專訪催化領域代表人物
——王雙印教授

《物理化學學報》編輯部

北京大學化學與分子工程學院，北京 100871

催化領域的發展對于解決人類社會的環境、能源等重大問題起到至關重要的作用。催化體系、催化劑是催化領域發展的關鍵。研究催化劑結構、理解催化反應機理、剖析結構與性能之間的構效關系、設計高性能催化劑來滿足工業化應用是催化領域研究的核心內容。隨著人類能源危機和環境污染的不斷加劇，開發綠色可持續新能源催化技術是解決上述問題的關鍵策略。

本期我們有幸采訪了國內催化領域的代表人物，《物理化學學報》編委王雙印教授，為我們分享了他的研究經歷及對國內外催化行業的分析。

問題1：請您為讀者們簡單介紹一下您的科研歷程。

回答：我在浙江大學化工系本科畢業設計論文從事的是高分子材料方面的研究工作，2006年到新加坡南洋理工大學攻讀博士學位從事燃料電池方面的研究，隨后在美國凱斯西儲大學、德克薩斯大學奧斯汀分校、英國曼徹斯特大學(瑪麗居里學者)開展研究工作。2013年入職湖南大學，主要從事電催化劑缺陷調控，燃料電池以及有機電催化轉化等方面的研究工作。

問題2：是什么把您吸引到催化的研究領域的呢？回答：進入催化領域，是件很偶然的事情。我博士期間的第一個課題是燃料電池質子交換膜的表面修飾，利用高分子通過靜電自組裝的方式對質子交換膜進行表面修飾，抑制抗甲醇穿梭的性能。在課題研究過程中，偶然發現所使用的高分子可以高效地修飾碳材料，用其負載貴金屬納米顆粒的時候，可以很好地提高納米顆粒的分散性，并提升其負載量，對甲醇氧化顯示了很好的電催化性能。這一偶然發現，使得自己從高分子膜方向轉向了電催化研究。

問題3：中國催化的研究在國際上處于什么位置？回答：在國家的大力支持下，我國催化領域的研究發展迅速，成果顯著。在全方位、分層次的戰略布局情況下，經過多年來長期的奮斗，我國催化領域已形成了一支高水平的基礎研究隊伍，取得了一批國際上有影響的成果，整體研究水平已進入世界先進行列。近年來，國內研究學者在催化這一領域取得了巨大發展，先后提出了研究催化的新視角、新材料、新反應體系。催化研究領域涉及面廣，在各個方面都取得了巨大進展。以催化新材料的研究為例，中國科學院大連化學物理研究所張濤院士的團隊原創性地提出了單原子催化劑的概念，單原子催化劑現已被國內外研究者廣泛應用于熱催化、電催化以及一些重要的工業催化過程(例如水煤氣變換反應和甲醇重整)，顯示優異的催化活性和選擇性。

問題4：目前催化領域的發展存在的最大的挑戰有哪些？未來有哪些發展趨勢？

回答：較大的挑戰有很多，主要包括明確催化劑微觀結構與催化性能之間的關系，尋找催化活性與穩定性俱佳的高效催化劑，還有跟蹤催化劑表面原子與反應分子及其中間體的相互作用及變化過程，以及在復雜環境中研究特定化學反應的催化過程等。總體來說，深入理解催化反應過程中反應物與催化劑的動態變化以及開發出可用于工業生產的高性能催化劑是目前最大的挑戰。未來催化劑的機理研究更注重原位表征技術的運用，各種催化反應體系的交叉和結合會大大增加，對催化劑的性能將會更注重實際工況下的評估。

問題5：請您列舉一些您課題組現階段主要的研究方向和學術成果。

回答：我的課題組現階段的研究方向主要包括：電催化劑缺陷化學，有機電催化合成，高溫燃料電池。在基礎研究方面，我們開辟了“電催化劑缺陷化學”方向，主要從理解缺陷-構筑缺陷-利用缺陷的視角開展研究工作，在這一領域取得了系統性創新研究成果：(1)自主搭建微區電化學平臺，明確了邊緣缺陷碳的高活性，建立了碳本征缺陷-催化活性-表面電荷之間的構效關系；(2)實現了缺陷的選擇性構筑，揭示了化合物缺陷催化機制，為高性能電催化劑的設計提供了理論支撐和技術指導；(3)利用缺陷位的活潑特性，實現了缺陷位的功能化修飾，賦予了催化劑新的催化功能，豐富了缺陷化學研究的內涵，為催化劑缺陷調控提供了新的思路。在應用研究方面，我們開發了負載型催化劑的批量、普適化制備工藝，為工業催化、燃料電池以及清潔能源生產等領域催化劑的應用提供了空間。在有機電催化轉化方向，我們成功實現常溫常壓下電催化合成尿素，提出了親核試劑電催化轉化的氫缺陷循環機制。

問題6：您認為催化發展和應用對我們的社會、環境和經濟會有哪些影響？

回答：隨著社會快速發展，人類對能源的需求不斷增加，化石能源的過度消耗也造成了嚴重的環境污染和能源危機。提高能源利用效率和開發新能源是解決環境污染和能源危機的有效途徑。尤其是新能源電轉化裝置因其高效清潔等優勢得到了科學家們的廣泛關注。其中涉及的反應包括氧還原反應(ORR)，析氧反應(OER)和析氫反應(HER)、二氧化碳還原(CO2RR)以及氮氣還原(NRR)等。而這些電化學反應都需要催化劑才能夠高效進行。催化材料是解決能源危機中的重要核心技術，理解催化機理、掌控催化活性位點、調節催化材料中的電子、離子的傳輸及其與反應物和產物分子的相互作用對提高催化劑的催化效率、選擇性和耐久性等方面都起著重要作用。因此，對于實現低能耗、零排放、清潔化生產等一系列目標來說，催化發展對于當今社會的可持續發展具有重要意義。

問題7：您認為科研人員最重要的品質是什么？您對研究生或年輕的科研工作者有什么建議？

回答：科研人員最重要的品質是好奇心和獨立思考，科學研究過程有很多未知，保持探索未知的渴望并獨立思考非常重要。對于有志從事科學研究的青年學生或學者，我有兩點建議：(1)夯實基礎知識，探究科學本質；(2)獨辟蹊徑，忌盲從熱點。

問題8：請問您認為什么是期刊發展最重要的因素？

回答：我認為期刊發展的最重要的是發表論文的質量水準。為了吸引高質量的高源，期刊需要關注的點很多。首先是同行認可度。增強同行認可度的主要方式是通過對發表內容進行仔細篩選，實現對深度內容的挖掘，對創新內容的拓展和對專業發展方向的引導，從而增進同行對于本期刊的專業性與內容的嚴謹度的認可，有利于本期刊學術口碑的建立。其次是審稿人的專業匹配度。通過對審稿人專業背景的嚴格挑選，為每篇稿件挑選合適的審稿人，保證審稿人的專業背景能為稿件提出既有深度又有廣度的專業性意見與建議。然后是稿件處理速度。當今社會科研工作發展迅速，提高稿件處理效率，對于作者對其工作的進一步推進和提升具有重要意義。