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國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)“納米限域催化”:原始創(chuàng)新 始于毫末

來源:中新網(wǎng)      2021-11-03
導(dǎo)讀:在11月3日舉行的2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上,被視為“原創(chuàng)性最強(qiáng)、科學(xué)價(jià)值最高”的自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)?lì)C給了由中國科學(xué)院包信和院士帶領(lǐng)的中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(簡(jiǎn)稱大連化物所)團(tuán)隊(duì)的“納米限域催化”項(xiàng)目。

國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)“納米限域催化”:原始創(chuàng)新始于毫末

    “納米限域催化”科研團(tuán)隊(duì)成員 謝震霖 攝

  中新網(wǎng)北京11月3日電(記者 高凱)在11月3日舉行的2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上,被視為“原創(chuàng)性最強(qiáng)、科學(xué)價(jià)值最高”的自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)?lì)C給了由中國科學(xué)院包信和院士帶領(lǐng)的中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(簡(jiǎn)稱大連化物所)團(tuán)隊(duì)的“納米限域催化”項(xiàng)目。

  作為核心技術(shù),催化在能源轉(zhuǎn)化、材料合成、環(huán)境保護(hù)及生命健康等領(lǐng)域發(fā)揮著決定性作用,而包信和院士所帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)的“納米限域催化”項(xiàng)目,借助微至“毫末”的納米尺度的空間以及界面限域效應(yīng)對(duì)催化體系電子能態(tài)進(jìn)行調(diào)變,實(shí)現(xiàn)催化性能的精準(zhǔn)調(diào)控。

包信和院士 謝震霖 攝

包信和院士 謝震霖 攝

  解密“黑匣子”

  現(xiàn)代化工中,大多數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)都與催化過程息息相關(guān)。人類一直在探索催化反應(yīng)中起關(guān)鍵性作用的活性中心的構(gòu)建原理及其催化機(jī)理。然而,長(zhǎng)久以來,催化過程卻被視為“黑匣子”,揭示這個(gè)“黑匣子”將會(huì)大大促進(jìn)資源優(yōu)化利用和高效催化劑的創(chuàng)制。

  二十年來,包信和帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)所致力于研究的,正是這個(gè)“黑匣子”秘密。

  經(jīng)過堅(jiān)持不懈的潛心研究和實(shí)踐,包信和院士和他的研究團(tuán)隊(duì)借助納米尺度的空間、界面等限域效應(yīng)對(duì)催化體系電子能態(tài)進(jìn)行調(diào)變,實(shí)現(xiàn)了催化性能的精準(zhǔn)調(diào)控,提出“納米限域催化”概念。

  “我們給出了‘黑匣子’里的可能性,由此就有了精準(zhǔn)調(diào)控的路徑。”包信和說。

  至于這種“精準(zhǔn)調(diào)控”能做什么,包信和舉出當(dāng)下最受關(guān)注的煤炭清潔高效利用的例子。

  近百年來,為了以煤為原料獲得乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烴,國際上普遍采用的技術(shù)是傳統(tǒng)費(fèi)托合成技術(shù),受限于催化作用原理,該過程需要大量水,且能耗大。

  而隨著納米限域及界面限域概念的形成和完善,包信和研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑,使得新技術(shù)不需要水煤氣變換制氫過程,工藝流程短,可顯著降低工藝水耗、過程能耗和二氧化碳排放,煤炭的清潔高效開發(fā)由此成為可能。

  2016年3月,《科學(xué)》雜志刊登了這一研究成果,并同期刊發(fā)了以“令人驚奇的選擇性”為題的專家評(píng)述文章,認(rèn)為未來該過程在工業(yè)上將具有巨大的競(jìng)爭(zhēng)力。

  目前,包信和院士團(tuán)隊(duì)成功拓展OXZEO?催化劑設(shè)計(jì)思想,初步創(chuàng)建了煤經(jīng)合成氣直接轉(zhuǎn)化新技術(shù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了系列高值化學(xué)品和燃料的定向合成,引領(lǐng)了節(jié)水、節(jié)能高效煤化工發(fā)展新方向。

包信和院士 謝震霖 攝

包信和院士 謝震霖 攝

  “科學(xué)只要方向?qū)?,就不怕路途遙遠(yuǎn)”

  毫末之中的奧秘得以揭開,背后是包信和院士和他的團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)達(dá)二十多年的刻苦鉆研。

  上世紀(jì)90年代,得知中國科學(xué)院希望引進(jìn)一批國際高層次人才,遠(yuǎn)在德國的包信和放棄國外優(yōu)越的科研環(huán)境和待遇,毅然來到大連化物所,剛過而立之年的他充滿斗志,將研究瞄準(zhǔn)催化中的關(guān)鍵問題,“解密催化黑匣子”。

  由于“黑匣子”破解的難度很高,國際上關(guān)于這方面的研究曾一度陷入低迷,然而包信和始終篤信已經(jīng)選擇的研究方向,“在納米催化這條研究道路上,團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持了20多年。但團(tuán)隊(duì)始終相信,科學(xué)研究只要方向?qū)?,就不怕路途遙遠(yuǎn)?!?/p>

  突破多少帶些偶然性。2006年,在將三氧化二鐵納米粒子填充到碳納米管的過程中,研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)某些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)超出預(yù)判,而這一現(xiàn)象立刻引起了包信和的關(guān)注,隨即是專注于目標(biāo)的大量研究試驗(yàn),突破瓶頸后,終于水到渠成。

  一次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝,但包信和能夠敏銳地抓住一個(gè)或幾個(gè)稍縱即逝的瞬間反應(yīng),通過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,探索其科學(xué)本質(zhì)。這很大程度上源于科學(xué)家的敏銳直覺和長(zhǎng)期積累。

  除了帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì),包信和在大連化物所擔(dān)任了很長(zhǎng)一段時(shí)間的所長(zhǎng),但是這位院士的辦公室卻常年“設(shè)”在實(shí)驗(yàn)室,“我始終堅(jiān)信,要在科研上有所收獲,絕對(duì)不能離開一線,不能離開實(shí)驗(yàn)室,不能離開學(xué)生們?!卑藕驼f。

  團(tuán)隊(duì)之力

  一項(xiàng)重要的原創(chuàng)成果,一定是源于廣博的知識(shí),巧妙的聯(lián)想,合作的胸懷以及堅(jiān)持與恒心。

  盡管一路走來困難重重,但包信和的研究團(tuán)隊(duì)始終保持和諧團(tuán)結(jié)的學(xué)風(fēng),以對(duì)于科學(xué)真摯的熱情彼此扶植合作。

  “納米限域催化概念及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開發(fā)需要多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)、上百位研究人員的團(tuán)結(jié)協(xié)作,任何一環(huán)出現(xiàn)短板或松懈都無法達(dá)到今天的效果。”包信和說。

  在這個(gè)團(tuán)隊(duì)中,定期組織科研骨干的工作研討已成常態(tài)。

  大連化物所研究員鄧德會(huì)是這些研討會(huì)的“??汀?,“我們經(jīng)歷過很多艱難的階段,可能相對(duì)而言沒有那么多文章發(fā)表,但是大家的熱情真的從沒減弱,真正的科學(xué)研究是需要耐心和恒心的,整個(gè)團(tuán)隊(duì)都是很有信心、鍥而不舍的。”鄧德會(huì)說。

  為了培養(yǎng)一流人才,包信和為年輕導(dǎo)師的發(fā)展創(chuàng)造了許多良好的條件,比如項(xiàng)目、經(jīng)費(fèi)、設(shè)備和學(xué)生等。包信和還會(huì)定期召集團(tuán)隊(duì)成員,討論每個(gè)人的發(fā)展規(guī)劃。這也造就了團(tuán)隊(duì)和諧、團(tuán)結(jié)的氛圍,培養(yǎng)出一批心無旁騖的“技術(shù)宅”。

  20多年來,該實(shí)驗(yàn)室共培養(yǎng)博士研究生125人、碩士研究生14人、博士后40余人,多人已成長(zhǎng)為催化領(lǐng)域的優(yōu)秀人才,在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界產(chǎn)生了重要影響。

  “理論指導(dǎo)實(shí)踐,未來,基于納米限域催化概念,將有更多技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,屆時(shí)將提高我國乃至全球的資源利用效率?!卑藕驼f。(完)


參考資料:http://www.chinanews.com/gn/2021/11-03/9601026.shtml

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