为“离子膜”注入“中国芯”

从“奋力追赶”到“弯道超车”，从“实验室”推向“生产线”……中国科学技术大学教授徐铜文从事离子交换膜材料制备及应用近30年，孜孜不倦，扎根基础研究，攻克科研难关，勇攀科技高峰，推动我国离子膜事业从“跟跑”“并跑”到“领跑”的发展蝶变，为“离子膜”注入了“中国芯”。

徐铜文，中国科学技术大学讲席教授，国家杰出青年科学基金获得者，2023年度中国科学院院士增选有效候选人，享受国务院政府特殊津贴；先后入选教育部“长江学者”特聘教授，国家百千万人才工程，国家重点研发计划首席科学家，英国皇家化学会会士，中国化工学会会士；目前担任中国膜工业协会电驱动膜专委会主任，Journal of Membrane Science编辑。

一、“误入”膜界，从未停歇

作为一种隔膜材料，离子交换膜是燃料电池和液流电池中的关键部件。随着我国“双碳”目标的提出，离子交换膜凭借其在离子传递和迁移中的显著优势，成为低碳流程再造和传统化学化工技术变革的“明星”材料。

1949年，美国发明出离子膜，次年便研发出第一张具有商业用途的离子膜。而我国离子膜研究起步于1958年，比美国晚了近10年。直到20世纪末，我国离子膜研究仍局限于离子交换树脂制备的异相离子膜，其电阻大、选择性差，只能用于初级水处理，与发达国家存在较大差距。

基于巧合，徐铜文进入了“离子膜”的世界。1995年，徐铜文跟随我国著名高分子化学家、被誉为“中国离子交换树脂之父”的何炳林院士，从事博士后研究。当时，由于技术限制，离子交换树脂存在资源浪费和需频繁再生的缺陷，成为何炳林院士的“心头大患”。“久病难医”时，具有工科背景的徐铜文引起何炳林院士的注意。于是，他启发徐铜文推进“废弃离子交换树脂白球制备离子交换膜”的技术攻关。自此，徐铜文一头扎进“离子膜的世界”，从未停歇。

二、从“零”起步，奋起直追

1997年，徐铜文博士后出站，正式入职中国科大，从“零”起步，开展异相离子膜过渡到均相离子膜的研究。他从聚苯醚（PPO）这种工程塑料进行改性开始，提出聚苯醚溴化-胺化制备均相离子膜新工艺，通过溴化位置和溴含量独立调控离子膜的基本性能参数，研究成果发表在Journal of Membrane Science等膜领域顶级期刊上，研究工作获得国内外学术关注，被称赞为“具有科学的原创性”。基于这些成果，2001年底，徐铜文晋升教授。原本高校教授的生活是十分轻松的，但2006年暑假发生的一件事情，深深“刺痛”了他。

2006年暑假，一家江西生产葡萄糖酸的企业找到徐铜文，希望他利用离子膜改进企业的生产工艺。该企业生产工艺包括发酵、过滤、离子交换、蒸发、浓缩和结晶等诸多过程，不仅能耗高，而且因树脂再生造成严重的环境污染。据企业工作人员介绍，他们的企业先后历经4次搬迁，企业效益也越来越差。

徐铜文教授与这家企业开展校企合作，不到半年就高效完成膜法生产葡萄糖酸的新中试工艺，消除污染的同时省略了6个工段。当时，国内并没有相关膜产品，因此便通过欧洲一家公司购买了一些日本膜产品试用。然而，当大规模购买日本膜产品时，对方公司要求徐铜文教授提交申请报告，详细说明用途和使用地点，并派人到使用现场实地查看。日本人对徐铜文教授开发的有机酸生产工艺充分肯定，却实施拒不对中国外售离子膜的政策，仅仅出售高达30万元且无法拆卸的一台实验装置。这个事情深深地“刺痛”了徐铜文教授，他决心带领团队攻关中国的均相离子膜技术，从“零”开始，奋起直追，让我国离子膜事业的命脉掌握在中国人的手中，为“离子膜”注入“中国芯”。

三、不畏艰难，自主攻关

从失败中摸索经验，徐铜文带领团队稳扎稳打，不畏艰难。为了实现均相离子膜连续制备，徐铜文慕名前往浙江镇海一家涂布机厂，请教涂布成膜技术。厂长被徐铜文的真诚打动，赠与他600多张技术图纸。回来后，徐铜文和同事仔细研究，发现图纸存在很多不完整的地方，于是又找到一家个体机械厂的老师傅请教，将图纸补充到900多张。在整整10个月的不断打磨下，最终成功研制出我国第一台均相离子膜的连续浸胶机，为国产离子膜产业化打下技术基础。

从“零”起步的艰难已经逝去，但自主创新的脚步不能停歇。从研制第一台废酸回收离子膜设备开始，他又相继提出含浸法离子膜制备方法、多硅共聚物离子膜制备方法、无溶剂原位聚合离子膜制备方法，实现均相离子膜的高性能化、系列化开发和绿色化生产，避免了传统离子膜制备中氯甲醚、氯磺酸和大量溶剂的使用，形成有自主知识产权、环境友好的均相离子膜制备新工艺，制备出的离子膜比电阻小于2 Ω m2、迁移数>98%（均优于国际主流产品3~4 Ω m2、95%的性能指标），大幅降低分离过程能耗，并提高选择性。

四、追求卓越，勇攀高峰

在“双碳“目标的背景下，以离子膜为关键材料的电解水制氢、电化学合成氨、燃料电池等技术，成为能源领域发展的重要方向。然而，前期开发的离子膜主要应用于水处理和物料分离，能源领域的发展则对离子膜提出了更高的要求。面对能源领域碱性膜的空白，2020年，徐铜文勇于承担国家重点研发计划“碱性离子交换膜制备技术及应用”项目，短短28个月时间就完成了全部性能指标，并与江苏大全集团合作建成10万m2/年电解水专用碱性膜生产线。2023年，徐铜文教授在国际顶级期刊《自然》上发表论文，创制了微孔框架离子膜，实现了膜内无摩擦离子传递，突破了连续介质假设下的离子膜性能的上限，电池充放电电流密度达到500 mAcm-2，创历史最高；成果通过与宿迁时代储能科技有限合作，建成10万平米/年液流电池微孔框架膜生产线，为水系有机液流储能电池的发展奠定了基础，推动了国际上首个兆瓦级有机液流电池生产下线。

截至目前，他在《自然》及子刊、Angew Chem Int Ed, J Am Chem Soc等期刊发表论文/专述560余篇，SCI 他引27000+次，H因子85，2014-2022连续9年入选Elsevier高被引作者名单，入选美国斯坦福大学发布的“2022全球前2%顶尖科学家榜单”（化工学科国际排名17）和全球前2%顶尖科学家终身成就榜（1960-2022）。此外，他还出版中英文专著5部，受邀撰写中英文专著有关章节30余章，先后受邀做大会报告或者主旨报告50余次，获得发明专利90余项。同时，以第一完成人身份获得国家技术发明二等奖1项，中国石油与化学工业联合会科技进步一等奖3项、团队奖1项，安徽省技术发明奖一等奖1项，侯德榜化工科学技术“成就奖”和2023度中国科大杰出研究校长奖等。

五、科教报国，服务社会

把论文写在祖国大地上，是徐铜文教授矢志不移的追求。他一直要求学生在论文选题过程中坚持以实际需求为导向，把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。在成果转化方面，徐铜文获得发明专利90余项，其中12项成果得到转化，建成通用离子膜生产线11条，总产能达90万平方米；有机液流储能和电解水制氢专用离子膜各1条（年产能10万平米*2），产品在新疆众和、三友化工、紫金矿业、西宁特钢、东阳光、道恩钛业、山东国瓷等上百家企业1200多套装置推广应用，用户年产生经济效益超过14亿元。至此，他成功打通基础研究-技术研发-产业应用的创新链，推动了化工、冶金、生物、医药、钢铁、稀土等相关过程工业技术变革、节能减排及“双碳”目标下的产业结构调整。

除工业成果以外，他还带领团队投身科技扶贫，2018年完成贵州六枝特区农村饮用水膜法处理工程，2020年完成安徽界首29个农村饮用水厂膜法脱氟工程，有效保障了群众饮水安全，真正让科研成果从实验室走进田野大地。

六、躬耕不辍，教书育人

虽然获得了诸多荣耀，但徐铜文教授始终坚持自己的身份只是一名普通教师。他深耕三尺讲台，长期承担本科生和研究生核心课程《分离科学与技术》《膜科学与技术》（年均选修人数超200人）教学工作，主编中英文教材和专著5部。他不忘初心教书育人、因材施教，迄今已培养研究生和博士后150余人，10多人获得国家各类人才计划的支持，其中国家杰出青年基金获得者2人、“四青”人才8人次，青年托举人才和小米学者各1名，国家重点研发计划首席科学家4人（含青年项目），1人为全国模范教师，指导本科生获得全国挑战杯决赛一等奖，指导研究生参加“互联网+“大学生创新创业大赛获得国赛银奖、国赛铜奖和省赛金奖，指导研究生荣获安徽省研究生创新创业之星。

在徐铜文教授悉心指导下，中国科大离子膜团队成长为国际上离子膜研究的主力军，打破了国际技术封锁和价格垄断，推动了离子膜的大规模应用，促进了相关过程工业技术变革、节能减排及“双碳”目标下的产业结构调整，取得重大经济和社会效益，为我国离子膜的科技创新和进步作出了巨大贡献。

三十载躬耕不辍、矢志创新不渝。徐铜文教授始终以实际行动诠释着学者和师者的角色内涵——制备膜，精益求精又柔又韧；塑造人，胸怀远大能屈能伸；兴科技，学以致用为国为民；创效益，腾飞中华强国为魂。未来，他将带领团队努力为离子膜研究注入更多“中国芯”，让世界离子膜前沿唱响“中国声音”。