1987年12月15日召開的第一屆學(xué)術(shù)委員會第一次會議

2011年召開的第六屆學(xué)術(shù)委員會第一次會議

反應(yīng)—分離耦合催化膜反應(yīng)器

二氧化碳加氫制甲醇工業(yè)示范裝置

近常壓光發(fā)射電子顯微鏡

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

合成氣直接制低碳烯烴新反應(yīng)及OX-ZEO技術(shù)工業(yè)試驗(yàn)

■本報(bào)見習(xí)記者 韓揚(yáng)眉

分毫不差地操作著精密儀器、精雕細(xì)琢地制備著催化劑、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地調(diào)控著原子分子層次的微環(huán)境……在方寸天地之間，從每一次微妙的反應(yīng)變化之中，追求更快、更純、更穩(wěn)定，探尋萬噸級乃至百萬噸級的化工生產(chǎn)解決方案。

這些，是催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員日復(fù)一日的工作與目標(biāo)。從實(shí)驗(yàn)室小試牛刀到工廠工業(yè)示范，他們“點(diǎn)石成金”；從國際前沿到國家需求，他們“頂天立地”。

在中國從催化大國邁向催化強(qiáng)國的征途中，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的名字熠熠生輝。

“任務(wù)帶學(xué)科”踏入國際一流

基礎(chǔ)科學(xué)研究瞄準(zhǔn)應(yīng)用和需求，是催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在成立之初就決定的。

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡稱大連化物所）而建。新中國成立之初，大連化物所承擔(dān)著國家交予的合成油、合成氨凈化催化劑、航空煤油等國防與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展所需的研發(fā)任務(wù)。在完成任務(wù)、滿足國家需求的過程中，大連化物所還孕育帶動了催化這一優(yōu)勢學(xué)科的發(fā)展。

在大連化物所研究員、催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室首屆學(xué)術(shù)委員會秘書辛勤的記憶中，當(dāng)時(shí)國家啟動了首批國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作，要建設(shè)以“催化”為名的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。這項(xiàng)使命自然而然便落在大連化物所肩上。

1984年，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開始籌建，1987年通過國家驗(yàn)收并正式對外開放。

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的成立，是催化界的大事。來自全國催化界的頂尖專家組成了催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第一屆學(xué)術(shù)委員會，包括蔡啟瑞、彭少逸、郭和夫、王弘立、閔恩澤、郭燮賢、吳越、尹元根、林勵吾、陳懿、鄧景發(fā)、李文釗、李樹本、徐維鏵。他們在實(shí)驗(yàn)室通過驗(yàn)收后不久便召開了第一次會議，討論實(shí)驗(yàn)室的定位等事宜。

“會上，閔恩澤和郭燮賢首先指出，催化是應(yīng)用背景廣泛、綜合性強(qiáng)的學(xué)科，是當(dāng)前化學(xué)學(xué)科的前沿和化學(xué)工業(yè)的支柱，它在能源與材料的開發(fā)利用、工業(yè)污染的防治和生命科學(xué)的研究中正起著越來越重要的作用。”辛勤回憶。

“聚焦國家重大需求，布局催化基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。”這是學(xué)術(shù)委員會給實(shí)驗(yàn)室定下的基調(diào)。會議中，他們逐字逐句地審定了實(shí)驗(yàn)室的研究方向：催化劑的活性中心結(jié)構(gòu)和反應(yīng)分子的活化過程、發(fā)展催化劑表征和測試技術(shù)、建立和發(fā)展催化反應(yīng)化學(xué)原理、探索新催化材料和催化反應(yīng)。

回憶當(dāng)時(shí)我國催化學(xué)科研究面臨的挑戰(zhàn)，辛勤說：“以前，由于教育、科研的‘不對稱性’，再加上經(jīng)濟(jì)上封閉落后，我們對外界了解甚少，同時(shí)外界對我們也知之甚少。大家希望，一是盡快提升我們的研究水平，和國際接軌；二是盡快走出去，進(jìn)入國際學(xué)術(shù)交流的舞臺。”

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建成后，積極推動國際合作交流、組織國際學(xué)術(shù)會議，大大增加了我國在國際學(xué)術(shù)上的話語權(quán)。

同時(shí)，為了爭取研究經(jīng)費(fèi)、凝練學(xué)術(shù)課題和聚集人才，郭燮賢、蔡啟瑞、彭少逸、閔恩澤、陳懿等人還籌劃了“煤、石油、天然氣優(yōu)化利用的科學(xué)基礎(chǔ)”八五攀登項(xiàng)目，并得到中石化和國家基金委的資助。這是國家當(dāng)時(shí)對催化領(lǐng)域最大的支持項(xiàng)目，其命題也是中國在相當(dāng)一段歷史時(shí)期的永恒主題。

“我們走了一條以任務(wù)帶動學(xué)科、以學(xué)科支撐技術(shù)的發(fā)展道路。”實(shí)驗(yàn)室主任申文杰總結(jié)說。

事實(shí)證明，這條路走對了——當(dāng)時(shí)形成的4個(gè)學(xué)科方向不僅延續(xù)至今，而且每個(gè)方向都獲得過國家獎。此外，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室連續(xù)3次在國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評估中被評為優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，大連化物所的催化研究也在國際上贏得了一席之地，中國科學(xué)院院士、催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員李燦當(dāng)選國際催化協(xié)會主席，實(shí)驗(yàn)室多位學(xué)者應(yīng)邀在國際重要催化學(xué)術(shù)會議作報(bào)告，多位學(xué)者獲得該領(lǐng)域的重要獎勵。

讓成果走出實(shí)驗(yàn)室

近兩年，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員潘秀蓮頻繁奔波于陜西延長石油（集團(tuán)）工廠（以下簡稱延長石油）與位于大連的實(shí)驗(yàn)室之間，每次到工廠就要待上半個(gè)月到一個(gè)月。

2016年，包信和院士與潘秀蓮領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》上發(fā)表了“合成氣直接轉(zhuǎn)化制低碳烯烴”（OX-ZEO）重要成果，該成果當(dāng)年被評為中國科學(xué)十大進(jìn)展。OX-ZEO技術(shù)創(chuàng)造性地采用復(fù)合氧化物和分子篩耦合的催化新策略，創(chuàng)制新型復(fù)合催化劑，實(shí)現(xiàn)了煤經(jīng)合成氣（一氧化碳和氫氣混合氣體）直接轉(zhuǎn)化制低碳烯烴等高值化學(xué)品的新路線。

“烯烴屬于非�；�礎(chǔ)的化學(xué)品，比如喝水的瓶子、塑料飯盒、文件夾等原料都來自烯烴。”潘秀蓮解釋道。傳統(tǒng)技術(shù)上烯烴從原油冶煉而來，但我國是煤炭大國，煤經(jīng)合成氣直接制低碳烯烴將為我國進(jìn)一步擺脫對原油進(jìn)口依賴、實(shí)現(xiàn)煤炭清潔利用提供一條全新的技術(shù)路線。

在時(shí)任所長張濤院士的推動下，包信和及潘秀蓮領(lǐng)導(dǎo)的基礎(chǔ)研究課題組與劉中民院士帶領(lǐng)的應(yīng)用開發(fā)課題組通力合作、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，很快完成了實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。他們與延長石油合作，建設(shè)了世界上首套基于該項(xiàng)創(chuàng)新成果的工業(yè)中試裝置，并于2019年進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，一氧化碳單程轉(zhuǎn)化率超過50%，低碳烯烴（乙烯、丙烯和丁烯）選擇性優(yōu)于75%，催化劑性能和反應(yīng)過程的多項(xiàng)重要參數(shù)超過設(shè)計(jì)指標(biāo)，總體性能優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室水平，進(jìn)一步驗(yàn)證了該技術(shù)路線的先進(jìn)性和可行性。

盡快把這項(xiàng)由我們自主創(chuàng)新取得的基礎(chǔ)研究成果推向工業(yè)應(yīng)用，是兩個(gè)科研團(tuán)隊(duì)努力奮斗的目標(biāo)。

“從實(shí)驗(yàn)室到工廠并不容易，就像從家里的小鍋飯做到食堂大鍋飯的過程，需要逐步放大，這個(gè)過程不只關(guān)系催化劑本身，而且是一個(gè)系統(tǒng)工程。”潘秀蓮深知這是一個(gè)漫長的過程，但她信心滿滿、充滿期待。

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的成果不僅走進(jìn)了工廠，還走進(jìn)了深海。

2017年3月，在地球已知最深處——太平洋馬里亞納海溝，由李燦團(tuán)隊(duì)研發(fā)的深海原位探測紫外激光拉曼光譜儀，創(chuàng)造了拉曼光譜儀最高深海探測紀(jì)錄——7449米。

該儀器的成功研發(fā)意味著，我國有能力對全球99%的海域進(jìn)行分子光譜探測，在深海礦藏、能源資源（天然氣水合物）、碳循環(huán)與氣候變化以及深海生物信息方面的探測能力大大提高。

事實(shí)上，李燦上世紀(jì)末在美國西北大學(xué)訪問期間，就敏銳地捕捉到利用拉曼光譜開展催化研究的重要性，這也是國際催化界關(guān)注的熱點(diǎn)。而我國當(dāng)時(shí)還做不出此類儀器，且它在國際上也沒有商品化。

回國后，李燦與團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不懈的努力，克服了一道道技術(shù)難題，終于在1998年成功研制出我國第一臺用于催化和材料研究的紫外拉曼光譜儀，并利用它解決了分子篩骨架雜原子配位結(jié)構(gòu)等催化領(lǐng)域的重大科學(xué)問題。

“我們自主研發(fā)的儀器和技術(shù)把很多掩蓋信息因素排除了，可以得到過去無法得到的信息，解決了很多年來大家解決不了的問題。”李燦告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

憑借紫外拉曼光譜，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室走上了國家技術(shù)發(fā)明獎、國家自然科學(xué)獎的獎臺。近年來，他們還將紫外拉曼光譜應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和國家反恐緝毒的偵破領(lǐng)域。

讓成果走出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)工廠、走入深海、走進(jìn)百姓生活，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從未止步。申文杰表示，催化需要科學(xué)和應(yīng)用非常緊密地“糾纏”在一起，“我們要讓研究成果真正地用起來”。

“大催化”優(yōu)勢突出

“作為國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，它必須要有創(chuàng)新性、引領(lǐng)性和先進(jìn)性，既要‘頂天’，又要‘立地’，這是它的使命。”李燦堅(jiān)定地說。

一直以來，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在大連化物所內(nèi)堅(jiān)持以“大催化”的理念踐行它的使命。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，80%~90%的化工生產(chǎn)過程和產(chǎn)品與催化相關(guān)。隨著催化科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，任何單一團(tuán)隊(duì)或某一學(xué)科方向都不能完全解決一個(gè)工業(yè)難題。

“大催化就是凝聚全所的催化力量。只要從事與催化基礎(chǔ)有關(guān)的研究工作，都可在實(shí)驗(yàn)室平臺上工作，圍繞重大問題，共同申請項(xiàng)目、使用儀器設(shè)備、組織學(xué)術(shù)交流，開展‘全鏈條’研究，推動基礎(chǔ)研究與工業(yè)應(yīng)用的無縫銜接。”申文杰解釋說。

研究員楊維慎及朱雪峰團(tuán)隊(duì)的研究成果能迅速進(jìn)入工業(yè)化，正是得益于“大催化”所營造的環(huán)境和氛圍。

在催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，朱雪峰從事無機(jī)膜分離與催化研究，這一方向在實(shí)驗(yàn)室有著20多年的歷史。“分離過程發(fā)生在催化過程之后，將反應(yīng)和分離一體化實(shí)現(xiàn)過程強(qiáng)化是未來化工發(fā)展方向之一，是提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物選擇性和降低過程能耗必不可少的環(huán)節(jié)。”朱雪峰向《中國科學(xué)報(bào)》介紹說。

近年來，朱雪峰致力于滲透機(jī)理、膜材料以及催化膜反應(yīng)器的科學(xué)理論研究，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)展的適用于特定反應(yīng)的膜材料和催化膜反應(yīng)器，強(qiáng)化了化學(xué)反應(yīng)和膜分離過程的耦合效應(yīng)。通過基礎(chǔ)與應(yīng)用的合作，該技術(shù)有望很快實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，并大幅提高合成氨、合成氣等化工工業(yè)過程的效率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

“大催化是實(shí)驗(yàn)室多年形成的傳統(tǒng)，我們盯著重大科學(xué)問題，以及對國家有重要影響的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，大催化的優(yōu)勢愈發(fā)突出。”申文杰自豪地說。

學(xué)科交叉促催化新未來

“催化”這一概念自1835年正式提出已有180多年歷史，早已發(fā)展為一門較為成熟的學(xué)科。

“催化很重要，這是在當(dāng)下，但是隨著社會發(fā)展，它可能會‘out’，變得不那么重要了。”近年來，李燦有著強(qiáng)烈的危機(jī)感。他時(shí)常思考并教導(dǎo)年輕人，“一定要想到5~10年以后，實(shí)驗(yàn)室乃至整個(gè)催化領(lǐng)域如何發(fā)展。”

李燦的危機(jī)感來自工業(yè)生產(chǎn)和國家需求的變化。隨著化石能源的減少、生態(tài)環(huán)境的破壞，傳統(tǒng)的煤化工、石油化工、天然氣化工等已不比當(dāng)年，人類社會對綠色清潔的能源和生態(tài)環(huán)境需求越來越高。經(jīng)典催化和催化研究方法或?qū)⒚媾R“失寵”的局面。

如何尋求突破口？催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)辟蹊徑——倡導(dǎo)“學(xué)科交叉”，拓展催化學(xué)科新領(lǐng)域。

最近幾年，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室不斷與新能源、材料化學(xué)、物理等學(xué)科相互“融合”，加大力度引進(jìn)和培養(yǎng)新型學(xué)科方向的年輕人，逐步建成了催化新材料、納米催化、單原子催化、生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化、太陽能光催化、光電催化、電催化、生物催化等一批新的學(xué)科方向。

“學(xué)科交叉的氛圍讓我很受益。”從事納米催化研究的實(shí)驗(yàn)室副主任、研究員傅強(qiáng)感慨地說。10余年來，他與團(tuán)隊(duì)從納米乃至原子層次剖析催化劑的活性位結(jié)構(gòu)，提出了納米界面限域等新概念，建立了系統(tǒng)的納米催化理論體系，為創(chuàng)制高效納米結(jié)構(gòu)催化劑奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

“這些工作是很多研究組一起完成的，有做理論的、做表征的、做材料的，我們幾個(gè)人天天‘吵架’，但就是在這些討論和爭執(zhí)的過程中，把很多東西搞清楚了。”傅強(qiáng)笑著說。

事實(shí)也證明，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近年來取得的重要突破大多是多個(gè)學(xué)科交叉融合的結(jié)果。

面對未來，申文杰感到壓力，“設(shè)備和經(jīng)費(fèi)可能不是最重要的問題，關(guān)鍵是有沒有新想法，能不能找到大的關(guān)鍵科學(xué)問題、解決國家或人類社會發(fā)展中的難題”。

但他更充滿期待，因?yàn)樵絹碓蕉喔挥袩崆�、勇于挑�?zhàn)難題的年輕人加入了催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。“學(xué)科方向有深度、科研產(chǎn)出有影響力、人才有科學(xué)品位。這將是我們實(shí)驗(yàn)室未來的發(fā)展目標(biāo)。”申文杰說。

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室簡介

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于1984年由國家計(jì)委批準(zhǔn)籌建，1987年通過國家驗(yàn)收并正式對外開放，是我國首批建設(shè)的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一。在2004年、2009年和2014年科技部組織的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評估中連續(xù)三次被評為優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)室。

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以催化基礎(chǔ)研究為立足點(diǎn)、應(yīng)用基礎(chǔ)研究為結(jié)合點(diǎn)，瞄準(zhǔn)國際前沿方向和我國重大應(yīng)用過程的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題，開展深入系統(tǒng)的研究工作。在研究方向上，主要以新催化反應(yīng)、新催化材料和新催化表征技術(shù)研究為核心，以催化劑活性相、活性中心和反應(yīng)機(jī)理原位表征基礎(chǔ)研究為特色，在面向能源、環(huán)境和精細(xì)化學(xué)品合成等方面進(jìn)行催化應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已形成了老中青相結(jié)合、以中青年為主體，并配有精干的技術(shù)和管理人員的研究隊(duì)伍。經(jīng)過30多年的學(xué)術(shù)積累、人才培養(yǎng)和國內(nèi)外合作，持續(xù)取得了一批在國內(nèi)外有重大影響的基礎(chǔ)研究成果和重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)成果，已成為國際知名的催化研究中心。

堅(jiān)守與欣賞讓實(shí)驗(yàn)室“頂天”又“立地”

謀創(chuàng)新就是謀未來，但創(chuàng)新從何而來？催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新之源來自團(tuán)隊(duì)成員的長期堅(jiān)守與互相欣賞。

2006年，傅強(qiáng)回國入職催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室并加入包信和團(tuán)隊(duì)，從事納米催化方向的研究。

納米結(jié)構(gòu)細(xì)小且催化效率高，但其不足是過于“活潑”，如何給納米催化劑上一道“枷鎖”，使其處在亞穩(wěn)態(tài)（配位不飽和），是催化基礎(chǔ)理論和催化劑創(chuàng)制的一大難題。

10余年來，包信和團(tuán)隊(duì)從納米乃至原子層次剖析催化劑的活性位結(jié)構(gòu)，提出了納米限域催化等新概念。在此概念的指導(dǎo)下，傅強(qiáng)和同事嘗試諸多辦法，采用多種先進(jìn)的表面和納米實(shí)驗(yàn)研究手段，并與理論研究團(tuán)隊(duì)密切合作，成功地構(gòu)建了表面配位不飽和亞鐵結(jié)構(gòu)，發(fā)展出“界面限域催化”概念，為更深入地理解多相催化反應(yīng)機(jī)制和創(chuàng)制新的納米催化體系提供了重要的理論基礎(chǔ)，為創(chuàng)制高效納米結(jié)構(gòu)催化劑奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

他們根據(jù)基礎(chǔ)研究的概念，創(chuàng)制出了高效穩(wěn)定的催化劑，成功應(yīng)用于燃料電池用氫氣中CO的高效低溫脫除。最終這些成果在《科學(xué)》上發(fā)表，得到了國際同行和工業(yè)界的高度認(rèn)可。

回顧研究歷程，傅強(qiáng)感慨，創(chuàng)新有一個(gè)過程，有傳承才能有創(chuàng)新，先有量的積累，再有質(zhì)的跨越，最終實(shí)現(xiàn)從0到1的突破。這個(gè)過程中堅(jiān)持非常重要。“包信和老師也時(shí)常告訴我們，科研只要方向?qū)?就不怕路途遙遠(yuǎn)，只要堅(jiān)持，再冷的板凳也能坐熱。”

創(chuàng)新不在于追趕“時(shí)髦”，而是建立在長期的積累和扎實(shí)的基礎(chǔ)之上，這已成為催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室代代相傳的精神。

2007年，辛勤開創(chuàng)了首屆“現(xiàn)代催化研究方法講習(xí)班”，如今已成功舉辦了9屆。談及初衷時(shí)，他說，為年輕催化人夯實(shí)基礎(chǔ)理論。

“創(chuàng)新的思想來自于扎實(shí)的基礎(chǔ)，無論是理論還是技術(shù)，要在問題的核心和關(guān)鍵上下功夫，才可能有創(chuàng)新。當(dāng)前，催化研究與越來越多的學(xué)科交叉，沒有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識，創(chuàng)新只能是‘空中樓閣’。”這是辛勤近60年科研生涯的深切體會。

除此之外，催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還十分強(qiáng)調(diào)“互相欣賞”的文化氛圍。事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)室之所以既能“頂天”又能“立地”、形成“大催化”的學(xué)科理念，建立學(xué)科交叉大團(tuán)隊(duì)，與學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的“互相欣賞”密不可分。

“基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用‘互相欣賞’，發(fā)揮協(xié)同作戰(zhàn)優(yōu)勢，為創(chuàng)新突破提供了像黑土地一樣肥沃的土壤，這是我們的特色和優(yōu)勢。”申文杰說。（韓揚(yáng)眉）