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  • 我所“納米限域催化”成果榮獲2020年度國家自然科學獎一等獎

      11月3日上午,2020年度國家科學技術獎勵大會在北京人民大會堂隆重召開。我所包信和院士、潘秀蓮研究員、傅強研究員、鄧德會研究員的“納米限域催化”成果榮獲2020年度國家自然科學獎一等獎。

      作為核心技術,催化在能源轉化、材料合成、環境保護及生命健康等領域發揮著決定性作用。精準調控化學反應過程一直是催化化學追求的目標,在當今能源高效轉化、資源優化利用及生態環境優化的需求推動下,需要催化過程更加溫和,催化反應更加精準和高效,催化科學和技術正面臨著創新變革的巨大機遇和挑戰。

      自上世紀90年代中開始,包信和帶領團隊從事納米催化的基礎和應用研究,孜孜不倦地追求著對催化過程的準確理解和對催化劑的理性設計。經過20多年的潛心研究和實踐,研究團隊借助納米尺度的空間限域效應對體系電子能態進行調變,實現了催化性能的精準調控,提出“限域催化”概念;進一步將研究拓展至二維界面以及活性中心微環境等相互作用系統對電子能態的調變,從實驗和理論上闡明“限域”效應保持催化體系在反應過程中的活性狀態以及維持催化體系循環往復的內在機制,從而明確定義和系統創建了具有廣泛意義和普適性的“納米限域催化”概念,為精準調控化學反應的性能和反應路徑打下了堅實的基礎,豐富和完善了催化基礎理論,引領和推動了催化科學和技術的發展。

      “納米限域催化”概念在催化選擇氧化和高效加氫等多個重要催化體系中得到驗證,引起了國內外同行的高度關注和重視,相關領域成為當今催化基礎研究和應用實踐的熱點之一。

      在“納米限域催化”概念指導下,包信和團隊多項代表性應用成果也已經走到了工業試驗階段?;诮缑嫦抻蚋拍钤O計了配位不飽和的納米氧化物與貴金屬匹配的復合催化體系,用于一氧化碳高選擇催化氧化反應。創制的鉑鐵(Pt-FeO)催化劑與商用燃料電池系統匹配,室溫下將重整氫氣中30ppm一氧化碳高效脫除到1ppm以下,連續工作超過3500小時,解決了原料氫氣中微量一氧化碳造成燃料電池催化劑失活的難題。采用氧化物界面限域穩定的氧缺陷活性中心與具有納米孔道限域擇形效應的分子篩耦合,創立OXZEO®催化體系,實現了煤經合成氣一步高選擇性直接制取乙烯、丙烯和丁烯等低碳烯烴,從原理上摒棄了近百年來煤轉化過程采用的傳統費托合成路線,省去了耗水、耗能的水煤氣變換和水-氫循環過程,并成功突破了目標產物分布的選擇性理論極限(ASF)。包信和院士團隊成功拓展OXZEO®催化劑設計思想,初步創建了煤經合成氣轉化新技術平臺,實現了系列高值化學品和燃料的定向合成,引領了節水、節能高效煤化工發展的新方向。(文/圖 傅強、潘秀蓮、鄧德會)

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