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人類科技文明迅速發(fā)展，新型材料的制備和應(yīng)用逐漸成為產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要支撐。在這一背景下，納米材料騰空出世，并成為如今科研界炙手可熱的研究對(duì)象。

　　到底納米材料有何獨(dú)特之處？事實(shí)上，盡管納米材料與普通的常規(guī)材料一樣由同樣的原子組成，但這些原子的排列方式變了，納米級(jí)的結(jié)構(gòu)單元組成這類新材料。材料到了納米級(jí)后，結(jié)構(gòu)的理化性能就會(huì)發(fā)生根本性的質(zhì)變，造就和引發(fā)體相材料所不具備的奇異功能和反常特性，成為新一代功能材料。近些年來，納米材料在力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和化學(xué)活性等方面的誘人特性，使其在國(guó)防、電子、冶金、航空等領(lǐng)域產(chǎn)生了極大應(yīng)用。

　　隨著納米材料的發(fā)展，將其應(yīng)用于催化領(lǐng)域的研究和實(shí)踐也得到改善和發(fā)展，納米催化劑也成為了推動(dòng)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重要科研領(lǐng)域，與許多工業(yè)門類的發(fā)展息息相關(guān)。加強(qiáng)納米催化劑的基礎(chǔ)研究，不但對(duì)提高我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平具有重要作用，并且對(duì)于推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳綠色發(fā)展，走上可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

　　人們知道物質(zhì)的轉(zhuǎn)變是可能的，但有時(shí)卻是極其緩慢的。在西方古時(shí)煉金術(shù)的傳說中，“賢者之石”是萬(wàn)物的催化劑，是至純的絕對(duì)物質(zhì)，能夠很快將非貴金屬變成貴金屬（例如黃金）。催化劑就是化學(xué)領(lǐng)域的“賢者之石”，通過對(duì)催化劑進(jìn)行納米乃至原子尺度的調(diào)控，可以發(fā)現(xiàn)催化材料特殊的性質(zhì)，甚至能夠催化一些以往難以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。在納米催化材料的設(shè)計(jì)合成和應(yīng)用研究中，他就像一位尋找“賢者之石”的魔法師，不斷探索前行，用科學(xué)的力量揭開這一研究領(lǐng)域的神秘面紗。
　　
打破未知，走進(jìn)納米材料世界

　　中學(xué)時(shí)代陳晨對(duì)納米技術(shù)的理解，大多來自網(wǎng)絡(luò)的科普。雖然，那時(shí)候的他對(duì)這一領(lǐng)域研究的認(rèn)識(shí)并不是特別深刻，但是他卻在科技進(jìn)步大潮中，意識(shí)到了納米技術(shù)在未來科研界的發(fā)展前景，并決心投身這一領(lǐng)域，展開更加深入的學(xué)習(xí)。

　　2002年，陳晨順利考入北京理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)（納米技術(shù)方向）。在這一階段，陳晨感受到國(guó)內(nèi)科研界在納米科技領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)撃埽貏e是白春禮、李亞棟等科研學(xué)者，在納米科技領(lǐng)域做出了許多優(yōu)秀的科研成果，在國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了廣泛的科研影響，為我國(guó)這一領(lǐng)域發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以他們?yōu)榘駱樱惓吭诖髮W(xué)四年的時(shí)間里，不斷汲取相關(guān)專業(yè)營(yíng)養(yǎng)，并堅(jiān)定了自己內(nèi)心科研方向的選擇。

　　2006年—2011年，陳晨順利進(jìn)入清華大學(xué)化學(xué)系，進(jìn)行碩博連讀。在這期間，他還于2010年—2011年前往美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校化學(xué)系進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。這一階段，他將主要研究方向放在納米材料以及無(wú)機(jī)材料的設(shè)計(jì)、合成領(lǐng)域中，并開展下游應(yīng)用，在不斷前行中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

　　科學(xué)研究要將視野放眼于全世界。為了學(xué)習(xí)到這一領(lǐng)域更加先進(jìn)的科研技術(shù)，博士畢業(yè)后的陳晨決心繼續(xù)漂洋過海前往國(guó)外進(jìn)行深入的科學(xué)研究工作。2011年，陳晨回到了美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部，在這里展開了為時(shí)3年的博士后研究工作。多年在外的研究工作，讓陳晨深切感受到了國(guó)外濃厚的科研氛圍以及深厚的科研文化，特別是在納米催化材料相關(guān)機(jī)理的認(rèn)識(shí)上，那時(shí)國(guó)外的科研學(xué)者要比國(guó)內(nèi)的研究得更加深刻。這些都對(duì)陳晨產(chǎn)生了潛移默化的影響，并讓其深刻體味到了在科學(xué)研究中開展深入探索的必要性。
　　
立足現(xiàn)狀，展開環(huán)境催化材料探索

　　科學(xué)研究要在祖國(guó)的大地上落地生根。雖然多年在國(guó)外從事科研工作，但陳晨一直心系我國(guó)的科研事業(yè)。在國(guó)外從事科學(xué)研究期間，他就曾閱讀過許多國(guó)內(nèi)優(yōu)秀科研工作者的相關(guān)文章，并深刻感受到了國(guó)內(nèi)科研水平的飛躍進(jìn)步。在這一背景下，他回國(guó)從事科研工作的決心也愈加堅(jiān)定了。2015年，陳晨順利回到了清華大學(xué)化學(xué)系，并擔(dān)任副教授，依靠清華大學(xué)的研究平臺(tái)在納米催化材料的設(shè)計(jì)合成和應(yīng)用研究中展開了進(jìn)一步的科研探索。

　　一直以來，陳晨所做的研究工作都是立足于祖國(guó)社會(huì)所面臨的各類問題所展開的。現(xiàn)如今，環(huán)境問題成為困擾我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題之一。特別是在碳排放方面，全球化石燃料產(chǎn)生的CO2排放量一直居高不下，其中僅不足一半的CO2能被海洋和陸地吸收，剩余一半則進(jìn)入大氣。隨著大氣中CO2總量的不斷增加，溫室效應(yīng)引起的氣候變化、海平面上升和空氣污染等問題日益凸顯。我國(guó)屬于碳排放大國(guó)，CO2的排放問題也使我國(guó)面臨嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，為保持經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，必須采取有效措施降低CO2的排放。

　　“現(xiàn)如今，霧霾問題是我國(guó)環(huán)境問題中的最大隱患，在交通領(lǐng)域，新能源的電動(dòng)車所用的電大多都是火力發(fā)電，主要依靠化石能源的燃燒，這些都在無(wú)形中給我國(guó)的環(huán)境造成危害。”陳晨說。在這一背景下，他們?cè)噲D開展新型燃料電池的相關(guān)研究工作，這一新型燃料電池的優(yōu)勢(shì)在于：其消耗的是氫氣和氧氣，最后產(chǎn)生水，在提供電力的前提下又杜絕了污染。除此之外，在火力發(fā)電產(chǎn)生二氧化碳這一方向研究中，陳晨團(tuán)隊(duì)致力于將產(chǎn)生的二氧化碳轉(zhuǎn)化成一些其他更高附加值化學(xué)品，如太陽(yáng)能、風(fēng)能等產(chǎn)生的電能通過電化學(xué)還原的方法，將CO2轉(zhuǎn)化為一氧化碳、烯烴、醇類等，不僅能有效緩解CO2氣體排放帶來的影響，還能將可再生資源產(chǎn)生的間歇性電能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)能，便于能量的儲(chǔ)存與運(yùn)輸，有利于新能源領(lǐng)域的健康發(fā)展。在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。

　　陳晨深知：生態(tài)環(huán)境保護(hù)是功在當(dāng)代、利在千秋的事業(yè)。在自己所在的科研方向上做出貢獻(xiàn)，陳晨從未停止過奔跑。在相關(guān)研究基礎(chǔ)上，他還于2018年順利申請(qǐng)了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“CO2電催化還原反應(yīng)中的催化劑表界面精細(xì)原子調(diào)控”，在這一方向中展開了深入探索。

　　CO2電化學(xué)還原反應(yīng)（CO2RR）是一種有效的CO2轉(zhuǎn)化途徑，有助于解決當(dāng)下環(huán)境和能源問題，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在電化學(xué)還原過程中，CO2分子在催化材料表界面的吸附、活化和脫附，是影響其性能的關(guān)鍵因素。對(duì)催化劑表界面進(jìn)行原子級(jí)精細(xì)調(diào)控，理性設(shè)計(jì)并制備出高效的CO2RR催化劑是這一項(xiàng)目研究的重點(diǎn)。在這一項(xiàng)目中，陳晨團(tuán)隊(duì)將圍繞水體系CO2RR的活性和選擇性問題，以金屬和金屬/氧化物納米材料為研究對(duì)象，選擇表界面精細(xì)原子調(diào)控為材料制備的突破點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)合成，構(gòu)建特定催化表界面，開展CO2RR催化性能研究，并結(jié)合原位表征和理論計(jì)算進(jìn)行反應(yīng)機(jī)理研究，推動(dòng)高效CO2RR納米催化劑的發(fā)展和應(yīng)用。
　　
創(chuàng)新不倦，開展納米催化劑的設(shè)計(jì)調(diào)控

　　現(xiàn)代石油、化學(xué)品以及食品等生產(chǎn)過程有85%以上通過催化實(shí)現(xiàn)。21世紀(jì)以來，已有4次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)（2001年、2005年、2007年、2010年）授予了在催化領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家?！叭藗兺ǔ７Q催化為‘black box’（黑色盒子），在這神秘的盒子中有許多亟待挖掘的奧秘等待著科學(xué)家來揭開。”

　　近年來，隨著穴插電子顯微鏡、同步輻射表征技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家對(duì)于納米催化材料領(lǐng)域的研究已經(jīng)深入到原子級(jí)尺度，這為相關(guān)領(lǐng)域的研究者更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)催化領(lǐng)域的相關(guān)機(jī)理并推動(dòng)領(lǐng)域的進(jìn)步和發(fā)展提供了良好契機(jī)。

　　2019年，陳晨順利獲得了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金“納米催化劑的理性設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)調(diào)控”的支持，開始了在這一領(lǐng)域的深度探索。

　　眾所周知，催化領(lǐng)域如今面臨著許多新的挑戰(zhàn)，例如化石能源高效利用、減少二氧化碳排放、高效率燃料電池等，其中涉及的催化科學(xué)問題均是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要問題。針對(duì)不同的催化反應(yīng)，理性設(shè)計(jì)并制備出高效、穩(wěn)定的催化劑是當(dāng)下化學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題之一。

　　事實(shí)上，催化的本質(zhì)是反應(yīng)物與催化劑表界面的活性中心形成活化配合物。通過精準(zhǔn)調(diào)控納米催化劑表面的原子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)，可改變活性中心的結(jié)構(gòu)，有望大幅降低反應(yīng)活化能，甚至徹底改變反應(yīng)路徑，進(jìn)而使催化劑的性能產(chǎn)生數(shù)量級(jí)的提升。因此在納米、原子尺度上認(rèn)識(shí)進(jìn)而理性設(shè)計(jì)并精準(zhǔn)調(diào)控合成催化劑具有極其重要的科學(xué)意義。

　　在這一項(xiàng)目研究中，陳晨團(tuán)隊(duì)將結(jié)合納米材料與催化化學(xué)的發(fā)展態(tài)勢(shì)以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需求，開展納米催化劑的理性設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)控制合成以及構(gòu)效關(guān)系的研究工作：聚焦烷烴活化、二氧化碳轉(zhuǎn)化等若干具有前沿代表性的催化反應(yīng)，在原子尺度上探索反應(yīng)物在催化劑表界面上的吸附、活化和脫附方式，嘗試揭示催化劑在催化反應(yīng)中的作用機(jī)理。并基于他之前在納米催化劑調(diào)控合成經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地進(jìn)行催化劑理性設(shè)計(jì)，發(fā)展全新的合成策略，以期在催化劑的原子級(jí)調(diào)控領(lǐng)域中開拓出有自己特色的研究方向。

　　多年的研究積累，給陳晨帶來了豐富的科研碩果。從事科研以來，他共發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，其中包括Science、Nat. Chem.、Nat. Catal.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等。發(fā)表的論文總被引用3000余次，獲得專利共5項(xiàng)。研究成果被美國(guó)能源部、Science Daily、Chemistry World、C&EN等多家權(quán)威機(jī)構(gòu)網(wǎng)站轉(zhuǎn)載，并以Research Highlights、Perspective、Views & News等形式評(píng)述報(bào)道，在領(lǐng)域內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。
　
初心為伴，基礎(chǔ)研究與應(yīng)用并行

　　在納米催化材料的研究過程中，有時(shí)候?qū)嶋H的催化效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到最初的設(shè)計(jì)預(yù)期，以致于科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)的過程中會(huì)走很多彎路，這個(gè)時(shí)候，更需要研究者有不斷試驗(yàn)的耐心，以及認(rèn)識(shí)問題后解決問題的能力。對(duì)于陳晨來說，雖然科學(xué)研究中的困難常在，但是在研究成果達(dá)到預(yù)期的一瞬間，一切的壓力與痛苦也會(huì)隨即煙消云散?！懊恳淮卧趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)特別神奇的催化效應(yīng)的時(shí)候，我就會(huì)覺得特別有意思。如果一個(gè)大家從未想到的催化劑，在非常重要的反應(yīng)中產(chǎn)生一些從未起到的效果，那便是我最高興的事情?！标惓空f。

　　青年科研工作者是國(guó)家未來科研事業(yè)的希望。如今，陳晨也在承擔(dān)著新一代科研人才的培養(yǎng)工作。經(jīng)過多年在教學(xué)崗位的歷煉與成長(zhǎng)，他也逐漸形成了一套屬于自己的教學(xué)方法。在課堂上，為了避免學(xué)生單純學(xué)習(xí)理論知識(shí)的枯燥，陳晨會(huì)將自己在科研領(lǐng)域所整理的相關(guān)內(nèi)容融合在對(duì)應(yīng)的章節(jié)里面，不僅能提高課堂效率，還能讓學(xué)生更好的理解書本內(nèi)容。一直以來，陳晨始終認(rèn)為，20多歲是人類最有創(chuàng)造力的時(shí)期，所以在引領(lǐng)學(xué)生從事科學(xué)研究的時(shí)候，他從不會(huì)給學(xué)生太多的枷鎖和限制。在大方向的引導(dǎo)下，陳晨會(huì)給予學(xué)生更大的科研自由度，讓他們發(fā)揮主觀能動(dòng)性，開展相關(guān)研究工作。這樣不僅能提高學(xué)生的科研自信，還能讓他們?cè)诓粩嗵剿鏖_拓中，體味到科學(xué)研究的魅力。

　　孜孜不倦投身于科學(xué)研究中，陳晨收獲了滿滿的科研碩果。2015年，他獲得中組部“青年千人”計(jì)劃支持，2018年獲得北京市杰出青年科學(xué)基金支持；自此之后，他又相繼獲得2018年度中國(guó)化學(xué)會(huì)青年化學(xué)獎(jiǎng)，以及中國(guó)化學(xué)會(huì)第三屆納米化學(xué)新銳獎(jiǎng)。雖然榮譽(yù)加身，但是陳晨并未滿足于現(xiàn)狀，他堅(jiān)信：在納米催化材料的設(shè)計(jì)合成和應(yīng)用研究中，未來還有無(wú)限的發(fā)展空間等待著他去探索和開拓。

　　現(xiàn)如今，自主創(chuàng)新的科研成果成為各國(guó)科技競(jìng)爭(zhēng)的最大利器。在納米催化材料的設(shè)計(jì)合成和應(yīng)用研究中，如果能發(fā)展自己國(guó)家的更為廉價(jià)、更有競(jìng)爭(zhēng)力的催化材料，就能盡快擺脫國(guó)外技術(shù)的限制?！耙话阍趯?shí)驗(yàn)室里做出來的技術(shù)，想要在工業(yè)中順利應(yīng)用的話，都是需要時(shí)間的積累與不斷試驗(yàn)的?！标惓空f。目前，依托于李亞棟老師所創(chuàng)辦的公司，陳晨團(tuán)隊(duì)也在對(duì)自己開發(fā)的相關(guān)催化劑產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用推廣。在基礎(chǔ)研究方面，他們還將深入于催化材料的機(jī)理研究中，為做出更加精準(zhǔn)調(diào)控的催化材料而不斷探索下去。

　　前路任重而道遠(yuǎn)，陳晨團(tuán)隊(duì)唯有堅(jiān)守初心，用實(shí)際科研成果來施展自己的科研抱負(fù)，在納米催化材料的設(shè)計(jì)合成和應(yīng)用研究中做出更多有利于國(guó)家和社會(huì)的科研貢獻(xiàn)。