会中担任重要职务。腐蚀与防护团队经过30余年的建设和发展，对我国腐蚀科学与防护技术的发展做出了应有的贡献，在相关学科领域具有重要的学术地位和影响力。同时，腐蚀与防护团队也十分重视产、学、研协同，先后将高温二氧化碳缓蚀剂、压裂酸化缓蚀剂、绿色水处理化学药剂产业化，为石油石化行业安全生产、稳产及在腐蚀环境苛刻的油气开发，提供了经济、可靠的腐蚀控制技术，年产值超过5000万元。此外，在腐蚀监检测仪器开发领域研究成果的产业化也取得不俗的成绩，依托相关技术组建的公司已于2016年在新三板上市，为石油石化、海洋工程、船舶、航空和电力行业的设备腐蚀安全与在线监控提供服务，承接了大量现场腐蚀监测工程项目，取得了较好的经济与社会效益，现年产值已超过2000万元。

  图2.郭兴蓬教授在乌克兰基辅理工大学访问照片

研究所的另一团队是新能源材料研究团队。2011年以来，我们所连续引进了王帅教授、王得丽教授和夏宝玉教授三位中组部青年千人计划入选者，以他们为学术带头人，形成了一只充满活力的创新团队，团队还包括楚天学子2人，副教授5人，博士后7人，博士及硕士研究生60余人。新能源材料团队积极开展新材料和新能源研究，在新型有机光电子材料、新型燃料电池电极材料、高比能锂电池电极材料、金属/空气电池电极材料、 超级电容器电极材料、电化学制氢催化材料、高性能光电子器件等方面取得了一系列有特色的研究成果。近5年来，新能源材料方向承担了教育部回国启动重点基金、国家“973”、国家科技重大专项和国家自然科学基金、863项目11项，国防预研、省部级重点/攻关课题、省部级人才计划等12项。在Nat.Commun.、 Adv. Mater.、Angew Chemie、ACS Nano、Nano Lett.、Adv. Energy Mater.、Nano Energy等国际高水平刊物上发表论文100余篇，申请发明专利近30项，其中3项已实现300万的成果转化。厘米级单晶石墨烯的制备获得2015年华中科技大学10大杰出科技成果奖，超快柔性储能的相关研究成果入选国家“千人计划”2015年度五项关注的“探索&成绩”。

图3.研究所腐蚀与防护团队部分教师在西安举行的第十九届全国缓蚀剂学术讨论会上合影

图4.研究所新能源材料团队部分教师在化学楼前合影

图5.海上风电混凝土承台（上）及港珠澳大桥混凝土墩台（下）钢筋锈蚀与阴保远程监控现场

郭教授：材料腐蚀与防护是材料科学与工程学科的重要领域，同时，它也跨越了材料学科本身，与化学、生命和环境等学科密切相关。它是一个基础学科也是一个应用学科，更是一个交叉学科。材料的腐蚀与防护是材料能否在工程中实际应用、设施和装备是否能安全服役的基础与前提，因此，材料腐蚀与防护是一个随着社会经济的发展和科技进步与人类活动空间的拓展，不断创新发展的学科。特别是，在可持续发展、绿色经济已成为社会发展主旋律的今天，腐蚀损失占国民经济总产值GDP的百分数已不只是一个国家腐蚀防护技术水平的指标，也是一个国家工业文明和社会文明的一个重要指标。人类活动所到达的新领域（深海、深地、深空、极微）、不断创制出来的新材料的腐蚀问题和腐蚀机理，腐蚀控制的新方法、以及新材料在防腐蚀领域的应用都是材料腐蚀学科的机遇和挑战，也是腐蚀与防护学科未来发展的方向。

郭教授：对我来讲，东方1-1海上气田CO₂腐蚀与缓蚀剂研究是一个很具挑战性的工作。东方1-1气田是我国自主开发的第一个海上大气田，所产天然气中平均二氧化碳含量超过20%，部分气井产气二氧化碳的含量高达70%，属于强腐蚀环境，国外也少有开发如此高含CO₂的气田的经验。该气田①具有高含CO₂高产气井的腐蚀特征，气体流速高，凝析水膜没有缓冲性，CO₂浓度高，腐蚀速度大；②具有低PH值的析氢腐蚀特征，特别是对于温度较低的海底外输管线，腐蚀反应还原的氢可能对管材造成氢损伤；③气井和平台设备和海底管线之间存在不同金属材质的直接耦接，可能产生严重的电偶腐蚀；④110km的海底管线中途不可能有缓蚀剂的加注口和腐蚀检测点，对缓蚀剂的气载分散性提出了极其苛刻的要求。同时，这个项目也是我们研究所第一次以投标的方式获得的研究项目。如何评价环境的腐蚀性和材料的腐蚀行为、如何尽快开发高效缓蚀剂并产业化、如何优化缓蚀剂加注工艺并在线评价评价防护效果？这些对课题组来说是一个全新的挑战。经过一年半夜以继日的艰辛攻关，在课题组全体成员以及气田现场科技人员的共同努力下，基本弄清了气田作业环境的腐蚀行为与规律，开发出了具有优良的抗冲刷、抑渗氢、绿色环保的高效CO₂气田缓蚀剂，该系列缓蚀剂的综合技术指标达到国际领先水平，保证了我国首个自主开发的高含CO₂气田按计划启动投产。腐蚀监测评价表明，整个气田腐蚀状态等到很好的控制，已持续安全生产超过13年。该项目获得两项省部级科技成果奖。这项研究也为我国后续的CO₂油气田腐蚀防护技术、CO₂驱提高原油采收率的规模化应用提供了很好经验，为研究所后来承担许多与CO₂腐蚀防护的重大研究项目奠定了良好基础。

通过这个项目，我们认识到，现场腐蚀特别是大型基础设施的腐蚀与控制，是一个复杂的系统工程，需要扎实的基础研究支撑，需要多学科的交叉突破，更需要实验室研究和现场试验的完美协同，因此，研究计划的科学设计、团队协同创新、超越甲、乙方的协同配合，是解决复杂问题、突破技术瓶颈实现重大技术创新的关键。

郭教授：面对深海、深地和极地资源开拓的国家战略需求，以及装置的集成化与微型化的发展趋势，我们研究所将积极开展以上述需求为背景的极限条件和多场（流体、应力、电、磁）耦合下，金属材料/环境的界面过程与控制技术探索，研究极端环境下从微型器件到大型装备跨尺度体系的材料服役可靠性的新方法与新技术；探索新型功能材料的腐蚀失效机理与防护方法；开展微电子/微机械系统的腐蚀机理、防护方法以及腐蚀监测技术研究；构建具有缺陷感知与自我修复的智能耐蚀材料与涂层体系，开发具有行为可控的高效多功能缓蚀剂。这些领域也是我们腐蚀与防护科学工作者所面临的机遇与挑战。

同时，基于人工智能和大数据理论建立材料失效的智能传感与故障预警的泛在网络系统，实现从工业装置到大型基础设施的全寿命周期安全监测与风险管理，对于提过我国基础设施的服役安全与耐久性，对于国民经济的可持续性发展也是一个非常重要的研究领域。

此外，我们研究所将立足国家大力发展清洁能源和新型储能材料的战略需要，继续着力于高稳定性能、长服役寿命的电化学储能材料和电催化材料的研究，探索高效、廉价的新型非贵金属氧还原催化剂的制备技术及其催化机制，开发高效能源存储与转换材料及器件，为国家的新能源战略做出应用的贡献。

急国之所急，研国之所需是每个华中大人坚信的理念。海到无边天作岸，山登绝顶我为峰！我们相信每一个华中大人定会协同创新、开拓进取、学有所成，为国家经济建设和国民经济的发展，为中华民族的伟大复兴做出更大的贡献。 

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北京丰盈环蚀技术有限公司

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