点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【锚定2035·院士谈科学报国】从纳米到单原子,推动催化技术升级换代
首页> 光明科普> 图文 > 正文

【锚定2035·院士谈科学报国】从纳米到单原子,推动催化技术升级换代

来源:光明网2024-11-13 09:29

  编者按:习近平总书记指出,科学普及是实现创新发展的重要基础性工作。为助力高水平科技自立自强,中国科协科普部联合光明网推出“锚定2035·院士谈科学报国”系列文章,邀请各领域院士就我国当下热点科技问题给予权威解答,服务引导更多科技工作者提升科研科普能力,促进全民科学素质提升,为科技强国建设贡献科普力量。#千万IP创科普

  催化在当今化工产业中占据着核心地位。从石油炼制到精细化学品合成,从环境保护到新能源开发,催化无处不在。那么,催化到底是什么?简而言之,催化是指化学反应在外来物质作用下反应速度加快的一种现象。外来物质被称作催化剂,反应速度加快的过程被称为催化过程。

  在我的科研生涯中,我经历了从纳米材料合成到单原子催化的转变。在工业催化领域,尽管纳米颗粒催化剂已实现了广泛应用,但贵金属的稀缺性和高昂价格,严重增加了生产成本,阻碍了其大规模应用。因此,降低催化剂成本的同时提升金属纳米颗粒的活性、选择性和稳定性,成为我们的目标。因此,我开始关注并投身于单原子催化的研究。

【锚定2035·院士谈科学报国】从纳米到单原子,推动催化技术升级换代

  单原子催化是“单原子位点催化”的简称,指发生催化的活性位点落在一个原子上面,极大提高了金属原子的利用效率。相较于传统催化剂,单原子催化剂理论上可达到100%的原子利用率,这一特性预示着其在推动现代化工产业升级换代方面的巨大潜力。

  这个概念听起来简单,但实现起来却异常艰难。在过去几十年里,尽管科学家们一直在努力开发高效的异相金属催化剂,但金属原子的利用率始终无法突破瓶颈。直到我们提出了单原子催化的概念,并成功实现了单原子催化剂的合成与应用,这一领域才迎来了革命性的突破。

  单原子催化具有许多传统催化剂无法比拟的优势。首先,它的原子利用率极高,理论上可以达到100%,这意味着我们可以更高效地利用贵金属资源。其次,单原子催化剂具有独特的电子结构和几何构型,这使得它在催化反应中表现出更高的活性和选择性。

  然而,单原子催化也面临着许多挑战。比如,如何确保单原子催化剂的稳定性?如何在大规模合成中保持其催化性能?如何揭示单原子催化的反应机制?这些问题都需要我们不断探索和解决。

  单原子催化作为一项前沿的科学技术,具有广泛的应用前景。在环境保护方面,单原子催化剂可以有效地催化降解空气中的有害物质,如甲醛、氮氧化物等,从而改善空气质量。在能源转化方面,单原子催化剂可以催化二氧化碳的还原反应,将二氧化碳转化为有用的燃料或其他化学品,这对于实现碳中和和可持续发展具有重要意义。此外,在化学合成、药物研发等领域,单原子催化剂也展现出巨大的潜力。

  单原子催化剂的发现使人类的认知进入到了原子级水平层次,单原子催化的发现和合成制备,让我们有信心去挑战人类在物质科学的基础,并验证原子级精准制造能不能实现。如果单原子催化进入工业化示范成功,将有可能使人类进入单原子单分子的新时代,为人类在近代科学技术中的研究作出重要贡献。

  目前,单原子催化技术还处于实验室研究阶段。但我们已经看到了它工业化应用的曙光。通过与多家企业的合作,我们正在努力推进单原子催化技术的产业化进程。我们相信,在不久的将来,单原子催化技术将成为推动现代化工产业升级换代的重要力量。

  (本文系中国科学院院士、清华大学化学系教授、安徽师范大学校长、2024未来科学大奖“物质科学奖”获奖者之一李亚栋在“科学点燃青春”的青少年对话中的分享,光明网记者宋雅娟整理)

【锚定2035·院士谈科学报国】从纳米到单原子,推动催化技术升级换代 

【锚定2035·院士谈科学报国】从纳米到单原子,推动催化技术升级换代

[ 责编:肖春芳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平向2024年世界互联网大会乌镇峰会视频致贺

  • 焊花璀璨,铸就制造强国之路

独家策划

推荐阅读
全海深光电缆绞车系统“海威GD11000”,日前随广州海洋地质调查局“海洋地质二号”船在我国南海完成了首个航次的深海调查任务。
2024-11-20 09:21
近日,中国科学院兰州化学物理研究所研究员何林团队与武汉大学教授雷爱文团队合作,在催化羰基化领域取得重要进展——成功利用一氧化碳或二氧化碳替代剧毒光气,高效合成含氮羰基化合物非对称脲。。
2024-11-20 09:24
这种菌能够迅速分解番茄、辣椒、娃娃菜等多种蔬菜尾菜,并具有促进作物生长、拮抗土传病原菌等功能特性。在此基础上,课题组进一步研发了“蔬菜尾菜+快速腐解菌+有机肥+功能菌”四位一体的原位还田技术。
2024-11-20 09:20
11月18日,在沪渝蓉高铁全线控制性咽喉工程崇太长江隧道内,我国盾构隧道智能建造V2.0技术体系正式在“领航号”盾构机成功应用
2024-11-20 09:19
19日,四川、重庆、贵州三省市同步首发动力型锂电池试运专列,这是我国铁路首次大规模试运输动力锂电池,将助力国产动力锂电池产品的全球流通。
2024-11-20 09:13
近年来,北京市延庆区大力发展低空经济,2023年相关产业产值达23.3亿元。天气渐冷,北京八达岭长城脚下,中关村延庆园内的低空经济产业园依旧热火朝天,一派繁忙景象。
2024-11-19 09:50
据最新一期《自然·化学》杂志报道,美国加州大学圣迭戈分校团队在最新研究中给出了一个涉及两种简单分子间反应的精妙解释。
2024-11-19 09:47
利用样地观测数据、空间分析和树线模型模拟,中国科学院青藏高原研究所研究员梁尔源等人系统分析了尼泊尔珠峰国家公园和安纳普纳保护区混交林树线,揭示了糙皮桦和喜马拉雅冷杉的种群更新动态和树线位置变化。
2024-11-19 09:46
机器人服务员、咖啡师、宠物……各种机器人让人目不暇接。自动载人飞行器,无人机、无人车、无人船……智能驾驶技术遍布“海陆空”。11月14日至16日,第二十六届中国国际高新技术成果交易会在广东深圳举行。
2024-11-19 04:55
近日,记者从湖北省神农架林区林业管理局野保科开展的陆生野生脊椎类动物普查中获悉,神农架现有陆生野生脊椎类动物710种,比原来的493种增加217种。
2024-11-19 05:00
北京时间11月15日23时13分,天舟八号货运飞船在文昌航天发射场由长征七号遥九运载火箭成功发射。自中国空间站建造以来,空间应用系统已在轨开展了百余项科学实验和应用试验,阶段性研究成果持续产出。
2024-11-18 10:27
中国科学院生物物理研究所王晓群研究员课题组、广东省智能科学与技术研究院张旭院士课题组和北京师范大学吴倩教授课题组合作,深入解析了人类背根神经节(DRG)发育过程中调控多种感觉神经元分化的多层级信号通路,并成功构建了人类DRG类器官(hDRGOs)模型。通过比较人类和小鼠的感觉神经元发育,研究人员发现两者在发育进程、基因表达谱和细胞亚型上存在差异。
2024-11-18 10:24
党的二十届三中全会提出,发展通用航空和低空经济。航空航天民航高校应发挥特色优势,形成“航空+”的多元化低空经济专业型人才培养模式,促进低空经济科技链、人才链、产业链的有机衔接。
2024-11-18 10:21
中北大学极端环境特种传感与测试创新研究团队成员正在围绕近期发射任务进行产品研发。日前,第28届“中国青年五四奖章”评选揭晓,中北大学极端环境特种传感与测试创新研究团队获“中国青年五四奖章集体”荣誉称号。
2024-11-18 10:16
据中国载人航天工程办公室消息,天舟七号货运飞船已于11月17日21时25分受控再入大气层。 天舟七号货运飞船于2024年1月17日在文昌航天发射场发射入轨,装载了航天员在轨驻留消耗品、推进剂、应用实(试)验装置等物资。
2024-11-18 10:14
一声战机轰鸣划破长空,一柄银色利剑直冲天际。此次歼-35A敢于摘掉面纱公之于众,不是因为它不再神秘,而是因为它拥有基于实力、能力、国力上的强军自信与大国自信。
2024-11-15 09:20
我国科学家目前已完成八条全球主要海沟深渊的载人深潜科考,创造多项世界载人深潜作业和科考新纪录,在深渊深海地质、生命与环境科学领域取得了一系列原创性重大发现和科考成果。
2024-11-15 09:16
我们必须坚持科技创新的战略先导地位,开辟新领域新赛道,在全球科技竞争中抢占先机,在新兴产业、未来产业发展中赢得主动权。
2024-11-15 09:12
该项技术由华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心与东方电气集团东方电机有限公司、东莞磁脉电气科技有限公司合作完成。
2024-11-15 09:12
120公斤推力级涡喷发动机KP12可配装多用途无人机开展灾情监测、空中消防、物资投送、通讯中继等。
2024-11-15 09:11
加载更多