國家自然科學獎一等獎“納米限域催化”：原始創新 始於毫末
中新網北京11月3日電（記者 高凱）在11月3日舉行的2020年度國家科學技術獎勵大會上，被視爲“原創性最強、科學價值最高”的自然科學獎一等獎頒給了由中國科學院包信和院士帶領的中國科學院大連化學物理研究所（簡稱大連化物所）團隊的“納米限域催化”項目。
作爲核心技術，催化在能源轉化、材料合成、環境保護及生命健康等領域發揮着決定性作用，而包信和院士所帶領團隊的“納米限域催化”項目，藉助微至“毫末”的納米尺度的空間以及界面限域效應對催化體系電子能態進行調變，實現催化性能的精準調控。
包信和院士 謝震霖 攝
解密“黑匣子”
現代化工中，大多數產品生產都與催化過程息息相關。人類一直在探索催化反應中起關鍵性作用的活性中心的構建原理及其催化機理。然而，長久以來，催化過程卻被視爲“黑匣子”，揭示這個“黑匣子”將會大大促進資源優化利用和高效催化劑的創制。
二十年來，包信和帶領的團隊所致力於研究的，正是這個“黑匣子”祕密。
經過堅持不懈的潛心研究和實踐，包信和院士和他的研究團隊藉助納米尺度的空間、界面等限域效應對催化體系電子能態進行調變，實現了催化性能的精準調控，提出“納米限域催化”概念。
“我們給出了‘黑匣子’裏的可能性，由此就有了精準調控的路徑。”包信和說。
至於這種“精準調控”能做什麼，包信和舉出當下最受關注的煤炭清潔高效利用的例子。
近百年來，爲了以煤爲原料獲得乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烴，國際上普遍採用的技術是傳統費託合成技術，受限於催化作用原理，該過程需要大量水，且能耗大。
而隨着納米限域及界面限域概念的形成和完善，包信和研究團隊另闢蹊徑，使得新技術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由此成爲可能。
2016年3月，《科學》雜誌刊登了這一研究成果，並同期刊發了以“令人驚奇的選擇性”爲題的專家評述文章，認爲未來該過程在工業上將具有巨大的競爭力。
目前，包信和院士團隊成功拓展OXZEO®催化劑設計思想，初步創建了煤經合成氣直接轉化新技術平臺，實現了系列高值化學品和燃料的定向合成，引領了節水、節能高效煤化工發展新方向。
包信和院士 謝震霖 攝
“科學只要方向對，就不怕路途遙遠”
毫末之中的奧祕得以揭開，背後是包信和院士和他的團隊長達二十多年的刻苦鑽研。
上世紀90年代，得知中國科學院希望引進一批國際高層次人才，遠在德國的包信和放棄國外優越的科研環境和待遇，毅然來到大連化物所，剛過而立之年的他充滿鬥志，將研究瞄準催化中的關鍵問題，“解密催化黑匣子”。
由於“黑匣子”破解的難度很高，國際上關於這方面的研究曾一度陷入低迷，然而包信和始終篤信已經選擇的研究方向，“在納米催化這條研究道路上，團隊堅持了20多年。但團隊始終相信，科學研究只要方向對，就不怕路途遙遠。”
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，研究團隊發現某些實驗數據超出預判，而這一現象立刻引起了包信和的關注，隨即是專注於目標的大量研究試驗，突破瓶頸後，終於水到渠成。
一次實驗現象轉瞬即逝，但包信和能夠敏銳地抓住一個或幾個稍縱即逝的瞬間反應，通過大量的實驗驗證，探索其科學本質。這很大程度上源於科學家的敏銳直覺和長期積累。
除了帶領科研團隊，包信和在大連化物所擔任了很長一段時間的所長，但是這位院士的辦公室卻常年“設”在實驗室，“我始終堅信，要在科研上有所收穫，絕對不能離開一線，不能離開實驗室，不能離開學生們。”包信和說。
團隊之力
一項重要的原創成果，一定是源於廣博的知識，巧妙的聯想，合作的胸懷以及堅持與恆心。
儘管一路走來困難重重，但包信和的研究團隊始終保持和諧團結的學風，以對於科學真摯的熱情彼此扶植合作。
“納米限域催化概念及其產業化應用開發需要多個研究團隊、上百位研究人員的團結協作，任何一環出現短板或鬆懈都無法達到今天的效果。”包信和說。
在這個團隊中，定期組織科研骨幹的工作研討已成常態。
大連化物所研究員鄧德會是這些研討會的“常客”，“我們經歷過很多艱難的階段，可能相對而言沒有那麼多文章發表，但是大家的熱情真的從沒減弱，真正的科學研究是需要耐心和恆心的，整個團隊都是很有信心、鍥而不捨的。”鄧德會說。
爲了培養一流人才，包信和爲年輕導師的發展創造了許多良好的條件，比如項目、經費、設備和學生等。包信和還會定期召集團隊成員，討論每個人的發展規劃。這也造就了團隊和諧、團結的氛圍，培養出一批心無旁騖的“技術宅”。
20多年來，該實驗室共培養博士研究生125人、碩士研究生14人、博士後40餘人，多人已成長爲催化領域的優秀人才，在學術界和產業界產生了重要影響。
“理論指導實踐，未來，基於納米限域催化概念，將有更多技術實現產業化應用，屆時將提高我國乃至全球的資源利用效率。”包信和說。（完）
