2月12日，中國(guó)科學(xué)院在京舉行新聞發(fā)布會(huì)，公布2026年度陳嘉庚科學(xué)獎(jiǎng)和陳嘉庚青年科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單。 張濤院士憑借“單原子催化”項(xiàng)目，榮獲陳嘉庚化學(xué)科學(xué)獎(jiǎng)。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)在原子尺度上催化劑活性位及催化性能的調(diào)控，開啟“單原子催化”新方向。之前因其對(duì)“單原子催化”的發(fā)展和應(yīng)用所作出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，榮獲2024未來科學(xué)大獎(jiǎng)-物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)；榮獲2025年度化學(xué)領(lǐng)域"引文桂冠獎(jiǎng)"，成為首位獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)的中國(guó)內(nèi)地科學(xué)家。

本文節(jié)選分享 《“未來”科學(xué)家：未來科學(xué)大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)咴L談實(shí)錄（2023—2024）》一書中張濤“關(guān)于單原子催化”的訪談。

關(guān)于單原子催化

對(duì)于科學(xué)家來說，把一件事情做到最精準(zhǔn)、最確定，這種追求本身就特別讓人著迷。因?yàn)槲覀冏非蟮木褪菑臉O限的空間尺度、極限的時(shí)間尺度去理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

——張 濤

?記者：您是從什么時(shí)候開始，投身到單原子催化領(lǐng)域的呢？

張濤：如果要追根溯源，其實(shí)應(yīng)該從 1983 年算起。當(dāng)年導(dǎo)師布置給我的研究生論文課題就是高分散金屬催化劑。1995 年我開始獨(dú)立主持科研工作。我是在2000 年左右，完成航天催化相關(guān)的國(guó)家任務(wù)后，開始重新審視納米催化領(lǐng)域，進(jìn)而投身到單原子催化領(lǐng)域研究的。

當(dāng)時(shí)很多催化劑都含有貴金屬，催化反應(yīng)在貴金屬表面發(fā)生。由于貴金屬資源稀缺且價(jià)格昂貴，所以提高貴金屬原子利用效率就成了催化劑制備科學(xué)的核心問題之一。其實(shí)那時(shí)候大家已經(jīng)意識(shí)到，納米顆粒是由幾百個(gè)甚至上千個(gè)原子組成的，納米催化劑的分散度還能進(jìn)一步提高，再往下研究，極限又在哪里呢？經(jīng)過多次討論，大家意識(shí)到，那不就是原子分散嗎？每個(gè)原子都分開，這就是我們單原子催化概念的雛形。

不過，雖然這一思想被催化研究人員所知曉，但受限于當(dāng)時(shí)的催化劑制備技術(shù)以及表征水平等客觀因素，大家依然覺得這個(gè)想法簡(jiǎn)直是天方夜譚。因?yàn)樵谀菚r(shí)，想看清楚單個(gè)原子是非常困難的。所以“單原子催化劑” 與“ 單原子催化” 的概念一直沒能被正式提出和證實(shí)。

?記者：那么您是 如何首先提出“單原子催化”概念的呢？

?張濤：回憶起當(dāng)時(shí)提出這一概念的情景，我覺得可以用“ 天時(shí)地利人和” 來形容。一方面我們自己的思考和研究已經(jīng)比較深入、到位了，另一方面當(dāng)時(shí)世界儀器水平的發(fā)展也達(dá)到了相應(yīng)高度，我們能夠借助球差校正電子顯微鏡清楚地看到單個(gè)原子。

2011 年，我和清華大學(xué)的李雋教授、美國(guó)的劉景月教授合作，在研究氧化鐵負(fù)載鉑單原子催化劑及其催化性能的基礎(chǔ)上，首次提出了“ 單原子催化” 這個(gè)新概念，還成功制備出世界首例具有實(shí)用意義的“單原子”鉑催化劑，使鉑的催化活性比傳統(tǒng)納米催化劑提高了兩倍以上，貴金屬的用量卻比原先下降了70%~90%，大大提高了貴金屬的利用率。

沒想到，這一下子就引發(fā)了國(guó)際上的廣泛關(guān)注，也得到了催化界的普遍認(rèn)可，還迅速成為催化領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。

在概念的命名上，確實(shí)存在一些糾結(jié)的地方。從易于理解和傳播的角度來看，“單原子催化”相對(duì)簡(jiǎn)單，一般老百姓對(duì)于“ 原子” 這個(gè)概念還是有所認(rèn)知的，這個(gè)表述容易被大眾接受和表述。然而，從科學(xué)的準(zhǔn)確性來講，單原子催化劑的準(zhǔn)確定義和描述其實(shí)更為復(fù)雜，它是一類負(fù)載型金屬催化劑，以金屬原子為核心，單原子周邊存在配位環(huán)境，核心金屬單原子之間互不相連。但這樣的表述過于專業(yè)，普通大眾很難理解，越是追求準(zhǔn)確，就越難以被廣泛接受。

所以當(dāng)我們提出“ 單原子催化” 這個(gè)概念時(shí)，很多人就提出質(zhì)疑，甚至有部分人認(rèn)為這個(gè)概念是錯(cuò)誤的，因?yàn)橐粋€(gè)單原子本身無法穩(wěn)定存在。但我認(rèn)為，這就如同中國(guó)哲學(xué)里講的“ 大道至簡(jiǎn)”，只要抓住核心問題，也就抓住了事物的本質(zhì)。

?記者：您能夠幫助介紹一下“單原子催化”的意義嗎？

?張濤：單原子催化的意義在于，這個(gè)概念可以使我們從原子尺度來理解催化劑和催化反應(yīng)。單原子尺度的認(rèn)識(shí)能讓我們做更高效、更精準(zhǔn)的化學(xué)。就好像，在初中和高中階段，課本只是泛泛地提到有催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速度，但對(duì)于為什么能改變、原因是什么，這些問題都沒有深入解釋。

我們一輩子為之奮斗的目標(biāo)，就是針對(duì)某一類催化劑，把其中的原理講清楚。如果能從原子水平，也就是化學(xué)最小的尺度——原子尺度，把一個(gè)化學(xué)反應(yīng)研究透徹，這對(duì)于理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，以及實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的化學(xué)反應(yīng)，都是非常有幫助的。這是令人激動(dòng)的大事。

單原子催化的應(yīng)用前景也非常廣闊：在環(huán)境催化方面，單原子催化劑展現(xiàn)出了優(yōu)異的污染物降解性能，有望在未來的環(huán)境治理中發(fā)揮重要作用。在能源催化方面，單原子催化劑可以提高燃料電池和電解水等能源轉(zhuǎn)換過程的效率，為清潔能源的發(fā)展提供有力支持。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，已借鑒我們的單原子催化劑的概念提出了“單原子酶”的概念，此外，單原子催化劑可以用于合成具有特定生物活性的小分子藥物。在材料科學(xué)領(lǐng)域，單原子催化劑可以用于調(diào)控材料的表面性質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)，從而制備出具有優(yōu)異性能的新材料……

?記者：感覺您剛才講述這些的時(shí)候特別激情澎湃。

?張濤：這是我們一直追求的目標(biāo)，當(dāng)然會(huì)充滿激情。對(duì)于未來未知的新事物，只有始終保持這種激情，才會(huì)有動(dòng)力去探索和研究。

?記者：您覺得，未來，“單原子催化”的發(fā)展趨勢(shì)如何？

?張濤：到目前為止，催化研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到能完全掌握其中所有規(guī)律的程度，它就像是一個(gè)黑匣子，我們還沒有完全搞清楚里面的奧秘。但我相信，隨著科技的不斷發(fā)展，會(huì)有更多先進(jìn)的表征手段和科學(xué)方法出現(xiàn)，在原子尺度上理解和認(rèn)知催化反應(yīng)，這個(gè)夢(mèng)想應(yīng)該不會(huì)太遙遠(yuǎn)，是有可能實(shí)現(xiàn)的。

我也期望在不久的將來，能實(shí)現(xiàn)人工智能和單原子催化概念的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)催化劑的真正理性設(shè)計(jì)。以后的催化研究不再像以前那樣采用模糊和定性的方法，而是借助人工智能的發(fā)展、先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，以單原子催化劑為出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ)，理性地設(shè)計(jì)出更多、更高效的工業(yè)化催化劑。這是我們?cè)诮窈笠欢螘r(shí)間內(nèi)努力追求的目標(biāo)，也是催化領(lǐng)域一個(gè)重要的發(fā)展方向。

我們做科學(xué)研究一般有兩個(gè)追求，一個(gè)是上貨架，研發(fā)的東西要能夠成為產(chǎn)品，把單原子催化劑大規(guī)模推向工業(yè)化應(yīng)用，服務(wù)于社會(huì)。另一個(gè)是上書架，單原子催化理論進(jìn)入教科書，體現(xiàn)我國(guó)科學(xué)家對(duì)世界科學(xué)的貢獻(xiàn)。

本文節(jié)選自《“未來”科學(xué)家：未來科學(xué)大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)咴L談實(shí)錄（2023—2024）》（未來科學(xué)大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邊矔邉澪瘑T會(huì)編. 北京: 科學(xué)出版社, 2025.11）一書。

ISBN 978-7-03-083776-9

（未來科學(xué)大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邊矔?/p>

責(zé)任編輯：劉鳳娟 孔曉慧

本書為2023—2024 年未來科學(xué)大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)叩牟稍L實(shí)錄，以每位獲獎(jiǎng)?wù)叩某砷L(zhǎng)經(jīng)歷、奮斗故事，對(duì)于科學(xué)、研究與人生的思考為主軸，同青少年讀者、科研工作者展開一次穿越時(shí)間和空間的“對(duì)談”，進(jìn)行一場(chǎng)偉大而深刻的精神探索，用獲獎(jiǎng)?wù)叩目茖W(xué)精神和專注的工作態(tài)度激勵(lì)、啟迪年輕一代，為中華民族創(chuàng)造力的噴涌奠定堅(jiān)實(shí)的科學(xué)思想基礎(chǔ)。

本書受眾為青少年、科研工作者、關(guān)注科學(xué)與自身成長(zhǎng)的人群。

（本文編輯：劉四旦）

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