“我们从来没有和任何企业合作开发过交流电合成设备，请各位不要上当受骗。”7月下旬，一次学术报告的最后，雷爱文特别做出声明。这已经不是他第一次在学术会议上做出这样的声明了。
雷爱文是武汉大学高等研究院、化学与分子科学学院教授，长期致力于合成化学方面的研究。近年来，他和团队研究开发了一种可编程波形交流电合成技术，实现了交流电解环境下金属催化物种精准调控。7月12日《科学》在线发表了这项研究成果。
雷爱文教授（左一）和研究团队。受访者供图
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研究：不走寻常路
人类历史上的两次工业革命都与能源息息相关。第一次工业革命主要标志是蒸汽机的发明和煤炭的大规模使用，这一时期人类进入了煤炭能源时代。第二次工业革命则以电力和内燃机的广泛应用为标志，主要能源转变为石油和天然气。
“然而，不论是煤炭、石油，还是天然气都不可再生，无法做到绿色低碳。”雷爱文介绍，合成电化学新技术具备绿色、安全和低能耗的特性，有望应用于解决当前基于化石能源驱动的现行生产力产生的环境污染、安全生产风险和高能耗问题。
雷爱文告诉《中国科学报》，作为国际纯粹与应用化学联合会评定的2023年度化学领域十大新兴技术之一，合成电化学这种新兴技术当前主要以直流电作为驱动力，并通过调节电流或者电压控制化学反应过程。
相对于直流电，交流电具有极性反转和周期性波动的特点，并且具备如波形、频率、占空比等更多可调节电学参数的优势，为实现精准物质制造提供了“无限潜力”。然而，更多维度的电学参数引入电化学合成反应中会导致可优化的反应条件呈指数级增加，极大增加了研究难度。因此，迄今为止，世界范围内的交流电合成技术仍处于萌芽阶段。
“越是走的人少的路、难走的路，越可能出原创性成果，我们不妨试着往交流电方面钻研。”课题组例会上，雷爱文的抛出一个反常规的思路。
“此后，一次回家路上，我和雷老师在电话里进行了一场很深入的头脑风暴，我们交流探讨了交流电技术的可实现路径。随后，我们一起搭了一个简易的装置，然后拿着这个装置反复做实验，竟发现了一些很神奇的现象。”论文一作、武汉大学高等研究院特聘副研究员曾力告诉《中国科学报》，那次灵光乍现的讨论，成了他们创新研究的起点。
“直流电只有电流和电压两种电学参数，而交流电则不同，它还有波形、频率、占空等多个电学参数，并且是一种周期性的存在。”雷爱文介绍，电合成化学本身有无限的可能，以前简单的直流电化学，只调节电流或者电压，由于调节的参数比较少，不能彻底挖掘出合成电化学在物质制造过程中的潜力。使用非对称交流电，在很大程度上开拓了研究的手段和方法。
他打了个比方，直流电好比一个小渔村；交流电就好比是地球；非对称交流电，则可以看成是整个宇宙的存在。
令雷爱文团队喜出望外的是，该团队通过交流电电子层面的精准调控，不仅解决了传统化学合成过程中能源消耗和环境污染的问题，而且为实现物质绿色制造提供了一条可行路径。
雷爱文告诉记者：“要激发这项新技术的应用潜力，必须开发出与之相匹配的设备，进而创新生产工艺，最终投入产业化，形成新质绿色生产力。”
推广：设备是关键
令研究团队没料到的是，他们可供量产的设备还没有研制成功，市场上就已经有人在兜售相关设备了。
“近些年，我们在Science、Nature Chem、Nature Catal等期刊陆续发表了一些文章，很多业界同行和上下游技术人员都对这项创新技术感兴趣，有设备采购需求，但精密设备研制需要周期。我们当前正在全力研发更为精密智慧的交流电合成设备（聪明电源），争取早日让聪明电源实现商品化，为合成化学的同行提供研究工具。”雷爱文想到的最直接的办法，就是在各种学术会议上以正视听，于是就出现了本文开头那一幕。
“对交流电合成电源设备的需求，也从另一个方面反映出不对称交流电技术有着广阔的市场。”曾力告诉记者，在雷爱文的带领下，该团队正在紧锣密鼓地研制设备，并且有了进展。不久的将来，精密的配套设备将为合成电化学新技术在绿色物质制造等更广泛领域的应用提供有力助力，为化学化工绿色化、智能化和高端化提供新的动能。
“当前人们所享受的无线生活、智能生活，使用的手机、电脑、电视等等，都是对电子的控制。人类对电子的控制水平已经非常高了，但人类对电子的控制成果还没有充分地应用到物质制造上。”雷爱文认为，非对称交流电合成电化学新技术为人类对电子的精准控制转嫁到电合成上创造了机会和条件。未来，有望将电子控制应用于物质制造，实现更加环保、高效和智能的生产过程。
创新：需要“瞎琢磨”
记者了解到，过去的100多年，交流电合成化学是一个“新词”，一直有待更为全面、完整的补充说明。而在这篇文章里，雷爱文和他的团队引入了非对称占空、非对称电流和非对称电极这三个关键词，特别是非对称占空和非对称电流两项参数是第一次被科学家应用到合成化学中。
对这项技术的应用前景，雷爱文颇有信心。他举例介绍，传统的电解水会产生氧气等低价值产品，而使用“绿电”的有机合成电化学则不会，在生产高价值有机化工产品的同时，联产得到的氢气可以在新能源汽车等产业上进行运用，从而带动整个行业的“绿色化”。未来，当基于非对称交流电合成电化学新技术的“绿电合成”实现产业化了，整个化工制造产业链都将迎来模式的创新。
一位国际同行评价认为，通过技术进步和创新，武汉大学雷爱文教授及其团队正在推动化学和工业生产方式的变革，为绿色化、智能化的未来奠定技术基础。
不久前，雷爱文去了一趟新疆克拉玛依。晨跑的时候，他见到广袤的土地上布满太阳能光伏发电板和风力发电机，一个大胆的想法突然蹦了出来——能否基于新疆丰富的光伏、风电等绿电资源，配合天山、阿勒泰山脉丰富的雪融水资源和地下河来实现抽水蓄能和绿能循环，依靠这些绿能运转合成电化学产业，建立一个绿色、零排放的智慧城市？
他告诉记者，科学研究就是要大胆地“瞎琢磨”，琢磨出灵感了就尝试去研究、去推导、去实验，一个个天马行空的灵感，带来的可能啥也不是，但也可能是原始创新的开端。
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https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0875
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