科學家構建“納米限域催化”概念獲國家自然科學獎一(yī)等獎

　新華社北(běi)京11月4日電  題：解密“催化黑匣子”　科學家構建“納米限域催化”概念獲2020年度國家自然科學獎一(yī)等獎

能源轉化、材料合成、環境保護……這些與人們息息相關的領域中(zhōng)，催化發揮着關鍵作用。催化科技的創新變革離(lí)不開(kāi)催化理論的突破和發展。中(zhōng)國科學院大(dà)連化學物(wù)理研究所包信和院士帶領團隊，經過20餘年探索，系統創建了具有普适性的“納米限域催化”概念，打開(kāi)了一(yī)扇認識催化過程、精準調控化學反應的大(dà)門。該成果榮獲2020年度國家自然科學獎一(yī)等獎。

“納米限域催化”：有望成爲解密“催化黑匣子”之鑰

可加速或減緩化學反應速率，可減少化學反 應“副産品”，可降低能源消耗……催化的“神奇”作用，使其成爲化工(gōng)生(shēng)産中(zhōng)的關鍵角色。通過催化精準調控化學反應過程，是科學家們長期以來追求的目标。

然而在學術界，具體(tǐ)的催化過程、催化機理至今尚不明晰，長期以來被視爲“黑匣子”。解密這個“黑匣子”，才能創制出更加高效的催化劑，讓化學反應更加節能環保、更加精準高效。而“納米限域催化”有望成爲解密“催化黑匣子”的一(yī)把鑰匙。包信和與研究團隊發現，将催化劑置于碳納米管内，會使其表現出更好的活性和性能。就像過于狹小(xiǎo)的空間讓人緊張不安，空間限制也讓其内的催化劑“活潑”起來。進一(yī)步研究發現，除碳納米管外(wài)，金屬與氧化物(wù)界面形成的限域環境，也能穩定配位不飽和金屬活性中(zhōng)心。在此基礎上，包信和與團隊明确定義和系統創建了具有廣泛意義和普适性的“納米限域催化”概念。

　　目前，“納米限域催化”概念已在多個重要催化體(tǐ)系中(zhōng)得到驗證，爲精準調控化學反應的性能和反應路徑打下(xià)了基礎，豐富和完善了催化基礎理論，相關領域已成爲當今催化基礎研究和應用實踐的熱點之一(yī)。

　　從概念到應用：原創成果轉化爲産業競争力

　　在“納米限域催化”概念指導下(xià)，包信和與團隊積極推動研究成果走向應用，多項代表性應用成果已進入工(gōng)業試驗階段。爲以煤爲原料獲得乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烴，包信和與團隊創立了全新的催化體(tǐ)系，實現節水節能、降低二氧化碳排放(fàng)的同時，還通過對目标産物(wù)選擇性的精準調控，減少“副産品”，更高效率地獲取低碳烯烴。

　　而此前，國際上普遍采用20世紀20年代德國科學家發明的費(fèi)托合成技術，該過程能耗大(dà)、水耗高，且産物(wù)低碳烴（C2-C4）選擇性一(yī)直難以逾越58%的ASF理論極限。

　　包信和院士團隊這項技術，摒棄了傳統費(fèi)托合成路線，将“活化”與“偶聯”這兩個本該“一(yī)氣呵成”的過程分(fēn)開(kāi)，利用“納米限域催化”相關理念，在提高反應活性的同時，對目标産物(wù)的選擇性進行精準調控。國際學術期刊《科學》2016年發表這一(yī)研究成果時，同期刊發了以“令人驚奇的選擇性”爲題的專家評述文章，認爲該技術未來在工(gōng)業上将具有巨大(dà)的競争力。

　基于該項創新成果，通過與大(dà)連化物(wù)所劉中(zhōng)民院士團隊及陝西延長石油（集團）有限責任公司合作，建成世界首套千噸級規模的煤經合成氣直接制低碳烯烴工(gōng)業試驗裝置，并成功完成了工(gōng)業試驗，催化劑性能和反應過程的多項重要參數超過了設計指标。“理論指導實踐，未來，基于‘納米限域催化’概念，将有更多技術實現産業化應用，屆時将有望提高我(wǒ)國乃至全球的資(zī)源利用效率。“甘坐冷闆凳”：堅守換來“從0到1”的突破，搞基礎研究離(lí)不開(kāi)“甘坐冷闆凳”的精神，要取得“從0到1”的原創性突破更是如此。

　　1995年，包信和響應國家召喚，回到祖國，從此投身于煤、天然氣等非石油資(zī)源的高效清潔轉化研究。“就要瞄準催化中(zhōng)的關鍵科學問題，解密‘催化黑匣子’，這是國民經濟發展的需要。“一(yī)次實驗現象轉瞬即逝，但包信和院士總能敏銳地抓住，并通過大(dà)量的實驗驗證，探索其科學本質，這是源于科學家的敏銳直覺和長期積累，也得益于團隊成員(yuán)的良好作風和共同努力。“堅持”至關重要，先要有量的積累，再有質的跨越，最終實現“從0到1”的突破。“在‘納米限域催化’這條研究道路上，團隊坐了20多年的‘冷闆凳’。但隻要方向對，就不怕路途遙遠；隻要堅持，再冷的闆凳也能焐熱。