催化在能源、环境保护以及人类健康等重要领域发挥着至关重要的主导作用，以高效催化材料为核心的催化转化过程已成为世界各国竞相探索的焦点技术和科技制高地。当前，催化技术的发展已逐渐超越简单的转化过程，而是更加注重提高原料分子的原子经济性和产物分配可控性。因此，如何通过精确调控催化材料的微观结构（空间结构和电子结构）实现表界面态的剪裁，进而全面提升催化剂的活性、选择性与稳定性是该领域面临的关键科学问题之一。中国科学院长春应用化学研究所团队自2010年起，从我国稀土战略资源出发，聚焦国家发展低碳经济的重大战略需求，开展了纳米催化材料的功能导向设计合成与性能调控研究，开发了多种纳米材料可控合成方法，制备了系列高性能稀土催化材料，并揭示了此类材料的构效关系、演变规律以及耦合增强效应，完成了纳米催化剂的放大生产与成型工艺探索，成功推广应用于工业小分子气体转化与塑化剂合成等关键化工领域。该项目荣获2023年度吉林省自然科学奖一等奖。

　　图1. 提出构建复杂核壳结构的策略，以双金属活性中心代替单一组分贵金属，诱导了双金属间极化作用，改善了催化过程中底物在催化材料表面形成的中间体形态，实现了对炔烃选择性加氢催化反应的调控。

　　图 2. 设计了自氧化还原和弱酸离子刻蚀相结合的合成路线，制备了具有核壳和蛋黄结构的Au@CeO2纳米结构，利用Au@CeO2两相异质界面协同作用实现了加氢催化选择性控制。

　　

图 3. 构建了异核Fe-Pt 双原子催化剂，Pt位点能够激活临近惰性廉价的Fe位点使其参与反应，同时Fe位点同时调制Pt表面态，使其CO吸附能力降低，协同提高效逆水煤气变换反应速率；开发了超小Pt簇负载与La2O2CO3上的催化剂，Pt簇对于氢气活化能力强、CO吸附较弱，能够促进CO产物生成。

　　团队根据稀土元素特性，创新性地开发了基于稀土-贵金属自氧化还原反应的“限域封装”合成策略，实现了CeO2纳米晶在贵金属表面的可控生长与组装，解决了催化剂中小尺寸贵金属分散性差、易烧结的共性难题。项目团队进一步将该策略拓展至多种稀土催化材料体系，利用载体与金属间强相互作用诱导活性中心表面电荷重新分布，进而调控界面电子结构，实现催化选择性和活性的改变。此外，项目团队还开发了原子可控的稀土载体表面活性金属定向落位技术，成功制备了高活性的异核双原子、亚纳米团簇等多功能活性中心，突破了反应底物惰性导致动力学缓慢的关键难题。在此基础上，项目团队开发了适配新型稀土催化材料的放大生产与成型工艺，解决了不同制备规模下催化剂不一致和传质传热不均匀的关键难题，成功推动了稀土催化剂在工业小分子气体转化与塑化剂合成等关键化工领域的应用。

　　随着科学技术的不断进步和创新，纳米催化将在解决能源、环境和生命科学等领域的关键问题中发挥更加重要的作用。该项目第一完成人宋术岩研究员介绍说，纳米催化技术有望帮助解决能源和环境方面的可持续性挑战，开发新型催化剂以促进可再生能源的利用，从而在能源开发、环境保护、化学合成及生命科学等多个领域实现资源的高效利用和环境的可持续发展。（科学技术奖励处）

 

初审：张梅

复审：高俊兴

终审：付帅