冀以萤烛末光增辉日月(上)——记77779193永利集团谢有畅教授

 

　　《冀以萤烛末光增辉日月》系列文章是2023年由马骏老师为庆祝物理化学家谢有畅先生九十华诞所撰写，发布于“物理化学学报WHXB”公众号。2024年4月20日77779193永利集团将举办“永利集团畅英奖学金捐赠仪式暨催化学科发展论坛”，谨以此文再次回首先生的科学人生，预祝活动顺利进行。　

 

　　谢有畅，YouchangXie，77779193永利集团教授，男，1934年生，广东省广州市人。1950年考入中山大学化学系，1953年被分配到永利集团化学系读研，在徐光宪教授指导下从事物理化学研究，1957年毕业后留校在物理化学教研室任教，长期从事物理化学、结构化学和固体表面化学的教学与研究工作。

　　上世纪80年代前后，谢有畅先生在实验中发现自发单层分散现象，总结出自发单层分散原理，随后展开研究，发表数十篇相关论文。1990年应邀在Advances in Catalysis杂志上发表单层分散总结性论文，单篇被引用800多次。该项基础研究成果获1986年国家教委科技进步一等奖。在此基础上，谢有畅先生利用单层分散原理研发一氧化碳高效吸附剂，开发变压吸附分离一氧化碳技术，2006年获国家技术发明二等奖；同年，“变压吸附空分制氧”项目获得教育部科技进步一等奖。2021年10月，中国化学会催化委员会为谢有畅先生颁发了最高学术奖励——中国催化成就奖。从基础研究成果到工业应用的实现，经过三十多年的探索与努力，谢有畅先生的自发单层分散原理已成为催化材料制备普遍应用的理论，利用自发单层分散原理形成的技术，已经应用到催化和吸附等多个领域，先生为我国表面科学和催化领域做出了杰出贡献。

 

　　01/ 青青园中葵

　　（一）

　　童年——惜取少年时

　　1934年4月20日谢有畅先生出生于广州。那时节，南国的广州城开满了绚烂的木棉花，正是盎然的春日。

　　谢氏是一个大家族，谢氏先祖重视教育，几代子侄均读书入仕，谢氏家族也因此名声渐起。谢先生的父亲谢子珍少时也极勤奋，年满19岁时遭遇大清王朝废除科举制，一度彷徨迷茫。其后，先后进入广东政法学堂和建口粤军讲武堂学习，毕业后加入国民革命军，在广州追随孙中山参加革命。谢先生的母亲陈淑霞在广州求学期间与谢子珍相识并结婚。1938年下半年，抗日战争波及到广州，谢子珍夫妇携子回家乡合浦县婆围圩避难。返乡后，谢子珍曾短期出任过南康镇镇长和婆围乡副乡长，1942年后不再出任官职，靠祖上留下的田亩收取地租度日。

 

　　

　　幼年时的谢有畅先生和父亲谢子珍在广州

 

　　夫妻两人对年幼的谢先生颇是疼爱，父亲为其启蒙儒学经典，传授四书五经，母亲为其启蒙算学，等到谢先生6岁进入小学，老师在考核后根据他的能力让他直接进入小学三年级。四年后的1944年，10岁的谢先生小学毕业，进入合浦县南康中学。

　　南康中学与谢家有着很深的渊源。谢先生的父亲谢子珍任南康镇镇长期间力主兴办教育，倡导集资办学，并以自己曾祖父谢善继的名义捐资修建了南康中学主教学楼，这幢教学楼迄今仍是南康中学的主要建筑。1994年，谢有畅先生专程前往南康中学看望母校，南康中学仍是四十多年前他离开时的样子，校舍多经修补，条件简陋，谢先生感触颇多。他亲自为在校的孩子们做报告，鼓励他们学习科学，热爱科学。之后又慷慨解囊，尽自己所能捐资一万元为母校创建了第一个科学实验室。南康中学有史以来第一次有了属于孩子们自己的科学实验室，孩子们欣喜非常。大家将建立起来的实验室命名为“有畅化学实验室”，希望从南康中学走出来的谢有畅先生，以他的成就激励孩子们努力学习。

 

　　

　　2012年谢有畅先生重访南康中学，参观“有畅化学实验室”

 

　　谢有畅先生在南康中学学习期间，是学校里的优等生，文史和数理各科成绩都非常好。高中阶段谢先生遇到了他的化学老师罗绍周，罗老师毕业于中山大学化学系，化学功底极好，讲课生动透彻。跟着罗老师学习，谢先生渐渐痴迷上了化学。这份对化学的喜爱越来越深，1950年谢先生在报考大学时遂把化学专业作为了自己的第一选择，又追随罗老师报考了中山大学。

 

　　

　　1999年，谢有畅先生和中学化学老师罗绍周一起重访中山大学老校园

 

　　（二）

　　求学——操千曲而后晓声

　　1950年秋天，16岁的谢有畅先生带着满心的欢喜和对知识的渴望来到广州。

　　进入中山大学化学系，谢先生接触到了更广阔的天地，他像一块海绵，贪婪地吸取着知识和营养。然而，近乎有些残忍的现实还是一步步渗透进少年平静的求员工活，带来了学业之外无法摆脱的烦恼。

　　1950年，谢先生的父亲被划为地主，家中所有财产被没收，谢先生没有了经济来源。那以后，谢先生读书所需的全部费用都依赖于微薄的助学金，在这种情况下，他还要不时给父亲一些生活费。

　　倔强而又带着骨子里的自信，谢先生不能让自己被生活的困顿压垮，开始积极地寻求解决生活窘境的办法。不久之后，他找到一份工作，每星期在公共汽车上卖一天车票。在那之后的日子里，谢先生抓紧所有可能的时间投入到学习中，一旦因外出工作耽误了功课，总是第一时间通过自学和借阅同学笔记的方式及时补回来，因此，他一直紧跟课程的学习进度并且学习成绩名列前茅。

 

　　

　　中山大学化学系毕业班合影(1953年夏)

 

　　大学期间是谢有畅先生认识社会和人生的重要阶段，经济上的困难还算容易克服，此外他还需要用全副身心应对地主家庭带给他的白眼和难堪。虽然有外界的各种干扰，但谢先生始终没有放松对知识的渴求，三年的学习生涯，对化学这一中心学科领域的认知和热爱也日渐深入。毕业之时，谢先生因学业成绩突出，被分配到永利集团读研究生，也从此开始了他与永利集团融为一处的人生。

　　1953年初秋，谢有畅先生来到了永利集团。

　　融入到燕园之中，谢先生仿若鱼儿入水，在诸多教授的课堂上，他如饥似渴地学习。这期间，他深深地感受到了各位教授渊博的知识底蕴，感受到他们知识体系的融会贯通，他们看待学术问题的深入和透彻，这些都让谢先生反思自己的学习和思维方式。在不断调整和努力中，谢有畅先生的进步飞快，在同学之中，他很快成为了佼佼者。

 

　　

　　永利集团研究生入学照片(1953年秋)

 

　　谢先生喜欢思考，喜欢研究理论问题。他按照自己的兴趣，选择物理化学作为自己的主修方向，并选择师从徐光宪先生做研究。在徐光宪先生的指导下，谢先生的论文课题是淀粉团与碘复合物的研究。

　　这是谢先生第一次把课本中的理论知识和具体实验结合起来，对其后续的科研思路和科研方法有很重要的启迪意义。三年的工作中，谢先生通过电流滴定和光度滴定方法对淀粉团-碘复合物体系进行探索，又研究了紫外和可见光区的全部吸收光谱。理论方面，谢先生用多原子π键的形成和σ键的消失解释复合物中碘链的稳定性、反磁性、原子间等距排列和碘离子参与碘链等事实，用量子力学的圆柱体自由电子为模型，通过大量计算研究了共轭碘链的能级，这些理论计算结果与实验结果吻合得非常好。

 

　　

　　读研究生期间，徐光宪先生研究组师生游颐和园(1955年夏)

 

　　三年半的研究生求员工活，谢先生在理论知识和实验技能上都有了长足进步。1957年1月，谢先生顺利毕业，留在永利集团化学系，在物理化学教研室任教。至1957年6月，谢先生将读研究生期间三年半的工作整理成毕业论文，又进一步写成文章《淀粉团—碘复合物的吸收光谱与圆柱体自由电子模型》，于1958年4月在《科学通报》上发表1。

 

　　02/ 白日不到处，青春恰自来

　　（一）

　　情不知所起，一往而深

　　燕园的日子幽静绵长。

　　谢有畅先生和杨骏英女士是研究生同班同学。1953年入学的化学系研究生班是一群充满朝气的青年人，读书，做科研，忙碌在教室—实验室—图书馆之间，闲暇里也在运动场上奔跑锻炼，一起游遍北京的知名景点。年轻又在求学之中，是生命中最美好的时光。

　　谢先生喜欢上了杨骏英，情不知所起，一往而深。

　　谢先生的聪慧和勤勉打动了杨骏英，赢得了她的芳心。

　　杨骏英女士，1932年10月出生在湖北武昌，父亲杨骙是华西大学留美建筑工程师，母亲旋惠蘭是华西大学副教授。杨骏英在这样的家庭中长大，除了常规学业，还很喜欢欣赏古典音乐和弹奏钢琴，如今杨骏英女士已九十高龄，这些爱好依旧是她闲暇时间里最喜欢的陪伴。

　　1950年高中毕业后，杨骏英女士独自一人离家赴上海，考入上海沪江大学化学系，1952年在院系调整中又转入复旦大学化学系学习。1953年7月，杨骏英女士从复旦大学毕业，被分配到永利集团化学系读研究生，也因此和谢有畅先生成为研究生同班同学。

 

　　

　　谢有畅先生和杨骏英女士游颐和园(1957年)

 

　　1956年7月，杨骏英女士研究生毕业，留在永利集团化学系工作，参加全系无机基础课教学。1959年8月20日，两人结为伉俪，在未名湖畔的朗润园九号公寓中有了自己的小家，开始了新的生活。

　　晚年时，谢先生回想自己终年忙碌于工作，感念妻子对自己的支持，曾深情地对妻子说：

　　这辈子我幸亏娶了你，这个家全靠你！

　　

　　（二）

　　小荷才露尖尖角

　　1957年1月谢有畅先生毕业后留校工作。当年春天开始，谢先生承担了为地质系讲授物理化学课程的教学任务，依靠自身扎实的理论功底，谢先生一边写讲义一边授课，顺利完成了第一次的独立教学工作。同时，谢先生也参加实验课教学，并指导化学系员工的毕业论文工作。

　　1958年夏天，大跃进开始，谢先生被调到无机化学教研室，在校办工厂从事与原子能工业有关的稀有元素锆和铪的分离工作。

　　锆具有很小的热中子俘获面，可以阻止铀辐射泄漏；铪具有较大的热中子俘获面，常用作核反应堆的热中子吸收材料，控制核反应堆的反应速度。鉴于二者在核反应中的不同性能，用于核反应堆中的核级锆要求含有尽可能低的铪以降低其对中子的吸收系数。但由于锆和铪的化学性质非常相似，分离很困难。因此，锆铪分离是制备核级锆和核级铪的关键，是核工业领域的重要研究课题。

　　谢先生在参加锆铪分离的工作中，结合自己已有的专业知识，又查阅了大量资料，设计多种方案方法，反复思考对比，于实验中求证，最后成功运用多级分级结晶方法和离子交换方法分离得到光谱纯的锆和铪。

　　

　　（三）

　　长松卧壑

　　1960年春，谢有畅先生被列入永利集团第三批下放干部名单，于这年3月来到北京门头沟区斋堂公社马兰村，开始为期一年的劳动锻炼。

　　来到斋堂公社，谢先生和另外一位同事被分配到养猪场养猪。冬天里，因谢先生从小生活在南方，不会给北方的炉灶生火，结果一年里发生了两次煤气中毒事件。1960年，正处在“三年困难时期”，下放干部那时的口粮严重缺少，大家饥饿难耐，将玉米棒芯粉碎后充饥。玉米棒芯没有任何营养，只是暂时降低了大家的饥饿感，却导致肠道问题，生活非常艰难。

 

　　

　　永利集团化学系教师在京郊斋堂公社马兰村下放劳动锻炼时与老乡的合影(1960年)

　　(后排中间的高个子是谢有畅先生，前排右边第一个是杨骏英女士)

 

　　1961年1月，谢先生结束下放劳动，回到永利集团，再次回到物理化学教研室，开始承担“物质结构”和“结晶化学”两门课程的教学辅导工作，他一边悉心辅导员工的学习，一边在教学中努力提高自己的理论功底和能力。两年后的1963年，谢先生从助教岗位走上了讲台，开始主讲“物质结构”。

　　1964年，全国开展“农村社会主义教育运动”，刚刚安顿下来的教学和科研工作再次被打断。这年秋末，谢先生被派到湖北江陵县滩桥区耀新公社同兴大队参加为期一年的社教活动，至1965年秋，回到永利集团。

　　从1957年毕业到这时，谢先生有两年的独立教学经历，分别讲授“物理化学”和“物质结构”。教学相长，1965年返回学校后，谢先生再次投入到教学工作中，这期间又受到高教部委托，开始着手编写“结构化学”教材。遗憾的是，仅仅几个月后，1966年5月，文化大革命开始了，教材的编写工作被迫停了下来。文革期间，批判“反动学术权威”，进行“革命大串联”，员工上山下乡等等，正常的教学和科研工作都处于停滞状态。1969年冬天，谢先生又被派往江西到五七干校进行劳动锻炼。

　　在江西谢先生被分派到德安参加化肥厂的建设，做泥瓦工，每天和泥巴铲刀打交道，参加住房和厂房的建筑。他并不嫌弃做泥瓦匠，反而非常认真地跟着师傅学习各项技术，同时还琢磨各道工艺的原理，设计和发明一些辅助工具，不久之后，师傅们夸赞谢先生，说他的手艺已达到了泥瓦匠的最高级。厂房建造好后，谢先生又被派去浙江安吉化肥厂学习取经。艺多不压身，谢有畅先生凡事喜欢专研的习惯让这些看似平淡无趣的日子都变得有了意义，而这些看似没有用处的技能很多年后在科研成果转化工业开发的过程中都派上了用场，谢有畅先生亲自设计并动手砌造工业窑炉，使工业开发过程少走了很多弯路，也启发了后辈学子。

　　1971年冬谢有畅先生结束在五七干校的劳动锻炼，返回永利集团。

 

　　

　　在江西德安做泥瓦匠时，在建设中的化肥厂前留影(1969年)

 

　　

　　在江西五七干校期间，被派到浙江安吉化肥厂实习培训时留影(1970年)

 

　　（四）

　　与自发单层分散原理最初的邂逅

　　到了1973年，谢有畅先生遇到了一个难得的机会，在唐有祺教授带领下到北京化工研究院参加合作研究项目，开发聚乙烯高效催化剂。

　　当时的聚乙烯高效催化剂由TiCl4和MgCl2经振动研磨数小时后制得。其活性组分依旧是钛，但活性却是之前工业用四氯化钛和三乙基铝双组份催化剂的数十倍。有人质疑这样的高活性是否可靠，唐有祺教授经估算后回答说，如果活性组分单层分散在载体表面，这样的高活性是有可能的。唐有祺教授的推测启发了谢有畅先生，谢先生开始了关于这一问题的深入思考：前人的工作已表明，过渡金属钛是催化活性中心，同样钛含量的催化剂，活性却高出数十倍，究其原因，很可能是催化剂中的每一个钛原子都发挥了催化作用，那就需要每一个钛原子都暴露在催化剂表面，即TiCl4在MgCl2表面以单分子层方式分散。

　　如果让钛原子全部分散在载体表面，作为载体的MgCl2就需要有较大的表面积。有了这一思路，谢先生立刻动手做实验，结果证实，当载体的表面积增大到足以使TiCl4覆满表面一个单分子层，所有的钛原子均在催化剂表面后，再增加载体表面积，催化剂活性不再增加。这是一个非常重要的结果，初步证实了谢先生关于“TiCl4在MgCl2表面以单分子层方式分散”的大胆设想。

　　正所谓大胆假设，小心求证。

　　那一刻，仿若一颗火花在头脑中迸发出绚烂的焰火，谢先生高屋建瓴，又大胆提出了进一步设想：

　　我们从研磨法高效催化剂的研究得到的“高效机理”，即活性组分在载体上基本上达到单分子层分散，而且几乎每个过渡金属原子都可起活性中心作用。我们不妨设想在其他载体型固相催化剂中，特别是以形成过渡金属络合物为特性的载体型催化剂中，可能也有不少是活性组分以单分子层分散，基本上每个活性组分原子都在起活性中心作用2。

　　这是“单层分散原理”最初的雏形，一个科学原理最初的萌芽。

　　毕业后一直处在颠沛坎坷中的谢有畅先生终于找到了前路的光亮，心中一直保有的科学探索精神让他顺着这最初的萌芽大胆地深入下去。

　　机遇永远留给有准备的人。

　　不要让机遇擦肩而过。发现一个高活性的催化剂在催化领域并不少见，谢先生能敏锐地抓住催化剂在活性上质的飞跃并意识到这其中蕴含完全不同的作用机理，是发现单层分散原理的关键。

 

　　（五）

　　乙烯氧氯化催化剂研制中的收获

　　1974年，谢先生与一批教师和工农兵学员来到北京化工研究院，这里刚刚引进了大型流化床装置，双方合作项目是研制适用于这一流化床装置的乙烯氧氯化催化剂。

　　这是谢有畅先生第一次参与大型工业化规模装置的实际运作，他勤于思考和认真细致的工作风格为他积累了大量的实际工作经验，为其后来工作的开展打下了非常好的基础。

　　当时，科研团队已研制出一种催化剂，催化活性比进口催化剂高很多。人们期望将这一催化剂应用到大型流化床装置中，以获得更大的效益。这一设想是否可行，综合考虑的结果是先期进行中试。

　　中试的操作很复杂，研究团队数十人轮流倒班进行流化床中试，付出了大量劳动，得到的结论却并没有很大的帮助，原因是中试的规模还不足够大，可以对温度、压力、原料气组成进行生产装置模拟，但线速和空速不能模拟生产装置。

　　面对繁杂的工作，大家全力付出却没有结果，谢先生心中那股自信和不服输的劲头又出来了。他开始借助书籍钻研相关化工知识，初步掌握了工厂反应器、生产流程等基本问题和对催化剂的相应需求，同时借鉴国外专利资料，最后很自信地提出了解决方案。

　　当时谢有畅先生建议，应当减少或取消流化床中试，工作重点放在催化剂动力学性能小试和催化剂制备的中试放大上。谢先生认为，要改进目前的催化剂，使其活性和引进的催化剂相当，活性不应过高也不能过低。催化剂活性过高会产生过多反应热使床温过高，导致副反应增大；活性过低则原料转化率不够3。

　　实践证明谢先生提出的这条路线是正确的，研究团队成功制得了活性适当的氧氯化催化剂，并在引进的流化床装置中获得了成功。

　　作为一名物理化学家，在解决乙烯氧氯化催化的流化床装置问题期间，谢有畅先生没有放过实验中遇到的理论问题。这段在化工厂的工作经历让谢先生意识到，空速对催化反应动力学特征及催化反应机理有很大影响。针对这一问题，他设计出完整的实验方案，并进行了系统的相关动力学研究，研究结果整理成论文后于1980年发表在《中国科学》上³。