中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 大連 116023

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室*

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 大連 116023

編者按 中科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（含國家實(shí)驗(yàn)室、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）是中科院從事基礎(chǔ)研究和高技術(shù)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(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才、開展高水平學(xué)術(shù)交流、科研裝備先進(jìn)的重要基地。近年來，各重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在學(xué)科建設(shè)、創(chuàng)新成果產(chǎn)出、人才培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)室管理體制機(jī)制建設(shè)等方面取得了突出的成績和大量的經(jīng)驗(yàn)，為全面展示其近年來的工作進(jìn)展和在學(xué)科建設(shè)上的引領(lǐng)骨干作用，在前沿科學(xué)與教育局的指導(dǎo)下，以《院刊》為平臺(tái)，從本期開始以國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為序、分學(xué)科選擇優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)室予以報(bào)道，以饗讀者。

催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是我國首批建設(shè)的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一。經(jīng)過30年的學(xué)術(shù)積累、人才培養(yǎng)和廣泛而卓有成效的國內(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)化技術(shù)，已成為國際知名的催化研究中心。建室以來，獲得國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)二等獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)勵(lì)13項(xiàng)。2004年、2009年和2014年，實(shí)驗(yàn)室連續(xù)3次在國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估中被評(píng)為優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)室。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)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(xué)基金獲得者11人、國家“千人計(jì)劃”3人），副研究員24人，高級(jí)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(shí)驗(yàn)室根據(jù)催化學(xué)科的發(fā)展趨勢和我國能源、化工、環(huán)境等發(fā)展的實(shí)際需求，明確定位“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”。主要研究方向包括：新催化材料及其制備新技術(shù)、環(huán)境友好和資源優(yōu)化利用的新催化反應(yīng)過程、原位動(dòng)態(tài)表征技術(shù)和催化理論計(jì)算。近年來在催化基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)方面取得了一系列創(chuàng)新性成果和突破性進(jìn)展，其中部分內(nèi)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(jī)制。自2000年起，實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)研究催化劑納米結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性能的本質(zhì)關(guān)系，從納米乃至原子層次剖析催化劑活性位結(jié)構(gòu)，提出了單原子催化、形貌效應(yīng)、納米界面限域新概念，為創(chuàng)制高效納米結(jié)構(gòu)催化劑奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，并引領(lǐng)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(xué)反應(yīng)，涉及材料、物理、化學(xué)等學(xué)科。實(shí)驗(yàn)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(yīng)等關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題，探索高效光催化劑的設(shè)計(jì)原理和方法。研制了多個(gè)寬光譜響應(yīng)的可見光催化劑體系，發(fā)現(xiàn)了“異相結(jié)”光生電荷分離和晶面光生電荷分離效應(yīng)，提出了氧化和還原雙助催化劑協(xié)同促進(jìn)新策略，為提高太陽能到化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率、認(rèn)識(shí)光化學(xué)轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過程與微觀機(jī)制提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

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(xué)領(lǐng)域的前沿方向。實(shí)驗(yàn)室圍繞高效和高選擇性地構(gòu)建手性化學(xué)鍵，多相催化與均相催化交叉結(jié)合，發(fā)展了納米反應(yīng)器內(nèi)均相手性催化反應(yīng)的新策略。通過化學(xué)微環(huán)境修飾、納米尺度封口等技術(shù)將一系列均相手性分子催化劑封裝在納米籠中，構(gòu)筑了納米手性反應(yīng)器，觀察到納米反應(yīng)器內(nèi)手性催化劑的雙分子耦合反應(yīng)加速效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了多相催化、材料化學(xué)和手性催化的交叉融合。

4　生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化

生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化為化學(xué)品和液體燃料是其合理且高效利用的重要途徑，但涉及復(fù)雜的固-固-液-氣反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和C-O、C-C的活化的選擇性問題。實(shí)驗(yàn)室采用均相催化和多相催化相結(jié)合的策略，設(shè)計(jì)多種新型高效脫氧、加氫多功能催化劑體系，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)平臺(tái)化合物催化轉(zhuǎn)化制航空煤油、纖維素制乙二醇、木質(zhì)素制酚類化合物等重要反應(yīng)的高活性和高選擇性。通過設(shè)計(jì)和制備均相-多相復(fù)合結(jié)構(gòu)催化劑和調(diào)變兩類活性中心的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了纖維素一步高選擇性生成乙二醇的新反應(yīng)途徑。

5　無機(jī)膜及膜催化

反應(yīng)分離一體化是現(xiàn)代化工發(fā)展方向之一，反應(yīng)與分離的合理匹配可大幅度提高過程效率。實(shí)驗(yàn)室針對(duì)分子篩膜分離材料結(jié)構(gòu)調(diào)控的技術(shù)難點(diǎn)，利用氣-液界面輔助取向自組裝技術(shù)和對(duì)晶種層二次成核過程的調(diào)控，發(fā)展出一種新的制備高性能分子篩膜的方法，實(shí)現(xiàn)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(xiàn)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(shù)，實(shí)現(xiàn)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(dá)到二氧化碳燃燒前捕獲應(yīng)用要求的膜材料。

6　甲醇制烯烴（DMTO）技術(shù)

基于我國煤代油的能源戰(zhàn)略需求，實(shí)驗(yàn)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(shù)，實(shí)現(xiàn)了SAPO-34分子篩工業(yè)放大合成和工業(yè)生產(chǎn)，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的甲醇制烯烴（DM TO）成套技術(shù)。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(yùn)營，使我國在國際上率先擁有設(shè)計(jì)和建設(shè)百萬噸級(jí)甲醇制烯烴工業(yè)裝置的技術(shù)能力，居全球領(lǐng)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(yùn)行，烯烴產(chǎn)能近400萬噸/年。

在國際合作方面，實(shí)驗(yàn)室基于“開放、流動(dòng)、聯(lián)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(jī)構(gòu)開展了廣泛的合作研究。先后成立了中法催化聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、中德“催化納米技術(shù)”伙伴小組、BP大連能源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室；實(shí)施了中荷戰(zhàn)略合作計(jì)劃項(xiàng)目、中美電子化學(xué)和表面催化研究項(xiàng)目和日本JST先進(jìn)科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目。

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2015年9月1日