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

  • “五一”假期我在岗

  • 入境游持续火爆

独家策划

推荐阅读
董耀会的理想是在全国的长城沿线开发出一万个村,把长城沿线的优质农产品卖到世界各地。
2026-05-02 08:15
习近平总书记强调,要以更大力度、更实举措加强基础研究,提升我国原始创新能力,进一步打牢科技强国建设根基。
2026-05-01 18:40
加强基础研究,建设科技强国的必由之路。
2026-04-30 16:22
“AI投毒”“控评”“互踩”“人肉”“开盒”“算法黑箱”……AI时代,面对这些媒介乱象,该如何约束?
2026-04-30 09:02
近日,国家市场监管总局与教育部联合发布全国首批“专业与标准化教育融合试点单位”名单,位于江苏苏州太仓市的苏州健雄职业技术学院入选。如今,苏州健雄职业技术学院立足太仓“德企之乡”的实际需求,建校20余年来为太仓560余家德企直接输送技能人才或提供相关培训。
2026-04-30 08:59
西出世界屋脊,东汇百川入海,长江绵延6300多公里,滋养了源远流长的中华文明,哺育着勤劳勇敢的中华儿女。“各民主党派中央、无党派人士积极开展长江生态环境保护民主监督,立足实际,各展优长,推动中共中央有关决策部署落实到位。
2026-04-30 08:56
“刚出厂的机器人如同懵懂孩童,需要在数据喂养与场景训练中不断成长。”  他告诉记者,目前训练场的训练内容覆盖现代农业、工业制造、医疗康养等6大领域,精准对接12大产业、27个应用场景。
2026-04-30 08:55
2025年度全国十大考古新发现29日在北京揭晓,吉林东部长白山旧石器时代遗址群、河南新郑裴李岗遗址、河北宣化郑家沟遗址、甘肃庆阳南佐遗址、山西昔阳钟村遗址、河南郑州商城遗址、陕西富平长春遗址、山东青岛琅琊台遗址、浙江绍兴越国都城和汉六朝会稽郡遗址、宁夏贺兰苏峪口瓷窑址上榜。
2026-04-30 08:54
2010年,舒易来获得赴美国哈佛大学麻省眼耳医院联合培养的机会,在该院陈正一教授课题组继续开展耳聋治疗研究。2014年,舒易来带着最前沿的基因编辑理念回到复旦大学附属眼耳鼻喉科医院,继续探索耳聋治疗的新方法。
2026-04-29 10:43
一张4厘米见方、6微米厚的薄膜贴附于大脑功能区表面的硬脑膜外,就能采集到大脑信号。“北脑一号”已在研究者发起的临床研究中完成7例患者植入手术,器械在人体内累计工作时长超4.5万小时,初步验证产品的安全有效性。
2026-04-29 10:38
生物医药基础科研水平大幅提升。据统计,2023年,中国学者在生物医药领域三家全球顶尖学术刊物《细胞》《自然》《科学》发表的文章数量,跃升至全球第二,仅次于美国。在评选出的“2024年医疗界十大临床突破”中,有四项来自中国。
2026-04-29 10:33
乘坐自动扶梯时,很多人有“左行右立”的习惯:右侧站立,左侧留给赶路行人。可如果“左行”撞到了“右立”,还造成了一定损失,要担责吗?近期,上海铁路运输法院审结了一起相关案件。
2026-04-29 10:27
4月27日,农业法修订草案提交十四届全国人大常委会第二十二次会议审议。为突出耕地等农业资源保护和农业绿色发展,草案将现行农业法第八章“农业资源与农业环境保护”分为“土地等农业资源保护”“农业绿色发展”两章。
2026-04-29 10:13
教育部今天(28日)发布《普通高等学校本科专业目录(2026年)》,共新增38种普通高校本科新专业。本次获批申办高校可纳入2026年高考招生。
2026-04-28 11:22
目前,本科专业目录共涵盖13个门类、92个专业类、883种专业。
2026-04-28 11:20
中国农业科学院作物科学研究所小麦基因资源发掘与利用创新团队近日成功克隆了调控小麦分枝与主茎之间角度的关键基因,并揭示了其平衡调控小麦“站姿”的分子机制。
2026-04-28 10:01
作为牵头用户,生态环境部已有8颗环境和大气系列卫星在轨运行,还可统筹调用140余颗民商卫星数据资源。
2026-04-28 10:00
西南大学徐洛浩、刘海平教授团队联合德国科学院院士阿克塞尔·迈尔开展攻关,成功破解相关科学难题。
2026-04-28 09:59
人工智能的崛起为人类社会开启了变革的新纪元,深刻重塑着我们生活与生产的各个方面。而作为文明传承与思维锻造的核心路径,阅读在这一浪潮中经历着前所未有的影响与重构。
2026-04-28 09:57
透视农业农村经济“开门红”,其背后是国家战略引领、政策有力支持和市场社会力量的协同发力。
2026-04-28 09:46
加载更多