中國科學院上海有機所胡金波：氟化物開發十分重要

搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第24期，對話中國科學院上海有機化學研究所研究員、中國科學院上海分院院長胡金波。

嘉賓簡介

胡金波，中國科學院上海有機化學研究所研究員，現任中國科學院上海分院院長、先進氟氮材料全國重點實驗室（籌）常務副主任、博士生導師、課題組長，研究方向為有機氟化學和氟材料。

劃重點：

01

氟礦不通過氟化氫進行氟化的研究早已出現，這并非“首次”。

02

這個研究是有價值的，相比于以前苛刻的反應條件，機械力研磨的新方法采用的條件溫和，比以前的方法有明顯改進。

03

如果把氟化能力比成爬山的臺階，氟化鈣處于0米的平地，氟化氫處于100米高的臺階，而目前牛津大學的研究就像是從平地向上爬了10米，相比于0米確實有明顯進步，但氟化能力還是較弱。

04

新方法產生了Fluoromix中間體，后者能實現的氟化效果接近于目前氟化鉀的氟化水平，但遠弱于無水氟化氫的氟化能力。

05

該新方法中究竟有多少氟能變成產品，有多少氟還留在Fluoromix里，即氟資源的利用效率，是需要考慮的問題。

06

我們國家是氟資源大國，也是氟化工大國，目前能生產絕大部分中低端含氟化學品，但對于某些高端含氟產品的制造能力還有待提升。

07

考慮到含氟化學品的制造成本和環保因素，我們需要更加重視“氟原子經濟性”問題，即在分子中引入盡可能少的氟原子來達到需要的性能。

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電子級含氟化學品非常重要，如果沒有它會影響整個半導體行業的發展，這是我們需要進一步努力的研究方向，在這個方面我們不能被別人“卡脖子”。

出品 | 搜狐科技

作者 | 周錦童

運營編輯 | 劉于嘉

英國牛津大學化學家團隊首次在不使用危險氣體的情況下生產出氟化物。據了解，該研究團隊從形成牙齒和骨骼的自然生物礦化過程中獲得了靈感，采用機械化學工藝，將氟石與粉末狀磷酸鉀鹽一起在球磨機中研磨了九個小時。這一新方法相比于之前使用氟化氫的方法，更加安全且對環境更為友好。

對此，搜狐科技對話了中國科學院上海有機化學研究所研究員胡金波。然而，對于這一重大研究成果，胡金波卻表示這并非“首次”采用氟礦(螢石)進行氟化。“現在有些媒體為了引起大家關注才這樣寫，但氟礦不通過氟化氫進行氟化的研究并不是第一次，上世紀30年代就有人做過，我們國家揚州大學葉教授在2019、2022年也發表過兩篇文章報道利用螢石進行氟化。”胡金波如是說。

但胡金波并非貶低這一研究成果，他表示：“這個研究是有價值的，因為以前氟化鈣與五氯化磷或者五氧化二磷發生反應的條件是比較苛刻的，必須在高溫的環境中才可以進行反應，溫度要達到兩三百度甚至五六百度，而牛津大學采用機械力研磨的這個新方法有明顯改進，無需高溫高壓，方式十分溫和。他們采用磷酸氫鉀與氟化鈣在機械力研磨下產生Fluoromix，這具有很高的創新性，為在溫和條件下利用螢石進行氟化跨出了重要一步。”

但作為專業人士，胡金波也向搜狐科技指出了該研究需要進一步改進之處，來達到工業化的要求。他認為主要有兩個問題：第一，這個研究采用了機械力研磨的方式，但能達到的氟化能力相當于目前氟化鉀的氟化效果，遠弱于無水氟化氫的效果，像制冷劑等產品是做不了的。

“打個比方，如果把氟化能力比成爬山的臺階，氟化鈣在平地，氟化氫在山頂100米的地方，而這個研究的氟化能力就像是向上爬了10米，相比于0米確實有所進步，這是一個里程碑式的工作，但它的氟化能力還是比較弱，還不能替代目前工業上采用氟化氫進行氟化的許多生產過程。”胡金波十分形象地說。

第二個問題就是要考慮氟礦石的利用率。螢石經由氟化氫進行氟化的傳統氟資源利用率非常高，而這個方法利用效率目前還沒有那么高。胡金波表示，“該方法中最終有多少螢石中的氟轉移到產品中，有多少氟還留在Fluoromix里而沒被‘吃干榨盡’，這也是需要思考的問題。”

談及氟化物的技術水平和未來研究方向時，胡金波表示，我們國家是氟資源大國，也是氟化工大國，大部分低端氟產品制造是沒問題的，但一些高端氟產品制造能力還有待提升。目前含氟產品價格較高且存在著環境污染持久性積累等問題，未來要考慮如何讓氟化學產品低成本、性能好又能適當降解。

對話最后，胡金波還向搜狐科技談及了他對這一問題的思考。他表示，“氟原子經濟性是我常常思考的問題，其實材料中未必需要這么多氟原子，我們應該根據需要在分子中適當引入氟原子。殺雞不一定要用牛刀的，要盡可能地把氟的利用率提高，避免浪費，降低成本，減小環境代價。”

以下為對話實錄（經編輯整理）

搜狐科技：英國牛津大學化學家團隊首次在不使用危險氣體的情況下生產出氟化物，您可否從科學的角度談談具體是以一種什么樣的方式制成的呢？

胡金波：它以螢石（氟礦）為原料制成，主要成分是氟化鈣，氟化鈣非常穩定，具有很強的惰性，沒有太多化學反應性。一般制氟化物需要將螢石和硫酸進行反應生成氟化氫（氫氟酸），然后氟化氫再和其他物質進行反應。牛津大學團隊的這個研究不需要通過氟化氫，直接使用氟礦石進行氟化有機化合物，生成一些有用的含氟化學品。

其實文章作者我很熟悉，但現在有些媒體為了吸引大家注意所以寫了“首次”，但我認為不準確。首先氟礦不通過氟化氫進行氟化的研究這不是第一篇文章，早在一九三幾年就有人做過，我們國家揚州大學葉教授在2019、2022年也發表過兩篇文章，主題就是氟化鈣不經過氟化氫直接進行氟化。

搜狐科技：那研究團隊是如何從形成牙齒和骨骼的自然生物礦化過程中獲得靈感的呢？

胡金波：我們人體或動物骨頭里有磷酸鈣衍生物，那么作者可能想到我們億萬年演變下來，骨頭（磷酸鈣）是比較穩定的，所以就想到破解氟化鈣的方法，就是讓氟化鈣去生成磷酸鈣，這樣可以把里面的氟釋放出來，具備反應活性。但其實這種研究早就有人做過，只是人家沒有這么說。

搜狐科技：那您覺得這個研究相比于以前的研究有哪些改進的地方？

胡金波：我聽了作者的兩次報告，首先作者本人也意識到氟化鈣和含磷成分反應的研究以前就有。但這并不是說貶低這個研究，這個研究是有價值的。因為以前氟化鈣和五氯化磷或者五氧化二磷反應的條件是比較苛刻的，必須在高溫的環境中才可以反應，溫度要達到兩三百度甚至五六百度。而這篇文章是有明顯改進的，她采用了機械力研磨的辦法，不需要高溫高壓。所以我說采用機械力研磨的方法是有明顯進步的，而且文章主題思想就是要環境友好。

搜狐科技：那您覺得這個研究還存在哪些不足之處呢？

胡金波：這個研究最大的理論進步在于使用比較溫和的方法從氟化鈣里將氟適當地釋放出來，但是我個人覺得這個研究離實用化是有距離的。

第一個問題是這個研究采用了研磨的方法，但是它能達到的效果相當于目前氟化鉀的氟化效果，遠弱于無水氟化氫的效果。我們都知道各種氟化物具有氟化能力，就是反應活性，自然界里氟化鈣是不太有反應活性的，像人的牙齒一樣。而這種情況下采用研磨的方法不過就是讓活性稍微提高了一點，比如說現在空調里用的制冷劑大部分都是用氟化氫來制作的，氟化鉀是做不了的，當然采用目前這個方法也是做不了的。

打個比方，如果把氟化能力比成爬山的臺階，氟化鈣在平地上，氟化氫在山頂100米的地方，而這個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。但我們不能貶低這個工作的價值，因為相比于0米確實有所進步，這是一個里程碑式的工作，但該方法的氟化能力還是比較弱的，還不能替代目前工業上采用氟化氫進行氟化的許多生產過程。

第二個問題就是該方法中最終有多少螢石中的氟轉移到產品中，有多少氟還留在Fluoromix里而沒被充分利用，這也是需要思考的問題。螢石經由氟化氫進行氟化的傳統氟資源利用率非常高，而這個方法利用效率目前還沒有那么高。

搜狐科技：在新的方法中，氟化物直接由氟石制成，完全繞過了氟化氫，那生產成本、時間成本相比于原來是怎樣的呢？

胡金波：生產成本是高還是低要看跟誰比。他們現在把磷酸氫鉀跟螢石磨成粉得到了新物質Fluoromix，相當于含氟無機鹽的混合物，然后再用這個混合物做一些氟化反應，而這個過程中研磨也是需要能量的，要有電力的，但是我認為最重要的問題不在于動力成本問題，而是在于該體系的氟化能力和利用率的問題。

搜狐科技：在這之前氟化物都是從有毒和腐蝕性氣體氟化氫中產生的嗎？以前的提取方式有什么危害？

胡金波：以前產生氟化氫、運輸氟化氫確實是有危害的。而且氟化氫還具有很強腐蝕性，所以生產過程最好不要有氟化氫。但是這個問題也并非無解，我認為關鍵在于如何操作，比如說氟化氫現場產生后，我們可以馬上用掉不排放，把它和碳酸鉀進行反應生成氟化鉀等。

搜狐科技：您覺得這種生產氟化物的方式在未來會被推廣普及嗎？

胡金波：我認為要看該技術能被改進到什么程度。如果還無法達到目前氟化氫的氟化水平的話，那未來我們還是要用氟化氫的。其實含氟化學品市場產值最大的有兩大類：一類是制冷劑，用于空調、冰箱等，用量非常大，現在這個方法應該還做不了含氟制冷劑；第二類是含氟高分子聚合物材料，目前該方法也制備不了含氟單體和聚合物。所以對于氟化學工業里面大部分生產過程，用牛津大學開發的這一技術，至少目前還替代不了。

搜狐科技：氟化物的應用領域較為廣泛，您可以舉例具體給我們談談嗎？

胡金波：目前氟化物市場體量最大的應用方向就是我上述說的制冷劑和聚合材料兩個方面，其他方面體量稍微小一些，但是也非常重要，比如含氟醫藥、農藥等，再比如像半導體行業里的電子氣體等。

搜狐科技：目前我國產出氟化物的技術水平如何？研究現狀是怎樣的呢？

胡金波：我們國家是氟資源大國，也是氟化工大國。我國在大部分中低端氟產品制造方面基本沒有問題，而且我們還是全球產量最大的。但是我們在一些高端氟產品制造方面，技術水平還有待提升。比如說手機里用的含氟密封材料等，核心技術由歐美和日本等國掌握，他們確實在這方面耕耘時間較長，特別是高端含氟高分子材料方面。在這方面，我們國家需要進一步加強高端含氟材料的基礎研究，從源頭上掌握其中的反應機制和控制要素，從而占領技術的制高點。

搜狐科技：您覺得未來氟化工行業發展趨勢是怎樣的？有哪些問題有待改善？

胡金波：含氟化學品在很多應用領域還不可替代，因此氟化工屬于非常重要的行業。但現在存在著幾大問題：第一個問題就是如何使用溫和、環保的方法來生產含氟化學品。目前含氟產品價格是比較高的，原因在于生產過程需要的代價較高，要考慮防護成本等問題。

其次就是有些含氟化學品對環境具有持久性積累的問題，因為一些含氟化學品過于穩定，不易降解，對環境帶來負面影響，也對人類健康產生負面作用，這些都要引起我們的重視。所以要考慮將來如何發展新一代含氟化學品和材料，能做到成本低廉、環境友好、性能優異。

其實我個人對此也是有過思考的，那就是提倡氟原子經濟性。含氟材料分子中未必需要這么多氟原子，我們可以根據應用需求適當放入一些氟原子就可以了，這樣的話成本就會降低。簡而言之就是盡可能把氟原子的利用率提高，一個材料分子如果10個氟原子就夠了，那就不要引入30個氟原子，這樣既能降低成本，提高環境友好性，而且也節約了珍貴的氟礦資源。

搜狐科技：您覺得我國公司相比于國外生產氟化物的公司技術水平還相差很多嗎？

胡金波：差距存在，但也不能說差距很大。經過幾十年的發展，我國氟化工企業的技術水平已經比較高了，基礎含氟化學品都做得很好，而且產量高居世界第一。但是，我國在高端含氟聚合物材料和電子化學品等方面，與國外相比還存在差距，還需要我們努力加強基礎研究和關鍵技術攻關。