北京懷柔科學城釋出重磅成果！其中一項拓展麥克斯韋方程

去年9月才整建制搬遷至懷柔科學城的中國科學院北京納米能源與系統研究所，已經在這片孕育原始創新的土壤上結出碩果。1月13日，中科院納米能源所舉辦重磅成果釋出會，釋出了由所長、首席科學家王中林院士領銜研發的兩項重磅科研成果。兩項成果一項是對經典實體理論麥克斯韋方程組進行了修正拓展，引入速度項提出了更完善的“計算公式”；另一項則是在現有三大類催化劑之外，提出了接觸電緻催化這一全新的催化機制，将催化劑拓展至化學惰性材料，或将在碳中和、污水處理、制氫、醫藥合成等多領域應用。

英國實體學家麥克斯韋建立的方程組将電學、磁學和光學統一起來，在曆史上實作了經典實體學領域的一次大一統，是以，麥克斯韋方程組被認為是實體學最偉大、輝煌的成就之一。不過，這一經典理論方程組也存在着不足，那就是缺乏對運動媒體的描述。“如果媒體是運動的，比如高速運動的飛機、火車等，這個方程将不能嚴格成立。”王中林院士解釋。針對這一不足，他帶領團隊進行了多年研究和實驗驗證，成功将速度項加入了麥克斯韋方程組，修正和拓展出了更加完善的“計算公式”，相關成果已在近期發表于國際學術期刊《Materials Today》，成為中國科研機構對經典實體學基礎理論創新作出的一次重要貢獻。

拓展麥克斯韋方程組有何意義？這意味着利用它将能夠更加精準地計算高速運作物體的相關電磁學特性。王中林院士舉例：“以往，我們乘坐高鐵時會覺得手機信号時好時壞，非常不穩定，這就與無法精準探測高速運動物體與電磁波的互相作用有關。”而有了拓展後的方程組，将能夠探測高速運作的高鐵、飛機、飛彈，甚至星球運作等等，解決高速運動目标與電磁波互相作用、散射電磁波探測和目标特征精确提取等難題。不僅如此，這一成果未來還将在雷達、天線、航空、航天和軍事等需要無線通訊的領域具有巨大的潛在應用前景。

除了這一基礎實體理論的重磅成果，當天還釋出了另一項科研成果——接觸電緻催化機制。從古人利用酵素釀酒制醋，到工業革命初期人們用鉛室法制硫酸，再到如今的化工産品85%都離不開催化反應，催化反應可謂貫穿了人類發展曆史，與生活息息相關。

目前，催化劑按種類可分為金屬基催化劑、生物基催化劑和有機小分子三類。而此次王中林院士和唐偉研究員所提出的，是一種全新的催化機制及取材更廣的催化劑。其利用的是材料間普遍存在的接觸起電引起的電子轉移，作為催化反應的核心，促進化學反應的進行。

談及這種催化機制的優勢，王中林分析，材料間通過接觸摩擦起電非常常見，而且可選擇的材料非常多，這意味着應用這種催化機制可能會具有操作性強、成本更低、污染更少、催化材料更容易與生成物分離等諸多優勢。他進一步舉例，比如在污水處理領域，目前采用的催化劑在處理污水後面臨催化劑的分離難題，否則可能會造成二次污染。但運用接觸電緻催化，可以選擇更加環保、易分離的材料來達到催化降解目的。

除了污水處理，制氫、醫藥合成、二氧化碳捕集等諸多領域都可能應用到接觸電緻催化這一新機制。“這些也是我們下一步的攻關方向，接觸電緻催化的很多應用将助力‘雙碳’目标的實作。”王中林說。