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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(guó)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(guó)科學(xué)院包信和院士帶領(lǐng)的中國(guó)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。

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?！卑藕驼f。

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(guó)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。

“科學(xué)只要方向?qū)Γ筒慌侣吠具b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(guó)科學(xué)院希望引進(jìn)一批國(guó)際高層次人才，遠(yuǎn)在德國(guó)的包信和放棄國(guó)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(guó)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(guó)乃至全球的資源利用效率?！卑藕驼f。(完)