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文 ｜ 《中國科學報》記者 田瑞穎 實習生 卜金婷
“不太滿意。”對于剛剛發表的Science文章，許振和導師劉國良不約而同地說道。
全球目前每年產出塑料4億噸，塑料污染治理迫在眉睫。通過3年的探索，他們將“塑料變肥皂”這一瘋狂想法變成現實，并于近日發表在Science上。
通過他們設計的特殊“壁爐”，塑料先被燃燒成蠟，再轉化為高價值的表面活性劑和洗滌劑，比如肥皂。美國弗吉尼亞理工大學副教授劉國良是論文的通訊作者，目前在西北工業大學做博士后的許振是第一作者。
1輪審稿，4個月修改，Science對論文的接收可謂相當順利，但劉國良和許振對論文并不滿意。因為發頂刊從不是他們的目標，真正把塑料變肥皂推向產業化，解決實際環境問題，才是他們的初心。
許振（左）和劉國良（右）
塑料化為肥皂：靈感來自壁爐
從2018年開始，劉國良就一直在摸索塑料再利用的路子。但要實現工業應用，這條路必須簡單且經濟可行。
當前，全球每年塑料產量高達4億噸，預計到2050年累計產量將增長到340億噸，其中60%是使用最廣泛的聚乙烯和聚丙烯。
將聚乙烯和肥皂放在一起，似乎是八竿子打不著的事。但實際上，在分子層面，它們有著緊密的關聯。脂肪酸是肥皂等表面活性劑的主要原料，它的分子結構與聚乙烯相似，只是脂肪酸的碳鏈長度遠短于高分子長鏈的聚乙烯。
也就是說，如果將聚乙烯的長鏈斷裂，生成長度合適的脂肪酸碳鏈，塑料變肥皂并非天方夜譚。
2020年圣誕節，結束一天工作的劉國良坐在壁爐旁取暖。凝視木頭燃燒的火光，是他最享受的時刻。
突然間，一個瘋狂的靈感闖入他的腦海。劉國良迅速找來一個塑料袋，扔進了壁爐，看到塑料袋劇烈燃燒，他又取來一勺食用油倒在木頭上，同樣產生了劇烈燃燒。
劉國良想，當木頭不完全燃燒時，會生成煙霧，這正是木材燃燒過程中纖維素分解成短鏈分子，形成氣體小分子的環節，完全燃燒后就會生成二氧化碳。而塑料和木頭一樣，在壁爐中燃燒都是從固態到氣態。
這似乎意味著，如果能準確控制聚乙烯的燃燒條件，在形成氣體小分子之前停止燃燒過程并恰好停止在類脂肪酸的階段，就可能得到碳鏈長度合適的分子！
劉國良隱隱覺得，這將是一個絕佳的課題。為此，他找到心中最合適主導它的學生——正在弗吉尼亞理工大學讀博士四年級的“90后”許振。
2020年上半年，在新冠疫情最嚴重的時候，大部分人都居家休息，許振是組內唯一一個徒步三四公里往返實驗室的學生。每次飯后散步看到許振在夜幕中徒步回家，劉國良都感動不已。
劉國良
“不給他最好的課題就太可惜了。”決定開干的第二天，劉國良就把許振叫到辦公室聊了兩個小時，建議他停下手中的工作，專心搞這個課題。
許振向《中國科學報》坦言，自己最初有拒絕的念頭，因為手上的工作直接關系著博士畢業，而且如此“高大上”的課題，真正實現需要很多資源和環節，自己也不確定能做到什么程度。
最終，無法抗拒對選題的強烈興趣，許振決定“孤注一擲”，“大不了就延期畢業唄”。
經過近3年的研究，他們把想象變成了現實，真的打造出一個特殊“壁爐”。這個燃燒反應裝置的精妙之處，就在于溫度梯度的設置：反應裝置的底部溫度達到360℃，可以使聚乙烯的長鏈斷裂；但當產生的煙霧上升進入冷區，這些分子會冷凝，避免進一步燃燒分解成更小的氣體分子。
經過這樣的反應，裝置里最終形成的殘留物，就是他們要找的聚乙烯的短鏈分子——蠟。
許振和團隊利用塑料制造而成的肥皂
接下來，他們再向裝置中注入空氣和硬脂酸錳催化劑，對裝置中的蠟進行氧化反應以及隨后的皂化反應，進而生成脂肪酸，這正是高價值的表面活性劑和洗滌劑的原料。
更為欣喜的是，將聚丙烯放進這個“壁爐”中，也能得到與聚乙烯相似的結果。這意味著，無須在生活中將兩種垃圾分類，就可以直接混合送入反應裝置。
1輪審稿，4個月見刊，他們還“不太滿意”
雖然研究登上了Science，但劉國良和許振都感到“不太滿意”。
實際上，早在2021年初，他們在對聚丙烯和聚乙烯進行燃燒反應裝置實驗時就獲得了成功。奇怪的是，后面的催化升級反應卻很難再次復現。
于是他們決定暫時放下聚丙烯和聚乙烯的研究，先做實驗數據較好的聚苯乙烯。2022年8月，聚苯乙烯的研究取得了不錯的成果，并發表于PNAS。
再次研究聚丙烯和聚乙烯時，他們有了新的靈感，尤其是在催化反應階段調高氣流量等，最終解決了實驗無法復現的問題。
2023年2月9日，他們將這項研究投給了Science。一個多月后，審稿人一口氣提出了近30個問題，包括研究的經濟可行性、進一步闡明反應機理等。
接下來的4個多月，許振鉚足火力進行突擊。
為了解決研究熱傳導和經濟可行性的計算問題，許振找到母校山東師范大學教授張其坤。而先前在聚苯乙烯研究中有很好合作的東北財經大學教授許建軍和美國圣塔克拉拉大學教授蔡港樹，也對這項研究提供了一些建議。
“審稿人都是從宏觀視角給我們提意見，他們對整個領域的了解是非常透徹的，對我們幫助很大。”劉國良說。
對于論文最終被Science接收，劉國良坦言自己“又驚喜，又不驚喜”，因為這是自己組建實驗室以來的第一篇Science，但他從不刻意追求在怎樣的期刊上發表論文，而是一心希望解決研究中的問題。
Science論文
這種精神也影響著許振，“劉老師總是讓我們去思考，為什么做這件事”。
在許振眼中，劉國良在科研上對自己和學生都有很高要求，哪怕是PPT上用什么字體、多大字號，以及文章的文體結構，劉國良都會提出改進意見，對于理解困難的學生，還會開小灶耐心講解。
許振很喜歡組會上自由暢談的氛圍，這里不存在權威，學生們直接指出導師的問題，或質疑導師的觀點都是常態。
“我非常鼓勵學生們有批判性思維，不要迷信權威。”哪怕自己是對的，劉國良也希望有不同看法的學生經過獨立思考敢于和他辯論，如果自己是錯的，學生們能指出并解釋出理由，這會讓他非常開心。
許振說，從這個實驗室走出去的學生，都有一個特點，只要看到一篇文章，就會先去質疑它，“包括我們自己的工作，比如剛發表的這篇Science論文，對于實現工業應用，就還有很多地方需要完善”。
許振（左）和劉國良（右）
全職回國研究：英雄找到用武之地
正如許振曾經的預料，這項研究，的確讓他延期畢業了半年。
2022年，許振取得博士學位。惜才的劉國良希望這個和自己一樣對科研有著純粹和極致追求的年輕人能留下來，并為許振后面幾年的研究做了很多鋪墊工作。
“如果不是因為家人，我會再在劉老師的組內鍛煉兩年。”在外求學期間，至親的離世，給了許振很大的打擊，站在去留的分岔路口，許振選擇了回國，回到家人身邊。
作為家中的獨子，許振是懂事的，也是“叛逆”的。
許振的父母都是金融行業的職工。與很多父母一樣，他們都希望為孩子鋪一條輕松一些的路。畢竟，辛苦和清貧，是不少人對做科研的刻板印象。
許振坦言自己是個“喜新厭舊”的人。他喜歡發揮想象力去思考，去找到新的發現，這正是科研給予他的享受。2016年，從山東師范大學畢業后，他只身前往美國求學。
許振
5年多的緊張科研，經常會讓他感到壓力。但許振總能找到疏解的方式，去美麗的黑堡走走，去美食街逛吃，或者每周去華人超市買上火鍋底料和食材，嗨吃一頓。
如今，許振已經在西北工業大學開展博士后工作，對于進教學崗或者升職稱，他并不著急，他希望再花些時間，把塑料變肥皂的研究徹底推向工業界。
“我們的工作需要正視之前研究的實用性，雖然已經研究了聚丙烯和聚乙烯回收的經濟可行性，但我想讓國內甚至全世界的工業界認識到我們方法的可行性。”許振說。
英雄不問出處，但一定有他一步步走來的路。正如論文上線那天，劉國良在微信朋友圈寫道：“如今許振回到了國內工作，希望英雄找到用武之地，將他的才能發揮到極致。”
相關論文信息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh0993