祝賀張濤院士榮獲2026年度陳嘉庚科學獎

2月12日，中國科學院在京舉行新聞發(fā)布會，公布2026年度陳嘉庚科學獎和陳嘉庚青年科學獎獲獎名單。 張濤院士憑借“單原子催化”項目，榮獲陳嘉庚化學科學獎。該項目實現(xiàn)在原子尺度上催化劑活性位及催化性能的調(diào)控，開啟“單原子催化”新方向。之前因其對“單原子催化”的發(fā)展和應用所作出的開創(chuàng)性貢獻，榮獲2024未來科學大獎-物質(zhì)科學獎；榮獲2025年度化學領域"引文桂冠獎"，成為首位獲得該獎項的中國內(nèi)地科學家。

本文節(jié)選分享 《“未來”科學家：未來科學大獎獲獎者訪談實錄（2023—2024）》一書中張濤“關于單原子催化”的訪談。

關于單原子催化

對于科學家來說，把一件事情做到最精準、最確定，這種追求本身就特別讓人著迷。因為我們追求的就是從極限的空間尺度、極限的時間尺度去理解化學反應的本質(zhì)。

——張 濤

?記者：您是從什么時候開始，投身到單原子催化領域的呢？

張濤：如果要追根溯源，其實應該從 1983 年算起。當年導師布置給我的研究生論文課題就是高分散金屬催化劑。1995 年我開始獨立主持科研工作。我是在2000 年左右，完成航天催化相關的國家任務后，開始重新審視納米催化領域，進而投身到單原子催化領域研究的。

當時很多催化劑都含有貴金屬，催化反應在貴金屬表面發(fā)生。由于貴金屬資源稀缺且價格昂貴，所以提高貴金屬原子利用效率就成了催化劑制備科學的核心問題之一。其實那時候大家已經(jīng)意識到，納米顆粒是由幾百個甚至上千個原子組成的，納米催化劑的分散度還能進一步提高，再往下研究，極限又在哪里呢？經(jīng)過多次討論，大家意識到，那不就是原子分散嗎？每個原子都分開，這就是我們單原子催化概念的雛形。

不過，雖然這一思想被催化研究人員所知曉，但受限于當時的催化劑制備技術以及表征水平等客觀因素，大家依然覺得這個想法簡直是天方夜譚。因為在那時，想看清楚單個原子是非常困難的。所以“單原子催化劑” 與“ 單原子催化” 的概念一直沒能被正式提出和證實。

?記者：那么您是 如何首先提出“單原子催化”概念的呢？

?張濤：回憶起當時提出這一概念的情景，我覺得可以用“ 天時地利人和” 來形容。一方面我們自己的思考和研究已經(jīng)比較深入、到位了，另一方面當時世界儀器水平的發(fā)展也達到了相應高度，我們能夠借助球差校正電子顯微鏡清楚地看到單個原子。

2011 年，我和清華大學的李雋教授、美國的劉景月教授合作，在研究氧化鐵負載鉑單原子催化劑及其催化性能的基礎上，首次提出了“ 單原子催化” 這個新概念，還成功制備出世界首例具有實用意義的“單原子”鉑催化劑，使鉑的催化活性比傳統(tǒng)納米催化劑提高了兩倍以上，貴金屬的用量卻比原先下降了70%~90%，大大提高了貴金屬的利用率。

沒想到，這一下子就引發(fā)了國際上的廣泛關注，也得到了催化界的普遍認可，還迅速成為催化領域新的研究熱點。

在概念的命名上，確實存在一些糾結的地方。從易于理解和傳播的角度來看，“單原子催化”相對簡單，一般老百姓對于“ 原子” 這個概念還是有所認知的，這個表述容易被大眾接受和表述。然而，從科學的準確性來講，單原子催化劑的準確定義和描述其實更為復雜，它是一類負載型金屬催化劑，以金屬原子為核心，單原子周邊存在配位環(huán)境，核心金屬單原子之間互不相連。但這樣的表述過于專業(yè)，普通大眾很難理解，越是追求準確，就越難以被廣泛接受。

所以當我們提出“ 單原子催化” 這個概念時，很多人就提出質(zhì)疑，甚至有部分人認為這個概念是錯誤的，因為一個單原子本身無法穩(wěn)定存在。但我認為，這就如同中國哲學里講的“ 大道至簡”，只要抓住核心問題，也就抓住了事物的本質(zhì)。

?記者：您能夠幫助介紹一下“單原子催化”的意義嗎？

?張濤：單原子催化的意義在于，這個概念可以使我們從原子尺度來理解催化劑和催化反應。單原子尺度的認識能讓我們做更高效、更精準的化學。就好像，在初中和高中階段，課本只是泛泛地提到有催化劑能改變化學反應速度，但對于為什么能改變、原因是什么，這些問題都沒有深入解釋。

我們一輩子為之奮斗的目標，就是針對某一類催化劑，把其中的原理講清楚。如果能從原子水平，也就是化學最小的尺度——原子尺度，把一個化學反應研究透徹，這對于理解化學反應的本質(zhì)，以及實現(xiàn)更精準的化學反應，都是非常有幫助的。這是令人激動的大事。

單原子催化的應用前景也非常廣闊：在環(huán)境催化方面，單原子催化劑展現(xiàn)出了優(yōu)異的污染物降解性能，有望在未來的環(huán)境治理中發(fā)揮重要作用。在能源催化方面，單原子催化劑可以提高燃料電池和電解水等能源轉(zhuǎn)換過程的效率，為清潔能源的發(fā)展提供有力支持。在生物醫(yī)藥領域，已借鑒我們的單原子催化劑的概念提出了“單原子酶”的概念，此外，單原子催化劑可以用于合成具有特定生物活性的小分子藥物。在材料科學領域，單原子催化劑可以用于調(diào)控材料的表面性質(zhì)和電子結構，從而制備出具有優(yōu)異性能的新材料……

?記者：感覺您剛才講述這些的時候特別激情澎湃。

?張濤：這是我們一直追求的目標，當然會充滿激情。對于未來未知的新事物，只有始終保持這種激情，才會有動力去探索和研究。

?記者：您覺得，未來，“單原子催化”的發(fā)展趨勢如何？

?張濤：到目前為止，催化研究還遠遠沒有達到能完全掌握其中所有規(guī)律的程度，它就像是一個黑匣子，我們還沒有完全搞清楚里面的奧秘。但我相信，隨著科技的不斷發(fā)展，會有更多先進的表征手段和科學方法出現(xiàn)，在原子尺度上理解和認知催化反應，這個夢想應該不會太遙遠，是有可能實現(xiàn)的。

我也期望在不久的將來，能實現(xiàn)人工智能和單原子催化概念的結合，實現(xiàn)催化劑的真正理性設計。以后的催化研究不再像以前那樣采用模糊和定性的方法，而是借助人工智能的發(fā)展、先進的實驗手段，以單原子催化劑為出發(fā)點和基礎，理性地設計出更多、更高效的工業(yè)化催化劑。這是我們在今后一段時間內(nèi)努力追求的目標，也是催化領域一個重要的發(fā)展方向。

我們做科學研究一般有兩個追求，一個是上貨架，研發(fā)的東西要能夠成為產(chǎn)品，把單原子催化劑大規(guī)模推向工業(yè)化應用，服務于社會。另一個是上書架，單原子催化理論進入教科書，體現(xiàn)我國科學家對世界科學的貢獻。

本文節(jié)選自《“未來”科學家：未來科學大獎獲獎者訪談實錄（2023—2024）》（未來科學大獎獲獎者叢書策劃委員會編. 北京: 科學出版社, 2025.11）一書。

ISBN 978-7-03-083776-9

（未來科學大獎獲獎者叢書）

責任編輯：劉鳳娟 孔曉慧

本書為2023—2024 年未來科學大獎獲獎者的采訪實錄，以每位獲獎者的成長經(jīng)歷、奮斗故事，對于科學、研究與人生的思考為主軸，同青少年讀者、科研工作者展開一次穿越時間和空間的“對談”，進行一場偉大而深刻的精神探索，用獲獎者的科學精神和專注的工作態(tài)度激勵、啟迪年輕一代，為中華民族創(chuàng)造力的噴涌奠定堅實的科學思想基礎。

本書受眾為青少年、科研工作者、關注科學與自身成長的人群。

（本文編輯：劉四旦）

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