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能源转化、材料合成、环境保护……这些与人们息息相关的领域中 ， 催化发挥着关键作用 。
催化科技的创新变革离不开催化理论的突破和发展 。 中国科学院大连化学物理研究所包信和院士带领团队 ， 经过20余年探索 ， 系统创建了具有普适性的“纳米限域催化”概念 ， 打开了一扇认识催化过程、精准调控化学反应的大门 。 该成果荣获2020年度国家自然科学奖一等奖 。
“纳米限域催化”：有望成为解密“催化黑匣子”之钥
可加速或减缓化学反应速率 ， 可减少化学反应“副产品” ， 可降低能源消耗……催化的“神奇”作用 ， 使其成为化工生产中的关键角色 。 通过催化精准调控化学反应过程 ， 是科学家们长期以来追求的目标 。
然而在学术界 ， 具体的催化过程、催化机理至今尚不明晰 ， 长期以来被视为“黑匣子” 。 解密这个“黑匣子” ， 才能创制出更加高效的催化剂 ， 让化学反应更加节能环保、更加精准高效 。 而“纳米限域催化”有望成为解密“催化黑匣子”的一把钥匙 。
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包信和与研究团队发现 ， 将催化剂置于碳纳米管内 ， 会使其表现出更好的活性和性能 。 就像过于狭小的空间让人紧张不安 ， 空间限制也让其内的催化剂“活泼”起来 。
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进一步研究发现 ， 除碳纳米管外 ， 金属与氧化物界面形成的限域环境 ， 也能稳定配位不饱和金属活性中心 。
在此基础上 ， 包信和与团队明确定义和系统创建了具有广泛意义和普适性的“纳米限域催化”概念 。
目前 ， “纳米限域催化”概念已在多个重要催化体系中得到验证 ， 为精准调控化学反应的性能和反应路径打下了基础 ， 丰富和完善了催化基础理论 ， 相关领域已成为当今催化基础研究和应用实践的热点之一 。
从概念到应用：原创成果转化为产业竞争力
在“纳米限域催化”概念指导下 ， 包信和与团队积极推动研究成果走向应用 ， 多项代表性应用成果已进入工业试验阶段 。
为以煤为原料获得乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃 ， 包信和与团队创立了全新的催化体系 ， 实现节水节能、降低二氧化碳排放的同时 ， 还通过对目标产物选择性的精准调控 ， 减少“副产品” ， 更高效率地获取低碳烯烃 。
而此前 ， 国际上普遍采用上世纪20年代德国科学家发明的费托合成技术 ， 该过程能耗大、水耗高 ， 且产物低碳烃（C2-C4）选择性一直难以逾越58%的ASF理论极限 。
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