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中科大校長(zhǎng)包信和院士
（圖片來源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)）
包信和，男，漢族，無黨派。1959年8月出生于江蘇省揚(yáng)中（縣）市。物理化學(xué)家，理學(xué)博士、研究員、教授。中國(guó)科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院（TWAS）院士和英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)榮譽(yù)會(huì)士（HonFRSC）。他長(zhǎng)期從事新型催化材料和能源清潔高效轉(zhuǎn)化過程的研究，發(fā)現(xiàn)和闡述了納米限域條件下，催化劑活性中心的結(jié)構(gòu)、電子特性和催化活性間的關(guān)聯(lián)機(jī)制和作用規(guī)律。在國(guó)際上首次提出了納米限域催化概念，并在一維碳管、二維界面和三維晶格中，獲得拓展和完善，形成了理論體系，為認(rèn)識(shí)催化作用機(jī)理和實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)奠定了重要基礎(chǔ)。
以此概念為指導(dǎo)，包信和院士攜團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一系列高性能催化劑，為碳基資源的高效清潔利用開辟了新途徑，在國(guó)際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界產(chǎn)生了重大影響，相關(guān)研究成果分別于2014年和2016年入選中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展。同時(shí)，納米限域催化成果也榮獲了2020年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
二十年磨一劍
包信和出生于江蘇揚(yáng)中，1975年高中畢業(yè)后，城鎮(zhèn)戶口的他被下放到農(nóng)村老家干了一年半的農(nóng)活。之后，他被分配到了揚(yáng)中縣獸藥廠工作。1978年，他第二次參加高考，一邊工作一邊復(fù)習(xí)了一個(gè)多月，沒想到高考成績(jī)?cè)谌h位列前茅。因?yàn)樵讷F藥廠工作過，包信和選擇了復(fù)旦大學(xué)化學(xué)專業(yè)。1987年，包信和拿到了恢復(fù)高考后復(fù)旦第一批頒發(fā)的博士學(xué)位。
1989年，包信和獲德國(guó)洪堡基金和馬普基金資助，前往德國(guó)馬普協(xié)會(huì)Fritz-Haber研究所進(jìn)行合作研究。20世紀(jì)90年代中期，我國(guó)科技發(fā)展急需各類高端人才，國(guó)家派人到歐美邀請(qǐng)?jiān)谀抢锷钤斓闹袊?guó)科研人員回國(guó)效力。
彼時(shí)，包信和已在德國(guó)從事研究工作5年有余，而他的妻子尚未完成柏林自由大學(xué)哲學(xué)系全部碩士課程，兒子也在柏林小學(xué)讀書，如果扔下一切舉家回國(guó)，談何容易，更不必說當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的科研條件比起國(guó)外的差距。他的導(dǎo)師埃爾特教授擔(dān)心這會(huì)影響到包信和科研項(xiàng)目的進(jìn)展。
出國(guó)之初就從來沒想過要在國(guó)外長(zhǎng)期發(fā)展，包信和說：“中國(guó)的催化事業(yè)更需要年輕‘催化劑’，是該回國(guó)報(bào)效的時(shí)候了！”面對(duì)執(zhí)意回國(guó)的包信和，一心想把這個(gè)得意弟子留下來的埃爾特教授只好作罷。
可能是被包信和的愛國(guó)情懷所感動(dòng)，埃爾特教授親自說服了馬普協(xié)會(huì)總部，將研究所學(xué)科變化中調(diào)整出的總值約750萬元人民幣的儀器設(shè)備無償贈(zèng)送給包信和。臨別，他充滿期望地對(duì)包信和說：“我已經(jīng)不再年輕，但是催化這門學(xué)科還很年輕。如果回國(guó)后你有條件，可以關(guān)注對(duì)納米與生物催化前沿問題的探索，它們是未來催化發(fā)展的方向�！�
1995年，包信和回國(guó)后到大連化物所從事研究工作。他將自己的研究方向鎖定在能源轉(zhuǎn)化中的催化基礎(chǔ)研究，瞄準(zhǔn)煤、天然氣等非石油資源的轉(zhuǎn)化利用，努力創(chuàng)新高效、環(huán)境友好的催化過程。
經(jīng)過20多年的潛心研究和實(shí)踐，包信和及其研究團(tuán)隊(duì)借助納米尺度的空間限域效應(yīng)對(duì)體系電子能態(tài)進(jìn)行調(diào)變，實(shí)現(xiàn)了催化性能的精準(zhǔn)調(diào)控，提出“限域催化”概念；進(jìn)一步將研究拓展至二維界面以及活性中心微環(huán)境等相互作用系統(tǒng)對(duì)電子能態(tài)的調(diào)變，從實(shí)驗(yàn)和理論上闡明“限域”效應(yīng)保持催化體系在反應(yīng)過程中的活性狀態(tài)以及維持催化體系循環(huán)往復(fù)的內(nèi)在機(jī)制，從而明確定義和系統(tǒng)創(chuàng)建了具有廣泛意義和普適性的“納米限域催化”概念，為精準(zhǔn)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的性能和反應(yīng)路徑打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，豐富和完善了催化基礎(chǔ)理論，引領(lǐng)和推動(dòng)了催化科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。項(xiàng)目成果榮獲2020國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。
“納米限域催化”成果能夠榮獲2020年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)
（圖片來源：新華社）
“抓”住偶然
“限域效應(yīng)實(shí)際上是保持催化體系在反應(yīng)過程中處于活性狀態(tài)，并維持催化體系循環(huán)往復(fù)不斷地發(fā)生�！卑藕驼f。在包信和眼里，讓催化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行就是要讓催化劑一直配位不飽和，即處于“半溫飽狀態(tài)”。但配位不飽和狀態(tài)往往也很活潑，很難維持住。
2006年，團(tuán)隊(duì)成員在將三氧化二鐵納米粒子填充到碳納米管的過程中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有意思的現(xiàn)象：隨著管徑縮小，碳納米管內(nèi)催化劑的還原溫度降低了，而且管腔還有穩(wěn)定還原態(tài)催化劑的作用。如何解釋這一現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)論不休。這一現(xiàn)象也引起了包信和的重視。多年的經(jīng)驗(yàn)和積累告訴他，這或許能為深入理解催化機(jī)理找到突破口。他隨即設(shè)計(jì)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)計(jì)劃，指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行探索。
一次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，但包信和敏銳地抓住了這一瞬間，并通過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示出其中的科學(xué)本質(zhì)。
研究發(fā)現(xiàn)，卷曲的管壁導(dǎo)致碳納米管內(nèi)外形成了電勢(shì)差，促進(jìn)了管內(nèi)催化劑形成配位不飽和的活性中心。隨著研究的深入，研究人員逐步理解了碳納米管內(nèi)催化劑顯示出獨(dú)特性能的機(jī)理，據(jù)此提出了“碳納米管限域”的概念。
后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，除碳納米管外，金屬—氧化物界面也能穩(wěn)定配位不飽和的活性中心，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出“界面限域催化”的概念。碳納米管限域與界面限域催化構(gòu)成了“納米限域催化”概念中狹義限域和廣義限域兩個(gè)方面。
“要時(shí)刻保持天上掉餡餅的‘警覺’�！卑藕捅硎荆蒲腥藛T不能離開科研一線、不能離開學(xué)生，學(xué)生受經(jīng)驗(yàn)積累限制，知道結(jié)果，未必了解成因和背景，這時(shí)候就需要導(dǎo)師指導(dǎo)，與他們討論并安排實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。
為了能夠隨時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，包信和即使在擔(dān)任大連化物所所長(zhǎng)期間也一直把辦公室“設(shè)”在實(shí)驗(yàn)室旁。他說“就是為了多跟學(xué)生在一起”�！鞍藕屠蠋熃�(jīng)常晚上10點(diǎn)左右還要找我們探討當(dāng)天的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的原因�！贝筮B化物所研究員傅強(qiáng)說。
納米限域催化研究團(tuán)隊(duì)
（圖片來源：遼寧日?qǐng)?bào)）
團(tuán)隊(duì)之力
一項(xiàng)重要的原創(chuàng)成果，一定是源于廣博的知識(shí)，巧妙的聯(lián)想，合作的胸懷以及堅(jiān)持與恒心。盡管一路走來困難重重，但包信和的研究團(tuán)隊(duì)始終保持和諧團(tuán)結(jié)的學(xué)風(fēng)，以對(duì)于科學(xué)真摯的熱情彼此扶植合作。
“納米限域催化概念及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開發(fā)需要多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)、上百位研究人員的團(tuán)結(jié)協(xié)作，任何一環(huán)出現(xiàn)短板或松懈都無法達(dá)到今天的效果�！卑藕驼f。
在這個(gè)團(tuán)隊(duì)中，定期組織科研骨干的工作研討已成常態(tài)。大連化物所研究員鄧德會(huì)是這些研討會(huì)的“�？汀�，“我們經(jīng)歷過很多艱難的階段，可能相對(duì)而言沒有那么多文章發(fā)表，但是大家的熱情真的從沒減弱，真正的科學(xué)研究是需要耐心和恒心的，整個(gè)團(tuán)隊(duì)都是很有信心、鍥而不舍的�！编嚨聲�(huì)說。
為了培養(yǎng)一流人才，包信和為年輕導(dǎo)師的發(fā)展創(chuàng)造了許多良好的條件，比如項(xiàng)目、經(jīng)費(fèi)、設(shè)備和學(xué)生等。包信和還會(huì)定期召集團(tuán)隊(duì)成員，討論每個(gè)人的發(fā)展規(guī)劃。這也造就了團(tuán)隊(duì)和諧、團(tuán)結(jié)的氛圍，培養(yǎng)出一批心無旁騖的“技術(shù)宅”。
20多年來，該實(shí)驗(yàn)室共培養(yǎng)博士研究生125人、碩士研究生14人、博士后40余人，多人已成長(zhǎng)為催化領(lǐng)域的優(yōu)秀人才，在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界產(chǎn)生了重要影響。
“理論指導(dǎo)實(shí)踐，未來，基于納米限域催化概念，將有更多技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，屆時(shí)將提高我國(guó)乃至全球的資源利用效率�！卑藕驼f。
參考來源：
“納米限域催化”：原始創(chuàng)新始于毫末|國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng).中國(guó)新聞網(wǎng)
在連院士風(fēng)采錄.大連日?qǐng)?bào)
國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)中科院大連化物所包信和團(tuán)隊(duì)二十年磨一劍摘取皇冠上的明珠.遼寧日?qǐng)?bào)
破譯催化密碼讓化學(xué)反應(yīng)更精準(zhǔn).光明日?qǐng)?bào)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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