编者按✿✿：习近平总书记指出✿✿，科学普及是实现创新发展的重要基础性工作✿✿。为助力高水平科技自立自强口述20个乱真实案例✿✿，中国科协科普部联合光明网推出“锚定2035·院士谈科学报国”系列文章亿博yibo亿博yibo✿✿，邀请各领域院士就我国当下热点科技问题给予权威解答✿✿，服务引导更多科技工作者提升科研科普能力亿博yibo✿✿，促进全民科学素质提升✿✿，为科技强国建设贡献科普力量✿✿。
催化在当今化工产业中占据着核心地位✿✿。从石油炼制到精细化学品合成✿✿，从环境保护到新能源开发口述20个乱真实案例✿✿，催化无处不在✿✿。那么✿✿，催化到底是什么？简而言之亿博yibo✿✿，催化是指化学反应在外来物质作用下反应速度加快的一种现象✿✿。外来物质被称作催化剂✿✿，反应速度加快的过程被称为催化过程✿✿。
在我的科研生涯中✿✿，我经历了从纳米材料合成到单原子催化的转变✿✿。在工业催化领域✿✿，尽管纳米颗粒催化剂已实现了广泛应用✿✿，但贵金属的稀缺性和高昂价格✿✿，严重增加了生产成本✿✿，阻碍了其大规模应用口述20个乱真实案例✿✿。因此✿✿，降低催化剂成本的同时提升金属纳米颗粒的活性✿✿、选择性和稳定性✿✿，成为我们的目标口述20个乱真实案例✿✿。因此✿✿，我开始关注并投身于单原子催化的研究✿✿。
单原子催化是“单原子位点催化”的简称✿✿，指发生催化的活性位点落在一个原子上面✿✿，极大提高了金属原子的利用效率✿✿。相较于传统催化剂✿✿，单原子催化剂理论上可达到100%的原子利用率✿✿，这一特性预示着其在推动现代化工产业升级换代方面的巨大潜力✿✿。
这个概念听起来简单✿✿，但实现起来却异常艰难✿✿。在过去几十年里✿✿，尽管科学家们一直在努力开发高效的异相金属催化剂✿✿，但金属原子的利用率始终无法突破瓶颈✿✿。直到我们提出了单原子催化的概念✿✿，并成功实现了单原子催化剂的合成与应用✿✿，这一领域才迎来了革命性的突破✿✿。
单原子催化具有许多传统催化剂无法比拟的优势✿✿。首先✿✿，它的原子利用率极高✿✿，理论上可以达到100%✿✿，这意味着我们可以更高效地利用贵金属资源✿✿。其次亿博yibo✿✿，单原子催化剂具有独特的电子结构和几何构型✿✿，这使得它在催化反应中表现出更高的活性和选择性✿✿。
然而✿✿，单原子催化也面临着许多挑战✿✿。比如✿✿，如何确保单原子催化剂的稳定性？如何在大规模合成中保持其催化性能？如何揭示单原子催化的反应机制？这些问题都需要我们不断探索和解决✿✿。
单原子催化作为一项前沿的科学技术✿✿，具有广泛的应用前景✿✿。在环境保护方面✿✿，单原子催化剂可以有效地催化降解空气中的有害物质✿✿，如甲醛✿✿、氮氧化物等✿✿，从而改善空气质量✿✿。在能源转化方面口述20个乱真实案例✿✿，单原子催化剂可以催化二氧化碳的还原反应✿✿，将二氧化碳转化为有用的燃料或其他化学品✿✿，这对于实现碳中和和可持续发展具有重要意义✿✿。此外✿✿，在化学合成口述20个乱真实案例✿✿、药物研发等领域✿✿，单原子催化剂也展现出巨大的潜力✿✿。
单原子催化剂的发现使人类的认知进入到了原子级水平层次✿✿，单原子催化的发现和合成制备✿✿，让我们有信心去挑战人类在物质科学的基础✿✿，并验证原子级精准制造能不能实现✿✿。如果单原子催化进入工业化示范成功✿✿，将有可能使人类进入单原子单分子的新时代✿✿，为人类在近代科学技术中的研究作出重要贡献✿✿。
目前✿✿，单原子催化技术还处于实验室研究阶段✿✿。但我们已经看到了它工业化应用的曙光✿✿。通过与多家企业的合作✿✿，我们正在努力推进单原子催化技术的产业化进程亿博yibo✿✿。我们相信口述20个乱真实案例✿✿，在不久的将来✿✿，单原子催化技术将成为推动现代化工产业升级换代的重要力量✿✿。
（本文系中国科学院院士✿✿、清华大学化学系教授✿✿、安徽师范大学校长✿✿、2024未来科学大奖“物质科学奖”获奖者之一李亚栋在“科学点燃青春”的青少年对话中的分享✿✿，光明网记者宋雅娟整理）
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