去年10月，上海寶山區(qū)尖頭村河因連續(xù)3個(gè)月水質(zhì)黑臭，引起寶山區(qū)委、區(qū)政府的高度關(guān)注。而今，這條河道大為改觀，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)標(biāo)。解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾呓諄?lái)到尖頭村河畔，沒(méi)聞到任何異味。離尖頭村河不遠(yuǎn)的九龍港河，水質(zhì)也很不錯(cuò)，記者看到一只白鷺在河中綠地駐足棲息。

曾經(jīng)的黑臭河道為何變清了？上海市石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺(tái)董事長(zhǎng)孟巖博士介紹，上海大學(xué)研發(fā)的石墨烯復(fù)合材料發(fā)揮了關(guān)鍵作用。去年6月以來(lái)，上海大學(xué)副校長(zhǎng)吳明紅教授團(tuán)隊(duì)與石墨烯功能型平臺(tái)合作，在寶山區(qū)6條河道開(kāi)展了示范工程，取得很好效果。雙方還在合作開(kāi)展鈉離子電池中試，有望把這一石墨烯成果應(yīng)用于國(guó)家電網(wǎng)。

跟蹤上大創(chuàng)新策源成果

石墨烯是一種只有一個(gè)碳原子層厚度的二維空間材料，強(qiáng)度極高，比表面積巨大，導(dǎo)熱導(dǎo)電性能優(yōu)越。2010年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家海姆、諾沃肖洛夫因從石墨中分離出石墨烯，獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2017年10月，中國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)研究成果引起世界矚目——吳明紅等人的論文《通過(guò)離子控制石墨烯氧化膜層間距實(shí)現(xiàn)離子篩分》在《自然》雜志上發(fā)表，在國(guó)際上首次提出，可以通過(guò)溶液中的離子精確控制石墨烯氧化膜的層間距，控制精度達(dá)到十分之一納米。今年1月，上海大學(xué)牽頭完成的“石墨烯微結(jié)構(gòu)調(diào)控及其表界面效應(yīng)研究”獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)的都是基礎(chǔ)研究成果，如何推動(dòng)這類(lèi)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力？早在2016年，石墨烯功能型平臺(tái)就開(kāi)始關(guān)注吳明紅團(tuán)隊(duì)發(fā)表的論文，與他們持續(xù)深入交流。孟巖告訴記者，檢索國(guó)際知名期刊的石墨烯論文、分析全球石墨烯專(zhuān)利情報(bào)，是石墨烯功能型平臺(tái)的日常工作。作為上海首批研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺(tái)之一，該平臺(tái)緊密跟蹤國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的研發(fā)動(dòng)向，著力構(gòu)建石墨烯技術(shù)創(chuàng)新、中試及產(chǎn)業(yè)化的核心服務(wù)能力，力爭(zhēng)把上海打造成這一前沿技術(shù)的創(chuàng)新策源地。

據(jù)寶山區(qū)科委介紹，石墨烯功能型平臺(tái)與上大的合作得到了上海市科委、寶山區(qū)委、區(qū)政府的高度重視和支持，被列為寶山和上大區(qū)校合作的重點(diǎn)項(xiàng)目。這一項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化落地有五個(gè)樣板意義：一是功能型平臺(tái)有效促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，上大的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)通過(guò)示范應(yīng)用走向了市場(chǎng)；二是帶動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)，石墨烯新材料在環(huán)保領(lǐng)域開(kāi)拓了新市場(chǎng)；三是政府對(duì)新技術(shù)示范應(yīng)用的引領(lǐng)和開(kāi)放；四是高校、團(tuán)隊(duì)和市場(chǎng)之間找到了結(jié)合機(jī)制；五是上大、寶山之間的校區(qū)合作形成了良性互動(dòng)。

河道示范工程效果顯著

去年5月，上大科研團(tuán)隊(duì)在校園里完成了石墨烯復(fù)合材料治理小型水體試驗(yàn)，這是“精確控制石墨烯氧化膜層間距”成果的一個(gè)轉(zhuǎn)化應(yīng)用方向。上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院教授唐量介紹，他們把石墨烯氧化膜的層間距調(diào)控到適合微生物生存的尺度，隨后把工程菌植入石墨烯氧化膜，構(gòu)成了石墨烯工程菌復(fù)合材料。

石墨烯與工程菌結(jié)合，具有“11>2”的治水效果：一方面，石墨烯憑借巨大的比表面積和一定的催化活性，能吸附水體污染物并降解部分有機(jī)分子；另一方面，工程菌以石墨烯材料為載體生存繁衍，不斷分解水體污染物，并把石墨烯吸附的有機(jī)碳污染物作為“食物”。“石墨烯工程菌復(fù)合材料能從生物鏈底端開(kāi)始修復(fù)水生生態(tài)環(huán)境，對(duì)水體及水生生物無(wú)毒無(wú)害，不會(huì)造成二次污染。”唐量說(shuō)。

用這種新技術(shù)治理河道的效果究竟如何？校內(nèi)試驗(yàn)結(jié)束后，石墨烯功能型平臺(tái)立即與寶山區(qū)科委和城市工業(yè)園區(qū)管委會(huì)溝通，希望啟動(dòng)示范工程。去年6月底，上大與平臺(tái)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)領(lǐng)到一項(xiàng)艱巨任務(wù)——治理園區(qū)內(nèi)污染最嚴(yán)重的小孟家宅河。

那時(shí)正值盛夏，小孟家宅河散發(fā)著陣陣臭味。然而示范工程團(tuán)隊(duì)沒(méi)有怨言，把一桶桶含有石墨烯復(fù)合材料的微生物制劑運(yùn)到河畔，定時(shí)定量注入河中。他們還在河中安裝了多臺(tái)水泵，讓石墨烯工程菌復(fù)合材料流到河道的各個(gè)地方。

令人欣喜的是，治理一個(gè)月后，小孟家宅河的藍(lán)藻和臭味消失了，氨氮含量從13.6毫克/升降至1.5毫克/升，透明度從20厘米升至90厘米。當(dāng)?shù)卮迕駥?duì)科研人員說(shuō)：“這條河恢復(fù)到了30年前我小時(shí)候的模樣。”養(yǎng)護(hù)工人笑著說(shuō)，他敢用河水洗手了。

初戰(zhàn)告捷后，寶山城市工業(yè)園區(qū)管委會(huì)又陸續(xù)提供了5條河道，簽約治理時(shí)間為一年。目前，6條河道都還在治理過(guò)程中，其水質(zhì)指標(biāo)均已達(dá)到地表Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)達(dá)到地表Ⅳ類(lèi)或Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

為鈉離子電池建中試線

示范工程的開(kāi)展，讓水體治理新技術(shù)快速走上市場(chǎng)化道路。近日，上海大學(xué)與石墨烯功能型平臺(tái)在寶山區(qū)聯(lián)合成立了一家環(huán)保科技公司，上大將5件專(zhuān)利許可給公司使用。唐量告訴記者，他們已與北京、江蘇、福建、湖南等多地政府部門(mén)接洽，爭(zhēng)取今年把石墨烯工程菌復(fù)合材料用于更多的受污染水體治理，助力生態(tài)文明建設(shè)。

國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)成果的轉(zhuǎn)化方向遠(yuǎn)不止水體治理。憑借精確控制石墨烯氧化膜層間距技術(shù)，上大團(tuán)隊(duì)研制出了鈉離子電池的石墨烯負(fù)極材料。與傳統(tǒng)電池負(fù)極材料相比，這種材料能儲(chǔ)存大量鈉離子，大幅提高電池容量。與市場(chǎng)上的鋰離子電池相比，以普魯士藍(lán)為正極、石墨烯材料為負(fù)極的鈉離子電池有望在成本上降低30%—50%，且安全性更高。由于巨大的應(yīng)用前景，上大科研團(tuán)隊(duì)已與國(guó)家電網(wǎng)簽約，鈉離子電池問(wèn)世后，將在電網(wǎng)發(fā)電端、配送端、使用端投入使用。

如何盡快將這個(gè)實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品？與牽線啟動(dòng)河道示范工程相仿，石墨烯功能型平臺(tái)再次發(fā)揮了中試平臺(tái)功能，決定建設(shè)一條中試生產(chǎn)線，圍繞鈉離子電池生產(chǎn)中的一系列工藝問(wèn)題開(kāi)展研發(fā)試驗(yàn)。這種專(zhuān)業(yè)化中試服務(wù)，高校很難提供，大多數(shù)企業(yè)則缺乏服務(wù)能力或投資動(dòng)力。為此，上海市區(qū)兩級(jí)政府出資建設(shè)了一批研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺(tái)，旨在填補(bǔ)科技成果轉(zhuǎn)化鏈上的這段缺口。

上大石墨烯研發(fā)團(tuán)隊(duì)正是這一創(chuàng)新之舉的受益者。“不久以后，我們就能在功能型平臺(tái)的中試基地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化研發(fā)，還能使用基地里的許多共享設(shè)備。”唐量告訴記者，“這讓我們有信心在今年年內(nèi)研制出鈉離子電池，供國(guó)家電網(wǎng)試用。