來源：科學(xué)網(wǎng)
發(fā)布時(shí)間：2024-10-25
卷首語：1949年，在渤海之濱，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）在新中國的春風(fēng)中揚(yáng)帆啟航，駛向遼闊的科技海洋。從“中國科學(xué)院工業(yè)化學(xué)研究所”到“中國科學(xué)院石油研究所”再到“中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所”，雖然名稱幾經(jīng)變更、學(xué)科不斷凝練，但研究所以滿足國家需求為己任的目標(biāo)始終如一。與國同行75載春秋，大連化物所緊扣時(shí)代使命，逐步形成了“基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并重、應(yīng)用研究和技術(shù)轉(zhuǎn)化相結(jié)合”的全鏈條科研模式，極大激發(fā)了科研活力與創(chuàng)新能力。本專欄旨在回顧研究所近年來的科研成果與發(fā)展軌跡，并展望未來，以更加開放的姿態(tài)和更加堅(jiān)實(shí)的步伐，邁向科技創(chuàng)新的新征程。
基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新的源頭，旨在深入探索自然界、社會(huì)現(xiàn)象和人類思維的本質(zhì)與規(guī)律，在科技創(chuàng)新中具有基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性地位。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，“科學(xué)研究向極宏觀拓展、向極微觀深入、向極端條件邁進(jìn)、向極綜合交叉發(fā)力，不斷突破人類認(rèn)知邊界”，基礎(chǔ)研究對科技創(chuàng)新的深度與廣度有著決定性的影響。它如同深埋地下的礦藏，需要科學(xué)家不斷深挖探索，以獲取改變科學(xué)世界的巨大能量。
與國同行的大連化物所，在科技創(chuàng)新的道路上，始終堅(jiān)持把基礎(chǔ)研究置于極其重要的地位，把提升原始創(chuàng)新能力擺在突出位置，厚植基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新土壤，為研究所科技創(chuàng)新注入了不竭動(dòng)力。
立足基礎(chǔ)研究使命，鑄就攀登科技高峰的階梯
基礎(chǔ)研究的使命在于探究科學(xué)的本質(zhì)，既是對未知世界的勇敢挑戰(zhàn)，又是對未來創(chuàng)新的深厚積淀。大連化物所在分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、能源催化、生命健康等科學(xué)領(lǐng)域的前沿長期深耕基礎(chǔ)研究，科研人員用甘坐“冷板凳”的堅(jiān)守，勇做“栽樹人”的擔(dān)當(dāng)，默默無聞，久久為功，產(chǎn)出了一系列具有重大影響力的原始創(chuàng)新成果，鑄就研究所攀登科技高峰的階梯，拓展人類認(rèn)知世界的邊界。
分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是一門從微觀的原子、分子以及量子態(tài)的水平上研究各種化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)及規(guī)律的學(xué)科，是相對純粹的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。大連化物所長期堅(jiān)持，卓有成效地取得了一系列重要?jiǎng)?chuàng)新成果。2006年以來，楊學(xué)明院士與張東輝院士團(tuán)隊(duì)圍繞基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)，開展了多次試驗(yàn)與理論的“雙向奔赴”，形成了一系列重要的突破性成果，先后有10余篇論文在《科學(xué)》雜志發(fā)表。2006年，合作團(tuán)隊(duì)針對F+H2反應(yīng)進(jìn)行理論實(shí)驗(yàn)研究，利用自行研制的交叉分子束裝置，結(jié)合高精度量子動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，在量子態(tài)水平上觀測到F+H2反應(yīng)中的費(fèi)什巴赫共振態(tài)，回答了分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)困擾了幾十年的問題。2020年，合作團(tuán)隊(duì)在最簡單化學(xué)反應(yīng)氫原子加氫分子的同位素（H+HD→H2+D）反應(yīng)中，發(fā)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)中新的量子干涉效應(yīng)，有助于更深入地理解化學(xué)反應(yīng)過程，豐富了對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。2021年，合作團(tuán)隊(duì)研究了Cl+H2和F+D2反應(yīng)中的波恩-奧本海默的適用性問題，在F+HD反應(yīng)中觀測到化學(xué)反應(yīng)中的分波共振態(tài)，并解決了四原子反應(yīng)OH+HD→H2O+D的全維量子動(dòng)力學(xué)模擬難題。2023年，他們通過控制分子化學(xué)鍵方向，在H+HD→H2+D反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了立體動(dòng)力學(xué)精準(zhǔn)調(diào)控，將人類對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)和調(diào)控推向新的高度，《科學(xué)》（Science）雜志審稿人評價(jià)這是反應(yīng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域里程碑式的突破（a milestone in the field of reaction dynamics）。
實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的立體動(dòng)力學(xué)精準(zhǔn)調(diào)控
太陽能光催化反應(yīng)可以分解水產(chǎn)生氫氣，是科學(xué)領(lǐng)域“圣杯”式的課題，受到全世界關(guān)注。但由于光催化反應(yīng)中光生電荷的分離、轉(zhuǎn)移和參與化學(xué)反應(yīng)的時(shí)空復(fù)雜性，人們對該過程的基本機(jī)制一直不清楚。李燦院士、范峰滔研究員團(tuán)隊(duì)業(yè)經(jīng)20年的前赴后繼，跨越從飛秒到秒、從原子到微米的巨大時(shí)空尺度，綜合集成多種可在時(shí)空尺度銜接的技術(shù)，在國際上首次“拍攝”到光催化劑光生電荷轉(zhuǎn)移演化的全時(shí)空圖像，明確了電荷分離機(jī)制與光催化分解水效率之間的本質(zhì)關(guān)聯(lián)，為突破太陽能光催化反應(yīng)的“瓶頸”提供了新的認(rèn)識(shí)和研究策略。
在國際上首次“拍攝”到光催化劑光生電荷轉(zhuǎn)移演化的全時(shí)空圖像
以國家需求為導(dǎo)向，搭建關(guān)鍵核心技術(shù)應(yīng)用的橋梁
國之所需、科研所向。近年來，大連化物所聚焦國家能源安全和“雙碳”任務(wù)，以“卡脖子”技術(shù)為突破口，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵共性技術(shù)突破為目標(biāo)，在能源領(lǐng)域系統(tǒng)謀劃戰(zhàn)略導(dǎo)向的體系化、前瞻性、原創(chuàng)性應(yīng)用基礎(chǔ)研究，取得了一系列重要的成果，為關(guān)鍵核心技術(shù)應(yīng)用搭建了橋梁。
催化劑是化工生產(chǎn)的技術(shù)核心，85%以上的過程都依賴于催化劑來加速反應(yīng)速率，催化領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究是推動(dòng)化學(xué)工業(yè)變革升級(jí)的關(guān)鍵。決定催化反應(yīng)效率的兩個(gè)重要參數(shù)——反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性往往相互糾纏，此消彼長，難以同時(shí)兼顧。焦峰研究員、潘秀蓮研究員、包信和院士團(tuán)隊(duì)揭示了合成氣直接轉(zhuǎn)化領(lǐng)域長期存在的“高轉(zhuǎn)化率和高選擇性難以兼顧”的科學(xué)根源，創(chuàng)造性地研制了金屬鍺離子同晶取代的微孔分子篩（GeAPO-18），在國際上首次實(shí)現(xiàn)低碳烯烴選擇性和一氧化碳單程轉(zhuǎn)化率同時(shí)超過80%，低碳烯烴單程收率達(dá)48%，為推動(dòng)分子篩催化研究領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。
創(chuàng)新雙功能催化劑打破煤經(jīng)合成氣制烯烴反應(yīng)中活性-選擇性的“蹺蹺板”
氫負(fù)離子（H-）具有強(qiáng)還原性及高氧化還原電勢等特點(diǎn)，但長期以來氫負(fù)離子傳導(dǎo)未得到足夠的重視，相關(guān)知識(shí)積累甚少，面臨材料體系少、操作溫度高、離子電導(dǎo)率低等問題。陳萍研究員、曹湖軍研究員團(tuán)隊(duì)通過機(jī)械化學(xué)方法在稀土氫化物——?dú)浠|（LaHx）晶格中引入大量的缺陷和晶界，開發(fā)了首例溫和條件下（-40至80℃溫度范圍內(nèi)）超快氫負(fù)離子導(dǎo)體，首次實(shí)現(xiàn)了室溫全固態(tài)氫負(fù)離子電池的放電，證實(shí)了這種全新的二次電池的可行性，顛覆了人們對氫負(fù)離子的傳統(tǒng)認(rèn)知，有望為氫負(fù)離子導(dǎo)體的研發(fā)及應(yīng)用打開局面。
開發(fā)首例溫和條件下超快氫負(fù)離子導(dǎo)體
材料是現(xiàn)代科技發(fā)展和工業(yè)進(jìn)步的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。二維過渡金屬碲化物（TMT）是一類新興的二維材料，是國際公認(rèn)的基礎(chǔ)性、前瞻性和戰(zhàn)略性材料體系。目前制備TMT納米片方法存在插層反應(yīng)能壘高、插層反應(yīng)低效、剝離效率低、安全性差等問題。吳忠?guī)浹芯繂T團(tuán)隊(duì)在二維過渡金屬碲化物材料的宏量制備方面取得重要進(jìn)展，提出了一種固相化學(xué)插層剝離新方法，為金屬碲化物二維材料的物性研究與能源應(yīng)用等提供了可能性。
面向人民生命健康，大連化物所以生物分析和生物化工等學(xué)科基礎(chǔ)，以轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的研究和需求等為核心，在代謝組學(xué)、合成生物學(xué)等多個(gè)方向持續(xù)產(chǎn)生有重要影響的學(xué)術(shù)成果，為相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步夯實(shí)了基礎(chǔ)。張麗華研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)展了N-磷酸化肽段高選擇性富集新方法，并結(jié)合肽段的高效分離和高靈敏度鑒定，實(shí)現(xiàn)了N-磷酸化蛋白質(zhì)組的深度覆蓋分析，為推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、合成生物學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。周雍進(jìn)研究員團(tuán)隊(duì)以釀酒酵母為宿主，通過強(qiáng)化和平衡生物合成途徑，以及提高限速步驟異戊烯基化的轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)了酵母生物合成啤酒花活性成分黃腐醇，為復(fù)雜活性天然產(chǎn)物的高效合成提供理論指導(dǎo)，有望為天然產(chǎn)物新資源開發(fā)和可持續(xù)利用提供保障。
從“概念”到“應(yīng)用”，筑牢搶占科技制高點(diǎn)的根基
新質(zhì)生產(chǎn)力的核心要素是科技創(chuàng)新。作為基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并重，應(yīng)用研究與技術(shù)轉(zhuǎn)化相結(jié)合的綜合性研究所，大連化物所堅(jiān)持把世界科技前沿和重大科學(xué)問題同國家重大戰(zhàn)略需求目標(biāo)相結(jié)合，奮力搶占基礎(chǔ)研究的科技制高點(diǎn)，努力推動(dòng)“概念”從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)應(yīng)用，以原始創(chuàng)新推動(dòng)科技進(jìn)步，以科技進(jìn)步助力產(chǎn)業(yè)變革，為我國高質(zhì)量發(fā)展提供科技支撐。
張濤院士團(tuán)隊(duì)經(jīng)過數(shù)年研究，創(chuàng)新性地提出“單原子催化”概念，將催化研究從納米級(jí)向原子級(jí)推進(jìn)，第一次制備出了完全單原子分散的實(shí)用化負(fù)載型金屬催化劑。這種催化劑中所有的鉑都是呈單原子分散狀態(tài)，不僅穩(wěn)定性卓越，其單位點(diǎn)催化活性更是傳統(tǒng)納米催化劑的數(shù)倍，實(shí)現(xiàn)了貴金屬利用率的最大化，使低成本高效貴金屬工業(yè)催化劑開發(fā)成為可能。在解決熱穩(wěn)定性問題的同時(shí)，團(tuán)隊(duì)成功制得千克級(jí)別單原子催化劑，為單原子催化劑的工業(yè)化奠定了基礎(chǔ)，在燃料電池、石油化工、精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)及汽車尾氣凈化等領(lǐng)域具有重要意義。丁云杰研究員與嚴(yán)麗研究員團(tuán)隊(duì)在此概念啟發(fā)下，自主研發(fā)了烯烴多相氫甲?；瘑卧哟呋瘎?，并與合作公司一起建設(shè)了5萬噸/年乙烯多相氫甲?；捌浼託渲普嫉墓I(yè)化裝置。
在國際首次提出“單原子催化”新概念
催化過程被視為科研領(lǐng)域的“黑匣子”，很少有人知道這個(gè)過程究竟發(fā)生了什么。大連化物所包信和院士團(tuán)隊(duì)二十余年深耕不輟，借助納米尺度的空間限域效應(yīng)對體系電子能態(tài)進(jìn)行調(diào)變，實(shí)現(xiàn)了催化性能的精準(zhǔn)調(diào)控，原創(chuàng)性的提出“限域催化”概念。團(tuán)隊(duì)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，創(chuàng)建了具有普適性的新概念——“納米限域催化”?；谛赂拍畹闹笇?dǎo)，合成氣直接轉(zhuǎn)化制低碳烯烴反應(yīng)性能得到極大提升。包信和院士團(tuán)隊(duì)與劉中民院士團(tuán)隊(duì)通力合作，聯(lián)合陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，建設(shè)了世界上首套千噸級(jí)規(guī)模的煤經(jīng)合成氣直接制低碳烯烴工業(yè)試驗(yàn)裝置，并于2020年完成工業(yè)全流程試驗(yàn)，驗(yàn)證了技術(shù)的可行性和先進(jìn)性。基于“納米限域催化”成果，包信和院士團(tuán)隊(duì)榮獲2020年度國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。
原創(chuàng)性地提出“納米限域催化”概念
習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，基礎(chǔ)研究是科技創(chuàng)新的源頭活水，是實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的迫切要求，是建設(shè)世界科技強(qiáng)國的必由之路。源浚者流長，根深者葉茂。作為國家戰(zhàn)略科技力量，大連化物所將進(jìn)一步強(qiáng)化基礎(chǔ)研究的前瞻性、戰(zhàn)略性、系統(tǒng)性布局，加強(qiáng)使命驅(qū)動(dòng)的建制化基礎(chǔ)研究，不斷激發(fā)科研人員創(chuàng)新活力，提升管理效能，從源頭夯實(shí)高水平科技自立自強(qiáng)的根基。同時(shí)，繼續(xù)營造基礎(chǔ)與應(yīng)用的“和諧共舞”的科技生態(tài)，主動(dòng)將國家重大戰(zhàn)略需求作為科技攻關(guān)的方向，以更多的應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果，為關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)注入源源不斷的活力與動(dòng)力，為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和科技強(qiáng)國建設(shè)作出更大貢獻(xiàn)！
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