中國粉體網(wǎng)訊
中科大校長包信和院士
（圖片來源：中國科學技術大學）
包信和，男，漢族，無黨派。1959年8月出生于江蘇省揚中（縣）市。物理化學家，理學博士、研究員、教授。中國科學院院士、發(fā)展中國家科學院（TWAS）院士和英國皇家化學會榮譽會士（HonFRSC）。他長期從事新型催化材料和能源清潔高效轉化過程的研究，發(fā)現(xiàn)和闡述了納米限域條件下，催化劑活性中心的結構、電子特性和催化活性間的關聯(lián)機制和作用規(guī)律。在國際上首次提出了納米限域催化概念，并在一維碳管、二維界面和三維晶格中，獲得拓展和完善，形成了理論體系，為認識催化作用機理和實現(xiàn)精準調控化學反應奠定了重要基礎。
以此概念為指導，包信和院士攜團隊開發(fā)了一系列高性能催化劑，為碳基資源的高效清潔利用開辟了新途徑，在國際學術界和產業(yè)界產生了重大影響，相關研究成果分別于2014年和2016年入選中國科學十大進展。同時，納米限域催化成果也榮獲了2020年度國家自然科學獎一等獎。
二十年磨一劍
包信和出生于江蘇揚中，1975年高中畢業(yè)后，城鎮(zhèn)戶口的他被下放到農村老家干了一年半的農活。之后，他被分配到了揚中縣獸藥廠工作。1978年，他第二次參加高考，一邊工作一邊復習了一個多月，沒想到高考成績在全縣位列前茅。因為在獸藥廠工作過，包信和選擇了復旦大學化學專業(yè)。1987年，包信和拿到了恢復高考后復旦第一批頒發(fā)的博士學位。
1989年，包信和獲德國洪堡基金和馬普基金資助，前往德國馬普協(xié)會Fritz-Haber研究所進行合作研究。20世紀90年代中期，我國科技發(fā)展急需各類高端人才，國家派人到歐美邀請在那里深造的中國科研人員回國效力。
彼時，包信和已在德國從事研究工作5年有余，而他的妻子尚未完成柏林自由大學哲學系全部碩士課程，兒子也在柏林小學讀書，如果扔下一切舉家回國，談何容易，更不必說當時國內的科研條件比起國外的差距。他的導師埃爾特教授擔心這會影響到包信和科研項目的進展。
出國之初就從來沒想過要在國外長期發(fā)展，包信和說：“中國的催化事業(yè)更需要年輕‘催化劑’，是該回國報效的時候了！”面對執(zhí)意回國的包信和，一心想把這個得意弟子留下來的埃爾特教授只好作罷。
可能是被包信和的愛國情懷所感動，埃爾特教授親自說服了馬普協(xié)會總部，將研究所學科變化中調整出的總值約750萬元人民幣的儀器設備無償贈送給包信和。臨別，他充滿期望地對包信和說：“我已經(jīng)不再年輕，但是催化這門學科還很年輕。如果回國后你有條件，可以關注對納米與生物催化前沿問題的探索，它們是未來催化發(fā)展的方向�！�
1995年，包信和回國后到大連化物所從事研究工作。他將自己的研究方向鎖定在能源轉化中的催化基礎研究，瞄準煤、天然氣等非石油資源的轉化利用，努力創(chuàng)新高效、環(huán)境友好的催化過程。
經(jīng)過20多年的潛心研究和實踐，包信和及其研究團隊借助納米尺度的空間限域效應對體系電子能態(tài)進行調變，實現(xiàn)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(huán)境等相互作用系統(tǒng)對電子能態(tài)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(tài)以及維持催化體系循環(huán)往復的內在機制，從而明確定義和系統(tǒng)創(chuàng)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(fā)展。項目成果榮獲2020國家自然科學一等獎。
“納米限域催化”成果能夠榮獲2020年度國家自然科學獎一等獎
（圖片來源：新華社）
“抓”住偶然
“限域效應實際上是保持催化體系在反應過程中處于活性狀態(tài)，并維持催化體系循環(huán)往復不斷地發(fā)生�！卑藕驼f。在包信和眼里，讓催化反應持續(xù)進行就是要讓催化劑一直配位不飽和，即處于“半溫飽狀態(tài)”。但配位不飽和狀態(tài)往往也很活潑，很難維持住。
2006年，團隊成員在將三氧化二鐵納米粒子填充到碳納米管的過程中，發(fā)現(xiàn)了一個有意思的現(xiàn)象：隨著管徑縮小，碳納米管內催化劑的還原溫度降低了，而且管腔還有穩(wěn)定還原態(tài)催化劑的作用。如何解釋這一現(xiàn)象，團隊爭論不休。這一現(xiàn)象也引起了包信和的重視。多年的經(jīng)驗和積累告訴他，這或許能為深入理解催化機理找到突破口。他隨即設計了嚴謹?shù)膶嶒炗媱潱笇F隊成員進行探索。
一次實驗現(xiàn)象轉瞬即逝，但包信和敏銳地抓住了這一瞬間，并通過大量的實驗驗證，揭示出其中的科學本質。
研究發(fā)現(xiàn)，卷曲的管壁導致碳納米管內外形成了電勢差，促進了管內催化劑形成配位不飽和的活性中心。隨著研究的深入，研究人員逐步理解了碳納米管內催化劑顯示出獨特性能的機理，據(jù)此提出了“碳納米管限域”的概念。
后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，除碳納米管外，金屬—氧化物界面也能穩(wěn)定配位不飽和的活性中心，團隊進一步提出“界面限域催化”的概念。碳納米管限域與界面限域催化構成了“納米限域催化”概念中狹義限域和廣義限域兩個方面。
“要時刻保持天上掉餡餅的‘警覺’�！卑藕捅硎�，科研人員不能離開科研一線、不能離開學生，學生受經(jīng)驗積累限制，知道結果，未必了解成因和背景，這時候就需要導師指導，與他們討論并安排實驗細節(jié)。
為了能夠隨時掌握實驗進展，包信和即使在擔任大連化物所所長期間也一直把辦公室“設”在實驗室旁。他說“就是為了多跟學生在一起”�！鞍藕屠蠋熃�(jīng)常晚上10點左右還要找我們探討當天的實驗結果，分析實驗現(xiàn)象背后的原因�！贝筮B化物所研究員傅強說。
納米限域催化研究團隊
（圖片來源：遼寧日報）
團隊之力
一項重要的原創(chuàng)成果，一定是源于廣博的知識，巧妙的聯(lián)想，合作的胸懷以及堅持與恒心。盡管一路走來困難重重，但包信和的研究團隊始終保持和諧團結的學風，以對于科學真摯的熱情彼此扶植合作。
“納米限域催化概念及其產業(yè)化應用開發(fā)需要多個研究團隊、上百位研究人員的團結協(xié)作，任何一環(huán)出現(xiàn)短板或松懈都無法達到今天的效果。”包信和說。
在這個團隊中，定期組織科研骨干的工作研討已成常態(tài)。大連化物所研究員鄧德會是這些研討會的“�？汀�，“我們經(jīng)歷過很多艱難的階段，可能相對而言沒有那么多文章發(fā)表，但是大家的熱情真的從沒減弱，真正的科學研究是需要耐心和恒心的，整個團隊都是很有信心、鍥而不舍的。”鄧德會說。
為了培養(yǎng)一流人才，包信和為年輕導師的發(fā)展創(chuàng)造了許多良好的條件，比如項目、經(jīng)費、設備和學生等。包信和還會定期召集團隊成員，討論每個人的發(fā)展規(guī)劃。這也造就了團隊和諧、團結的氛圍，培養(yǎng)出一批心無旁騖的“技術宅”。
20多年來，該實驗室共培養(yǎng)博士研究生125人、碩士研究生14人、博士后40余人，多人已成長為催化領域的優(yōu)秀人才，在學術界和產業(yè)界產生了重要影響。
“理論指導實踐，未來，基于納米限域催化概念，將有更多技術實現(xiàn)產業(yè)化應用，屆時將提高我國乃至全球的資源利用效率�！卑藕驼f。
參考來源：
“納米限域催化”：原始創(chuàng)新始于毫末|國家自然科學獎一等獎.中國新聞網(wǎng)
在連院士風采錄.大連日報
國家自然科學獎一等獎中科院大連化物所包信和團隊二十年磨一劍摘取皇冠上的明珠.遼寧日報
破譯催化密碼讓化學反應更精準.光明日報
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除！
