《物理化學(xué)學(xué)報》編輯部

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871

催化領(lǐng)域的發(fā)展對于解決人類社會的環(huán)境、能源等重大問題起到至關(guān)重要的作用。催化體系、催化劑是催化領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵。研究催化劑結(jié)構(gòu)、理解催化反應(yīng)機(jī)理、剖析結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系、設(shè)計(jì)高性能催化劑來滿足工業(yè)化應(yīng)用是催化領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容。隨著人類能源危機(jī)和環(huán)境污染的不斷加劇，開發(fā)綠色可持續(xù)新能源催化技術(shù)是解決上述問題的關(guān)鍵策略。

本期我們有幸采訪了國內(nèi)催化領(lǐng)域的代表人物，《物理化學(xué)學(xué)報》編委王雙印教授，為我們分享了他的研究經(jīng)歷及對國內(nèi)外催化行業(yè)的分析。

問題1：請您為讀者們簡單介紹一下您的科研歷程。

回答：我在浙江大學(xué)化工系本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文從事的是高分子材料方面的研究工作，2006年到新加坡南洋理工大學(xué)攻讀博士學(xué)位從事燃料電池方面的研究，隨后在美國凱斯西儲大學(xué)、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校、英國曼徹斯特大學(xué)(瑪麗居里學(xué)者)開展研究工作。2013年入職湖南大學(xué)，主要從事電催化劑缺陷調(diào)控，燃料電池以及有機(jī)電催化轉(zhuǎn)化等方面的研究工作。

問題2：是什么把您吸引到催化的研究領(lǐng)域的呢？回答：進(jìn)入催化領(lǐng)域，是件很偶然的事情。我博士期間的第一個課題是燃料電池質(zhì)子交換膜的表面修飾，利用高分子通過靜電自組裝的方式對質(zhì)子交換膜進(jìn)行表面修飾，抑制抗甲醇穿梭的性能。在課題研究過程中，偶然發(fā)現(xiàn)所使用的高分子可以高效地修飾碳材料，用其負(fù)載貴金屬納米顆粒的時候，可以很好地提高納米顆粒的分散性，并提升其負(fù)載量，對甲醇氧化顯示了很好的電催化性能。這一偶然發(fā)現(xiàn)，使得自己從高分子膜方向轉(zhuǎn)向了電催化研究。

問題3：中國催化的研究在國際上處于什么位置？回答：在國家的大力支持下，我國催化領(lǐng)域的研究發(fā)展迅速，成果顯著。在全方位、分層次的戰(zhàn)略布局情況下，經(jīng)過多年來長期的奮斗，我國催化領(lǐng)域已形成了一支高水平的基礎(chǔ)研究隊(duì)伍，取得了一批國際上有影響的成果，整體研究水平已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。近年來，國內(nèi)研究學(xué)者在催化這一領(lǐng)域取得了巨大發(fā)展，先后提出了研究催化的新視角、新材料、新反應(yīng)體系。催化研究領(lǐng)域涉及面廣，在各個方面都取得了巨大進(jìn)展。以催化新材料的研究為例，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所張濤院士的團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)性地提出了單原子催化劑的概念，單原子催化劑現(xiàn)已被國內(nèi)外研究者廣泛應(yīng)用于熱催化、電催化以及一些重要的工業(yè)催化過程(例如水煤氣變換反應(yīng)和甲醇重整)，顯示優(yōu)異的催化活性和選擇性。

問題4：目前催化領(lǐng)域的發(fā)展存在的最大的挑戰(zhàn)有哪些？未來有哪些發(fā)展趨勢？

回答：較大的挑戰(zhàn)有很多，主要包括明確催化劑微觀結(jié)構(gòu)與催化性能之間的關(guān)系，尋找催化活性與穩(wěn)定性俱佳的高效催化劑，還有跟蹤催化劑表面原子與反應(yīng)分子及其中間體的相互作用及變化過程，以及在復(fù)雜環(huán)境中研究特定化學(xué)反應(yīng)的催化過程等?？傮w來說，深入理解催化反應(yīng)過程中反應(yīng)物與催化劑的動態(tài)變化以及開發(fā)出可用于工業(yè)生產(chǎn)的高性能催化劑是目前最大的挑戰(zhàn)。未來催化劑的機(jī)理研究更注重原位表征技術(shù)的運(yùn)用，各種催化反應(yīng)體系的交叉和結(jié)合會大大增加，對催化劑的性能將會更注重實(shí)際工況下的評估。

問題5：請您列舉一些您課題組現(xiàn)階段主要的研究方向和學(xué)術(shù)成果。

回答：我的課題組現(xiàn)階段的研究方向主要包括：電催化劑缺陷化學(xué)，有機(jī)電催化合成，高溫燃料電池。在基礎(chǔ)研究方面，我們開辟了“電催化劑缺陷化學(xué)”方向，主要從理解缺陷-構(gòu)筑缺陷-利用缺陷的視角開展研究工作，在這一領(lǐng)域取得了系統(tǒng)性創(chuàng)新研究成果：(1)自主搭建微區(qū)電化學(xué)平臺，明確了邊緣缺陷碳的高活性，建立了碳本征缺陷-催化活性-表面電荷之間的構(gòu)效關(guān)系；(2)實(shí)現(xiàn)了缺陷的選擇性構(gòu)筑，揭示了化合物缺陷催化機(jī)制，為高性能電催化劑的設(shè)計(jì)提供了理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)；(3)利用缺陷位的活潑特性，實(shí)現(xiàn)了缺陷位的功能化修飾，賦予了催化劑新的催化功能，豐富了缺陷化學(xué)研究的內(nèi)涵，為催化劑缺陷調(diào)控提供了新的思路。在應(yīng)用研究方面，我們開發(fā)了負(fù)載型催化劑的批量、普適化制備工藝，為工業(yè)催化、燃料電池以及清潔能源生產(chǎn)等領(lǐng)域催化劑的應(yīng)用提供了空間。在有機(jī)電催化轉(zhuǎn)化方向，我們成功實(shí)現(xiàn)常溫常壓下電催化合成尿素，提出了親核試劑電催化轉(zhuǎn)化的氫缺陷循環(huán)機(jī)制。

問題6：您認(rèn)為催化發(fā)展和應(yīng)用對我們的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)會有哪些影響？

回答：隨著社會快速發(fā)展，人類對能源的需求不斷增加，化石能源的過度消耗也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī)。提高能源利用效率和開發(fā)新能源是解決環(huán)境污染和能源危機(jī)的有效途徑。尤其是新能源電轉(zhuǎn)化裝置因其高效清潔等優(yōu)勢得到了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。其中涉及的反應(yīng)包括氧還原反應(yīng)(ORR)，析氧反應(yīng)(OER)和析氫反應(yīng)(HER)、二氧化碳還原(CO2RR)以及氮?dú)膺€原(NRR)等。而這些電化學(xué)反應(yīng)都需要催化劑才能夠高效進(jìn)行。催化材料是解決能源危機(jī)中的重要核心技術(shù)，理解催化機(jī)理、掌控催化活性位點(diǎn)、調(diào)節(jié)催化材料中的電子、離子的傳輸及其與反應(yīng)物和產(chǎn)物分子的相互作用對提高催化劑的催化效率、選擇性和耐久性等方面都起著重要作用。因此，對于實(shí)現(xiàn)低能耗、零排放、清潔化生產(chǎn)等一系列目標(biāo)來說，催化發(fā)展對于當(dāng)今社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

問題7：您認(rèn)為科研人員最重要的品質(zhì)是什么？您對研究生或年輕的科研工作者有什么建議？

回答：科研人員最重要的品質(zhì)是好奇心和獨(dú)立思考，科學(xué)研究過程有很多未知，保持探索未知的渴望并獨(dú)立思考非常重要。對于有志從事科學(xué)研究的青年學(xué)生或?qū)W者，我有兩點(diǎn)建議：(1)夯實(shí)基礎(chǔ)知識，探究科學(xué)本質(zhì)；(2)獨(dú)辟蹊徑，忌盲從熱點(diǎn)。

問題8：請問您認(rèn)為什么是期刊發(fā)展最重要的因素？

回答：我認(rèn)為期刊發(fā)展的最重要的是發(fā)表論文的質(zhì)量水準(zhǔn)。為了吸引高質(zhì)量的高源，期刊需要關(guān)注的點(diǎn)很多。首先是同行認(rèn)可度。增強(qiáng)同行認(rèn)可度的主要方式是通過對發(fā)表內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)篩選，實(shí)現(xiàn)對深度內(nèi)容的挖掘，對創(chuàng)新內(nèi)容的拓展和對專業(yè)發(fā)展方向的引導(dǎo)，從而增進(jìn)同行對于本期刊的專業(yè)性與內(nèi)容的嚴(yán)謹(jǐn)度的認(rèn)可，有利于本期刊學(xué)術(shù)口碑的建立。其次是審稿人的專業(yè)匹配度。通過對審稿人專業(yè)背景的嚴(yán)格挑選，為每篇稿件挑選合適的審稿人，保證審稿人的專業(yè)背景能為稿件提出既有深度又有廣度的專業(yè)性意見與建議。然后是稿件處理速度。當(dāng)今社會科研工作發(fā)展迅速，提高稿件處理效率，對于作者對其工作的進(jìn)一步推進(jìn)和提升具有重要意義。