搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第24期，对话中国科学院上海有机化学研究所研究员、中国科学院上海分院院长胡金波。

嘉宾简介：

(资料图)

胡金波，中国科学院上海有机化学研究所研究员，现任中国科学院上海分院院长、先进氟氮材料全国重点实验室（筹）常务副主任、博士生导师、课题组长，研究方向为有机氟化学和氟材料。

划重点：

1. 氟矿不通过氟化氢进行氟化的研究早已出现，这并非“首次”。

2. 这个研究是有价值的，相比于以前苛刻的反应条件，机械力研磨的新方法采用的条件温和，比以前的方法有明显改进。

3. 如果把氟化能力比成爬山的台阶，氟化钙处于0米的平地，氟化氢处于100米高的台阶，而目前牛津大学的研究就像是从平地向上爬了10米，相比于0米确实有明显进步，但氟化能力还是较弱。

4. 新方法产生了Fluoromix中间体，后者能实现的氟化效果接近于目前氟化钾的氟化水平，但远弱于无水氟化氢的氟化能力。

5. 该新方法中究竟有多少氟能变成产品，有多少氟还留在Fluoromix里，即氟资源的利用效率，是需要考虑的问题。

6. 我们国家是氟资源大国，也是氟化工大国，目前能生产绝大部分中低端含氟化学品，但对于某些高端含氟产品的制造能力还有待提升。

7. 考虑到含氟化学品的制造成本和环保因素，我们需要更加重视“氟原子经济性”问题，即在分子中引入尽可能少的氟原子来达到需要的性能。

8. 电子级含氟化学品非常重要，如果没有它会影响整个半导体行业的发展，这是我们需要进一步努力的研究方向，在这个方面我们不能被别人“卡脖子”。

出品｜搜狐科技

作者｜周锦童

英国牛津大学化学家团队首次在不使用危险气体的情况下生产出氟化物。据了解，该研究团队从形成牙齿和骨骼的自然生物矿化过程中获得了灵感，采用机械化学工艺，将氟石与粉末状磷酸钾盐一起在球磨机中研磨了九个小时。这一新方法相比于之前使用氟化氢的方法，更加安全且对环境更为友好。

对此，搜狐科技对话了中国科学院上海有机化学研究所研究员胡金波。然而，对于这一重大研究成果，胡金波却表示这并非“首次”采用氟矿(萤石)进行氟化。“现在有些媒体为了引起大家关注才这样写，但氟矿不通过氟化氢进行氟化的研究并不是第一次，上世纪30年代就有人做过，我们国家扬州大学叶教授在2019、2022年也发表过两篇文章报道利用萤石进行氟化。”胡金波如是说。

但胡金波并非贬低这一研究成果，他表示：“这个研究是有价值的，因为以前氟化钙与五氯化磷或者五氧化二磷发生反应的条件是比较苛刻的，必须在高温的环境中才可以进行反应，温度要达到两三百度甚至五六百度，而牛津大学采用机械力研磨的这个新方法有明显改进，无需高温高压，方式十分温和。他们采用磷酸氢钾与氟化钙在机械力研磨下产生Fluoromix，这具有很高的创新性，为在温和条件下利用萤石进行氟化跨出了重要一步。”

但作为专业人士，胡金波也向搜狐科技指出了该研究需要进一步改进之处，来达到工业化的要求。他认为主要有两个问题：第一，这个研究采用了机械力研磨的方式，但能达到的氟化能力相当于目前氟化钾的氟化效果，远弱于无水氟化氢的效果，像制冷剂等产品是做不了的。

“打个比方，如果把氟化能力比成爬山的台阶，氟化钙在平地，氟化氢在山顶100米的地方，而这个研究的氟化能力就像是向上爬了10米，相比于0米确实有所进步，这是一个里程碑式的工作，但它的氟化能力还是比较弱，还不能替代目前工业上采用氟化氢进行氟化的许多生产过程。”胡金波十分形象地说。

第二个问题就是要考虑氟矿石的利用率。萤石经由氟化氢进行氟化的传统氟资源利用率非常高，而这个方法利用效率目前还没有那么高。胡金波表示，“该方法中最终有多少萤石中的氟转移到产品中，有多少氟还留在Fluoromix里而没被‘吃干榨尽’，这也是需要思考的问题。”

谈及氟化物的技术水平和未来研究方向时，胡金波表示，我们国家是氟资源大国，也是氟化工大国，大部分低端氟产品制造是没问题的，但一些高端氟产品制造能力还有待提升。目前含氟产品价格较高且存在着环境污染持久性积累等问题，未来要考虑如何让氟化学产品低成本、性能好又能适当降解。

对话最后，胡金波还向搜狐科技谈及了他对这一问题的思考。他表示，“氟原子经济性是我常常思考的问题，其实材料中未必需要这么多氟原子，我们应该根据需要在分子中适当引入氟原子。杀鸡不一定要用牛刀的，要尽可能地把氟的利用率提高，避免浪费，降低成本，减小环境代价。”

以下为对话实录（经编辑整理）：

搜狐科技：英国牛津大学化学家团队首次在不使用危险气体的情况下生产出氟化物，您可否从科学的角度谈谈具体是以一种什么样的方式制成的呢？

胡金波：它以萤石（氟矿）为原料制成，主要成分是氟化钙，氟化钙非常稳定，具有很强的惰性，没有太多化学反应性。一般制氟化物需要将萤石和硫酸进行反应生成氟化氢（氢氟酸），然后氟化氢再和其他物质进行反应。牛津大学团队的这个研究不需要通过氟化氢，直接使用氟矿石进行氟化有机化合物，生成一些有用的含氟化学品。

其实文章作者我很熟悉，但现在有些媒体为了吸引大家注意所以写了“首次”，但我认为不准确。首先氟矿不通过氟化氢进行氟化的研究这不是第一篇文章，早在一九三几年就有人做过，我们国家扬州大学叶教授在2019、2022年也发表过两篇文章，主题就是氟化钙不经过氟化氢直接进行氟化。

搜狐科技：那研究团队是如何从形成牙齿和骨骼的自然生物矿化过程中获得灵感的呢？

胡金波：我们人体或动物骨头里有磷酸钙衍生物，那么作者可能想到我们亿万年演变下来，骨头（磷酸钙）是比较稳定的，所以就想到破解氟化钙的方法，就是让氟化钙去生成磷酸钙，这样可以把里面的氟释放出来，具备反应活性。但其实这种研究早就有人做过，只是人家没有这么说。

搜狐科技：那您觉得这个研究相比于以前的研究有哪些改进的地方？

胡金波：我听了作者的两次报告，首先作者本人也意识到氟化钙和含磷成分反应的研究以前就有。但这并不是说贬低这个研究，这个研究是有价值的。因为以前氟化钙和五氯化磷或者五氧化二磷反应的条件是比较苛刻的，必须在高温的环境中才可以反应，温度要达到两三百度甚至五六百度。而这篇文章是有明显改进的，她采用了机械力研磨的办法，不需要高温高压。所以我说采用机械力研磨的方法是有明显进步的，而且文章主题思想就是要环境友好。

搜狐科技：那您觉得这个研究还存在哪些不足之处呢？

胡金波：这个研究最大的理论进步在于使用比较温和的方法从氟化钙里将氟适当地释放出来，但是我个人觉得这个研究离实用化是有距离的。

第一个问题是这个研究采用了研磨的方法，但是它能达到的效果相当于目前氟化钾的氟化效果，远弱于无水氟化氢的效果。我们都知道各种氟化物具有氟化能力，就是反应活性，自然界里氟化钙是不太有反应活性的，像人的牙齿一样。而这种情况下采用研磨的方法不过就是让活性稍微提高了一点，比如说现在空调里用的制冷剂大部分都是用氟化氢来制作的，氟化钾是做不了的，当然采用目前这个方法也是做不了的。

打个比方，如果把氟化能力比成爬山的台阶，氟化钙在平地上，氟化氢在山顶100米的地方，而这个研究的氟化能力就像是向上爬了10米，所以作者在文章中展示的例子都是很容易氟化的例子。但我们不能贬低这个工作的价值，因为相比于0米确实有所进步，这是一个里程碑式的工作，但该方法的氟化能力还是比较弱的，还不能替代目前工业上采用氟化氢进行氟化的许多生产过程。

第二个问题就是该方法中最终有多少萤石中的氟转移到产品中，有多少氟还留在Fluoromix里而没被充分利用，这也是需要思考的问题。萤石经由氟化氢进行氟化的传统氟资源利用率非常高，而这个方法利用效率目前还没有那么高。

搜狐科技：在新的方法中，氟化物直接由氟石制成，完全绕过了氟化氢，那生产成本、时间成本相比于原来是怎样的呢？

胡金波：生产成本是高还是低要看跟谁比。他们现在把磷酸氢钾跟萤石磨成粉得到了新物质Fluoromix，相当于含氟无机盐的混合物，然后再用这个混合物做一些氟化反应，而这个过程中研磨也是需要能量的，要有电力的，但是我认为最重要的问题不在于动力成本问题，而是在于该体系的氟化能力和利用率的问题。

搜狐科技：在这之前氟化物都是从有毒和腐蚀性气体氟化氢中产生的吗？以前的提取方式有什么危害？

胡金波：以前产生氟化氢、运输氟化氢确实是有危害的。而且氟化氢还具有很强腐蚀性，所以生产过程最好不要有氟化氢。但是这个问题也并非无解，我认为关键在于如何操作，比如说氟化氢现场产生后，我们可以马上用掉不排放，把它和碳酸钾进行反应生成氟化钾等。

搜狐科技：您觉得这种生产氟化物的方式在未来会被推广普及吗？

胡金波：我认为要看该技术能被改进到什么程度。如果还无法达到目前氟化氢的氟化水平的话，那未来我们还是要用氟化氢的。其实含氟化学品市场产值最大的有两大类：一类是制冷剂，用于空调、冰箱等，用量非常大，现在这个方法应该还做不了含氟制冷剂；第二类是含氟高分子聚合物材料，目前该方法也制备不了含氟单体和聚合物。所以对于氟化学工业里面大部分生产过程，用牛津大学开发的这一技术，至少目前还替代不了。

搜狐科技：氟化物的应用领域较为广泛，您可以举例具体给我们谈谈吗？

胡金波：目前氟化物市场体量最大的应用方向就是我上述说的制冷剂和聚合材料两个方面，其他方面体量稍微小一些，但是也非常重要，比如含氟医药、农药等，再比如像半导体行业里的电子气体等。

搜狐科技：目前我国产出氟化物的技术水平如何？研究现状是怎样的呢？

胡金波：我们国家是氟资源大国，也是氟化工大国。我国在大部分中低端氟产品制造方面基本没有问题，而且我们还是全球产量最大的。但是我们在一些高端氟产品制造方面，技术水平还有待提升。比如说手机里用的含氟密封材料等，核心技术由欧美和日本等国掌握，他们确实在这方面耕耘时间较长，特别是高端含氟高分子材料方面。在这方面，我们国家需要进一步加强高端含氟材料的基础研究，从源头上掌握其中的反应机制和控制要素，从而占领技术的制高点。

搜狐科技：您觉得未来氟化工行业发展趋势是怎样的？有哪些问题有待改善？

胡金波：含氟化学品在很多应用领域还不可替代，因此氟化工属于非常重要的行业。但现在存在着几大问题：第一个问题就是如何使用温和、环保的方法来生产含氟化学品。目前含氟产品价格是比较高的，原因在于生产过程需要的代价较高，要考虑防护成本等问题。

其次就是有些含氟化学品对环境具有持久性积累的问题，因为一些含氟化学品过于稳定，不易降解，对环境带来负面影响，也对人类健康产生负面作用，这些都要引起我们的重视。所以要考虑将来如何发展新一代含氟化学品和材料，能做到成本低廉、环境友好、性能优异。

其实我个人对此也是有过思考的，那就是提倡氟原子经济性。含氟材料分子中未必需要这么多氟原子，我们可以根据应用需求适当放入一些氟原子就可以了，这样的话成本就会降低。简而言之就是尽可能把氟原子的利用率提高，一个材料分子如果10个氟原子就够了，那就不要引入30个氟原子，这样既能降低成本，提高环境友好性，而且也节约了珍贵的氟矿资源。

搜狐科技：您觉得我国公司相比于国外生产氟化物的公司技术水平还相差很多吗？

胡金波：差距存在，但也不能说差距很大。经过几十年的发展，我国氟化工企业的技术水平已经比较高了，基础含氟化学品都做得很好，而且产量高居世界第一。但是，我国在高端含氟聚合物材料和电子化学品等方面，与国外相比还存在差距，还需要我们努力加强基础研究和关键技术攻关。

责任编辑：

标签：