11月3日上午，2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京人民大會(huì)堂隆重召開。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所包信和院士、潘秀蓮研究員、傅強(qiáng)研究員、鄧德會(huì)研究員的“納米限域催化”成果榮獲2020年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
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。精準(zhǔn)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)過(guò)程一直是催化化學(xué)追求的目標(biāo)，在當(dāng)今能源高效轉(zhuǎn)化、資源優(yōu)化利用及生態(tài)環(huán)境優(yōu)化的需求推動(dòng)下，需要催化過(guò)程更加溫和，催化反應(yīng)更加精準(zhǔn)和高效，催化科學(xué)和技術(shù)正面臨著創(chuàng)新變革的巨大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
自上世紀(jì)90年代中開始，包信和帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從事納米催化的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，孜孜不倦地追求著對(duì)催化過(guò)程的準(zhǔn)確理解和對(duì)催化劑的理性設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)20多年的潛心研究和實(shí)踐，研究團(tuán)隊(duì)借助納米尺度的空間限域效應(yīng)對(duì)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“限域催化”概念；進(jìn)一步將研究拓展至二維界面以及活性中心微環(huán)境等相互作用系統(tǒng)對(duì)電子能態(tài)的調(diào)變，從實(shí)驗(yàn)和理論上闡明“限域”效應(yīng)保持催化體系在反應(yīng)過(guò)程中的活性狀態(tài)以及維持催化體系循環(huán)往復(fù)的內(nèi)在機(jī)制，從而明確定義和系統(tǒng)創(chuàng)建了具有廣泛意義和普適性的“納米限域催化”概念，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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，豐富和完善了催化基礎(chǔ)理論，引領(lǐng)和推動(dòng)了催化科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。
“納米限域催化”概念在催化選擇氧化和高效加氫等多個(gè)重要催化體系中得到驗(yàn)證，引起了國(guó)內(nèi)外同行的高度關(guān)注和重視，相關(guān)領(lǐng)域成為當(dāng)今催化基礎(chǔ)研究和應(yīng)用實(shí)踐的熱點(diǎn)之一。
在“納米限域催化”概念指導(dǎo)下，包信和團(tuán)隊(duì)多項(xiàng)代表性應(yīng)用成果也已經(jīng)走到了工業(yè)試驗(yàn)階段?；诮缑嫦抻蚋拍钤O(shè)計(jì)了配位不飽和的納米氧化物與貴金屬匹配的復(fù)合催化體系，用于一氧化碳高選擇催化氧化反應(yīng)。創(chuàng)制的鉑鐵（Pt-FeO）催化劑與商用燃料電池系統(tǒng)匹配，室溫下將重整氫氣中30ppm一氧化碳高效脫除到1ppm以下，連續(xù)工作超過(guò)3500小時(shí)，解決了原料氫氣中微量一氧化碳造成燃料電池催化劑失活的難題。采用氧化物界面限域穩(wěn)定的氧缺陷活性中心與具有納米孔道限域擇形效應(yīng)的分子篩耦合，創(chuàng)立OXZEO？催化體系，實(shí)現(xiàn)了煤經(jīng)合成氣一步高選擇性直接制取乙烯、丙烯和丁烯等低碳烯烴，從原理上摒棄了近百年來(lái)煤轉(zhuǎn)化過(guò)程采用的傳統(tǒng)費(fèi)托合成路線，省去了耗水、耗能的水煤氣變換和水-氫循環(huán)過(guò)程，并成功突破了目標(biāo)產(chǎn)物分布的選擇性理論極限（ASF）。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)展的新方向。
