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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

独家策划

推荐阅读
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
纤维的材料层次、器件结构和电路互连随成形过程共同建立起来,让纤维本身成为电路。另一组实验中,研究团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统,实现了手指对机械臂和无人机的非接触控制。
2026-09-29 09:39
(记者王政)工业和信息化部等7部门28日联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》,提出到2030年,我国新体系电池研发取得重大进展,全固态电池初步实现规模化应用。
2026-09-29 09:40
记者李春剑从中国计量科学研究院获悉,近日,国际计量局(BIPM)的全球卫星导航系统(GNSS)时间传递标准首次在中国完成北斗关键参数的标校与比对验证。随着北斗时间传递链路校准、监测评估和国际互认体系持续完善,北斗将进一步为全球用户提供更加准确、可信的授时服务。
2026-09-29 09:39
近期,国务院印发《全民健身计划(2026—2030年)》,对“十五五”时期推动全民健身事业高质量发展作出部署。国际体育医学期刊《运动医学》指出,抗阻训练较常出现不适或损伤的部位主要集中在肩部、腰背部和膝部。
2026-09-29 09:37
全国科普月不仅是科普服务的集中推出期,更是营造爱科学、学科学浓厚社会氛围的重要契机。期待科普之翼越来越有力,把科学“种”进更多人心田。
2026-09-28 09:49
作为一线科技工作者,我觉得应该肩负起向公众传播科学知识、科学方法、科学思维和科学精神的社会使命。这是历史赋予我们的责任和义务,科学家应该将所学回馈社会。
2026-09-28 09:44
研究团队借助这套气体观测数据,首次定量证实:星团内接连发生的超新星爆发,持续输入的动能足以长期维持星系湍流。
2026-09-28 09:42
23日至27日,以“在数贸会遇见AI未来”为主题的第五届全球数字贸易博览会在浙江杭州国际博览中心举办。
2026-09-28 09:34
9月25日晚,皓月当空,海南科技馆外的人工湖边人头攒动。孩子们有序凑到天文望远镜前,凝神细看,月球表面深浅交错的环形山与陨石坑清晰映入眼帘。
2026-09-28 09:21
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
加载更多