《物理化學學報》編輯部

北京大學化學與分子工程學院，北京 100871

催化科學與技術(shù)對人類經(jīng)濟社會的發(fā)展起到了極大的推動作用。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大約80%的化工過程都需要使用催化劑，正是因為催化技術(shù)的發(fā)展，我們才能夠生產(chǎn)足夠的化肥、燃料、化工原料以及生活物資，保障人類基本需求。催化技術(shù)對于經(jīng)濟的直接和間接貢獻已高達20%-30%之多，是人類發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。與此同時，催化學界也不斷地在基礎(chǔ)和應用方面取得新的突破，為實現(xiàn)低能耗、低排放、資源循環(huán)利用，開發(fā)新型能源和綠色制品，解決人類在能源、環(huán)境、氣候等方面提供了新的選擇和機遇。

本期我們有幸采訪了國內(nèi)催化領(lǐng)域的青年科學家，《物理化學學報》青年編委董帆教授，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：2005年9月我在浙江大學攻讀研究生時開始了我的科研之路，2009-2010年期間在香港理工大學進行聯(lián)合培養(yǎng)，主要從事環(huán)境光催化方面的研究。2010年博士畢業(yè)后，進入重慶工商大學工作至2018年。2018年下半年調(diào)入電子科技大學基礎(chǔ)與前沿研究院，組建成立了環(huán)境與能源催化研究中心，學校給我們提供了非常好的平臺，可以圍繞興趣開展催化研究工作?？蒲袃?nèi)容包括環(huán)境與能源光催化、光電催化、大氣污染控制和催化過程原位表征技術(shù)等。在近十多年的催化研究生涯中，得到了包括國家自然科學基金、國家重點研發(fā)項目和國家人才計劃的持續(xù)資助，也得到了很多同行的幫助和支持。

問題2：是什么把您吸引到催化的研究領(lǐng)域的呢？在科研的道路上有哪些重要的人影響了您？

回答：我進入催化研究領(lǐng)域是在攻讀研究生階段(2005年9月-2010年6月)。浙江大學的導師吳忠標教授的研究方向是大氣污染控制技術(shù)，他給我確定了光催化凈化典型空氣污染這個研究方向。從此，就開始了催化方面的研究，非常感謝導師將我?guī)氲酱呋芯康拇箝T。在科研道路上，光催化領(lǐng)域的多位著名學者對我有較大的影響。在浙大攻讀博士學位期間，當時通過郵件和電話，多次聯(lián)系了余家國教授。雖然我跟余老師并不相識，但他總是熱情地幫我解決難題，在光催化材料合成和機理認識方面給了我不少指導。另外，在香港理工大學訪學期間，合作導師李順誠教授和香港中文大學余濟美教授，都給我了很多幫助。李順誠教授帶著我參加了余濟美教授2010年1月舉辦的一個論壇，余老師現(xiàn)場給我們演示了光催化的神奇作用，這讓我對光催化研究有了更加濃厚的興趣。工作以后，也經(jīng)常跟國內(nèi)外知名學者交流，包括華中師范大學張禮知教授，在科研的方向上給了我建議，讓我在環(huán)境光催化方向更加聚焦?？傊?，在科研道路上，得到了很多催化同行的幫助。

問題3：中國催化的研究在國際上處于什么位置？

回答：中國的催化科學與技術(shù)始于上世紀初，經(jīng)過先輩的努力使其經(jīng)歷了發(fā)展初期、穩(wěn)定發(fā)展階段和快速發(fā)展時期。表面科學、納米科學的出現(xiàn)和高分辨率表征分析儀器的問世，大大促進和深化了催化與不同學科的交叉融合；同時在不同歷史時期下，結(jié)合國家重大需求，中國的催化科學與技術(shù)在煤化工、石油冶煉、天然氣利用、先進催化材料、環(huán)境保護和清潔能源開發(fā)等方面都做出了重大貢獻。經(jīng)過近三十年的快速發(fā)展，中國在催化領(lǐng)域已經(jīng)做出了不少引領(lǐng)性的原創(chuàng)科研成果，當前已成為催化大國并正在走向催化強國。

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：目前催化領(lǐng)域面臨的最大的挑戰(zhàn)包括：(1)催化本質(zhì)的探索：從電子、分子和原子層面，深入理解催化反應機理和催化劑表界面作用機理，包括熱催化、光催化和電催化等不同分支，這有利于從原理上指導設(shè)計高穩(wěn)定性和選擇性的催化劑；(2)催化技術(shù)的應用：研發(fā)低成本高性能的催化組件、多功能催化劑設(shè)計制備及其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，這可以有效應對能源短缺與環(huán)境污染問題。為了應對催化領(lǐng)域發(fā)展的挑戰(zhàn)，未來的發(fā)展趨勢包括：(1)利用超高分辨分析電鏡、原位表征技術(shù)、波譜技術(shù)等現(xiàn)代物理化學原位方法和計算化學相結(jié)合的方法去探究催化的本質(zhì)，深入理解認識反應機理，動態(tài)識別催化反應過程活性位點的演變規(guī)律；(2)在納米、原子尺度有效調(diào)控催化劑電子結(jié)構(gòu)，設(shè)計并制備高性能催化劑；(3)盡管非均相催化在工業(yè)催化中占主要地位，但非均相催化、均相催化和生物催化的融合將成為發(fā)展趨勢；(4)為了實現(xiàn)綠色化學和可持續(xù)發(fā)展，最終能夠真正解決人類當前面臨的難題，設(shè)計綠色經(jīng)濟的催化組件仍是很重要的一個研究方向。

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術(shù)成果。

回答：目前我們課題組的研究方向包括：(1)設(shè)計制備綠色、經(jīng)濟、高效的光催化劑，用于解決環(huán)境污染與清潔能源問題，具體方向包括光催化降解揮發(fā)性有機污染物(VOCs)、低濃度氮氧化物(NOx)、光催化CO2還原和光電催化固氮；(2)采用原位表征技術(shù)(例如，紅外光譜和電子自旋共振)揭示光催化反應過程和機理，利用密度泛函理論(DFT)計算模擬催化劑及反應過程中內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)變化，通過深入結(jié)合實驗表征和理論模擬的方法探究微觀結(jié)構(gòu)-內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)-反應機理-反應動力學-光催化性能之間的關(guān)系。目前取得的主要的學術(shù)成果包括：圍繞國家在大氣環(huán)境保護方面的重大需求，針對光催化空氣污染物(NO和VOCs)凈化效率不高、反應機理不明確以及中間毒副產(chǎn)物難控制等關(guān)鍵科學問題，發(fā)展了提升光催化空氣污染物凈化效率的新方法，揭示了光催化凈化空氣污染物和CO2還原的反應機理，提出了調(diào)控光催化過程毒副產(chǎn)物的新策略，為光催化空氣污染物的安全高效凈化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。取得的科研成果推動了光催化技術(shù)的應用，并已實現(xiàn)了部分技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

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

回答：催化是化學工業(yè)中最重要的技術(shù)，我們衣食住行中很多原料的生產(chǎn)都離不開催化劑。20世紀，鐵觸煤合成氨的發(fā)明使人類大量免于饑餓，歐盟“地平線2020”計劃列出的七大社會挑戰(zhàn)中，有4項的應對策略都要用到催化；在最大宗的50種化工產(chǎn)品中有30種的生產(chǎn)需要催化，而所有化工產(chǎn)品中這一比例占85%。正是由于化工生產(chǎn)的迅速發(fā)展，也帶來了一些環(huán)境問題，因此發(fā)展高效、綠色的工業(yè)催化劑，升級當前化工生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)具有重要意義，這既滿足人們生產(chǎn)生活的需要，又是不以破壞環(huán)境為代價的可持續(xù)發(fā)展。此外，催化技術(shù)在環(huán)境修復和能源轉(zhuǎn)換方面的迅速發(fā)展，對當今社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前我國在大氣污染物治理方面面臨重大挑戰(zhàn)，催化技術(shù)發(fā)揮了不可替代的作用。比如，三效催化、選擇性催化還原(SCR)、催化燃燒等技術(shù)，分別在汽車尾氣、氮氧化物和揮發(fā)性有機污染物治理中起到了核心作用。

問題7：在您的科研生涯中，有什么印象深刻的事情與讀者們分享嗎？

回答：有幾件事情，我印象一直都十分深刻，感覺我和科學研究之間有一些緣分。這些事情都與實驗研究中的意外發(fā)現(xiàn)有關(guān)。第一件事情是這樣的：2009年，浙江大學的導師吳忠標教授派我到香港理工大學聯(lián)合培養(yǎng)，我?guī)е鴺O大的熱情去香港做科研。從2009年9月-2010年1月，整整4個月，幾乎瘋狂地做實驗，覺得自己可以大干一場。遺憾的是，四個月下來，合成了至少100多個催化劑樣品，但幾乎都沒有好的催化性能。我甚至開始懷疑自己的科研能力了。2010年1月底，我又帶著希望開始測試20多個催化劑樣品，結(jié)果還是一樣，我自己預期有較好催化性能的樣品，幾乎全軍覆沒！最后一個樣品，我記得是實驗過程把溶劑乙二醇，誤用水代替了，所以覺得是沒有用的樣品，因此測試的時候，放在最后一個。測完性能后，發(fā)現(xiàn)活性還是很不錯的，我第一直覺是反應器漏氣了。然后開始排查，發(fā)現(xiàn)并沒有漏氣。然后開始重復測試，測了第二遍、第三遍，最終確認了催化良好的活性！這個時候，這個意外的結(jié)果就引起我的重視了，實際上我還不知道這個催化劑是什么。我第二天就用XRD和SEM確認了這個樣品的結(jié)構(gòu)，是玫瑰花狀的碳酸氧鉍微球！微觀結(jié)構(gòu)非常漂亮！這個結(jié)果再次激發(fā)了我的熱情。接下去就開始對這個新材料進行系統(tǒng)性的優(yōu)化，一直做到離開香港。以這個碳酸氧鉍微球的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)，我申請到了國家自然科學基金、省級重點基金等。一直做到現(xiàn)在，還在挖掘里面有趣的東西?？梢哉f，這是我和科研的一次緣分，一個錯誤的實驗，帶來了激動人心的結(jié)果，成為我近十年來最重要的研究方向之一！在后來十多年的科研工作中，類似的事情還發(fā)生了幾次，比如發(fā)現(xiàn)Bi金屬單質(zhì)的等離子體光催化現(xiàn)象，也是源于水浴鍋溫度設(shè)定錯誤。這說明，在實驗中仔細記錄實驗、重視意外實驗結(jié)果甚至是看似錯誤的結(jié)果，是非常重要的。

問題8：您認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：科學研究中沒有絕對的真理，因此我認為科研人員最重要的品質(zhì)是敢于質(zhì)疑，具備批判性思維，這樣才能夠不斷拓展人類知識的邊界、推動技術(shù)進步。對于研究生或年輕的科研工作者的建議有如下幾點：(1)做學問要誠實守信，實事求是，尊重原始實驗數(shù)據(jù)的真實性；(2)無論從事哪一種職業(yè)，要想成為本領(lǐng)域中的佼佼者都必須付出比常人多的時間和精力，科研工作者更是如此，要能夠耐得住寂寞，能夠長期堅持不懈地在自己感興趣的研究方向上努力；(3)培養(yǎng)嚴密的邏輯思維能力，對于科研工作者來說無論是寫一篇論文還是申請基金項目或者重大科研課題，精準的學術(shù)判斷力和嚴密的邏輯能力就是制勝的法寶。

問題9：工作之余，您有什么興趣愛好？

回答：在工作之余我喜歡聽歌和唱歌。聽歌可以放松身心、消除疲勞，同時唱歌不僅能使我心情愉悅，還是一個增加自我滿足感的好方法。此外，我還喜歡爬山，這是一項很好的運動健身活動，同時也是一個解壓的好方法。

問題10：請問您認為什么是期刊發(fā)展最重要的因素？

回答：我認為學術(shù)論文的質(zhì)量是最重要的因素。優(yōu)質(zhì)的稿源加上嚴格的審稿可以為讀者提供高質(zhì)量的學術(shù)信息，這樣才能吸引讀者，增加期刊閱讀量及被引頻次，有利于影響因子的增長，從而也就提高了期刊的學術(shù)影響力；同時優(yōu)化編輯出版流程和期刊流通渠道也很重要，比如縮短評審流程、提供高質(zhì)量審稿意見、在主流學術(shù)媒體廣泛宣傳等，這可以為作者通過投稿提高稿件質(zhì)量提供幫助，為讀者獲取學術(shù)前沿信息提供便利；打造期刊特色、創(chuàng)建品牌期刊也很重要，因為品牌是科技期刊核心競爭力的重要體現(xiàn)，也是期刊獲取國際國內(nèi)認可并不斷累積學術(shù)影響力的最有力武器。