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【中國科學報頭版】李燦:于“極冷處”抽提科學課題

  來源:《中國科學報》頭版

  發布時間:2022-03-25

  ■本報記者 韓揚眉

  8月的大連云淡風輕、碧海藍天,夾雜著海蠣子味的海風撲面而來。李燦攜妻子、女兒結束了國外訪學工作,回到了“塵封”3年的家中。一番簡單收拾后,當天下午,李燦帶著兩大箱零部件回到中科院大連化學物理研究所(以下簡稱大連化物所)上班了,啟動紫外拉曼光譜的研制工作。

  這一年是1996年,國際紫外拉曼光譜應用與催化方面的相關研究剛剛開始,李燦希望盡快在國內開展相關研究,及早在國際催化界占有一席之地。

  從紫外拉曼光譜儀器開始,我國催化科學逐漸亮相世界舞臺。近40年來,從催化劑到催化反應的光譜表征,中科院院士、大連化物所研究員李燦涉獵催化研究的諸多方向,為我國和世界催化科學的發展作出了重要貢獻。

  近日,《美國化學會—催化》刊發介紹李燦的專論文章,綜述了他近40年的學術生涯與主要學術成就。李燦是首位被邀登上該欄目的華人科學家。

  “催”陳出新,走向國際舞臺

  回國后,李燦周末、節假日很少休息,“似乎有使不完的勁兒、干不完的工作”。

  拉曼光譜是表征催化劑和催化反應的最有力的工具之一,但多年來并未在催化研究中得到廣泛應用,主要問題在于熒光干擾和靈敏度低。

  回國后,李燦首先面臨的挑戰是紫外拉曼光譜技術。研制過程歷經波折,由于當時國際上連續波紫外激光器剛問世不久,獲得穩定激光光源很困難。李燦帶著團隊一面自力更生,一面到處聯系可加工部件的工廠,解決一個個技術難題。

  經過兩年努力,李燦等人終于在1998年底,成功研制出國內第一臺用于催化和材料研究的紫外拉曼光譜儀。興奮之余,他馬上投入了新表征技術的催化研究,涉及催化劑表面積碳、分子篩合成、雜原子分子篩結構表征等。

  團隊利用紫外拉曼光譜儀,在國際上第一次成功鑒定雜原子分子篩中骨架過渡金屬雜原子結構。雜原子分子篩催化劑的活性中心結構是當時綠色氧化催化的關鍵科學問題。時至今日,國際上過渡金屬雜原子分子篩的研究,仍多采用紫外共振拉曼技術表征其活性中心。

  紫外拉曼光譜,成為國際催化界一項標志性研究進展。與此同時,立足工業需求與前沿難點,李燦還布局了多相手性催化合成和燃料油超深度脫硫研究,不僅在基礎研究上取得國際最好的結果,更推進了催化工業化進程。

  經過幾代科學家的努力,在李燦等一批中國催化科學家的帶領下,2016年,有“國際催化領域奧運會”之稱的第十六屆國際催化大會在北京舉行,標志著我國催化科學研究正式走向國際舞臺。

  為推動我國早日成為催化強國,李燦還積極推動中國與其它國家在催化與科學技術方面的合作,先后建立中法聯合催化實驗室,啟動中荷戰略合作聯盟、中日韓前瞻計劃等國際催化合作項目。

  一個“大膽”的決定

  世紀之交是李燦科學研究最為活躍的一個時期。彼時,一個“命運之問”埋藏在李燦心中:百年催化科學,未來該何去何從?

  一直以來,中國等許多發展中國家依賴煤、石油、天然氣等化石資源,過去的催化研究,主要解決化石資源作為能源和材料的轉化問題,然而,化石能源帶來的環境、生態問題日益嚴重。

  作為科技工作者,可以做些什么?

  “全球氣候變化喚起我作為科技工作者的良心和責任:不僅僅滿足于自己的科學興趣,還需關注當下的環境問題和未來人類生存的生態問題?!崩顮N說,發展利用太陽能及以太陽能為源泉的各種可再生能源是人類恢復地球生態平衡的根本出路。

  李燦帶著思考訪問日本,從北海道開始,一路南下至九州,到所有主要從事太陽能研究的大學和研究機構進行訪問交流。

  2001年,李燦做了他科研生涯中一個重大而又“大膽”的決定:轉移傳統催化重心,啟動太陽能光催化分解水制氫研究,因為利用太陽能催化分解水制氫,并將二氧化碳加氫轉化制成甲醇等太陽燃料是最理想的選擇。

  之所以“大膽”,是因為這是個世界性難題。2000年時,我國幾乎無人堅持研究光解水制氫。

  “世界性難題本身就有意義,失敗了也值得?!比缬率堪?,李燦堅毅地攀登科學高峰。

  路漫漫其修遠,幸得八方來助。李燦在多年的摯友、日本東京工業大學的堂免一成教授的幫助下裝配了第一套光催化分解水實驗裝置,中石化資助了第一筆研究資金……

  有了初步條件,找準瓶頸科學問題,李燦帶領團隊,埋頭攻關“三大戰役”——高效捕光材料、光生電荷分離機制和高效助催化劑,為太陽燃料合成打下理論基礎。同時,圍繞太陽能人工光合成先后提出太陽能光催化制氫的“氫農場”HFP 1.0、HFP 2.0和HFP 3.0策略。

  二十載初心不變,李燦受到自然光合作用的啟發,提出實現太陽燃料合成的“兩步法”,即利用太陽能等可再生能源實現分解水制氫,然后實現二氧化碳加氫制甲醇等燃料,同時開展工業示范。目前,李燦團隊已完成了全球首套千噸級規模太陽燃料合成示范,邁出了將太陽能等可再生能源轉化為液體燃料工業化生產的關鍵一步。

  如今,實現碳達峰碳中和目標迫在眉睫,綠氫、綠色甲醇等太陽燃料被國內外專家認為是解決二氧化碳減排,甚至達到“雙碳”目標的理想途徑。

  這是一種必然的“不謀而合”!“咬定青山不放松,只要踏實堅持下去,總能為國家和人類做出自己的貢獻?!崩顮N如是說。

  “大凡科學研究追熱點易,鮮有從極冷處入手!”李燦感嘆。

  在他看來,因為有些研究課題“極重要”且“極困難” ,故雖“極冷” 也值得去挑戰。他常用這些經歷勉勵年輕人,科技工作者要有社會責任感、關切人民需求,課題立項要有前瞻性,更重要的是,催化研究應從重大應用背景中抽提科學課題,切記不要只是從書本上和文獻中找課題,更不應該簡單地跟風追熱。

  薪火相傳酬壯志

  李燦的催化科學之路,是在大連化物所讀研究生時確立的。在導師呂永安的指導下,對催化反應的“小試牛刀”,讓他充滿興趣?!斑@種對科學研究的興趣是我以后不斷探索科學的內在動力?!崩顮N說。

  用李燦的學生、大連化物所研究員范峰滔的話來說,“李老師特別善于學習,也時刻在學習新的東西”。

  1993年,盡管已被破格晉升為研究員,但李燦卻覺得“不夠格”。為了盡快達到國際水平,他懷著深造和拓寬視野的期望來到國際上著名催化研究中心——美國西北大學催化與表面研究中心學習。

  在美國西北大學,李燦師從諸多催化界大師,求知若渴,除了具體科學研究,還特別注重學習大師們的治學經驗。他參加了中心多位教授的組會,學習他們科研組織和管理理念與方式,了解最新的研究動態;他幾乎參加了每一場每周五中飯時間的學術報告,充分激發創新思維。3年里,李燦記了7大本學術報告筆記,現在仍常翻看這些筆記。

  回到大連化物所,李燦傾注心血,將所學全部用在研究所科研布局、學科發展和人才培養中。李燦培養了160多名學生、60多名博士后,“弟子”們也大多成為催化界的中流砥柱,成為推動我國催化學術和工業發展的新生力量。

  如今,進入花甲之年的李燦笑言“壯志未竟年已逝”,他每天都去實驗室,閱讀文獻、思考方向,與研究生探討、共享喜悅或挫敗?!斑@就是我作為一個科學工作者最大的樂趣?!崩顮N熱愛這種簡單的生活。

  以下是該媒體報道地址:https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2022/3/368727.shtm

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