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金昌華天寶,人傑迪嶺。一方面,五湖四海的中國孩子到金昌建金昌,孕育了"拼搏、和諧、進步"的"金昌精神",中國科學院院士李燦,空間測控專家李恒年,一批專家, 在重大科技領域取得新突破的學者和科技工作者,如長江學者特聘教授,他們渴望在科技前沿尋求并取得長足的進步。他們不僅是金昌和甘肅的驕傲,也是祖國的驕傲!
為發揚科學家精神,加強聯系交流,征求意見建議,獲得智力支援,在第五屆"全國科技工作者節"臨近之際,中共金昌市委宣傳部、金昌市科協經過半個月的精心策劃和籌備,專門開辟了"科技前沿'金昌人'專欄, 注重宣傳和報道,以自己的崗位為主,努力拼搏,勇于攀登高峰,敢于率先營造出科學尊重和人才的良好氛圍。激勵更多科技工作者開拓創新,銳意進取,努力推動全市經濟社會高品質發展。
李燦
李燦,朱永昌,博士,研究員,博士,中國科學院大連化學實體研究所。中國科學院院士,開發中國家科學院院士,歐洲科學院院士,原研究組組長,催化基礎國家重點實驗室主任,研究所副所長;彼亦為中國科學技術大學材料與化學學院院長及蘭州大學雙院士。
01 努力學習,步入科研之路
李燦出生于自然災害期間永昌縣朱望寶鎮一個普通農民家庭。文革期間國小、國中、高中畢業後,文革後,他參加了聯考,有幸獲得了在張偉士(今河西學院)學習的機會,之後被送到陝西師範大學深造。
1983年,李燦以優異成績考入中國科學院大連化學實體研究所攻讀研究所學生學位,期間獲得聯合國教科文組織獎學金,在日本東京工業大學進行博士論文研究,擔任聯合培養研究所學生。在日本期間,研究對象是汽車尾氣催化劑。
1988年,李燦學成回到大連化學實體研究所,投入國内密集的科研工作,并很快獲得國家自然科學基金新成立的"青年科學基金",以支援他對甲烷氧化活化的研究,這是當時國際催化界的前沿課題,也是李燦的第一個獨立科研項目。經過3年的努力,通過同位素示蹤和原位溫度變化紅外光譜技術,觀察到催化劑表面形成的甲烷的活性吸附狀态和結構變形,研究成果引起國際同行的廣泛關注,并于1993年獲得中國科學院自然科學二等獎, 他本人被授予"中國青年科學家獎"。
同年,李燦晉升為研究員。為了拓寬學術視野,全面了解國際催化前沿,他赴美繼續深入科研,選擇了西北大學催化中心,這是國際催化界的朝聖地。李燦利用學校的所有學習機會,全面了解美國的科學教育和催化研究。他在西北大學,埋頭苦幹,三年匆匆過去,帶着豐碩的研究成果回國開發。
02 克服困難,榮獲國際催化獎
1996年,李燦回到大連化工研究所,第一個研究課題就是開始我國紫外拉曼光譜催化表征研究。面對資金和人員短缺,李燦申請了國家基金委員會、中國科學院優秀青年基金的财政支援,暫時解決了資金短缺的問題。經過兩年多的艱苦創業,李燦一克服了紫外拉曼光譜技術在開發過程中遇到的各種困難,最終于1998年底成功獲得了工業分子篩催化劑紫外拉曼光譜儀,标志着我國第一台紫外拉曼光譜儀研制成功。紫外拉曼光譜儀由于其高靈敏度和選擇性,可以研究催化材料和催化反應在水相、氣相、高溫和高壓條件下,李燦能迅速應用這項新技術解決催化科學的重大問題。
由于該技術的創新和催化材料表征的重要性,紫外拉曼光譜技術于1999年被授予中國科學院發明獎和國家科技發明二等獎。在基礎科學研究取得進展的基礎上,2011年紫外拉曼光譜催化研究成果獲得國家自然科學獎二等獎,李燦獲得國際紫外拉曼催化研究催化獎(國際催化獎,國際催化領域最高獎項,每四年一次, 也是中國科學家首次獲此殊榮)。後來,紫外拉曼光譜研究從催化研究擴充到更廣泛的材料表征,大多數國際光譜表征實驗室都配備了紫外和木衛曆法。近年來,李燦已成功将紫外拉曼光譜技術應用于我國深海勘探,并在紫外拉曼光譜技術研發的基礎上,研制出第一台深紫外拉曼光譜儀和第一台短波長手持式拉曼光譜儀。
在催化調研的同時,李燦一直關注着我國生态環境、空氣污染和霧霾形成的原因之一,就是燃料油含氮含硫成分氧化廢氣排放NOx、SOx,為了解決這個問題,他回到家鄉之初就開始了燃料油的超深度脫硫研究。
李燦帶領研究團隊探索了氧化脫硫、吸附脫硫和新型催化加氫脫硫的幾條途徑。經過十多年的努力,石油超深度脫硫基礎研究成果的應用終于形成了汽油和柴油超深度脫硫兩大産業化技術并得到推廣應用,2015年在山東省恒遠石化,40萬噸/年規模生産國五标汽油産業化帶動成功,2016年與石油集團合作延伸, 成功開發出20萬噸/年五大标準柴油機生産技術并成功産業化。經過工業化示範,這些技術廣泛應用于多地企業,為打赢藍天保衛戰做出了貢獻。
03 勇往直前,直面光催化問題
自工業革命以來,由于煤炭、石油、天然氣等化石資源的過度開發,大量污染物和大量二氧化碳、甲烷等溫室氣體向大氣環境的排放,嚴重破壞了數億年來形成的大氣生态平衡,導緻氣候變化, 極端天氣頻發,海洋酸化,生物物種加速滅絕,更危險的是,溫室效應導緻地球大氣環境溫度上升,極地冰川融化加速,海平面上升。太陽能的科學利用有望解決人類生态環境問題,但這是一個世界性的問題。
1999年和2000年,李燦利用作為教授對利物浦大學和日本的短暫通路,帶着這些想法對歐洲和日本進行了學術通路。2001年,李燦在科學生涯中做出了一個重大決定:将正在進行的傳統催化研究的重點轉向以太陽能為代表的可再生能源研究,并啟動以太陽能為代表的太陽能光催化分解水氫研究。
太陽能光催化分解水氫的研究從20世紀70年代就開始嘗試,但由于這一課題的巨大挑戰,進展緩慢,國内外該領域的相關研究團隊已經退居到本世紀初,很少有人繼續堅持研究,在研究中從熱的背景到冷卻, 李燦面臨巨大壓力,朝這個方向展開了研究。在光催化研究開始時,沒有可用的裝置或資金。不過,由于這是一個戰略眼光的研究方向,幸運的是後來得到了國家基金委、科學院和科技部的資助,使太陽能光催化研究的發展,一直堅持到現在。
水的光催化分解實驗已經開始,但難度更大的是該領域核心科學問題的凝結。雖然國内外許多科學家都做了大量的探索性研究,但水基氫的光催化分解關鍵科學問題并不是很清楚,由于種種原因,該領域的研究進展非常緩慢。是以,在研究之初,李燦的主要重點是确定決定光催化體系的最關鍵因素,經過大約三四年的探索,他基本上弄清楚了決定光催化體系性能的三個瓶頸。對基礎科學問題進行了闡明,随後的研究是在高效光俘材料、光電荷分離機理和高效催化劑三個方面部署研究課題。到2008年左右,在廣譜光掩模、電荷分離機理和雙輔助催化劑方面取得了進展,國際光催化領域開始重視他們的研究。
光催化分解水和二氧化碳轉化是自然光合作用的陶法,是以李燦特别重視從自然光合作用中學習,以自然光合作用原理為藍本,在世界上首次建立天然光合作用PSII(光系統II)和人工光催化劑雜質系統,借助PSII的高效水氧化功能和人造光催化劑的質子 還原制氫功能,成功實作了水完全分解的過程,釋放氫氣和氧氣釋放,然後進一步将PSII與光化學系統耦合,實作了高效水的完全分解過程。在光催化的基礎研究中,該領域取得了一些具有裡程碑意義的成果:含氮硫複合半導體捕獲材料的合成,光捕獲的範圍擴大到600nm;這些基礎研究的進展引起了國際學術界的關注,李燦曾應邀在豪登省大會上發表主題演講,并當選為豪登省太陽能燃料會議主席,被日本光化學學會授予光化學獎;它在促進國際太陽能研究方面發揮了作用。
利能利用太陽能等可再生能源電催化分解水的研究,研制出的堿性體系具有目前國際最佳活性、壽命長、價格便宜的電催化劑,使電解水效率從傳統的60%提高到80%以上,并研制出二氧化碳加氫合成甲醇催化劑,在這兩項技術的基礎上取得了突破, 內建光伏電解水氯化技術和二氧化碳加氫合成甲醇技術,2020年在甘肅省蘭州新區成功完成了全球首套千噸級液态太陽甲醇合成工業示範,這為大規模太陽能燃料合成奠定了基礎,液态太陽甲醇合成工藝引起了各方的極大關注, 被認為是實作碳中和碳峰值的重要路徑。
04 沉浸你的心,腳踏實地地學習
近年來,李燦非常注重太陽能人造光合成的催化研究,為了在這個挑戰領域不斷取得進展,李燦在培養青年才俊和團隊方面投入了大量精力,并在中國科學院大連化學研究所成立了太陽能研究中心和太陽能研究小組, 他既是學術領袖又是導師。他大部分時間都花在研究所學生和博士後身上,大部分精力都花在年輕人身上。李燦指導學生每周舉行一次小組會議,就像平常一樣,持續了20年。現在研究團隊比較擁擠,李燦把他們分成幾組。來自不同研究方向的學生一起讨論,交流和整合,并互相啟發。對于學生的實驗資料,李燦本人均獲批,由他負責對文章進行親自核對修訂。
"一個人的精力有限,一生中做一兩項研究并不容易。但這兩項研究,要做好,要做到國際化,就必須全身心投入。"為了專心做科研,李燦辭掉了很多社會崗位和兼職工作,他想把盡可能多的時間花在實驗室裡,和學生讨論。要讓中國的科學進步,必須有一大批能夠腳踏實地的科學家。對于科學家來說,"科研要有冷靜的決心和毅力,否則很難取得實質性的成效。"
談到自己堅持這麼多年科學研究的經驗,李燦說,首先要選擇一個好的方向或課題,選擇那些對國家、對人類、對科學領域更大的方向或課題。其次,要注重科學方法,根據自身的興趣、知識基礎、經驗積累和學科性質等,決定攻克研究方案的難點。還有毅力,毅力。"我做的研究很少短而順利,也不會盲目地趕上熱點,開始一個研究項目往往經過長時間的思考,反複仔細論證。一旦選舉正确就堅持,要有固定的力量,不容易放棄。有嚴謹、腳踏實地的學習作風。要注重跨學科融合和國内外合作,善于學習,善于學習新事物,不能孤立地從事科研。"
李燦一直在科研道路上攀登新的高度,并取得了豐碩的成果,還獲得了一系列獎項:2003年當選為中國科學院院士(年度最年輕的院士之一),2004年獲得世界最高催化界獎——國際獎, 2005年任第三世界科學院院士,2008年任歐洲人文自然科學院外籍院士,2014年任國際催化學會理事會主席,2014年獲中國催化成果獎,2016年獲"首屆國家傑出科技人才獎",2017年獲"日本光催化獎", 2018年獲得"中國光譜成就獎",2019年獲得亞太催化成果獎,2020年獲得國際清潔能源"創新使命領軍人物"。
作為走出金昌的科技領軍企業,李燦一直緊跟家鄉的發展變化。"我的父母多年前就去世了,父母去世後,我回家鄉的次數少了,但我來自西北,金昌永遠是我的家鄉。李燦發來資訊,希望金昌在經濟社會發展中保護生态環境,加大對農村教育的投入,讓鄉村傳統文化、家鄉建設一個與自然、傳統、現代融為一體的美麗新農村家園。
(本專欄由中共金昌市委宣傳部、金昌市科學技術協會主辦)
溫:記者 侯銀軒
圖檔來源:金昌市科學技術協會
來源:金昌日報微信公衆号
編輯:曹藤錢騰第一梁
編者按:何繼宇
主編:王軍