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作者：黃偉新

2009年中國(guó)化學(xué)會(huì)青年化學(xué)獎(jiǎng)獲得者

“中國(guó)化學(xué)會(huì)青年化學(xué)獎(jiǎng)”是中國(guó)化學(xué)會(huì)授予不超過(guò)35歲的青年化學(xué)工作者的崇高榮譽(yù)。2013年是“中國(guó)化學(xué)會(huì)青年化學(xué)獎(jiǎng)”創(chuàng)立30周年，作為2009年獲獎(jiǎng)?wù)撸曳浅s幸獲邀撰寫紀(jì)念文章。與已經(jīng)取得杰出成就的眾多獲獎(jiǎng)?wù)呦啾?，我還在努力開拓屬于自己的科學(xué)研究方向，因此在此文中淺談自己在催化表面化學(xué)研究中的感受，供青年化學(xué)工作者參考。

我的研究領(lǐng)域是催化表面化學(xué)，主要是研究多相催化反應(yīng)體系催化劑的表面組成/結(jié)構(gòu)-催化性能關(guān)系和表面催化反應(yīng)機(jī)理。催化表面化學(xué)研究對(duì)于新催化反應(yīng)體系的研發(fā)非常重要，但由于多相催化劑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性/不均勻性和表面科學(xué)研究技術(shù)的局限性，催化表面化學(xué)研究具有很大的挑戰(zhàn)性。針對(duì)催化劑納米粒子結(jié)構(gòu)復(fù)雜性/不均一性這一挑戰(zhàn)，結(jié)合20世紀(jì)60年代起不斷發(fā)展的超高真空電子能譜表面科學(xué)研究技術(shù)，基于單晶表面的模型催化劑超高真空表面化學(xué)研究是催化表面化學(xué)最主要的研究方法，并取得巨大成功。德國(guó)馬普學(xué)會(huì)Fritz-Haber研究所的Gehard Ertl教授因其建立了模型催化劑體系表面化學(xué)研究方法體系，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)合成氨和CO氧化等重要催化反應(yīng)體系在原子分子層次的理解而獲得了2007年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。但單晶模型催化劑超高真空表面化學(xué)研究與真實(shí)催化反應(yīng)體系之間存在所謂的“材料鴻溝”和“壓力鴻溝”，經(jīng)常導(dǎo)致其研究結(jié)果不能夠有效推廣到真實(shí)催化反應(yīng)體系。因此如何克服“壓力鴻溝”和“材料鴻溝”，在盡可能接近真實(shí)催化反應(yīng)體系的條件下來(lái)開展催化表面化學(xué)研究是該研究領(lǐng)域的新突破點(diǎn)和機(jī)遇。

我1996年師從包信和院士攻讀博士學(xué)位，以及在其后的博士后和洪堡學(xué)者研究中，一直從事基于單晶表面的模型催化劑超高真空表面化學(xué)研究，對(duì)催化表面化學(xué)研究有著深刻的理解。克服“壓力鴻溝”的關(guān)鍵科學(xué)問題在于發(fā)展催化表面化學(xué)原位動(dòng)態(tài)研究方法；而克服“材料鴻溝”的關(guān)鍵科學(xué)問題在于發(fā)展能夠體現(xiàn)粉末催化劑全部結(jié)構(gòu)特征并且結(jié)構(gòu)均一的新模型催化劑體系。過(guò)去十幾年來(lái)，納米科學(xué)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)均一納米粒子的控制合成。我敏感地認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)均一納米粒子可以發(fā)展為新型催化劑體系，而且結(jié)構(gòu)均一納米粒子作為模型催化劑能夠體現(xiàn)影響材料催化性能的全部結(jié)構(gòu)因素，也能夠在真實(shí)催化反應(yīng)條件下開展催化表面化學(xué)研究。因此自2004年底回國(guó)在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獨(dú)立工作以來(lái)，就提出了“從單晶到納米晶的模型催化體系研究”創(chuàng)新理念，并在該研究理念的指導(dǎo)下，構(gòu)筑從單晶到納米晶的模型催化劑體系，開展催化表面化學(xué)研究。經(jīng)過(guò)努力工作，目前取得的研究結(jié)果充分證實(shí)了該研究理念的科學(xué)性，系統(tǒng)闡述了“氧缺陷控制的氧化物催化表面化學(xué)”和“晶面控制的氧化物催化表面化學(xué)”概念，并提出了“晶面控制的催化劑表面重構(gòu)和催化性能”的新概念，得到了國(guó)際和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)同行的認(rèn)可。

總結(jié)在催化表面物理化學(xué)領(lǐng)域的研究心得，有以下幾點(diǎn)感受：第一，需要發(fā)自內(nèi)心的研究興趣，廣泛閱讀文獻(xiàn)和進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，深刻和清醒地認(rèn)識(shí)研究領(lǐng)域現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)，并保持思索如何去解決研究領(lǐng)域中挑戰(zhàn)；第二，需要開闊的研究視野和開放的研究思維，關(guān)注相關(guān)研究領(lǐng)域的新進(jìn)展，并借鑒其研究進(jìn)展來(lái)創(chuàng)新自己的研究思路；第三，需要持之以恒的研究精神和樂觀的研究態(tài)度，確定研究思路后堅(jiān)持方向，不畏懼失敗，不輕言放棄；第四，需要善于總結(jié)和學(xué)以致用的科學(xué)研究方法，一個(gè)實(shí)驗(yàn)無(wú)論是成功還是失敗，都要從中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并應(yīng)用到新實(shí)驗(yàn)方案中。在上述研究心得的基礎(chǔ)上，我希望通過(guò)堅(jiān)持開展基于“從單晶到納米晶的模型催化體系研究”創(chuàng)新理念指導(dǎo)的催化表面化學(xué)系統(tǒng)研究，真正實(shí)現(xiàn)在原子分子水平理解真實(shí)催化反應(yīng)條件下的表面組成/結(jié)構(gòu)-催化性能關(guān)系和表面催化反應(yīng)機(jī)理，為高效新催化材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。