專訪催化領域代表人物
——張鐵銳研究員

《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

催化領域涉及反應分子在催化材料作用下的一系列物理化學過程，是材料科學與界面科學的重要交叉。百余年來，催化領域的發展對人類的生產生活產生了重大的推動作用，并相繼誕生了熱催化、電催化、光催化等重要分支學科。當今該領域的研究熱點主要分為兩個方面，分別是偏向基礎研究的催化材料界面局部電荷轉移與能量傳遞過程，以及偏向應用研究的催化體系工程設計，呈現出由微觀到宏觀、由基礎到應用的全面發展態勢。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》編委張鐵銳研究員，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：我于1994年入學我的母校吉林大學化學系，開始我的化學學習之路，并于1998年取得理學學士學位，于2003年取得吉林大學有機化學博士學位。同年，我進入德國馬普膠體界面研究所膠體系，跟從Prof. Markus Antonietti和Prof. Charl F. J.Faul研究組研究雜多金屬氧酸鹽的組裝及其光電性能。2004年10月加入加拿大國家納米研究所&阿爾伯塔大學化學系Prof. Hicham Fenniri研究組，從事具有SERS活性的條形碼樹脂的制備及其作為傳感器的研究。2005年8月出站后進入美國阿肯色大學化學與生物化學系Prof. Z. Ryan Tian研究組，從事氧化鋅和二氧化鈦納米材料及光催化應用的研究，并于2007年1月出站。之后于2007年2月進入美國加州大學河濱分校化學系和化工系Prof. Yadong Yin和Prof. Yushan Yan研究組，從事介孔空心納米材料的制備及催化應用研究，于2009年10月出站。同年11月，我回國進入中國科學院理化技術研究所，中國科學院光化學轉換與功能材料重點實驗室，以研究員、中科院特聘研究員、博士生導師的角色從事能源納米催化材料研究至今。

問題2：是什么把您吸引到催化的研究領域的呢？在科研的道路上有哪些重要的人影響了您？

回答：我認為催化領域之所以吸引了諸多學者的原因在于其背后蘊含著改變世界的可能性。合理的利用一個催化反應可以拯救數以萬計的生命，例如合成氨反應解決了世界糧食危機問題。而若是不正當地利用了催化的金鑰匙又會致使數萬人陷入戰亂，流離失所，像是納粹德國利用費托合成反應發動戰爭。我們雖生于和平年代，吃飽穿暖，但我們面臨的問題，如能源危機、全球變暖等問題卻一點不比當年緩和。而我認為這些艱難險阻的“七寸”正是一個一個的催化反應。試想，自己在實驗室里的一個小小的杠桿可能翹起一次全人類的進步，這難道不讓人著迷嗎？而提到給我影響最大的人，我首先想到的便是光催化之父，來自日本的藤島昭先生，他在實驗室無意發現半導體二氧化鈦具有明顯的光電效應并將其用在光驅動分解水產氫產氧以及殺菌降解等領域。至此，光催化的大門正式被打開，就像普羅米修斯之火一般，在創造了新的領域的同時也點燃了諸多傳統領域。而同時被點燃的，還有包括我在內的分布在全球的科研工作者們的激情。

問題3：中國催化的研究在國際上處于什么位置？回答：中國催化的研究水平目前無疑是處于世界前列的。無論是從文章的發表量，從事研究的人員數量以及投入的經費等數據來看都是數一數二的。我們當然可以以此為豪，但我認為我們也需要保持一定的危機感，時常修正研究領域的主干線，因為我們的研究不光要廣，要大，還要優，要深，要有用。

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：我認為目前催化領域處于一個多點開花的狀態。新的反應、新的體系、舊的反應和新的體系結合等等，每天都會報道出一些新奇的想法。但似乎對于科學問題的深度以及實際應用問題的精度的研究相對較少。科學是用來指導實踐的，而催化更是如此。從事催化領域研究的人肯定都清楚，這是一個十分艱巨的挑戰。實驗室再完美也只能模擬實際的應用，科研到應用的轉化必須建立在對實驗本身研究足夠深，對可能產生的應用問題的分析足夠細的基礎上。這便是目前面臨的最大挑戰。而發展趨勢一直以來都是與挑戰伴生的，明確了挑戰也就明確了發展趨勢。我認為，未來催化領域的發展應保持在探索新領域的同時，加強對科學深度的鉆研并積極地嘗試科研成果轉化。

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：我目前主要針對光催化合成太陽能燃料及高附加值化學品開展相關研究工作。近年來一些高效非貴金屬光催化劑，特別是水滑石基光催化材料的發現極大地激發了我們對于這一科學領域的研究興趣。眾所周知，水滑石是一種由帶正電荷的主體層板和層間陰離子通過非共價鍵相互作用形成的二維晶體材料。它具有主體層板化學組成可調控，層間陰離子電荷和數量可調節等突出特點。近年來，我們利用水滑石基光/電納米催化材料，從構建高效的表界面活性位這一角度出發，主要在以下三個方面開展了相關工作：1)通過可控合成水滑石超薄納米結構研究表面缺陷對反應分子的吸附與活化；2)通過構筑水滑石基催化材料界面結構調控中間物種反應路徑；3)采用介孔SiO2封裝策略強化活性位，保證催化劑穩定運行并富集反應分子。未來，我們還將在原子尺度、納米尺度及介觀尺度等多尺度構建及調控包括水滑石基催化材料在內的非貴金屬光催化材料的表界面活性位，以期待進一步提升太陽能燃料及高附加值化學品催化合成中的活性及選擇性。同時，我們也將致力于發展更多高效的非貴金屬光催化劑，并利用多能量耦合如光熱協同催化、光電協同催化等手段進一步拓寬其應用價值，在基礎研究成果產業化方面作初步嘗試。

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：正如我前面提到的，催化反應蘊含著改變人類命運的可能性。我在這里可以大膽的猜想，依賴不可再生能源的傳統的催化工藝完全被新型、清潔、可再生能源所替代后，以爭奪不可再生資源而引發的戰爭將徹底消失；沒有了污染，全球的自然生態環境質量大大提高，各類以化工品為原料生產的商品成本將大大降低，更多的精力和資源被節約出來從而可能促成諸多新技術、新領域的迅猛發展，最終真正實現自然和人類文明的全面和諧相處。

問題7：在您的科研生涯中，有什么印象深刻的事情與讀者們分享嗎？

回答：最讓我印象深刻的無疑是我在美國做博士后研究期間，在一次合成實驗的過程中，我誤將一個藥品的用量多加了十倍。原以為是一次徹底失敗的實驗，但在后續的仔細觀察中卻發現了十分有趣的現象，據此現象展開了后續的研究，最終得到了欣喜的結果，并發表于德國應用化學期刊上，這也是我個人的第一篇德國應用化學。這樣有趣的過程也時刻提醒我，建立在安全的前提下，實驗永遠不要怕失敗，只要有仔細的觀察，每一次實驗都是有價值的。

問題8：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：我認為對于一個科研人員來說，最重要的品質就是堅韌。科研從來都不會是容易的，這是它本身的價值賦予它的特征。最有價值的科研成果一定是靠咬定青山不放松的拼搏得到的。尤其是對于年輕的科研工作者而言，年輕賦予了你們更多的活力，同時也給了你們更多的考驗。大千世界，花花萬物都充分刺激著你們的身心，而身為一名科研工作者則要專心科學，要堅信科學帶給你們的享受絕不比其他任何事物的差。而在科研之余，也要適當的開拓視野，豐富自己的生活，熱愛科研卻不被科研綁架，以一個健康向上的姿態去迎接年輕和科學二詞帶給你們的使命。

問題9：工作之余，您有什么興趣愛好？

回答：我最大的愛好是化學主題方面的集郵。我從小就喜歡收集郵票，這個愛好大約8歲的時候就開始了，一直到大學。因為我學的專業是化學，從事科研工作以來，我越來越關注化學主題方面的集郵，包括化學家頭像郵冊、諾貝爾化學獎獲獎主題郵冊等等。集郵帶給我的快樂不僅在于收集、尋找的過程，我認為郵票既是歷史記憶的載體，方寸之間又包羅萬象。通過集郵，它激發了我對所在學科的興趣以及發展脈絡的了解，讓我感受到科學的魅力所在。我認為出色的科學研究和優雅的藝術創作是不分家的。郵票中化繁為簡，精益求精的美學思想和我所追求的科研態度也不謀而合。

問題10：請問您認為什么是期刊發展最重要的因素？

回答：結合當下情況，我認為一個期刊發展的最重要的因素就是嚴謹。期刊是全球科研工作的展示平臺也是交流平臺。我對于近年來發生的諸多撤稿事件，深表遺憾和憤慨，學術不端行為對于科研的發展尤其是一些交叉學科的研究往往是致命的。抵制學術不端行為需要科研工作者們和期刊工作者們攜手完成，科研工作者需要警鐘長鳴，牢牢守住紅線，把好第一關，而優秀的期刊也應完善和優化審閱機制，守住抵制學術不端的第二道關卡。只有這樣才能給予科研健康的土壤，開出真正絢麗的花朵。