中國科學院大連化學物理研究所 大連 116023

催化基礎國家重點實驗室*

中國科學院大連化學物理研究所 大連 116023

編者按 中科院重點實驗室（含國家實驗室、國家重點實驗室、院重點實驗室）是中科院從事基礎研究和高技術前沿探索的核心力量，是國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，是國家組織高水平基礎研究和應用基礎研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才、開展高水平學術交流、科研裝備先進的重要基地。近年來，各重點實驗室在學科建設、創(chuàng)新成果產出、人才培養(yǎng)、實驗室管理體制機制建設等方面取得了突出的成績和大量的經驗，為全面展示其近年來的工作進展和在學科建設上的引領骨干作用，在前沿科學與教育局的指導下，以《院刊》為平臺，從本期開始以國家重點實驗室和院重點實驗室為序、分學科選擇優(yōu)秀實驗室予以報道，以饗讀者。

催化基礎國家重點實驗室是我國首批建設的國家重點實驗室之一。經過30年的學術積累、人才培養(yǎng)和廣泛而卓有成效的國內外合作，持續(xù)取得了一批在國內外有重大影響的基礎研究成果和重大產業(yè)化技術，已成為國際知名的催化研究中心。建室以來，獲得國家技術發(fā)明獎一等獎1項、國家技術發(fā)明獎二等獎3項、國家自然科學獎二等獎2項、國家科技進步獎二等獎1項，省部級二等獎以上獎勵13項。2004年、2009年和2014年，實驗室連續(xù)3次在國家重點實驗室評估中被評為優(yōu)秀實驗室。

實驗室現有科研人員與研究生約260人。研究員41人（包括中科院院士3人、國家杰出青年科學基金獲得者11人、國家“千人計劃”3人），副研究員24人，高級工程師5人，助理研究員13人，工程師12人，博士后30人，研究生178人。

實驗室根據催化學科的發(fā)展趨勢和我國能源、化工、環(huán)境等發(fā)展的實際需求，明確定位“以催化基礎研究為立足點、應用基礎研究為結合點，瞄準國際前沿方向和我國重大應用過程的關鍵基礎科學問題，開展深入系統的研究工作”。主要研究方向包括：新催化材料及其制備新技術、環(huán)境友好和資源優(yōu)化利用的新催化反應過程、原位動態(tài)表征技術和催化理論計算。近年來在催化基礎和應用基礎方面取得了一系列創(chuàng)新性成果和突破性進展，其中部分內容簡述如下。

1　納米催化

大約70%的化工過程用到固體催化劑，其效率很大程度上取決于催化劑在納米尺度上的作用機制。自2000年起，實驗室系統研究催化劑納米結構與反應性能的本質關系，從納米乃至原子層次剖析催化劑活性位結構，提出了單原子催化、形貌效應、納米界面限域新概念，為創(chuàng)制高效納米結構催化劑奠定了科學基礎，并引領納米催化研究新方向。

2　太陽能光催化

太陽能光催化是地球上最重要且最具挑戰(zhàn)的化學反應，涉及材料、物理、化學等學科。實驗室圍繞高效寬光譜吸光、光生電荷高效分離、電子/空穴有效參與催化反應等關鍵基礎科學問題，探索高效光催化劑的設計原理和方法。研制了多個寬光譜響應的可見光催化劑體系，發(fā)現了“異相結”光生電荷分離和晶面光生電荷分離效應，提出了氧化和還原雙助催化劑協同促進新策略，為提高太陽能到化學能轉換效率、認識光化學轉化的動態(tài)過程與微觀機制提供了科學基礎。

3　多相手性催化

多相手性催化是合成手性藥物中間體的重要策略之一，也是化學領域的前沿方向。實驗室圍繞高效和高選擇性地構建手性化學鍵，多相催化與均相催化交叉結合，發(fā)展了納米反應器內均相手性催化反應的新策略。通過化學微環(huán)境修飾、納米尺度封口等技術將一系列均相手性分子催化劑封裝在納米籠中，構筑了納米手性反應器，觀察到納米反應器內手性催化劑的雙分子耦合反應加速效應，實現了多相催化、材料化學和手性催化的交叉融合。

4　生物質催化轉化

生物質催化轉化為化學品和液體燃料是其合理且高效利用的重要途徑，但涉及復雜的固-固-液-氣反應動力學和C-O、C-C的活化的選擇性問題。實驗室采用均相催化和多相催化相結合的策略，設計多種新型高效脫氧、加氫多功能催化劑體系，實現了生物質平臺化合物催化轉化制航空煤油、纖維素制乙二醇、木質素制酚類化合物等重要反應的高活性和高選擇性。通過設計和制備均相-多相復合結構催化劑和調變兩類活性中心的協同作用，實現了纖維素一步高選擇性生成乙二醇的新反應途徑。

5　無機膜及膜催化

反應分離一體化是現代化工發(fā)展方向之一，反應與分離的合理匹配可大幅度提高過程效率。實驗室針對分子篩膜分離材料結構調控的技術難點，利用氣-液界面輔助取向自組裝技術和對晶種層二次成核過程的調控，發(fā)展出一種新的制備高性能分子篩膜的方法，實現了具有高度取向的MFI型分子篩薄膜的可控制備，膜材料表現出精確的分子尺寸篩分性能，完成了5萬噸/年異丙醇分子篩膜脫水的工業(yè)示范。近期，還發(fā)展了單層MOFs超薄分子篩膜材料制備新技術，實現了快速而精確地篩分尺寸差異僅為0.04 nm的氫氣和二氧化碳分子，是目前唯一能達到二氧化碳燃燒前捕獲應用要求的膜材料。

6　甲醇制烯烴（DMTO）技術

基于我國煤代油的能源戰(zhàn)略需求，實驗室通過長期開拓性研究，突破了小孔磷酸硅鋁分子篩合成技術，實現了SAPO-34分子篩工業(yè)放大合成和工業(yè)生產，開發(fā)出具有自主知識產權的甲醇制烯烴（DM TO）成套技術。于2011年完成了世界首套甲醇制烯烴工業(yè)化裝置（60萬噸烯烴/年）商業(yè)化運營，使我國在國際上率先擁有設計和建設百萬噸級甲醇制烯烴工業(yè)裝置的技術能力，居全球領先地位。目前已有7套甲醇制烯烴工業(yè)化裝置投入商業(yè)運行，烯烴產能近400萬噸/年。

在國際合作方面，實驗室基于“開放、流動、聯合、競爭”的理念，與德國、法國、荷蘭、美國和日本等國的催化科研機構開展了廣泛的合作研究。先后成立了中法催化聯合實驗室、中德“催化納米技術”伙伴小組、BP大連能源創(chuàng)新實驗室；實施了中荷戰(zhàn)略合作計劃項目、中美電子化學和表面催化研究項目和日本JST先進科學技術項目。

（相關圖片請見彩插一）

2015年9月1日