2024年，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡稱大連化物所）研究員張濤因提出“單原子催化”新概念榮獲2024未來科學(xué)大獎“物質(zhì)科學(xué)獎”。
張濤院士榮獲2024未來科學(xué)大獎“物質(zhì)科學(xué)獎”
這位15歲就上大學(xué)的少年的成長之路為更多的人知悉，從陜西安康大山深處到濱海名城大連，從所謂的“雙非高?！钡揭涣骺蒲性核俚教岢觥皢卧哟呋边@一原創(chuàng)性概念，這條路，可以“被參考、被學(xué)習(xí)”，也給了更多年輕人激勵和勇氣。近日，記者有幸采訪到張濤院士，聽他講述“逆襲人生”。
意外起點：從數(shù)學(xué)夢想到化學(xué)之旅
1978年，郭沫若在全國科學(xué)大會閉幕式上發(fā)表了《科學(xué)的春天》講話，激發(fā)了無數(shù)青年的科學(xué)熱情，也包括年僅15歲的張濤。
“在那個激情燃燒的年代，‘學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕’是我們的奮斗口號。”張濤回憶道，“郭沫若先生的講話讓大家熱血沸騰，也是那時候埋下了科學(xué)報國的夢想。”
在當(dāng)時“早出人才、快出人才”的要求下，允許從高一挑選2%的優(yōu)秀學(xué)生提前參加高考，安康中學(xué)挑選了11名成績優(yōu)異的高一學(xué)生，張濤位列其中。但因高二和高三課程還沒學(xué)，他的高考成績不算拔尖。最終，熱愛數(shù)學(xué)的他被調(diào)劑到漢中師范學(xué)院（現(xiàn)陜西理工大學(xué)）化學(xué)系。
張濤院士接受記者采訪
這次“意外”的調(diào)劑，卻讓張濤發(fā)現(xiàn)了化學(xué)的奧秘。在陜西理工大學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，他逐漸被化學(xué)所吸引，那些物質(zhì)的奧秘、合成新物質(zhì)的樂趣，讓他逐漸愛上了這門學(xué)科。
回憶起這段經(jīng)歷，張濤說：“一開始有點不情愿、不甘心，但隨著時間的推移，我發(fā)現(xiàn)化學(xué)世界充滿魅力，它讓我看到了物質(zhì)創(chuàng)造的無限可能?！?/p>
跨越山海：從陜南小鎮(zhèn)到海濱名城
張濤出生在陜南的安康市，一個被大山環(huán)繞的小鎮(zhèn)。他從小就對大山外面的世界充滿好奇，常常爬到山頂眺望遠(yuǎn)方，想象著山那邊的世界。
“一直好奇山的外面是什么，但爬到山頂，發(fā)現(xiàn)山外面還是山?！?9歲大學(xué)畢業(yè)后，他回到母校陜西安康中學(xué)教了一年中學(xué)化學(xué)，同時準(zhǔn)備報考研究生。他為自己定下了兩個關(guān)鍵坐標(biāo)：一個要在大海邊，一個是要選中國最好的研究所。
“兩個坐標(biāo)交叉后，1983年，我如愿來到中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所開始讀研。”他說，在那里，導(dǎo)師林勵吾院士和臧景齡研究員，將他引進了催化化學(xué)的研究領(lǐng)域，開始從事高分散金屬催化劑的研究。
“選擇到大連化物所讀研究生，是我人生中最重要、最正確的選擇之一?！睆垵f，“這里一流的科學(xué)家、一流的科研設(shè)施、一流的科研氛圍，都為我的成長提供了良好的條件和基礎(chǔ)，使我一步步從學(xué)生成長為一位科學(xué)家?！?/p>
創(chuàng)新突破：單原子催化的誕生與挑戰(zhàn)
在碩士和博士期間，張濤就開始研究高分散金屬催化劑。那時的他，已經(jīng)對催化劑的分散度和活性有了初步的認(rèn)識。之后納米催化的興起使得納米尺度效應(yīng)廣受關(guān)注，金屬尺度的下降可以顯著提高催化活性。這啟發(fā)了張濤，他開始思考：如果將金屬分散到更小的尺度，甚至達(dá)到單原子級別，催化活性會不會進一步提高？
張濤院士指導(dǎo)學(xué)生
這個想法聽起來簡單，但實現(xiàn)起來卻困難重重。首先，如何制備出穩(wěn)定的單原子催化劑就是一個巨大的挑戰(zhàn)。金屬原子在極小的尺度下極易團聚，難以保持單分散狀態(tài)。此外，如何表征和鑒定單原子催化劑也是一個難題。當(dāng)時的電鏡技術(shù)還無法直接觀察到單個原子。
面對這些挑戰(zhàn)，張濤和團隊經(jīng)過無數(shù)次的嘗試和失敗，終于找到了制備穩(wěn)定單原子催化劑的方法。他們利用化學(xué)手段將金屬原子溶解在溶液中，然后通過特定的方法將其負(fù)載到載體上，再通過一系列復(fù)雜的工序處理成具有活性的催化劑。同時，他們還與國際上的電鏡專家合作，成功觀察到了單原子催化劑中的單個原子。
“我們的思考和研究到位了，世界儀器水平發(fā)展也到位了，使我們可以從球差校正電子顯微鏡中清楚地看到單個原子?！苯Y(jié)合其他催化劑制備和表征技術(shù)，2011年，張濤團隊在國際上首次報道了鉑（Pt）以孤立金屬單原子狀態(tài)鑲嵌于氧化鐵（FeOx）中的多相催化劑，并提出了“單原子催化”的原創(chuàng)概念，引起了國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。
單原子催化不僅部分顛覆了傳統(tǒng)催化理念，更為開發(fā)低成本高效貴金屬工業(yè)催化劑提供了可能。“用化學(xué)最小的尺度來研究和理解催化反應(yīng)的機理和本質(zhì)，而不是像過去一樣在‘黑匣子炒菜’，我覺得這個概念提出是十分必要和重要的”，張濤說，“我們希望通過這個概念推動催化領(lǐng)域的發(fā)展，為解決全球性問題貢獻一份力量。”
科研報國：既要上書架，也要上貨架
留任大連化物所后，張濤一度負(fù)責(zé)航天催化劑的研制工作。他和團隊開發(fā)了肼水燃料分解催化劑，并應(yīng)用于航天器的推進系統(tǒng)，為我國的航天事業(yè)做出了貢獻。此外，他還完成了宇宙飛船生命保障系統(tǒng)中的擬人耗氧材料及組件的研制，并在“神舟”系列飛船上得到應(yīng)用。
張濤院士指導(dǎo)學(xué)生
除了航天催化劑外，張濤還帶領(lǐng)團隊還開發(fā)了多種高效脫氧劑，廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)。這些脫氧劑可以有效去除石化產(chǎn)品中的氧氣雜質(zhì)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。
“對于我們做科學(xué)研究的人來說，主要有兩方面追求。一個是要‘上貨架’，研發(fā)的東西要能夠變成產(chǎn)品，所以我希望把單原子催化這個概念推向廣泛的工業(yè)化應(yīng)用，實現(xiàn)真正的成果轉(zhuǎn)化。另一個追求是要‘上書架’，未來單原子催化的概念可能會和人工智能結(jié)合，實現(xiàn)催化劑的理性設(shè)計和精準(zhǔn)制備，形成系統(tǒng)的單原子催化理論。如果這個理論能夠指導(dǎo)該領(lǐng)域的發(fā)展，寫進教科書，擺上書架，那更能體現(xiàn)理論的普適性和重要性，也能展現(xiàn)我國科學(xué)家對世界科學(xué)的貢獻。”張濤說。
除了科研工作外，張濤還非常注重人才培養(yǎng)和團隊建設(shè)。“我一直鼓勵學(xué)生要敢于創(chuàng)新、敢于挑戰(zhàn)權(quán)威?！睆垵f，“我希望他們能夠在科研道路上不斷探索、不斷前進。”
“科學(xué)無止境，一代人有一代人的追求?！睆垵f，“我相信年輕一代肯定會站在我們的肩膀上去解決新的問題，為國家的科技進步貢獻更大的力量?！?/p>
