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在看不到的微觀世界裡造孔？催化劑怎樣實現100%利用率？科學峰會

由未來論壇FutureForum 發表于運動2023-01-12

簡介基於液-固、液-液和氣-液介面上自組裝成構建功能介孔材料在本次大獎周科學峰會中，趙東元教授將以《功能介孔材料：現在與將來》為題，介紹介孔材料在化學催化領域的功能與應用場景，及其在分子設計領域所做出一系列科研成果

什麼叫根根都帶電荷嗎

奈米材料（又稱超細微粒、超細粉未）是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域的一種典型系統，其特殊的結構層次使它擁有一系列新穎的物理和化學特性。奈米催化是目前科學研究領域的研究熱點和重點，它是一個高度學科交叉的研究領域，涉及到化學、材料、物理、能源、環境、醫療、力學等多個學科。奈米催化在化學化工、能源轉化與儲存、環境保護及生命健康等領域發揮著決定性作用。我們現代化工中，大多數產品生產都與奈米催化息息相關。

11月25日，2022未來科學大獎周科學峰會期間將舉辦

【化學：奈米催化與材料科學】

專題研討會。屆時，由未來科學大獎周 Program Committee 2022 聯席主席、北京大學前校長、北京大學未來教育管理研究中心首創主任

林建華

領銜，邀請清華大學教授、清華大學校學術委員會副主任、北京師範大學勵耘教授、安徽師範大學校長、中國科學院院士、發展中國家科學院院士

李亞棟

，復旦大學化學與材料學院院長、中國科學院院士

趙東元

；香港大學黃乾亨黃乾利基金教授（化學與能源）、香港大學化學系講座教授、中國科學院院士、發展中國家科學院院士、美國國家科學院外籍院士、歐洲人文和自然科學院外籍院士、香港科學院創院院士

任詠華

，北京大學長聘教授、英國皇家化學會會士

郭少軍

，圍繞

奈米催化與材料

相關前沿科學議題展開學術分享與探討。

100%原子利用率

現代化工催化迎來單原子時代

化學催化在人類文明進步與世界經濟發展中扮演著非常重要角色。它能夠以一種高效，綠色和經濟的方式將原材料轉變為具有高附加值的化工產品和燃料等，被廣泛應用於人類的生產生活當中。

單原子催化劑製備示意圖

在工業催化領域，儘管奈米顆粒催化劑已實現了廣泛應用，但貴金屬的稀缺性和高昂價格，嚴重增加了生產成本，阻礙了其大規模應用。因此，降低催化劑成本的同時提升金屬奈米顆粒的活性、選擇性和穩定性，成為科研工作者的奮鬥目標。

近年來，

李亞棟

教授團隊深入瞭解活性位點結構和催化機理，其創新發展出的系列單原子催化劑合成方法，可直接將傳統奈米晶催化劑轉化為單原子催化劑，在理論上達到100%原子利用率，為製備高效能催化劑提出可行的合成策略，讓現代化工催化技術升級換代成為可能。

Co單原子摻入RuO球體的合成過程（上）和催化活性（下）示意圖

本次大獎周科學峰會活動中，

李亞棟

教授將以

《奈米催化與材料》

為題，透過回顧近40年國際奈米催化與材料的若干重要進展，探討奈米催化的發展歷史和獨特優勢及工業實踐成果，特別是單原子催化所面臨的問題與廣闊的工業應用空間。

在奈米材料上造孔賦予材料新特性？

介孔材料如何助力能源高效利用？

介孔材料是20世紀發展起來新的材料體系，具有規則排列、大小可調的孔道結構及高的比表面積和大的吸附容量，在生物化學等眾多領域具有廣泛的應用前景。

介孔材料，這一孔徑在2-50奈米、並不為普羅大眾所熟知的多孔材料。將其作為催化劑使用，可大大提高重油轉化效率，全國推廣後每年可為石油企業增產約150萬噸的高質量油品；此外，這一技術還可廣泛應用於超級電容器、生物檢測環境處理、電子材料等國民經濟領域。

趙東元

教授正是不斷“設計”介孔材料的“造孔之人”。

介孔材料的合成-結構-效能關係及其在能源領域的應用

近年來，由

趙東元

教授所領銜的課題組首次將介孔材料從無機組成擴充套件到有機高分子和碳，在分子水平上揭示有機-有機自組裝機制，提出了多元協同共組裝新策略，成功合成了有序介孔碳—氧化矽複合材料，這種新型材料柔軟而輕，甚至能立於一株蒲公英上。這一成果前所未有地為無機和有機介孔材料架起了一座橋。

目前，由

趙東元

教授提出的有機-有機自組裝新思想及產生的介孔高分子和碳材料，已被60多個國家和地區的1500餘家科研機構採用和研究，引領了國際介孔材料領域的發展；其研究成果被國際同行認為是是“首次”發現、介孔材料領域“里程碑式”和“先驅”的進展。

基於液-固、液-液和氣-液介面上自組裝成構建功能介孔材料

在本次大獎周科學峰會中，

趙東元

教授將以

《功能介孔材料：現在與將來》

為題，介紹介孔材料在化學催化領域的功能與應用場景，及其在分子設計領域所做出一系列科研成果。

激發態調控創造全新物質

超分子組裝助力可再生能源研究？

有資料顯示，全球每年的能源需求約為13萬億瓦。到2050年，人類的能源需求量將額外增加14萬億至20萬億瓦，地球正面臨百年一遇的能源危機，研發出無汙染和可再生的替代能源是當務之急。

1992年起，任詠華就開始有機金屬發光體的研究，製備出了長壽命的冷發光有機金屬，激發態壽命在微秒量級，比綠色熒光蛋白和其他熒光材料的激發態壽命還長，促進了有機發光二極體的發展。

圖源：HKU

她開創性的把無機及有機金屬化學的研究應用於功能分子材料研究中，開發出新型發光的分子設計和材料研究，並從發光性和機理方面做出了極為詳盡的闡述，為此領域的研究奠定堅實的理論基礎。這些新的分子功能材料具有光學、電荷分離、太陽能轉換及發光等特性。有關成果可應用於材料和能源科學，為發展有機太陽能電池、有機發光二極體顯示屏、固態照明等範疇奠定基礎。亦利用超分子化學及發光特性設計分子識辨探針及化學和生物感測器，可應用於探測毒素或有害物質。這些基礎研究成果預期可廣泛應用於發展再生能源、能源節約、固態照明、化學探針及環境保護等範疇，為人類可持續發展做出貢獻。