张涛、李亚栋因对“单原子催化”的发展和应用所作出的开创性贡献获得“物质科学奖”!
张涛和李亚栋的开创性工作为认知异相金属催化剂的活性位点开启了一道门,也为在原子精度上调控固相催化剂提供了有效途径。他们所引领的单原子催化研究已成为异相催化最前沿领域。他们的研究成果已促使氯乙烯、乙酸、丙醇等大宗化学品绿色环保又高效节能的工业化生产,从而显示了单原子催化助力于人类社会的可持续发展的潜力。
张涛,1963年生于陕西,作为中国科学院大连化学物理研究所的研究员及副院长,深耕能源化工与催化新材料的创新研究,为推动产业升级提供科学支撑。
李亚栋,1964年生于安徽。无机化学领域的杰出学者,现任清华大学化学系教授及安徽师范大学校长,他的科研生涯专注于无机纳米材料合成化学的前沿探索。
在化学工业的核心舞台上,催化剂扮演着举足轻重的角色,支撑起超过80%的化工生产流程。其中,负载贵金属的催化剂尤为关键,却也因其高昂成本和有限资源,导致效率低下成为亟待攻克的难题。
固相金属催化剂,通常是纳米颗粒催化剂,广泛应用于工业生产。为了开发金属原子利用率最优且催化位点及模式均一的异相金属催化剂,自上世纪60年代起,探索将金属分散于载体表面以单个金属原子为异相催化中心的催化剂开发就时有文献报道,但是该领域一直未得到发展。究其原因,缺乏简易可行、广泛适用的单原子异相催化剂制备以及科学表征方法是制约该领域发展的关键因素。如何高效利用贵金属,避免浪费,是业界面临的紧迫挑战。
长达一个多世纪,科研人员致力于揭示活性位点的神秘面纱及其反应机制,但复杂的催化剂结构与多变的反应路径让这一目标难以企及。
直至20世纪80年代初露端倪的金属单原子催化概念,受限于当时技术水平,仅停留于理论构想。直至2011年,张涛等人的开创性工作——《Nature Chemistry》中报道的单原子铂催化CO氧化反应,如同催化领域的破晓曙光,引领了一场全球性的研究风暴,标志着单原子催化时代的启航。历经十载,该领域已从热催化拓展至电催化、光催化等更广阔的应用天地,极大地推动了纳米科学研究的微观化进程。
单原子催化剂巧妙地将金属活性中心以孤立原子形式锚定于载体上,不仅极大提升了催化效率,还实现了原子级精准利用,展现了与传统纳米催化剂截然不同的活性、选择性与稳定性,架设起了均相与多相催化间的桥梁。
张涛的科研轨迹是对单原子催化不懈追求的真实写照。他在航天航空催化剂领域取得了突破性进展,特别是在毫秒级推进剂分解反应研究中,开发的新型有序介孔材料及模拟贵金属特性的催化剂,为航天航空与石化工业的催化剂应用开辟了新天地,显著增强了我国在航天领域的自主创新能力。
2020年,大连化物所自主研发的多相单原子催化剂成功应用于宁波的工业生产,实现了正丙醇的大规模合成,不仅展示了单原子催化剂的广泛应用潜力,也有效缓解了我国对关键化工原料的供需紧张。
李亚栋的科研成就同样光彩夺目,2005年在《Nature》上发表的“纳米晶体的通用合成策略”,通过独创的界面调控机制,开启了多种纳米材料的精准合成之门,此成果被赞誉为当年中国基础研究的重大突破。
近年来,李亚栋亦投身单原子催化研究,开发了一系列高效制备技术,引领了单原子催化剂从实验室走向产业化的国际潮流,为高性能催化剂的低成本生产铺平道路。
李亚栋的人生哲学强调“细微之处见真章”,其自身成长故事便是勤奋铸就成功的生动例证。他从一名普通的中学教师,凭借不懈努力,最终跃升为学界领军人物,这一历程与另一位科学巨匠陈仙辉颇为相似,两人皆是在钱逸泰院士门下深造,共同见证了从平凡到卓越的蜕变。
李亚栋以“欧姆定律”比喻成才之道,鼓励后辈勇于挑战,不畏艰难,唯有坚持不懈,方能抵达成功的彼岸。
都是栋梁呀