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用“单原子”为催化科学烙下“中国印”

大连化物所“单原子催化”成果获国家自然科学奖一等奖

张涛院士（左）、杨小峰研究员（中）、李隽院士（右）在研讨中。大连化物所供图

7月8日召开的国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上，中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）研究员张涛，中国科学院院士、清华大学教授李隽，大连化物所研究员王爱琴、研究员乔波涛、研究员杨小峰等共同完成的“单原子催化”成果，荣获2025年度国家自然科学奖一等奖。

催化被誉为现代化学工业的“心脏”，在能源转化、材料合成、环境保护及生命健康等领域发挥着不可替代的作用。催化的本质是反应物在“活性位”的作用下加速转化为产物的过程，其数量与微观结构直接决定了催化反应的活性与选择性。因此，如何在原子尺度上最大化“活性位”数量并精准构筑“活性位”，既是催化科学长期追求的目标，也是行业面临的巨大挑战。

“单原子催化”是由我国科研团队在国际上首次提出并发展的原创科学概念，也是催化科学百余年发展历程中，少数由中国科学家提出并获得国际广泛认可的重要概念之一。

早在20世纪80年代，张涛就致力于高分散金属催化的基础与应用研究，力求在原子水平上准确理解催化过程并实现理性设计。经过二十余年的潜心钻研与攻关，团队于2009年成功制备出国际首例实用载体负载的单原子催化剂（Pt_1/FeO_x）。该成果将铂的催化活性较传统纳米催化剂提高了两倍以上，而贵金属用量却下降了70%到90%。

2011年，张涛团队与清华大学李隽教授、亚利桑那州立大学刘景月教授等合作，通过催化剂的成功制备、理论的机理研究、仪器的精准表征这一系列扎实的“组合拳”，在国际上率先提出了“单原子催化”新概念。“我们通过理论研究，不仅解答了单原子催化剂为什么可以稳定，为什么可以催化，还搞清楚了它是如何来调控化学反应的。这改变了以往如同‘黑匣子炒菜’般对催化反应的理解模式。”李隽表示。

这一原创概念提出后迅速引发国际学术界高度关注，成为多相催化领域最活跃的前沿方向之一。全球百余个国家、数千个课题组纷纷跟进，研究范畴也从最初的热催化迅速拓展至光催化与电催化，涵盖环境催化、能源转化、精细化学品合成、拟酶催化和碳资源高效利用等多个方向。这束光照亮的是一条从概念创立到系统认知的完整路径。与此同时，越来越多的科学家开始加入这支追光的队伍，一同向着放大应用与示范的方向不断前行。

目前，在“单原子催化”的指引下，国内外科学家已在氯乙烯生产、烯烃多相氢甲酰化、制药、精细化工等方面实现了工业应用。张涛表示：“过去我们有幸站在前人肩膀上提出了新概念，未来随着‘单原子催化’与人工智能结合，将塑造原子精准催化研究新范式，使高效催化剂的理性设计成为可能，推动全球新能源和绿色化工的发展。”（大连新闻传媒集团/大连云记者 谢小芳）