催化领域的领头羊，这家研究所“不务正业”但却成果斐然！

2021年10月6日，诺贝尔化学奖揭晓。德国马克思·普朗克煤炭研究所主任Benjamin List斩获桂冠，然而，他并不是煤炭研究所第一个获诺奖的主任，事实上早在1963年，马普煤炭所的第二任主任 Karl Ziegler 就获得了诺奖（图 1）。

图 1. 获得诺贝尔化学奖的Benjamin List（左）和Karl Ziegler（右）图片来源：Angew. Chem. Int. Ed. [1]

更令人吃惊的是，这个位于德国鲁尔工业区的煤炭研究所，并非以煤炭研究出名，而在基础化学，尤其是催化领域取得了一系列改变世界的学术成就。

为何这个小小的煤炭研究所能出现如此多科学巨匠，产出举世瞩目的研究成果呢？

2014年，恰逢马普煤炭研究所成立100周年之际，研究所主任Benjamin List和前任主任，资深研究员Manfred T. Reetz分别在顶级期刊《德国应用化学》上撰文，回顾了研究所的百年辉煌历史，并道出了其中的成功秘诀（图 2）。

图 2. 在《德国应用化学》上撰文的Benjamin List（上）和Manfred T. Reetz（下）  图片来源：Angew. Chem. Int. Ed. [1][2]

1914年，在著名化学家Emil Fischer （1902年诺贝尔化学奖获得者）的极力推动下，当时还在德皇威廉二世统治之下的德国政府在鲁尔区Mulheim建立了一个煤炭研究所。

虽然德国政府和Emil Fischer都期望这个研究所能够利用鲁尔区丰富的煤矿资源生产甲烷等能源化工产品，但基础科学依然在研究所内备受推崇。因为当时的德国政府认为，在同欧洲强权的较量中，基础学科实力占据着重要地位。

这个崇尚基础科学研究的传统，从马普煤炭所建立之初就确立了下来，至今在研究所大厅入口的门楣上还镶嵌着斯芬克斯头像，象征着探索大自然奥秘的精神（图 3）。

图 3. 成立之初的马普煤炭研究所（左）和研究所大厅入口门楣上的斯芬克斯头像（右）  图片来源：Angew. Chem. Int. Ed. [1]

同时，学术自由和信任研究者的理念在这个百年历史的研究所中根深蒂固。

研究所成立后就取得了第一项重要研究成果，1925年，Franz Fischer 主任和他的同事Hans Tropsch发现了将煤炭和水转化为一氧化碳和氢气，并进一步生成烃类的反应，命名为Fischer–Tropsch反应（图 4）。

图4. Franz Fischer（左）和Hans Tropsch（右）

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed. [2]

这是一个应用广泛的反应，因为一方面，几乎所有的碳都可以用于产生合成气体，另一方面，合成烃类就意味着进入有机化学的整个领域。

这个反应具有重要科学意义和巨大的经济价值，百年以后的今天还在大规模运用，例如2012年，卡塔尔就通过天然气生产了500亿桶汽油。

马普煤炭研究所的第二位主任Karl Ziegler是一位很有个性的学者，他很反感计划性研究，甚至声称自己有权不做任何与煤炭相关的研究。

Karl Ziegler 致力于金属有机化学的研究，这个领域在当时包含大量未知，甚至危险因素，极具挑战性。然而，在自由宽松的学术环境下，Karl Ziegler大胆探索，成功发现了有机金属化合物在催化烯烃聚合方面的巨大潜力。

对于化学工业而言，以聚乙烯和聚丙烯为代表的聚烯烃类化合物是重要的产品，每年在世界各地的产量超过一亿吨。1963年，Karl Ziegler因其在烯烃聚合反应催化剂研究中的突出贡献获得诺贝尔化学奖（图 5）。

图 5. 马普煤炭所第二位主任Karl Ziegler

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed. [2]

除了Ziegler 催化剂和Fischer–Tropsch 反应之外，马普煤炭所另一项引入注目的研究成果是Kurt Zosel 针对咖啡的脱咖啡因工艺。Kurt Zosel 利用超临界二氧化碳高选择性提取绿色咖啡豆中的咖啡因，代表了一种环境友好型提取工艺。

Benjamin List还提到研究所的Gunther Wilke发现了镍催化丁二烯三聚化的反应，这个反应的产物环十二碳三烯在今天同样得到了大规模应用，如用作生产聚酰胺材料的起始原料，后者可用于制作汽车内饰和足球鞋钉（图 6）。

图6. 马克思·普朗克煤炭研究所鸟瞰图

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed. [1]

研究思维的持久性和研究观念上的高瞻远瞩在马普煤炭研究所同样得到重视，例如，金属有机催化在这里已经有70年的研究历史，但九十年代以来，以酶催化生物降解为代表的“定向进化”研究同样在这里蓬勃开展着。

今天的马普煤炭研究所，研究方向已经涵盖了同源、异源、有机金属、生物、有机、理论和技术等多个催化领域，但 “煤炭研究所”的初创名字一直未改变。而“不务正业”的马普煤炭研究所，坚持立足于基础科学研究，成为特色鲜明，独树一帜的世界级学术研究中心。

参考文献：

1. Catalytic Processes that Changed the World: 100 Years Max-Planck-Institut fur Kohlenforschung, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 8528 – 8530, DOI: 10.1002/anie.201406956.

2. One Hundred Years of the Max-Planck-Institut fur Kohlenforschung, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2 – 27, DOI: 10.1002/anie.201403217.

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