環境催化精微處 玉宇澄清萬里天
——記中國工程院院士、中國科學院生態環境研究中心研究員賀泓

□ 胡 敬 劉 佳

賀泓于1965年出生在中國千年古城邯鄲。他青少年求學的時候，正是中國社會發生變革和轉折的時期。盡管“文革”結束、氣象更新，百廢待興，但是彼時，科技落后、物質匱乏、信息閉塞依然困擾著中國社會。在賀泓少年的心靈里，可愛的家鄉和不盡如人意的生存環境都給他留下了不可磨滅的印象，剛上初中的他就在心底里立志，一定要努力求學，到外面的世界去看一看，增長見識，學習先進，用知識改變家鄉的落后面貌。

賀泓在邯鄲一中讀初中兩年，跳級轉邯鄲二中讀高中兩年，1981年以16歲的年紀考上了河北師范大學，1988年考入北京理工大學攻讀博士學位，并在90年代初被國家教委選派赴日本留學，1994年在日本東京大學理學部化學系獲理學博士學位。他先后在日本、美國、加拿大留學和工作10余年，除了在日本理研公司研究中心做過兩年多柴油機尾氣催化凈化研究工作外，大部分時間都在從事固體表面科學和模型催化等純基礎科學研究。尤其是在加拿大，賀泓跟隨諾貝爾化學獎獲得者John Polanyi教授研究化學界前沿的吸附狀態下的光化學反應動力學課題。當時他已經在國際期刊發表學術表面科學和模型催化論文多篇，又能跟隨名師，學術前途可謂一片光明。例如，他1997年發表在Surface Science上研究Ni（100）表面碳化物甲烷化的文章中，發現二維石墨可以在金屬表面形成并穩定存在，而在當時還沒有石墨烯的概念。但隨著改革開放后中國經濟的騰飛，國內大氣污染日益嚴重的形勢時刻牽動著賀泓的心，環境催化治理大氣污染也是他力所能及的專業范圍，于是萌生了放棄國外他所鐘愛的基礎科學研究而回國開展環境催化應用于大氣污染控制的念頭。1998年賀泓應邀成為中國科學院生態環境研究中心客座研究員，國內的恩師、單位領導和好友期待著賀泓的歸來。

有人力勸，有人惋惜，但是賀泓已經下定了決心，用平生所學報效國家——正是他年少時的志向。他說：“如果國家需要我時，我卻明知可為而不為，這才是人生無可彌補的遺憾！”2001年，36歲的他全職回到中國科學院生態環境研究中心工作。經過十幾年的團隊建設與合作努力，至今已在柴油車排放污染控制、室內空氣凈化和大氣灰霾成因與控制研究和應用等方面取得了顯著成果。賀泓經常感嘆，我們生在了一個偉大的時代，年輕時立下的志愿基本都已實現，而未來還有更高更遠的目標去追尋。不久前，母校請他題字，賀泓欣然落筆，也算是寫下自己的心聲：生逢其時，民族復興千載夢；學以致用，家國情懷少年心。

打贏“藍天保衛戰”

實驗室初創期

賀泓清楚地記得，北京奧運之后大氣灰霾的問題越來越引起了社會各方的關注。尤其是之后幾年，隨著互聯網和自媒體渠道的發達，越來越多的國民對于和他們生活質量休戚相關的生態環境表示了極大關切。媒體曾經報道過一位北京市民，用自己的相機每天早上同一時間，以同一地點作為背景，拍照記錄北京的天氣情況，然后發布到個人微博和微信朋友圈里。天氣好的時候，對面的建筑清晰可見，可是到了灰霾天氣，樓群就像海市蜃樓一般若隱若現，而要是到了重度污染的級別，甚至在一片灰霾之下，根本就看不到對面的建筑了！這位市民連續拍攝了一年，當他將這300多天的照片合成排列在一起時，很明顯地可以看出，北京晴朗藍天的日子還不及全年的一半。

這一報道造成的影響震撼人心，讓更多的市民拿起了手中的相機和手機紛紛記錄下天氣和環境的變化，“霧霾”也毫無懸念地登上各大新聞熱點的榜首。黨和政府早就對大氣污染高度關注，從20世紀70年代就采取了種種治理措施，更是在2013年出臺了史無前例的《大氣污染防治行動計劃》。一時間，打贏“藍天保衛戰”成為新世紀擺在我們面前的一項政治任務。

那段時間里，賀泓對于天氣的變化格外地敏感，每當新一輪灰霾悄悄籠罩京城，他的心情就會又一次緊張起來。甚至于說他的心情好壞完全取決于灰霾的來去也不為過，因為他當時的身份是中國科學院2012年啟動的“大氣灰霾追因與控制專項”研究的首席科學家，帶領很大的一個團隊研究灰霾成因、預報預警和治理技術，為國家制定有效的污染減排策略提供科學依據和技術支持。

這是一項“欲與天公試比高”的工作，難度可見一斑。賀泓介紹說，對灰霾的成因分析和預報預警，是一個極其復雜的過程，需要大氣化學、大氣物理、氣候氣象等多個學科的交叉合作，這大大增加了灰霾問題研究的復雜性和治理的艱巨性。

賀泓負責的灰霾專項團隊有近300名科學家參與，他們來自中國科學院十幾個研究所、清華大學、北京大學等國家頂級科研機構。作為這樣一個大團隊的牽頭人，協調各方千頭萬緒，壓力可想而知。“只有把灰霾形成的原因搞清楚了，我們才能以最小的代價來治理它。”賀泓明白，治理灰霾不僅僅是一項單純的科學研究，更擔負著沉重的社會責任。因為灰霾不僅是大氣能見度的感官形象問題，更是關系到人民的身體健康。

然而灰霾是個狡猾的“敵人”。賀泓說，灰霾頻繁發生，其中有氣象的外因，但是，我們更加看重的是大氣復合污染的內因。在大氣復合污染條件下，大氣氧化性的增強、氣態污染物向顆粒態污染物的轉化加快，這才是造成我國灰霾事件頻繁出現的根本原因。

“大氣復合污染形成的二次細顆粒物，大大超過了由當地氣候、地形等條件決定的環境容量，一旦出現持續的靜穩天氣，就會出現污染物無法擴散的情況。而這種因為典型的復合污染造成灰霾現象及其治理，并沒有直接的國際經驗可以借鑒，主要靠我們自己的摸索和研究。”

正因任務艱巨，更要迎難而上。賀泓常說，治霾沒有捷徑可走。幾乎每次灰霾來臨，他和團隊成員們都要在各自的崗位上行動起來，準確預報、加強監測、分析成因。這些過程往往是加班加點，廢寢忘食的。在團隊的共同努力下，他們以大氣細粒子（PM2.5）的生成、演化與控制為核心科學問題，以京津冀、長三角和珠三角地區為重點研究區域，通過可控實驗、外場觀測和數值模擬，基本闡明區域灰霾的形成機制，初步識別了關鍵污染物和污染源，提出了區別于倫敦煙霧和洛杉磯光化學煙霧的第三類霾化學煙霧的概念模型和理論框架，對我國后續一系列大氣污染防控研究的重大科技計劃的立項和實施起到了先導作用，為科學可行的灰霾控制技術和解決方案提供了關鍵科技支撐。近幾年來，國民已經感受到大氣污染治理力度越來越大，效果越來越好，藍天白云的日子在逐漸增多，重點區域顆粒物濃度明顯下降。

抓住機動車治污的“牛鼻子”

我國現階段污染物排放總量的基數大，尤其是隨著城市汽車保有量的激增，大城市氮氧化物污染逐漸加重，這使得我國大氣污染日益呈現出復合污染的態勢，即由煤煙型污染與機動車尾氣污染及其他污染疊加構成。“在城市大氣污染當中，城市機動車污染實際上比工業煙氣帶來的污染更難以治理。工業煙氣問題可以通過產業轉型升級和能源結構調整解決，但是由于機動車排放標準升級只是針對新車，城市機動車尾氣污染控制注定是一個漫長的過程。”賀泓如是說。要想在比較短的時期內解決重型柴油車的排放問題，通過科技手段加強監管兼改造升級在用車是最現實的手段。

由于機動車尾氣直接排放致霾的PM2.5及前體物，所以賀泓主張大城市應該把機動車尾氣污染控制放在優先治理的位置。而在機動車治理的過程中，首先要抓住重型柴油車這個“牛鼻子”。賀泓表示，就運輸量和經濟性而言，我們不能完全擺脫重型柴油車，運送工農業生產原料和產品很大程度上需要它。其實如果從能源消耗角度來說，和汽油車相比柴油車應該是更加綠色的交通工具。

中國水利：新成立的Xylem公司擁有哪些核心技術和理念？從ITT剝離后，新公司具有哪些優勢？在發展戰略方面有什么調整？

事實上，從2001年賀泓甫一回國，他便投入到了柴油車尾氣凈化技術的研發中。當時恰逢國家“十五”計劃開端，環境技術第一次被列入原“863”計劃之中。賀泓回國主持的第一個原“863”課題就是“柴油機氮氧化物凈化技術”，同時在“百人計劃”和國家自然科學基金的資助下開展起氮氧化物催化凈化的基礎研究。

“我當時設想是盡快在中國的柴油車上率先實現以碳氫化合物為還原劑的氮氧化物選擇性催化還原（H CSCR）技術。這個技術的最終目標是以車載燃料為氮氧化物的還原劑，實現柴油-SCR的應用，可以大大簡化國際上通用的柴油車用尿素-SCR系統，并降低運行成本。”賀泓的最初設想很好，在這種理念指導下，他帶領著團隊潛心研究了幾年，發表了幾十篇論文，申請了十幾個專利，研究可謂獨樹一幟。但是，賀泓漸漸發現，在中國現實的國情條件下，很難實現他的理想初衷。首先，我國燃油中含硫量高，客觀上限制了HC-SCR的應用。其次，我國汽車工業長期跟隨國外技術，很難說服一個企業在柴油車尾氣凈化后處理這一核心技術上率先嘗試為天下先的巨大技術風險。

煙霧艙內進行工作

身為“海歸”的賀泓第一次遭遇了水土不服，但是他沒有怨天尤人，而是果斷地調整了研究方案。一方面，繼續保持在HC-SCR研究上的領先地位，同時迅速開展尿素-SCR應用和前瞻研究，滿足我國即將實施柴油車國IV排放標準實施帶來的市場需求。這個順應國情的思路調整帶來了豐碩的成果。“863”團隊在賀泓的帶領下協同攻關，幾年時間突破了適用于我國燃油品質的高效SCR催化體系設計與催化轉化器生產核心技術，成功研發了國際先進水平的柴油車用釩基NH3-SCR催化劑，在重型柴油車NOX凈化規模化應用中呈現出優良活性與穩定性。

讓賀泓最有成就感的是，他們的產學研聯合團隊打造了具有自主知識產權的國產化“大尺寸催化劑載體—催化劑生產與封裝—匹配控制技術與集成”技術產業鏈，形成了國內最大的重型柴油車SCR后處理系統生產供應體系，國IV、國V產品累計裝車超過100萬輛，打破了國外公司的壟斷，帶動了本領域環保產業的發展。

“十幾年，從實驗室原理技術的研發到最終的產業化之路太不容易了，經歷了許多磨難和痛苦才取得了目前階段性的成果。如果沒有原‘863’計劃長期穩定的支持，這一成果的取得難以想象。”一向不言辛苦的賀泓也不禁如此感慨。

創新沒有定式

空氣凈化器在今天已經普及進入千家萬戶，但是在10多年前的中國，還是一個鮮為人知的小眾產品，而賀泓，也是一個偶然的機會接觸到室內空氣催化凈化技術。

有數據顯示，人們在室內度過的時間高達80%以上，因此室內環境與空氣質量直接影響著人民健康和生活水平。但是由于我國大量使用人造板材裝修和人均居住面積較小等因素導致甲醛和微生物是室內空氣中兩類主要的污染物，對人體健康構成危害。

尤其是2003年那一場突如其來的“非典”，讓研發高效、安全、長壽命且無二次污染的室內空氣凈化和殺菌技術及其產品成為改善人民生活質量的迫切需求。這也使賀泓開始關注起室內空氣污染的問題，以催化凈化甲醛和催化微生物滅活的科研為契機，組建起室內空氣污染控制研究團隊，并先后承擔了“SARS科技專項課題”、“綠色奧運行動”、國家重點研發計劃“室內空氣典型污染物催化凈化材料研究”等相關課題。

討論工作

催化氧化技術可以利用空氣中的氧氣將甲醛完全分解為無害的H2O和CO2，但即使采用前人發現的最佳的氧化催化劑，其催化氧化甲醛的操作溫度也需要80℃，仍遠高于室溫，因此難以滿足室內空氣凈化所需的常溫常壓、高效、安全、經濟的要求。在此之前，常用的室內空氣殺菌方法有：臭氧、等離子體、紫外線、化學藥劑殺菌等。然而，這些殺菌方法在有效殺滅有害微生物的同時，對人體或環境都有很大的潛在危害。

面對著如此困局，賀泓開拓思路，完全基于“創新沒有定式”的敢為人先，提出室溫非光催化凈化室內空氣新思路。在甲醛凈化方面，設計并研制出高分散負載型Pt基催化劑，確認高度分散的Pt是該催化反應的活性中心，首次實現了室溫條件下甲醛的催化氧化，并且發現堿金屬助劑作用下可實現Pt在載體上的單原子分散，有利于活化氧氣和水在催化劑表面生成活性表面羥基，從而大大提高室溫催化氧化甲醛的反應活性，降低了催化劑成本。賀泓的這一系列成果，被國內外同行贊嘆為“甲醛吸附和氧化研究方面取得的重大進展”，是“令人驚嘆的成果”（比利時安特衛普大學Dewil教授語）。在催化殺菌方面，發明了系列載銀無機催化殺菌材料及其制備方法，在室溫條件下不借助藥劑或外界能量輸入就可以快速催化殺滅吸附在其表面的病毒、細菌、真菌等微生物，具有廣譜、高效、對人體無害的優勢。

基于上述發明成果，為了迅速實現產業化，早日服務于國民生活，賀泓同北京亞都、日本三菱電機等國內外相關企業合作，建成了甲醛凈化和催化殺菌材料生產線，開發了多款應用上述專利技術的新型室內空氣凈化器和空調產品，迅速推向了市場，取得了良好的經濟和社會效益。此外，賀泓還帶領團隊針對其他室內空氣污染物如揮發性有機物、臭氧和氨氣開展催化凈化研究工作，有些成果還在空調、車用凈化器和防護產品上實現了產業化應用。特別是他們的臭氧催化分解專利技術在海爾開發的離子風空調中發揮了至關重要的作用，在分解電離空氣產生的臭氧的同時，凈化了空氣中的甲醛和揮發性有機物；這項技術應波音公司的委托進行了低溫、超高空速的再開發，有望應用于波音飛機客艙空氣質量改善。這些研究工作很好地引領了行業的發展，推動了室內空氣凈化領域的技術進步。

解鈴還須系鈴人

催化，是一種加快化學反應速度的作用，其應用幾乎遍及化學化工的整個領域。賀泓常說，人類實際掌握了催化技術之后，改造自然的能力大大增強，就使得我們的活動超過了環境所能承受的負荷。他舉了一個非常簡單的例子，自從人類掌握了催化合成氨技術并用于化肥生產，自然界才出現了廣泛的水體富營養化。實際上，當今世界的大氣污染也主要是由于人類掌握了以催化為基礎的石油化工和煤化工技術后大量利用化石能源所造成的。賀泓團隊所研究的環境催化，就是要利用催化的手段來解決和化學相關的諸多環境污染問題，賀泓用簡潔明了的一句話總結就是——解鈴還須系鈴人。

自從回國之后，賀泓一直非常重視對于“解鈴人”的培養，團隊建設和人才培育一刻都不曾放松。在現階段，賀泓更是把人才培養看作是學科長遠發展的一個重要工作。學科未來的發展要靠年輕一代，要有一批杰出的學科帶頭人，這樣才能作為今后開展原創性的工作、深度研究的保障。在他看來，只有教不好的老師，沒有學不好的學生。賀泓深諳孔夫子“有教無類”“因材施教”的理念，對待不同的學生采取不同的教學方式。“有的學生你要讓他多讀書，勤思考，別鉆進實驗室里就出不來，不及時總結反思是不行的；而有的學生則恰恰相反，你要經常往實驗室和工程現場趕他，提醒他環境催化不是為了學問而學問，必須是解決實際問題的學問，不能把書讀死了。”

在日常工作中

賀泓根據學生的條件和稟賦，力爭對每一個學生實施個性化的指導，使得他的團隊日益強大，學生們的成材率極高。2001年歸國以來，已培養博士、碩士研究生共42名，其中7人分別獲得中國科學院院長特別獎和優秀獎，4人獲中國科學院優秀博士論文，2人獲得基金委優秀青年科學基金，1人獲第15屆國際催化大會“青年科學家獎”。2013年賀泓領銜創建中國科學院生態環境研究中心大氣污染控制中心；2014年組建“大氣污染物的源匯過程與污染源控制技術創新團隊”，入選科技部創新人才推進計劃；2015年作為首席科學家籌建“中國科學院區域大氣環境研究卓越創新中心”，并于2017年正式建成運行至今，成為我國打贏藍天保衛戰的一支重要力量。

近幾年來，賀泓變得更加忙碌。他經常作為專家參與到科技部、中國科學院和國家自然科學基金委等部門的科技規劃或項目評審中，光是作為京津冀協同發展專家咨詢委員會委員，4年來參加的相關會議和調研就將近100次，期間幾乎不能正常出國參加本專業學術會議，對此他毫無怨言。2017年賀泓當選第十三屆全國人大代表，并在第一次大會上提出關于盡快實施“清潔柴油機行動計劃”的建議，目前已經獲得生態環境部回復采納。他帶領團隊也積極落實自己提出的建議，投身在用柴油車排放控制與在線監管技術升級的總理基金攻關項目，研發的技術已經在京津冀數個城市落地示范應用。從新車擴展到在用車，研究內容和復雜性成倍增加，但研究成果更能及時見效。對此他樂在其中。賀泓常說，個人的命運和祖國的命運密不可分，只有把我們的人生融入到了國家進步、民族復興的偉大進程中才是無悔的人生，我們要做出無愧于這個偉大時代的工作！

賀泓說到了，也做到了。他的付出，人民看得到，藍天看得到，時間看得到。