铁基催化材料助力拓展新能源体系

“我们团队主要以铁基亚稳催化材料为切入点，来说明在催化中备受关注的科学问题，以及如何用新的科学方法，来解决未来新能源体系面临的问题。”在北京地区广受关注学术成果系列报告会（新能源新材料领域）上，中国科學院山西煤炭化学研究所研究员、博士生导师温晓东表 示。

催化材料助力煤炭清洁转化利用

温晓东所在团队最先从基础开始突破，再技术集成，目前已突破煤炭清洁转化利用的关键技术——中温费托煤制油技术。该技术有助于解决我国能源战略的安全保障问题。我国富煤缺油少气，因此需要将煤炭资源转化成我们所需要的液体燃料，如汽油、柴油以及军用燃料。

“我们利用平台现有的技术，不断拓展新能源领域，把科研的模式、范式往新的研究方向继续拓展，这是我们团队主要的研究思路。”温晓东说。

随着高性能计算机的飞速发展以及计算理论的不断完善，计算模拟已经成为设计、预测新型能源材料以及高性能催化剂的有效方法，理论工具已经成为新型的原子层次的表征手段和设计工具，那该如何在催化材料以及催化反应的研究过程中合理地使用这些理论工具呢？

温晓东表示，催化过程既包含材料研究，又包含过程研究和工艺集成，因此它是一个交叉学科的集成。从1998年量子化学获得诺贝尔奖以来，理论已经成为一种原子层面的表征手段，也让表征仪器逐步得到开发。所以温晓东团队主要利用并集成量子力学的方法，与表征技术相结合，去探寻材料在微观角度上现有表征仪器无法捕捉到的细节。

不管是实验还是理论，最终都要指向行业里的数据积累。有了数据的积累后，便能从数据里获取大量关联信息，为下一代催化材料的开发以及工艺过程优化提供重要信息。从多角度、多维度来认知一个体系，从而破解体系中最关键的科学问题，再结合技术进行转化，这是温晓东团队颇具特色的研究方法。此外，温晓东团队还结合人工智能、数据挖掘、理论方法，以及实验研究，致力于突破下一代的能源转化体系、能源材料体系等关键的科学问题和技术问题。

催化研究需做好数据积累、建立标准化体系

催化技术是从石油化工领域开始发展起来的。在起步阶段，我国以引进国外技术为主。但近年来我国在催化技术领域取得了巨大的进步，实现了从催化材料到工程设备的突破。这也是近年来我国在煤化工、石油化工，甚至一些化学品领域获得成功的技术基础。目前，我国还处于跟跑阶段，所以要从最基础的理论创新以及技术创新开始。在温晓东看来，目前催化研究最大的问题是缺少相应的标准化集成，很多化学品（如高端化学品、电子化学品）、工业设备等仍依赖进口，这是我国目前面临的“卡脖子”难题。我们仍需要扎实地推进，突破技术难关，再用技术集成做好数据积累与标准化体系。

铁基催化材料将引起材料体系的巨大变革

催化材料的种类非常多，铁基催化材料是其中一种被广泛使用的材料。为什么要用铁呢？因为铁是地壳中存量最多、储量最丰富的一种基础元素。温晓东团队希望把廉价、易得的原料作为前驱体去转化，做成具有高效转化能力的催化材料。所以铁是温晓东团队非常重要的研究方向与源头。那么，铁真有如此神奇的功效吗？举例来说，粮食能有良好的收成，其实与合成氨息息相关。可以说合成氨奠定了现代农业化肥的基础，而合成氨用的催化材料就是铁基体系。

温晓东表示，团队将利用平台现有的技术创新，不断拓展新能源领域，把科研的模式、范式往新的研究方向拓展。

“我们经常开玩笑说上帝创造了铁的世界，地壳里有铁，我们人体内和血液中也有铁血红蛋白，但没有人告诉我们如何去利用这些铁来改变这个世界。所以科研人员就要从这个角度去思考这些问题。我们团队多年来一直围绕铁基催化材料里面的亚稳结构，抓住变化的趋势，从微观结构上去认识这样的易用材料。团队目前面临的挑战就是对铁基催化材料的变化规律的掌握不足。从实验的角度的确很难监测到铁基催化材料的变化规律，因为已经超出了时间、空间的分辨率，所以我们采用量子力学的研究方法来辅助实验，从而认知铁基催化材料的变化。其实我们一直没有改变对铁的依赖，我认为对铁基催化材料的深入探索，将会引起催化材料、工程材料等材料体系的巨大变化。”温晓东 说。

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