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ACS Catalysis發表“Can Li: A Career in Catalysis”文章

  近日,催化領域的重要期刊ACS Catalysis以“Can Li: A Career in Catalysis”為題,發表了介紹我所李燦院士的Account文章。該文章以時間軸為主線,從李燦研究生、博士后開始到獨立從事科研工作,以學術和工作經歷穿插敘述相結合的方式,系統綜述了李燦過去近40年的學術生涯與主要學術成就,并回顧了李燦的每一位導師,以及部分朋友、研究助手和學生在其科研生涯中所作出的貢獻,展示了李燦的重要、原創性概念和其發現的演化脈絡,值得催化領域的同行、特別是青年學者閱讀。

  近十年,ACS Catalysis期刊遴選國際催化領域著名科學家以專論(Account)方式予以介紹,迄今,共發表17篇“Career in Catalysis”的Account文章,包括國際催化領域著名學者英國卡迪夫大學Graham J. Hutchings、加利福尼亞大學戴維斯分校Bruce Gates、加州大學伯克利分校Alexis T. Bell等,李燦是首位被邀登上該Account欄目的華人科學家。

  李燦的催化研究跨度很寬,尤其在催化劑和催化反應的光譜表征研究方面貢獻卓著,貫穿其學術生涯。1998年,李燦成功研制第一臺用于催化和材料研究的紫外(共振)拉曼光譜儀,在國際上最早利用紫外拉曼光譜解決分子篩骨架雜原子配位結構和合成機理等問題;發展了納米籠中的手性催化合成并同時成功研制用于手性分子結構表征的短波長手性拉曼光譜儀,長期探索DNA催化等基礎科學問題;基于多年基礎研究成果,2006年成功研發汽油和柴油超深度脫硫技術,兩項技術均實現工業化,為我國大氣霧霾治理作出貢獻,在燃料油超深度脫硫的研究中發展了乳液催化,并拓展到水油兩項的有機催化合成。2001年起,李燦逐步轉向可再生能源轉化利用的研究,致力于太陽能光(電)催化分解水、二氧化碳還原等人工光合成研究和新型太陽電池探索研究等太陽能轉化和利用科學研究,在基礎科學研究方面,先后提出了異相結、晶面間光生電荷分離等原創性新概念,受自然光合作用中光反應和暗反應機制的啟發,提出可規?;柲芊纸馑茪涞摹皻滢r場”策略,光催化和光電催化分解水體系的太陽能制氫效率保持最高記錄;自主研發了具有原創性的時間-空間分辨的光生電荷原位動態表征方法等。在太陽能分解水制氫研究的基礎上,李燦提出將光反應和暗反應分兩步進行的策略實現太陽燃料(也稱“液態陽光”)合成,即利用太陽能等可再生能源實現分解水制氫(光反應),然后解決二氧化碳加氫制甲醇等燃料(暗反應)的兩步法合成太陽燃料甲醇,2020年完成了全球首套千噸級規模太陽燃料合成示范,對我國新能源發展、實現“雙碳”目標和生態文明建設具有重要意義。

  李燦是著名的物理化學家,為我國和世界催化科學的發展作出了重要貢獻,他的工作受到催化領域高度認可。2004年,李燦成為第一位榮獲“國際催化獎”的發展中國家科學家。2008年,他當選為國際催化理事會主席,是半個多世紀以來當選該學會主席的第一位中國科學家,也是出任該學會主席的第一位發展中國家科學家。2016年,作為會議主席,李燦成功組織舉辦第十六屆國際催化大會,這是被譽為催化領域的“奧林匹克”會議首次在中國舉辦,是中國從催化大國向催化強國邁進的起點。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。

  李燦為我國催化科學的學科布局、發展戰略規劃、人才培養和引進等科技事業發展作出了重要貢獻。他曾任催化基礎國家重點實驗室主任,在其任職期間,實驗室持續取得了一批在國內外有重大影響的基礎研究成果和重大產業技術成果,已成為國際知名的催化研究中心。李燦先后多次擔任中國化學會催化專業委員會主任,為提攜年輕科學家、推動國內學術活動和合作研究方面作出大量貢獻。李燦作為共同主編的Chinese Journal of Catalysis(《催化學報》)目前已成為國際催化領域具有重要影響的學術刊物之一。(文/范峰滔)

 

人物側記:

李燦:科學道路上的行者

  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。李燦與妻子、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,當天下午,李燦就回到大連化物所上班了,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,李燦迫切地希望盡快在國內開展相關研究,及早在國際催化界占一席之地。

  從此,他很少休過周末、節假日,“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,主要困難是熒光干擾和靈敏度低。

  回國前的3年,李燦在美國西北大學催化與表面研究中心工作,他與國際表面催化領域頂尖專家、中心教授Peter Stair合作,在實驗上證明了紫外拉曼光譜可以避開熒光干擾,這也是第一次利用紫外拉曼光譜儀成功獲得實用催化劑的拉曼光譜。這一成果在美國催化界備受關注。

  回國后,李燦首先需要解決的問題是紫外拉曼光譜技術。研制過程歷經波折,由于國際上當時連續波紫外激光器剛問世不久,獲得穩定激光光源很困難。此外,李燦帶回來的分光系統在紫外區未鍍膜,光柵也不能在紫外區工作,更嚴重是,加工內反射橢圓收集光鏡等關鍵部件時遇到困難。

  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2年的努力,終于在1998年底,成功研制出了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,李燦馬上投入了新表征技術的催化研究:催化劑表面積碳、分子篩合成、雜原子分子篩結構表征等等。

  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,多采用紫外共振拉曼技術表征其活性中心。

  紫外拉曼光譜,成為國際催化界一種標志性研究進展。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。

  此后,李燦不斷被邀請寫綜述、出席國際會議作報告等。2004年,李燦成為發展中國家首位榮獲“國際催化獎”的科學家。2008年,他當選為國際催化理事會主席。

  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,我國催化科學研究正式走向國際舞臺。

  世紀之交,那是李燦科學研究最為活躍的時期之一。

  彼時,一個“命運之問”埋藏在李燦心中:百歲催化科學,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,以及可持續發展問題日益嚴重?;貧w人類生態文明的呼聲越來越高。

  作為科技工作者,可以做些什么?

  “全球氣候變化隱隱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修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,與所有主要從事太陽能研究的大學和研究機構進行了訪問交流。

  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。由于其巨大挑戰、進展緩慢,至2000年時,我國幾乎已無人堅持光解水制氫研究。

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

  路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索。在李燦多年的摯友、日本東京工業大學的堂免一成教授的幫助下,他裝配了第一套光催化分解水實驗裝置,獲得了中石化風險資助第一筆研究資金……

  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。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,李燦從自然光合作用中學習,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,然后解決二氧化碳加氫制甲醇等燃料的兩步法合成太陽燃料。與此同時,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。

  李燦團隊在太陽能人工光合成研究方向取得了多項標志性成果,引起國際學術界重視,先后兩次參與和主持編制太陽能研究國際白皮書,并在全世界發布,推動國際太陽能人工光合成研究。李燦及其所帶領的太陽能研究部受到國家基金委、國家科技部和中國科學院的資助。2020年經專家評審,李燦的團隊獲得國家基金委“人工光合成基礎科學中心”項目的支持。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。

  團隊成員驚喜地發現,這是一種必然的“不謀而合”!其實李燦在2001年已經前瞻未來發展,“知道你要來,我奔赴”。數十年如一日,咬定青山不放松,“只要踏實堅持下去,總能為國家和人類作出自己的貢獻”,李燦如是說。

  “大凡科學研究追熱點易,鮮有從極冷處入手!”李燦感嘆。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。

  李燦走上催化科學之路,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,“這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?!?/p>

  在大連化物所學習博士導師郭燮賢的嚴謹治學、研精覃思。在日本讀博士,學習老師和同學們的勤奮,不慕虛名、不追熱點,認準目標并堅持。為了獲得更多實驗機會,李燦從早上8點工作到晚上12點,“拼命”努力……

  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,他帶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,更是求知似渴,除了具體科學研究,還特別注重學習大師們的治學經驗。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;參加幾乎每一場每周五中飯時間的學術報告,沉浸式的科學研究氛圍,讓他的創新思維充分激發。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,仍有新鮮感。

  “無論自己到了什么樣的高度,常懷感恩之心,銘記師長的指導,提攜為自己默默付出的人?!崩顮N說。

  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”們也大多成為催化學界的中流砥柱,成為推動我國催化學術和工業發展的新生力量。

  2003年,李燦當選為中國科學院院士,他沒有停歇,而是以此為起點,開始了新的征程。20年來,一直與年輕科研人員一起拼搏在科學研究的第一線;現在已經進入花甲之年,李燦仍感“壯志未竟年已逝”,現在,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。(文/韓揚眉)

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