催化

催化是现代化学工业的“心脏”，而“单原子催化（Single-AtomCatalysis）”则是对这颗“心脏”极限的探索。

催化是现代化学化工的核心技术

催化是现代化学化工的核心技术。

所以，催化科学的两大核心目标就是：最大化“活性位”的数量，以及在原子尺度上精准构筑“活性位”的结构。

记者：催化科学的本质是什么？

可以把“活性位”想象成催化反应的“加工车间”——车间越多、每个车间越精密，生产效率就越高。

另一类是应用导向型，围绕国家的重大战略目标和人类社会发展面临的现实问题展开，我们所聚焦的“单原子催化”就在这个范畴中。

在应用层面，瞄准新能源催化转化、绿色化学合成等国家急需的方向，推动单原子催化成果更多地转化为服务人民、造福社会的新质生产力。

张涛：我们计划在理论层面，着力构建更为系统、完整的单原子催化理论体系，发展更加高效、简易、快速的催化剂制备与识别方法。

记者：下一步，您和团队在“单原子催化”方面的探索方向是什么？

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贵金属单原子催化剂能够以极低金属用量提供清晰且高效的反应位点。

从光驱动水分解起点到单原子催化剂赋能光催化制氢的发展脉络。

单原子催化剂的活性结构具有动态性。

图6提出从现实约束、光子输运、可规模化单原子催化剂、操作态证据、寿命模型到中试测试的迭代闭环。

早期研究证明了光能驱动水分解的可行性，随后单原子催化概念建立了“孤立金属原子可以作为真实非均相活性中心”的证据基础。

本综述将贵金属单原子催化和光热增强光催化放入统一的光、热、电荷与物质传输框架。

针对上述问题，贵州大学谢泉、田军龙团队联合加拿大国立科学研究院、上海交通大学和湘潭大学的研究团队系统梳理了贵金属单原子催化剂在光热增强光催化制氢中的材料基础、功能分工、机制证据和工程放大路径。

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催化是现代化学工业的“心脏”，而“单原子催化（Single-AtomCatalysis）”则是对这颗“心脏”极限的探索。

中国科学院院士张涛带领团队于2011年在国际上率先提出“单原子催化”新概念，让每一个金属原子都能成为反应中心，金属利用率近100%。

近日，“单原子催化”成果荣获2025年度国家自然科学奖一等奖。

长期从事能源化工及催化新材料等方面的研究，与研究者合作在国际上首次提出了“单原子催化”新概念，获国家自然科学奖一等奖、何梁何利科技进步奖、亚太催化成就奖、首届唐敖庆化学奖、未来科学大奖“物质科学奖”、科睿唯安“引文桂冠奖”、中国催化成就奖、陈嘉庚化学科学奖、德国洪堡奖等。

但单原子催化剂结构单一、位点明确，可以给科学家一个清晰的“模型”，从而从原子尺度去理解和设计催化剂，改变了过去像“黑箱炒菜”一样的研究模式。

张涛：没错，单原子催化在一定程度上还改变了科学家对多相催化的认知和研究模式。

记者：从纳米催化到单原子催化，这不仅仅是“尺寸更小”那么简单吧？

记者：在您提出“单原子催化”之前，科学家们对“活性位”的研究到了哪一步？

单原子催化剂已被证实在50余种不同反应中优于传统催化剂。

合作中发现，我们之前制备的亚纳米催化剂中含有大量的单个原子，经过一年多对催化剂制备参数的优化，大连化物所团队于2009年成功制备出国际首例实用载体负载的单原子催化剂——Pt1/FeOx，使铂的催化活性比传统纳米催化剂提高了两倍以上，贵金属用量却下降了70%到90%。

后来，全球上百个国家、几千个课题组都开始做单原子催化，研究从热催化迅速扩展到光催化、电催化，它成了多相催化领域最活跃的前沿方向之一。

我们于2011年在国际上率先提出了“单原子催化”新概念。

我们联合李隽教授建立了基于化学势原理的单原子催化剂普适热力学稳定性模型和电化学势窗口模型，发展了单原子催化剂稳定性理论。

我们还提出了“动态单原子催化”和“单团簇催化”等新机制，把单原子催化的内涵和外延都扩大了。

我们还提出了配位环境是单原子催化剂最核心的“描述符”，并建立了配位数、电子态与催化性能之间的关联。

单原子催化示意图。

我常说，单原子催化是“一群人”的成果。

张涛催化就是让化学反应“跑得更快、走得更准”。

催化到底是什么，究竟有多重要？

催化是现代化学化工的核心技术

催化是现代化学化工的核心技术。