2025年度国家自然科学奖一等奖

单原子催化 为催化科学烙上“中国印”

　　光明日报记者 张晓华

　　现代社会，从合成化肥让粮食增产，到合成化纤供人穿衣，都离不开催化。工业催化通过其工艺和产品，贡献了约20%的GDP。然而，催化过程及其原理长期以来被认为是个“黑匣子”。

　　由中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员张涛牵头完成的“单原子催化”成果，从原子水平阐明催化剂的结构特征，揭示了协同催化新机理，为催化科学烙上“中国印”，荣获2025年度国家自然科学奖一等奖。

　　张涛长期从事高分散金属催化剂研究，受纳米催化的启发，他萌生了一个大胆构想：如果让金属催化剂的每一个原子都成为独立的活性中心，这种化学尺寸上的极限一定能激发不同的催化性能。然而，要控制“易迁移、爱扎堆”的原子并研究其性能，简直异想天开；加之当时的制备技术和表征水平有限，想要“看见”单个原子更是天方夜谭。

　　十多年时间里，凭借深厚的积累和不服输的韧劲，张涛团队向“单原子”世界发起极限冲锋。通过与国际电镜专家合作，利用球差校正电子显微镜等高端表征技术，他们“看清”了单个原子。2009年，团队成功制备出国际首例实用载体负载的单原子铂催化剂，其催化活性比传统纳米催化剂提高2倍以上，贵金属用量下降70%到90%。

　　2011年，张涛团队联合美国亚利桑那州立大学刘景月教授、清华大学李隽教授等学者，在国际上率先提出“单原子催化”新概念，将人类对活性位的理解从微米、纳米尺度推进到原子尺度，让科学家得以在“黑匣子”般的化学反应中看清催化的本质，为开发低成本高效贵金属工业催化剂开辟了新路径。

　　“单原子催化”是催化科学百余年发展历程中少数由中国科学家提出并获得国际广泛认可的重要概念之一，已成为多相催化领域最活跃的研究前沿之一。全球百余个国家、数千个课题组纷纷跟进，研究内容从热催化拓展至光催化与电催化，涵盖环境催化、能源转化、精细化学品合成、拟酶催化和碳资源高效利用等多个方向，并且在氯乙烯生产、烯烃多相氢甲酰化、制药、精细化工等方面实现了工业应用。

　　张涛说：“过去，我和合作伙伴有幸站在前人肩膀上提出了‘单原子催化’的新概念。未来，希望有更多的年轻科学家能站在我们的肩膀上，推动催化科学和化学向更高处发展。”

　　《光明日报》（2026年07月09日 08版）