撬动催化原子“力”

　　催化剂是化学工业的发动机，每年有价值千亿元的贵金属作为催化剂被用于工业反应，但在实际的催化反应中，大部分的“化学明珠”——贵金属催化剂却难以被人类应用，令人惋惜。

　　如何用好每一颗“明珠”？答案就藏在原子的力量里。中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员张涛带领团队提出“单原子催化”新概念，开辟了研究新领域。

　　7月8日，在国家科学技术奖励大会上，“单原子催化”摘得2025年度国家自然科学奖一等奖。这一从原子尺度重新定义催化的原始创新，让世界看到中国科学家在前沿基础研究的领先身位。

　　催化的本质，是一群被称为“活性位”的特定原子组合，把反应物快速转化为产物。近百年来，催化科学始终在追问同一个问题：能不能让每个金属原子都成为“活性位”，让每一个原子都“上岗”？这样一来，金属的利用率就能推到理论极限，催化效率将实现跃升。同时，一旦在原子级别看清活性位的结构和行为，催化就不再是“黑箱艺术”，有可能成为可以理性设计的科学过程。这正是张涛团队瞄准的目标。

　　20世纪80年代，当国际催化界还在纳米尺度优化催化剂颗粒时，张涛已着手探索高分散金属催化。二十余年的潜心攻关，终于在2009年迎来爆发点——张涛团队成功制备出国际上第一例可以实际应用的负载型单原子催化剂Pt₁/FeO_x。2011年，团队与清华大学教授李隽、亚利桑那州立大学教授刘景月等合作，在国际上率先提出“单原子催化”概念。

　　团队进而拓展出硝基芳烃选择加氢、C-H键选择氧化、烯烃氢甲酰化等一系列新反应，发现了单原子配位环境这一最具特征性的描述符，发展出能预测稳定性的热力学模型和电化学势窗口模型，还揭示了动态单原子催化等新机制。从概念、机理到稳定性理论，中国科学家构筑起一个完整的新学科框架。

　　如今，在“单原子催化”概念引领下，国内外数千个研究组跟进，相关成果已在氯乙烯生产、精细化工、制药等领域实现工业应用。张涛说：“我们不仅设计完成了世界首例实用型负载金属单原子催化剂，而且归纳总结提出了‘单原子催化’概念，这个科学概念对整个催化乃至化学、材料等领域都产生了巨大影响。”

　　“基础研究是科学技术发展的原创动力。有了‘从0到1’，才能够进一步推动‘从1到10’‘从10到100’。”张涛这样向记者阐释基础研究的意义。而他从秦岭深处的山间小路走向世界催化之巅的轨迹，恰是这段话最生动的诠释。

　　1963年，张涛出生在陕南。20世纪70年代，国家恢复高考和研究生招生的春风吹进了秦巴大山。一本讲述诺贝尔奖获得者的书，点燃了他对化学的热爱。于是，他瞄准了中国科学院大连化学物理研究所，决定要在这里读研究生。

　　但走出大山从来都不是一件容易的事。秦巴山区的冬夜寒气逼人，张涛裹着大棉袄、穿着毛靴，在孤灯下啃着收集来的每一本书。回忆起那段挑灯夜战的日子，张涛笑声里依然带着当年那股不服输的劲头。随后，他如愿考取了中国科学院大连化学物理研究所研究生。正是这种执着，沉淀为日后二十余年坐“冷板凳”的定力。

　　当“单原子催化”概念从实验室走向世界，当“单原子催化”先后入选美国化学会十大研究、中国科学院改革开放40年标志性科技成果以及国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）“2025年度化学领域十大新兴技术”，中国催化科学终于完成了一次漂亮的位势转换——从长期跟跑、并跑，进入领跑的新阶段。“单原子催化”这个由中国科学家提出并系统发展的原创概念，也成为催化科学百余年历史中刻有中国印记的基础理论突破。