來源：《中國科學(xué)報》第1版 要聞
發(fā)布時間：2024-12-18
■本報記者 孫丹寧
因提出“單原子催化”這一概念，中國科學(xué)院院士、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）研究員張濤榮獲2024未來科學(xué)大獎“物質(zhì)科學(xué)獎”。
“用化學(xué)最小的尺度研究和理解催化反應(yīng)的機理和本質(zhì)，而不是像過去一樣在‘黑匣子炒菜’，我覺得提出這個概念是十分必要的?！睆垵f，“提出一個新的概念需要能力和機遇并存。大家?guī)资昱Φ暮顾?，才澆灌出‘單原子催化’這一中國人原創(chuàng)的科學(xué)概念。”
翻過山丘，就能聽到新的故事
1963年，張濤出生于陜西省安康市一個群山環(huán)繞的農(nóng)村。年幼的他時?；孟?，山的那邊是什么樣的，“我想走出大山，去看看大海”。
1978年3月，時任中國科學(xué)院院長郭沫若在全國科學(xué)大會閉幕式上發(fā)表題為《科學(xué)的春天》的講話。當時，不滿15歲的張濤熱血沸騰：“在那個激情燃燒的年代，‘學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕’是我們的奮斗口號，許多青年都立志要用科學(xué)振興國家，我也決心要當一名科學(xué)家?！?/p>
在社會渴求“早出人才、快出人才”的背景下，政策允許從高一年級挑選2%的優(yōu)秀學(xué)生提前參加高考。張濤所在的安康中學(xué)挑選了11名成績優(yōu)異的高一學(xué)生，張濤位列其中。熱愛數(shù)學(xué)的他報考了數(shù)學(xué)相關(guān)專業(yè)，由于沒學(xué)過高二以上課程，他最終被調(diào)劑到陜西理工大學(xué)化學(xué)系。
剛剛接觸化學(xué)，張濤就被其中的奧秘所吸引，并逐漸愛上了這門神秘的學(xué)科。
然而，當時地方高校的科研實力較為薄弱，買不起相應(yīng)的實驗設(shè)備。這讓早早就立志成為科學(xué)家的張濤有點“蒙”：“沒有實驗經(jīng)歷怎么辦？”
第一次考研以失敗告終。1982年，張濤被分配到母校安康中學(xué)任教，但他從沒放棄過繼續(xù)深造的念頭?！伴L期在陜南的秦嶺和巴山學(xué)習(xí)與生活，使我對大山外面的世界充滿渴望，特別是大海。所以在選擇讀研究生的單位時，我有兩個關(guān)鍵坐標，一是在海邊，二是選中國最好的研究所。”張濤說。
1983年，張濤如愿來到美麗的海濱城市大連，考入大連化物所，攻讀碩士和博士研究生?！斑@是我人生中最重要也是最正確的選擇之一?！睆垵f。
三十年磨一劍，提出國際原創(chuàng)概念
大連化物所作為中國催化研究領(lǐng)域的殿堂，和張濤夢想的一樣。在這里，“英雄不問出處”，只要有真本事，就可以安心從事科研工作。
“我遇到了導(dǎo)師林勵吾院士和臧景齡研究員，他們把我引入催化化學(xué)的研究領(lǐng)域?！睆垵f。剛到大連化物所時，他就跟隨導(dǎo)師開展高分散金屬催化劑的研究，這也是單原子催化劑的雛形。
1995年，大連化物所內(nèi)航天催化劑方向“風(fēng)雨飄搖”，面臨青黃不接的難題。“所里領(lǐng)導(dǎo)說‘要不讓年輕人試試’。”32歲的張濤被任命為課題組組長。
隨后，張濤開始負責(zé)航天催化劑的研制工作，他領(lǐng)導(dǎo)發(fā)明的肼水燃料分解催化劑成功應(yīng)用于國家任務(wù)，并開拓了推進劑催化分解技術(shù)在我國航空領(lǐng)域的應(yīng)用。他還完成了宇宙飛船生命保障系統(tǒng)中的擬人耗氧材料及組件的研制，并在“神舟”系列上得到應(yīng)用。同時，他研制的高效脫氧劑廣泛應(yīng)用于石化等領(lǐng)域。
張濤把課題組做大做強的同時，開始思考新的規(guī)劃。在“以國家需求為己任”思想的引領(lǐng)下，單原子催化的想法進入了他的腦海。
在很多情況下，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件比較苛刻，例如在常溫下，氫氣和氧氣混合不會自發(fā)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水，但如果加入貴金屬鉑，就能使其在常溫下反應(yīng)。鉑這類可以改變化學(xué)反應(yīng)條件的物質(zhì)叫作催化劑，所以“催化劑”也被稱為化學(xué)工業(yè)的“發(fā)動機”。然而貴金屬價格昂貴、原子利用率低等問題阻礙了金屬催化劑的發(fā)展。
“科學(xué)解決這一問題的關(guān)鍵，在于如何讓喜歡團聚在一起的原子們一個個乖乖排開，進而使每個原子在催化中發(fā)揮作用。”張濤說。
多年來，張濤及團隊不斷探索高分散金屬催化劑的極限。2011年，他們在國際上首次制備了單原子催化劑并測定了其催化反應(yīng)性能，并在此基礎(chǔ)上提出“單原子催化”的原創(chuàng)概念。這種催化劑中所有的鉑都呈單原子分散狀態(tài)，不僅穩(wěn)定性高，單位點催化活性更是傳統(tǒng)納米催化劑的數(shù)倍。單原子催化對于從原子水平理解多相催化具有重要意義，同時也為開發(fā)低成本高效貴金屬工業(yè)催化劑提供了可能。
“單原子催化”概念一經(jīng)提出，就引發(fā)國際單原子催化的研究熱潮。張濤表示，單原子催化在很多化學(xué)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，如潔凈能源轉(zhuǎn)化、二氧化碳減排、環(huán)境污染處理、大宗化學(xué)品合成、精細化學(xué)品合成等。
立足長遠，研究“上貨架”也要“上書架”
從宏觀的催化概念到納米催化，再到單原子催化，張濤認為已經(jīng)“邁了一大步”。而下一步，他想積極推進單原子催化劑的工業(yè)化進程。
“對于我們做科學(xué)研究的人來說，主要有兩方面追求。一個是要‘上貨架’，研發(fā)的東西要能夠變成產(chǎn)品，所以我希望把單原子催化這個概念推向廣泛的工業(yè)化應(yīng)用，實現(xiàn)真正的成果轉(zhuǎn)化。另一個追求是要‘上書架’，未來單原子催化概念可能會與人工智能結(jié)合，實現(xiàn)催化劑的理性設(shè)計和精準制備，形成系統(tǒng)的單原子催化理論。如果這個理論能夠走進教科書，就更能體現(xiàn)理論的普適性和重要性，也能展現(xiàn)我國科學(xué)家對世界科學(xué)的貢獻?！睆垵f。
除了在科研上的貢獻，張濤還經(jīng)?；氐郊亦l(xiāng)安康給中學(xué)生作科普報告，分享他在科研道路上不斷學(xué)習(xí)、不斷前進，最終取得成就的經(jīng)驗和體會。
張濤非常贊同“科學(xué)無國界，科學(xué)家有祖國”的觀點。他認為，年輕人有自己的興趣和追求特別正常，但要盡可能為社會作貢獻，為國家發(fā)展作貢獻。他希望更多年輕人在未來的科學(xué)世界里創(chuàng)造奇跡。
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