為納米反應器構筑更多可能
——記中國科學院大連化學物理研究所研究員劉健

李 剛

催化技術是現代能源、環境和化學工業的關鍵技術，催化材料的創新是核心研究內容之一。受自然界的啟發，20世紀90年代初，化學家們開始嘗試構建微/納米反應器，以期能夠實現高效和連續的化學轉化。盡管，目前國際上已經在納米反應器構筑方面取得一系列進展，但是，學術界對納米反應器材料結構表征、反應器設計、催化微觀作用機制、納米反應器中擴散和傳遞模型等方面的認識仍然存在不足，有關生物納米反應器（納米細胞工廠）的構筑及其在診斷和治療方面的應用也亟需發展。

多年來，中國科學院大連化學物理研究所研究員劉健一直圍繞納米反應器中的催化反應的相關問題展開研究，至今已經在該領域做出了許多突破性成果，為納米反應器的構建和應用提供了更多的可能性，所做工作受到國內外同行廣泛關注、引用和良好評價。

立足前沿，創新不止

2017年，劉健結束在澳大利亞科廷大學的工作，在逯高清院士和喬世璋教授鼓勵下，選擇回到中國科學院大連化學物理研究所。回到中國科學院大連化學物理研究所后，在李燦院士和楊啟華研究員的大力支持下，劉健開始著手組建科研團隊并率領團隊開展了微/納米反應器的構筑及其催化反應過程的研究。在這之前，他已經在國際上率先發展了構建蛋黃—蛋殼結構納米多孔材料的方法，這為制備多功能納米反應器提供了有效途徑。回國后，基于這些研究基礎，劉健率領研究團隊成功構建了一系列蛋黃—蛋殼結構的亞微米反應器，這一系列微/納反應器在硝基芳烴催化氫化、苯乙炔加氫、乙酰丙酸加氫、甲烷干重整、電催化等反應中都表現出特異性能。“此外，我們也發現在空間限域效應中可以顯著提升活性、選擇性及穩定性。”劉健說道。

劉健

除此之外，在這一項目研究中，劉健團隊還發現了通過微納反應器內空間微環境的調控，可以有效調控納米反應器中的催化反應過程；發現了納米反應器中的一些特殊效應，如隔離，協同，耦合效應等。揭示了納反應器中串聯催化反應在空間和時間的耦合問題。目前，部分成果已經發表，但還有多篇工作仍在整理中。

重視應用，前景正好

納米反應器不僅可以用來實現高效的化學合成，也可以有著生物醫學的應用。在納米反應器研究工作過程中，劉健率先將納米反應器應用到了重大疾病診斷中，有關在胰腺癌的早期診斷的工作近期被Cell旗下國際知名雜志Matter接收。而其他疾病，如中風、老年癡呆、狼瘡性腎炎等疾病的檢測應用也正在開展。他說道：“目前，我們也正在和上海交通大學合作，希望可以將納米反應器在重大疾病診斷和治療的應用實現產業化。”

2018年，劉健團隊承擔了中國科學院潔凈能源創新研究院項目“多孔碳基微/納米反應器的設計及二氧化碳還原研究”，他們希望通過項目的實施可以提高催化劑對C O2電催化還原反應活性和選擇性，為進一步進行規模化C O2還原制備重要化工原料提供基礎科學依據。項目現階段優化了納米反應器的合成條件，初步合成了幾類催化劑，實現了對雜原子摻雜多孔碳的可控制備；實現了對負載金屬納米粒子微納米反應器的制備。

值得一提的是，劉健團隊還發展了規模化制備多孔酚醛樹脂亞微米球的方法，并首次將其應用于光催化分解水中，取得了目前非貴金屬催化劑分解水產氧最高效率。

回國組建團隊兩年以來，劉健共發表通訊作者論文40余篇。在這個過程中他遇到的困難并不在少數，因為在這個領域存在著很多“硬骨頭”，想要啃下來并不容易。未來，納米反應器的發展還存在更多可能，而劉健正在探索。