中国科学院|新一代人工智能迎来新起点新型催化剂护航能源安全( 二 )

解密催化“黑匣子” 为能源安全保驾护航
“十三五”以来，我国不仅在人工智能等领域取得突破性进展，在基础科研领域，国家也是从政策层面给予了大力支持，一批重要成果不断涌现。
中国科学院大连化学物理研究所包信和院士科研团队首创的“纳米限域催化”概念就是近些年我国在基础科研领域取得的一项重要突破，该成果为打开催化过程的“黑匣子”提供了创新的理论支撑，并获得了2020年度国家自然科学奖一等奖。
人类的生产生活都离不开化学反应，它关乎我们的健康、环境、能源等各个领域。如何实现对化学反应的控制，让它更精准可控呢？这就需要催化剂的帮助。长久以来，设计出使化学反应效率更高的催化剂，实现对化学反应的精准调控，是各国科学家追求的目标。
中国科学院院士中国科学院大连化学物理研究所研究员包信和：找到一个好的催化剂，想得到的东西就越多，那么不想得到的东西就越少。污染就少，这个碳排放可能就会少。
为了实现这一目标，中科院大连化学物理研究所包信和院士带领团队经过多年探索与研究发现，当催化剂粒子小到纳米级的时候，原本连续的电子能带，会离散成一个个独立的电子能级，通过对其电子态的精准调控，能使反应物分子与催化剂配对，进而实现更为精准的催化反应。

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中国科学院院士中国科学院大连化学物理研究所研究员包信和：实际上我们现在找到的这个“桥梁”就是限域这个概念，就是通过纳米限域改变这个特性之后，来改变催化剂的活性。
那么如何达到限域的目的呢？包信和团队首先在碳纳米管中发现了狭义限域催化的现象。碳纳米管由于空腔极为狭小，大概只有我们头发直径的六万分之一，在这极其狭小的空间内，催化剂纳米粒子就显示出了独特的催化特性。

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中国科学院院士中国科学院大连化学物理研究所研究员包信和：通过限域这样一个概念，改变了它的特性，让这个催化剂变得越来越好，所谓我们的好是什么呢？活性又高，选择性又高。
纳米限域催化概念提出以后，在国际学术界得到了普遍的验证与公认。而包信和科研团队并非只是把科研停留在基础研究的阶段，为国家创造更多的社会和经济效益是他们奋斗的目标。我国是一个石油和天然气资源并不丰富的国家，但是煤炭储量相对较大，长期以来，国家需要大量依赖进口石油生产液体燃料和化学品，这就关系到了国家能源安全。为了让我国摆脱这种石油依赖的情况，包信和科研团队将研究方向锁定在了煤、天然气等非石油资源转化生产液体燃料和化学品等方面。经过多年的探索，终于形成了我国科学家独创的“煤经合成气直接制低碳烯烃”新技术，这是在纳米限域催化概念的指导下取得的一项里程碑式的重大突破，从原理上颠覆了国际上沿用90多年的费托合成技术路线。

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中国科学院院士中国科学院大连化学物理研究所研究员包信和：我们现在做的工作当中改变了费托的这样一个路线，就是我们在反应当中不用氢了，直接用一氧化碳跟另外一个一氧化碳反应，那么这样就是不用水去生成氢，也不会生成（废）水。水的循环就去掉了。 “煤经合成气直接制低碳烯烃”技术省去了耗水耗能的水煤气变换和中间产物合成步骤，缩短了工艺流程，能耗和排放都明显降低，为我国进一步摆脱原油进口，保障能源安全，为支撑碳达峰、碳中和战略目标提供了新的高效低碳煤化工技术路径。

中国科学院|新一代人工智能迎来新起点 新型催化剂护航能源安全( 二 )

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