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　　國家自然科學(xué)獎一等獎，是中國自然科學(xué)領(lǐng)域原創(chuàng)性最強、科學(xué)價值最高的獎項，堪稱“皇冠上的明珠”。中科院大連化學(xué)物理研究所“納米限域催化”成果能夠榮獲2020年度國家自然科學(xué)獎一等獎，實屬不易。

　　這是中科院大連化物所包信和院士帶領(lǐng)團隊20多年潛心研究和實踐的結(jié)果?！翱茖W(xué)研究只要方向?qū)Γ筒慌侣吠具b遠。只要堅持，再冷的板凳也能焐熱?！卑藕腿缡钦f。

　　解密催化“黑匣子”

　　作為核心技術(shù)，催化在能源轉(zhuǎn)化、材料合成、環(huán)境保護及生命健康等領(lǐng)域發(fā)揮著決定性作用，精準(zhǔn)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)過程一直是催化化學(xué)追求的目標(biāo)。長久以來，催化過程被視為“黑匣子”，只有揭開這個“黑匣子”的秘密，才能創(chuàng)制出高效、低排放的催化劑。

　　1995年，遠在德國的包信和響應(yīng)國家的召喚，來到中國科學(xué)院大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室，開始了解密催化“黑匣子”的探索。他帶領(lǐng)團隊瞄準(zhǔn)煤、天然氣等非石油資源高效清潔轉(zhuǎn)化，將研究方向鎖定在能源小分子轉(zhuǎn)化生產(chǎn)液體燃料和必需化學(xué)品領(lǐng)域。

　　通過周密的實驗設(shè)計和大量的探索，研究團隊先后提出了“碳納米管限域”和“界面限域催化”的概念。它們共同構(gòu)成了“納米限域催化”概念中狹義限域和廣義限域的兩個方面，為精準(zhǔn)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的性能和反應(yīng)路徑打下了堅實的基礎(chǔ)，豐富和完善了催化基礎(chǔ)理論，引領(lǐng)、推動了催化科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。

　　創(chuàng)新鏈融入產(chǎn)業(yè)鏈

　　低碳烯烴包括乙烯、丙烯、丁烯等，是重要的基礎(chǔ)化學(xué)品。煤氣化得到的合成氣直接轉(zhuǎn)化制備低碳烯烴，國際上普遍采用上世紀(jì)20年代德國科學(xué)家發(fā)明的費托合成技術(shù)，該過程水耗高、能耗大，且產(chǎn)物低碳烴選擇性一直難以突破58%的ASF理論極限。

　　包信和研究團隊也一直在探索合成氣直接轉(zhuǎn)化制取烯烴更加高效的新方法。隨著納米孔道限域與界面限域概念的形成和完善，研究團隊另辟蹊徑，將一氧化碳/氫氣活化與碳—碳鍵偶聯(lián)的活性中心分開，讓它們“各司其職”，實現(xiàn)催化過程中轉(zhuǎn)化率和選擇性的解耦。沿著這條思路，科研團隊創(chuàng)制出一種新型復(fù)合雙功能催化劑體系OXZEO?，突破了近百年來傳統(tǒng)費托合成產(chǎn)物分布難以逾越的ASF極限。

　　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》為題的專家評述文章，認為未來該過程在工業(yè)上將具有巨大的競爭力。

　　包信和院士團隊成功拓展OXZEO?催化劑設(shè)計思想，初步創(chuàng)建了煤經(jīng)合成氣轉(zhuǎn)化新技術(shù)平臺，完成了系列高值化學(xué)品和燃料的定向合成，包括烯烴、芳烴和汽油等。在中國科學(xué)院院士、時任所長張濤的推動下，包信和、潘秀蓮領(lǐng)導(dǎo)的基礎(chǔ)研究團隊與中國工程院院士、大連化物所所長劉中民帶領(lǐng)的應(yīng)用開發(fā)研究團隊通力合作，很快完成了該成果的實驗室驗證。而后，大連化物所與陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司合作，建立了世界首套基于該項創(chuàng)新成果的千噸級規(guī)模的煤經(jīng)合成氣直接制低碳烯烴工業(yè)試驗裝置，成功完成工業(yè)全流程試驗，進一步驗證了該技術(shù)路線的先進性和可行性。該技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，合成氣制烯烴的催化體系也有望拓展到制芳烴、汽油等領(lǐng)域。

　　“理論指導(dǎo)實踐，未來，基于‘納米限域催化’概念，將有更多技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，屆時將有望提高我國乃至全球的資源利用效率。”包信和說。

　　從0到1的突破

　　“創(chuàng)新建立在長期的積累和扎實的基礎(chǔ)之上，有傳承才能有創(chuàng)新，先要有量的積累，再有質(zhì)的跨越，最終實現(xiàn)從0到1的突破。這個過程中堅持非常重要?！被仡櫻芯繗v程，大連化物所研究員傅強深有感觸。

　　團隊成員、大連化物所研究員潘秀蓮說，早在2007年，研究團隊就提出采用雙功能耦合催化劑體系，探索合成氣一步制烯烴的構(gòu)想。長期以來，研究結(jié)果一直在不斷優(yōu)化和進步，“直到積累了大量理論基礎(chǔ)后，才發(fā)現(xiàn)活性中心間的距離對雙功能耦合催化體系至關(guān)重要，‘距離’的確能產(chǎn)生‘美’”。潘秀蓮說。

　　20多年間，團隊帶頭人包信和始終堅持在科研一線，他能夠敏銳地抓住一個或幾個稍縱即逝的實驗現(xiàn)象，通過大量的實驗驗證，探索其科學(xué)本質(zhì)，這既源于科學(xué)家的敏銳直覺和長期積累，也得益于該團隊嚴(yán)格執(zhí)行實驗記錄規(guī)范制度。實驗中，包信和帶領(lǐng)團隊嚴(yán)格要求，真實、準(zhǔn)確記錄實驗?zāi)康?、實驗條件、所用試劑、實驗現(xiàn)象、表征和反應(yīng)結(jié)果等信息，保證每個實驗數(shù)據(jù)的真實性、可追溯性和可重復(fù)性。團隊成員、師從包信和的鄧德會研究員說：“每次有困惑我都去找包老師，他不在辦公室就在實驗室。包老師不僅能敏銳地發(fā)現(xiàn)問題，而且能立即給我指出下一步的研究方向?！痹谶@樣的科研氛圍中，鄧德會成長迅速，博士畢業(yè)后留所工作，并成立獨立創(chuàng)新組從事貴金屬替代的納米催化劑相關(guān)研究。

　　20多年來，該實驗室共培養(yǎng)博士研究生125人、碩士研究生14人、博士后40余人，多人已成長為催化領(lǐng)域的優(yōu)秀人才。

　　現(xiàn)如今，“納米限域催化”已成為催化領(lǐng)域中的一個重要概念，發(fā)表的相關(guān)研究論文他引已經(jīng)超過3萬次，8篇代表性論文被引累計近4000次，來自不同國家的眾多理論和實驗研究團隊跟隨開展限域催化相關(guān)的研究工作。

　　昔日的冷板凳越焐越熱。