“我們團隊主要以鐵基亞穩(wěn)催化材料為切入點，來說明在催化中備受關注的科學問題，以及如何用新的科學方法，來解決未來新能源體系面臨的問題?！痹诒本┑貐^(qū)廣受關注學術成果系列報告會（新能源新材料領域）上，中國科學院山西煤炭化學研究所研究員、博士生導師溫曉東表 示。

催化材料助力煤炭清潔轉(zhuǎn)化利用

溫曉東所在團隊最先從基礎開始突破，再技術集成，目前已突破煤炭清潔轉(zhuǎn)化利用的關鍵技術——中溫費托煤制油技術。該技術有助于解決我國能源戰(zhàn)略的安全保障問題。我國富煤缺油少氣，因此需要將煤炭資源轉(zhuǎn)化成我們所需要的液體燃料，如汽油、柴油以及軍用燃料。

“我們利用平臺現(xiàn)有的技術，不斷拓展新能源領域，把科研的模式、范式往新的研究方向繼續(xù)拓展，這是我們團隊主要的研究思路。”溫曉東說。

隨著高性能計算機的飛速發(fā)展以及計算理論的不斷完善，計算模擬已經(jīng)成為設計、預測新型能源材料以及高性能催化劑的有效方法，理論工具已經(jīng)成為新型的原子層次的表征手段和設計工具，那該如何在催化材料以及催化反應的研究過程中合理地使用這些理論工具呢？

溫曉東表示，催化過程既包含材料研究，又包含過程研究和工藝集成，因此它是一個交叉學科的集成。從1998年量子化學獲得諾貝爾獎以來，理論已經(jīng)成為一種原子層面的表征手段，也讓表征儀器逐步得到開發(fā)。所以溫曉東團隊主要利用并集成量子力學的方法，與表征技術相結(jié)合，去探尋材料在微觀角度上現(xiàn)有表征儀器無法捕捉到的細節(jié)。

不管是實驗還是理論，最終都要指向行業(yè)里的數(shù)據(jù)積累。有了數(shù)據(jù)的積累后，便能從數(shù)據(jù)里獲取大量關聯(lián)信息，為下一代催化材料的開發(fā)以及工藝過程優(yōu)化提供重要信息。從多角度、多維度來認知一個體系，從而破解體系中最關鍵的科學問題，再結(jié)合技術進行轉(zhuǎn)化，這是溫曉東團隊頗具特色的研究方法。此外，溫曉東團隊還結(jié)合人工智能、數(shù)據(jù)挖掘、理論方法，以及實驗研究，致力于突破下一代的能源轉(zhuǎn)化體系、能源材料體系等關鍵的科學問題和技術問題。

催化研究需做好數(shù)據(jù)積累、建立標準化體系

催化技術是從石油化工領域開始發(fā)展起來的。在起步階段，我國以引進國外技術為主。但近年來我國在催化技術領域取得了巨大的進步，實現(xiàn)了從催化材料到工程設備的突破。這也是近年來我國在煤化工、石油化工，甚至一些化學品領域獲得成功的技術基礎。目前，我國還處于跟跑階段，所以要從最基礎的理論創(chuàng)新以及技術創(chuàng)新開始。在溫曉東看來，目前催化研究最大的問題是缺少相應的標準化集成，很多化學品（如高端化學品、電子化學品）、工業(yè)設備等仍依賴進口，這是我國目前面臨的“卡脖子”難題。我們?nèi)孕枰鷮嵉赝七M，突破技術難關，再用技術集成做好數(shù)據(jù)積累與標準化體系。

鐵基催化材料將引起材料體系的巨大變革

催化材料的種類非常多，鐵基催化材料是其中一種被廣泛使用的材料。為什么要用鐵呢？因為鐵是地殼中存量最多、儲量最豐富的一種基礎元素。溫曉東團隊希望把廉價、易得的原料作為前驅(qū)體去轉(zhuǎn)化，做成具有高效轉(zhuǎn)化能力的催化材料。所以鐵是溫曉東團隊非常重要的研究方向與源頭。那么，鐵真有如此神奇的功效嗎？舉例來說，糧食能有良好的收成，其實與合成氨息息相關。可以說合成氨奠定了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化肥的基礎，而合成氨用的催化材料就是鐵基體系。

溫曉東表示，團隊將利用平臺現(xiàn)有的技術創(chuàng)新，不斷拓展新能源領域，把科研的模式、范式往新的研究方向拓展。

“我們經(jīng)常開玩笑說上帝創(chuàng)造了鐵的世界，地殼里有鐵，我們?nèi)梭w內(nèi)和血液中也有鐵血紅蛋白，但沒有人告訴我們?nèi)绾稳ダ眠@些鐵來改變這個世界。所以科研人員就要從這個角度去思考這些問題。我們團隊多年來一直圍繞鐵基催化材料里面的亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，抓住變化的趨勢，從微觀結(jié)構(gòu)上去認識這樣的易用材料。團隊目前面臨的挑戰(zhàn)就是對鐵基催化材料的變化規(guī)律的掌握不足。從實驗的角度的確很難監(jiān)測到鐵基催化材料的變化規(guī)律，因為已經(jīng)超出了時間、空間的分辨率，所以我們采用量子力學的研究方法來輔助實驗，從而認知鐵基催化材料的變化。其實我們一直沒有改變對鐵的依賴，我認為對鐵基催化材料的深入探索，將會引起催化材料、工程材料等材料體系的巨大變化?！睖貢詵| 說。

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