來(lái)源：墨子沙龍（ID：MiciusSalon）
嘉賓：包信和
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各位老師、各位同學(xué)大家下午好。很高興今天有這個(gè)機(jī)會(huì)，今天有兩件事。一個(gè)是建偉跟我講了好幾次，大家討論了之后接受建偉中學(xué)的張老師這個(gè)心意，特別是對(duì)科大的努力，今天就有這樣一個(gè)儀式，我來(lái)很高興做了這件事（注釋：2018年6月16日，潘建偉院士的中學(xué)物理老師張榕珍老師為墨子沙龍捐助了她的畢生積蓄30萬(wàn)元。包信和校長(zhǎng)為她頒發(fā)了捐贈(zèng)證書(shū)，我們?cè)诖艘矊?duì)她表示誠(chéng)摯的感謝）。 第二個(gè)事情一直跟我講有機(jī)會(huì)在墨子沙龍論壇要不要講點(diǎn)什么。本來(lái)準(zhǔn)備一個(gè)高大上的學(xué)術(shù)報(bào)告，最后跟我說(shuō)你不能講太深，太深了大家聽(tīng)不懂。因?yàn)槁?tīng)眾大多不是搞這行，那這個(gè)事情對(duì)我來(lái)說(shuō)特別困難，我看下面初中的學(xué)生也有，可能還有小學(xué)生，我很高興有這個(gè)機(jī)會(huì)跟大家做交流。 大家假如沒(méi)有完全聽(tīng)懂沒(méi)有問(wèn)題，我有一個(gè)感覺(jué)，我認(rèn)為科普這個(gè)東西特別重要。我大概2003年在化物所當(dāng)所長(zhǎng)，那時(shí)候剛剛開(kāi)始做科技活動(dòng)周，好多爺爺奶奶帶著小孩大概五六歲這樣的小孩到研究所去看。一個(gè)爺爺帶著小孩從山上往下走，我聽(tīng)他跟爺爺講“爺爺，我知道我長(zhǎng)大以后要干什么了”。 我知道我長(zhǎng)大以后要干什么了。這句話我一直記在心里。科普不是你要教育他什么，而是給他灌輸讓他有這樣一個(gè)科學(xué)的精神在腦子里。現(xiàn)在好多小孩子看到球星說(shuō)，我長(zhǎng)大以后要踢球，很好。看到明星說(shuō)，我長(zhǎng)大以后要做明星。我們也有科學(xué)，假如說(shuō)小朋友說(shuō)，長(zhǎng)大以后要當(dāng)科學(xué)家，這個(gè)對(duì)我們來(lái)說(shuō)也是特別重要的。所以我一直認(rèn)為應(yīng)該做科普，我給大家講這個(gè)事情，就是為了說(shuō)明科普特別重要。 我做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。我1959年8月出生在揚(yáng)中，我中學(xué)畢業(yè)是1975年，當(dāng)時(shí)1975到1978年的時(shí)候，不光是在農(nóng)村插隊(duì)，我還在工廠待去了一年半。后來(lái)改變我整個(gè)人生的就是1978年考上復(fù)旦大學(xué)，所以考上大學(xué)還是很重要的。現(xiàn)在有些小朋友你說(shuō)考試不重要是吧，當(dāng)然從其他角度也可以這么說(shuō)，但是考上大學(xué)對(duì)人的一生還是有很大改變的。 我在復(fù)旦大學(xué)待了差不多十年左右，我運(yùn)氣比較好，大學(xué)、碩士研究生、博士研究生直接讀下來(lái)了，后來(lái)在復(fù)旦大學(xué)做了兩年教師。1989年的時(shí)候到了國(guó)外，在國(guó)外待了差不多六年左右的時(shí)間。回國(guó)后我去了就到了中科院大連化學(xué)研究所，在2015年我去了復(fù)旦，以為會(huì)在復(fù)旦工作到職業(yè)生涯結(jié)束，2017年我又被派到了科大。 我整個(gè)經(jīng)歷大概就是這個(gè)樣子。我在復(fù)旦的時(shí)候?qū)W習(xí)物理化學(xué)金屬催化，到了國(guó)外研究的就是表面化學(xué)催化，所以我基本上都是在催化這個(gè)領(lǐng)域。到了大連化物所以后研究催化化學(xué)、能源轉(zhuǎn)化，從更多是把催化轉(zhuǎn)變變到能源研究領(lǐng)域這個(gè)方面。我前面給大家簡(jiǎn)單講講，為什么能源這個(gè)事情變得特別重要。 能源我們每天都要用的，我不知道這里有沒(méi)有哪個(gè)小朋友知道什么是能源。 小朋友：能源就是一種可以釋放能量的東西。 包：那我們?yōu)槭裁匆媚茉茨兀?/p> 小朋友：因?yàn)樗鼤?huì)幫助我們生活更方便。 包信和：你接觸到的能源有什么？ 小朋友：像坐火車(chē)什么的，就需要用能源驅(qū)動(dòng)。 包信和：我曾經(jīng)到小學(xué)做報(bào)告，也到初中做報(bào)告，也到高中做報(bào)告。我就有一個(gè)感覺(jué)，我們中國(guó)，小學(xué)生最肯提問(wèn)題，也是最肯回答問(wèn)題。到了初中生，基本上扭捏就不怎么回答問(wèn)題了，一到高中你問(wèn)他就基本不講這個(gè)事。所以咱們中國(guó)的培養(yǎng)模式，是不是把小朋友提問(wèn)題、回答問(wèn)題的熱情這個(gè)都磨滅掉了。 這位小朋友剛剛講的特別對(duì)，能源是我們每天都會(huì)碰到的，煤、石油當(dāng)然是能源，其實(shí)我們每天碰到的能源叫二次能源，是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化以后的能源，比如說(shuō)驅(qū)動(dòng)火車(chē)，內(nèi)燃機(jī)也是靠熱能，現(xiàn)在是靠電能。 我們看到火箭、包括高超音速導(dǎo)彈（注釋：高超音速導(dǎo)彈，可在10分鐘內(nèi)打擊1000公里外的目標(biāo)，目前最高速度可達(dá)6.5倍音速），它需要很強(qiáng)的能源。 有了人類(lèi)的時(shí)候就有能源的利用，最早是用火，沒(méi)有火的話就沒(méi)有能源。19世紀(jì)都是用木材，第二次工業(yè)革命能源主要來(lái)自燒煤，我們現(xiàn)在用電比較多，但電是從天然氣、核能（轉(zhuǎn)化而來(lái)）。 大家可以看到我們現(xiàn)在講的能源，都是一次能源，木材、煤炭、石油、天然氣，這些都是自然界給我們的能源。最早我們用燒炭，現(xiàn)在一般用煤、天然氣發(fā)電。可能沒(méi)人能知道未來(lái)到底用什么能源，但是目前可預(yù)見(jiàn)的是太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能，這都是我們未來(lái)的能源。 中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)同外國(guó)是不一樣的。我們中國(guó)人燒煤比較多，英國(guó)人最早是燒煤的，慢慢后來(lái)就不燒很多煤了，但中國(guó)現(xiàn)在還是。國(guó)際上有統(tǒng)計(jì)，到2030年的時(shí)候，黑的是煤，綠顏色的是石油，上面是天然氣。大家可以看到，煤、天然氣、石油三種能源占了大部分。 也就是說(shuō)現(xiàn)在不管是風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能，真正可利用的比例是10%-15%左右。人類(lèi)常用的能源85%-90%，還是從地下挖出來(lái)的化石能源，也就是煤炭、石油等。但大的趨勢(shì)是什么呢？一個(gè)是能源需求不斷增加，我們大家知道以前家里有個(gè)冰箱，現(xiàn)在不光是有冰箱，什么東西都有了，那就得用電。第二個(gè)是天然氣和可再生能源比例需要增加，我們現(xiàn)在在做很多增加使用天然氣比例的工程，北京也說(shuō)我們不燒煤了，就燒天然氣，最后也不行，因?yàn)樘烊粴夤┎簧稀５谌齻€(gè)趨勢(shì)是碳排放要不斷降低。 但是每個(gè)國(guó)家的想法不一樣，美國(guó)人想法和我們不一樣。美國(guó)人非常重視天然氣，美國(guó)原來(lái)是進(jìn)口天然氣的，但是美國(guó)發(fā)展技術(shù)可以開(kāi)采頁(yè)巖氣以后，他不光不進(jìn)口，還出口能源。所以美國(guó)原來(lái)在中東不敢亂動(dòng)，因?yàn)樗氖汀⑻烊粴舛紡哪抢飦?lái)。但現(xiàn)在都有了，政治上就比較強(qiáng)硬。 特朗普原來(lái)競(jìng)選總統(tǒng)還因?yàn)槟茉磫?wèn)題比較顧忌中東，現(xiàn)在他不怕了，他能源很充足，不怕中東拿能源問(wèn)題威脅他。 德國(guó)重視發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能，巴西甘蔗比較多，溫度比較高，農(nóng)作物也比較好，所以他希望搞生物的。所以每個(gè)國(guó)家能源發(fā)展方向不一樣。我們中國(guó)人到底怎么辦？我們中國(guó)這么大，你靠?jī)蓚€(gè)太陽(yáng)能發(fā)電板，靠?jī)蓚€(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能源太少，不能解決實(shí)際問(wèn)題。我們看看，中國(guó)人的能源跟外國(guó)到底有什么不一樣？基本上外國(guó)有的能源問(wèn)題，我們中國(guó)人都有。而且外國(guó)沒(méi)有的，我們中國(guó)也有。 第一個(gè)就是能源不夠，能源永遠(yuǎn)是不夠用的，這點(diǎn)肯定對(duì)。第二個(gè)中國(guó)很大的問(wèn)題，我們有的是煤，這個(gè)煤是發(fā)電的，但是液體能源特別少。環(huán)境污染、農(nóng)村能源、二氧化碳排放…… 農(nóng)村能源，在座的小朋友大概不了解，能夠燒煤的農(nóng)村已經(jīng)是發(fā)展不錯(cuò)的地方了，假如能夠燒天然氣，基本是發(fā)展很好的地區(qū)，地級(jí)城市可以燒天然氣，一般的城市都還是要燒煤的，再差一點(diǎn)的是砍柴的.要做飯了，到山上砍點(diǎn)柴來(lái)，晚上沒(méi)有電燈，還在用煤油燈。 所以中國(guó)的情況跟外國(guó)不一樣，其他東西要跟外國(guó)去學(xué)，能源這塊跟他們學(xué)不了。 最近大家知道，中國(guó)一直跟美國(guó)在南海有爭(zhēng)端，大家都在討論這個(gè)事情。實(shí)際上這里面有一個(gè)很大的問(wèn)題，我們從中東地區(qū)進(jìn)口石油，美國(guó)人原來(lái)在中東進(jìn)口的石油是多少？30%左右。中國(guó)50%以上的石油是從中東地區(qū)進(jìn)口的油。石油要從中東用油輪運(yùn)過(guò)來(lái)，要經(jīng)過(guò)這個(gè)地方，叫馬六甲海峽，還有新加坡，他們政治是親美國(guó)的，如果哪一天中美開(kāi)戰(zhàn)，這個(gè)地方一封鎖，我們進(jìn)口的石油可能大部分都運(yùn)不過(guò)來(lái)。包括南海這一塊兒，為什么要花這么大力氣爭(zhēng)取主權(quán)？因?yàn)槲覀兊倪\(yùn)輸路線都在這個(gè)區(qū)域。 所以外交實(shí)際上跟政治、經(jīng)濟(jì)緊密相連的。中國(guó)現(xiàn)在有什么解決措施呢？中國(guó)有一家公司在這里挖掘一條運(yùn)河（注釋：柳工集團(tuán)在泰國(guó)建設(shè)克拉運(yùn)河）。假如在這個(gè)地方挖一個(gè)運(yùn)河，中國(guó)進(jìn)口的石油就可以不經(jīng)過(guò)馬六甲海峽，從卡拉運(yùn)河運(yùn)過(guò)來(lái)直到海口。中國(guó)和巴基斯坦的關(guān)系很好，巴基斯坦在這里，在這個(gè)地方（孟加拉灣）有些港口，我們就把東西（通過(guò)孟加拉灣的港口）運(yùn)到巴基斯坦，再運(yùn)回來(lái)。所以從這些邦交、尋找港口等問(wèn)題大家可以看到，都和我們的能源有很大的關(guān)系。我們還在跟俄羅斯和其它國(guó)家，從北方鋪設(shè)一些管道，把石油和天然氣從上面運(yùn)過(guò)來(lái)。 所以中國(guó)能源的狀況跟國(guó)外是不一樣的，我們（能源使用分布）大概是20%的石油，70%是煤，還有一點(diǎn)其他的能源（水電、天然氣、核能等）。我想和這里的小朋友們說(shuō)，你們爸爸媽媽開(kāi)車(chē)子用的汽油，每加1升油，大概0.6升是進(jìn)口。中國(guó)能挖到的油一年兩億噸左右，那中國(guó)要用多少油呢，每年要用五億噸以上，我們60%以上的油是從國(guó)外進(jìn)口的。假如哪一天我們進(jìn)口不到油了，車(chē)子也就開(kāi)不了了。 現(xiàn)在能源靠進(jìn)口，但我們不能永遠(yuǎn)靠進(jìn)口，我們一定要想辦法，外國(guó)人一旦不給我了，我怎么辦？我們中國(guó)人最多的能源是煤，大概占能源儲(chǔ)備的70-80%，而且煤的儲(chǔ)量還特別高。所以對(duì)于中國(guó)人來(lái)說(shuō)，一個(gè)非常重要的事情就是把我們的煤好好利用起來(lái)。假如煤用不好，一是污染環(huán)境，二是能源浪費(fèi)（注釋：中國(guó)本土能源結(jié)構(gòu)以煤為主，液體能源少，需要大量進(jìn)口）。 世界上的人均能源可采儲(chǔ)量，比如石油，平均每人有23.68噸，中國(guó)人均只有2.59噸。大家算算，2噸石油，能夠煉多少汽油？估計(jì)也就1噸多。你開(kāi)一部車(chē)子，一年大概消耗多少汽油呢？大概一噸的汽油。一輛私家車(chē)一年就把中國(guó)人分配到的石油用完了。如果我們中國(guó)人每人配一輛汽車(chē)，中國(guó)的石油儲(chǔ)量根本無(wú)法供應(yīng)。 天然氣更少，世界上平均每個(gè)人有2.58萬(wàn)立方米天然氣可采儲(chǔ)量，中國(guó)人均只有0.11萬(wàn)立方米。但是中國(guó)煤比較多，世界上煤儲(chǔ)存量最大的國(guó)家，一個(gè)是俄羅斯，再一個(gè)就是中國(guó)、美國(guó)。所以對(duì)中國(guó)人來(lái)說(shuō)，煤是很重要的。現(xiàn)在有種統(tǒng)計(jì)，到了2030年、2035年以后，煤在中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)里，還要占大于50%的比例。 煤用來(lái)發(fā)電當(dāng)然沒(méi)有問(wèn)題，我就不再多講，我來(lái)講一下怎么把煤轉(zhuǎn)化為我們需要的油，或者其他需要的化學(xué)品。為什么把煤轉(zhuǎn)化為油和化學(xué)品呢？因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在用的很多化學(xué)品，都是石油轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的。如果我們可以用煤制作出這些化學(xué)品，就可以節(jié)省石油，用它來(lái)開(kāi)車(chē)、或者做其他的事情，等同于找到了油田。所以對(duì)我們來(lái)說(shuō)，如何把煤炭轉(zhuǎn)化成油和化學(xué)品是很重要的。 我們穿的衣服，化纖的衣服，基本上都是烯烴，聚乙烯、聚丙烯等。我們一噸的乙烯要三噸的石腦油（注釋：石腦油（naphtha）是石油產(chǎn)品之一，又叫化工輕油，是以原油或其他原料加工生產(chǎn)的用于化工原料的輕質(zhì)油，主要用作重整和化工原料）。三噸的石腦油差不多要十噸的原油，十噸的原油才能煉制出一噸我們做衣服的乙烯。我們用煤做這個(gè)，我們不就省下來(lái)油了嗎。 我們中國(guó)特別關(guān)注這件事，我們中國(guó)人應(yīng)該是做得最好的。總書(shū)記上次到寧東看了一次，我們一年做四百萬(wàn)噸油的裝置是用煤做的，這個(gè)也是國(guó)際上最大的。 但是世界上的所有事情都是有雙面性的，是雙刃劍。這個(gè)煤能燒出一氧化碳，但這個(gè)里面沒(méi)有氫氣。那么油含什么？是碳?xì)洌阅阋欢ㄒ託溥M(jìn)去，你不加氫就變成碳這樣的東西。氫怎么來(lái)？氫是從水里來(lái)，但是水里的氫是拿不出來(lái)的。水的分子式是什么呢？H2O，有兩個(gè)氫一個(gè)氧，假如你要把水里的氫拿出來(lái)以后，你就用這個(gè)氫。但是水里的氫不容易拿出來(lái)，怎么拿出來(lái)呢？我們用水煤氣變換反應(yīng)，是用一氧化碳進(jìn)去把水里面的氫拿出來(lái)，變成二氧化碳和氫氣。 也就是說(shuō)你做煤的合成，一定要產(chǎn)生二氧化碳。一產(chǎn)生二氧化碳我們就不高興了，這是第一個(gè)事情。第二個(gè)事情這里還有（需要）水，也就是說(shuō)你要做這個(gè)煤化工，一個(gè)你要放二氧化碳，大家可以看到一噸的油出來(lái)放十噸左右的二氧化碳出來(lái)。燒掉一噸的煤，要三噸以上的二氧化碳出來(lái)。同時(shí)他用大量的水，有煤的地方基本上沒(méi)水，像陜西也缺水、新疆也缺水，但是煤很多。所以假如說(shuō)做煤化工，一定要想辦法弄水，沒(méi)有水就做不了煤化工。 一個(gè)是排放二氧化碳，第二要用水。這樣美國(guó)人就搞了一個(gè)事情，因?yàn)槲覀冎袊?guó)人不是燒煤?jiǎn)幔绹?guó)人就說(shuō)你中國(guó)人燒二氧化碳太多了，我要減排你，我要把你二氧化碳降低。我們中國(guó)人就是燒煤的，你不讓我們排二氧化碳不就是不讓我們燒煤?jiǎn)幔遣痪褪请姲l(fā)不出來(lái)，不讓我們發(fā)展了嗎。所以我們就講單位GDP，就是我的二氧化碳排放是多少，所以這件事情也是在談判。但總體來(lái)講，我們還是要把二氧化碳這個(gè)事解決。 美國(guó)人想出一個(gè)辦法，他說(shuō)我要把二氧化碳收集起來(lái)，就是煙囪里的二氧化碳收集起來(lái)，把它純化好以后，再用管道輸送到一個(gè)地方去，最后壓到地下去，然后封存起來(lái)。這個(gè)是什么意思？假如要是這樣干的話，我們中國(guó)現(xiàn)在發(fā)電的效率，煤發(fā)電的效率大概是45%左右，這是最高的效率，你要按照他這么一弄以后，可能就要損失10%以上的效率，也就是說(shuō)發(fā)電效率就剩下30%幾。 我們中國(guó)人也不是什么都不做，我們中國(guó)人就想一個(gè)辦法，我搞二氧化碳轉(zhuǎn)化，把二氧化碳轉(zhuǎn)成我們可以用的東西。大家可以看到，二氧化碳是一個(gè)碳，你要變成有用的東西，一定要有碳?xì)溥@些東西，一定要有氫來(lái)。我們腦子比較聰明，從水里用太陽(yáng)能光照，也就是光催化，把太陽(yáng)能分解成氫氣和氧氣，氫氣加到這個(gè)地方來(lái)做，氧氣把他放出來(lái)。 大家一聽(tīng)也蠻好的，但是我要這樣講，大概可能五十年也做不到這個(gè)程度。為什么呢？現(xiàn)在迄今為止這個(gè)太陽(yáng)能把光解水分解成氫氣和氧氣，效率大概是一百份的太陽(yáng)能進(jìn)去，變成氫氣的效率只有一點(diǎn)幾份，90%幾都浪費(fèi)掉了。未來(lái)你要是一百份進(jìn)去變成二十份出來(lái)，效率就有了，但我估計(jì)可能要幾十年，因?yàn)檫@件事情從零開(kāi)始到一點(diǎn)幾，是從七十年代開(kāi)始的，差不多四十幾年時(shí)間才變成一點(diǎn)幾，假如沒(méi)有大的突破想變大是不可能的。 我稍微簡(jiǎn)單總結(jié)一下，我們化學(xué)家怎么看未來(lái)能源？因?yàn)槲沂腔瘜W(xué)家，實(shí)際上真正的能源就是液體燃料、化學(xué)品、電、熱，迄今為止都是從石油、煤、天然氣。現(xiàn)在兩件事情來(lái)了，一是資源枯竭，沒(méi)有了，這比較大。第二個(gè)你燒出來(lái)的東西都是二氧化碳。假如沒(méi)有這兩件事情，我們?nèi)祟?lèi)根本不擔(dān)心能源。 接下來(lái)就要搞可再生能源，生物質(zhì)、光、風(fēng)、核能這些東西，未來(lái)光風(fēng)核能都要變成電，它們是沒(méi)有碳原子的，生物質(zhì)是有碳原子出來(lái)的。所以未來(lái)整個(gè)能源系統(tǒng)一個(gè)就是電的系統(tǒng)，（第二個(gè)）未來(lái)這個(gè)氫肯定是很重要的，氫能的燃料電池等。那么氫從哪兒來(lái)呢？一個(gè)是從電解水變成氫，還有把生物質(zhì)的東西分解變成氫，氫加進(jìn)去以后，就把二氧化碳處理掉了。因?yàn)槲易约菏歉愦呋模揖鸵v這里面非常重要的一個(gè)事情，就是催化化學(xué)。沒(méi)有催化，基本上這些事情都搞不起來(lái)。大家講你自己搞催化，你就說(shuō)催化厲害，沒(méi)有就搞不起來(lái)。我就講一點(diǎn)給大家聽(tīng)聽(tīng)，看看大家認(rèn)不認(rèn)可這件事。 大家知道氫氣和氧氣會(huì)燃燒的，但你把氫氣和氧氣放在一起，他怎么也燒不起來(lái)，溫度升高到200度它也不燒。但是假如在這里面加上一點(diǎn)點(diǎn)催化劑，加一點(diǎn)點(diǎn)鉑黑（注釋：金屬鉑的極細(xì)粉末呈黑色，所以叫鉑黑。用作催化劑，氣體吸收劑。常溫干燥密封保存）。氫跟氧就爆炸，爆炸以后就生成水。也就是說(shuō)它們本來(lái)是能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的，但如果不加一點(diǎn)鉑黑，它們不會(huì)反應(yīng)。再比如一氧化碳和氧，它們?cè)趺椿旌弦膊粫?huì)燃燒，但如果稍微加一點(diǎn)點(diǎn)催化劑，即使在很低的溫度，比冬天、比黑河的溫度還低的情況下，它們也能燃燒，生成二氧化碳。所以說(shuō)，如果沒(méi)有催化劑，是沒(méi)法發(fā)生反應(yīng)的。包括將太陽(yáng)能把水轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣，太陽(yáng)在那里照射一千年一萬(wàn)年，也不會(huì)把它轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣。你一定要加個(gè)催化劑，加了催化劑以后，才會(huì)變成氫氣和氧氣。包括二氧化碳再怎么弄也不會(huì)變成有用的東西，一定要加上催化劑，才會(huì)轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物。 為什么一定要加催化劑？為什么不會(huì)反應(yīng)？這個(gè)當(dāng)中從反應(yīng)物到產(chǎn)物之中，一定要爬一個(gè)山。一定要爬過(guò)這個(gè)能壘，才會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果隨便什么物質(zhì)放一起就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，這個(gè)世界就無(wú)法存在了。 假如說(shuō)水被光線一照就會(huì)變成氫氣和氧氣，幾十億年照下來(lái)，水早就沒(méi)有了。所以這樣一座“山”，我們叫做能壘，是很重要的。如果沒(méi)有能壘，這個(gè)世界就不復(fù)存在；但就是因?yàn)槟軌镜拇嬖冢o我們化學(xué)家?guī)?lái)很大的困難。 還有一種方法，毛主席說(shuō)過(guò)愚公移山的故事，我們當(dāng)時(shí)都背過(guò)的，門(mén)口有個(gè)山走不出去，父親帶著兒子，兒子帶著孫子挖那個(gè)山，把高山挖成低的才能爬上去。我們化學(xué)里面也有，本來(lái)“山”很高的，我們想辦法把“山”挖低，就可以產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)了。 那么化學(xué)反應(yīng)中怎樣操作呢？我們用氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)為例，這個(gè)反應(yīng)需要?dú)湓雍脱踉臃磻?yīng)，氫原子和氧原子的反應(yīng)是很快的。首先把氫吸附在一個(gè)金屬鉑的表面上，氫分子變成氫原子，氧分子吸附在鉑表面上變成氧原子，兩個(gè)原子在表面瞬間就發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（注釋：金屬鉑是很好的催化劑，當(dāng)氫分子被吸附到鉑表面后，氫分子中的2個(gè)氫原子會(huì)和鉑原子進(jìn)行結(jié)合，就是所謂的吸附過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，兩個(gè)氫原子之間的距離被拉長(zhǎng)，就從一個(gè)氫分子解離成2個(gè)氫原子） 可能大家沒(méi)聽(tīng)懂。假如上大學(xué)了，兩個(gè)女孩子非常好，就像兩個(gè)氧原子拉的非常緊，平時(shí)拉不開(kāi)她們。大家看電影一起去，去食堂吃飯也一起去，挺好的，但這樣就沒(méi)法發(fā)生化學(xué)反應(yīng)了。來(lái)了兩個(gè)男孩子，想分別約這兩個(gè)女孩看電影，但是因?yàn)樗齻冴P(guān)系非常好，沒(méi)法單獨(dú)約她們?nèi)タ措娪啊＜偃邕@個(gè)時(shí)候有一個(gè)男孩子來(lái)了，這個(gè)男孩子很有風(fēng)度，用我們（化學(xué)家）的話說(shuō)，叫做催化活性很高。兩個(gè)女孩子中有一個(gè)人（對(duì)這個(gè)男孩）稍微動(dòng)一點(diǎn)心，和這個(gè)男孩的關(guān)系稍微有點(diǎn)變好，因此兩個(gè)女孩之間的關(guān)系就松動(dòng)了。 本來(lái)晚上兩個(gè)女孩約好一起看電影，結(jié)果其中一個(gè)和這個(gè)男的喝咖啡了，另外一個(gè)女孩子沒(méi)有什么事情做了。這時(shí)候，如果另一個(gè)男生找她看電影，她就去了。這兩個(gè)人如果一直在一起也就蠻好，假如這個(gè)人不是特別專一的，這個(gè)時(shí)候這兩人之間的關(guān)系就不好了，不好以后另外一個(gè)男孩子可能約這個(gè)女孩看電影，她也去了。 這個(gè)事情就是這樣子，所以這樣一弄以后，就把本來(lái)這兩個(gè)拉的很緊的鍵，化學(xué)反應(yīng)里的鍵拉斷了，所以這個(gè)男孩子就起了催化劑的作用。這個(gè)催化劑一定要有兩個(gè)特性，一個(gè)是魅力挺好，長(zhǎng)得一般沒(méi)有用啊，反應(yīng)的活性一定要高。第二個(gè)就是（催化劑和反應(yīng)物）不能拉得太緊，所以催化不能太緊也不能太松。拉得太緊以后就變成反應(yīng)了，就不是催化反應(yīng)了。所以我這個(gè)例子雖然舉的不怎么對(duì)，但是能夠把催化劑解釋清楚。催化劑就是媒介，做完（媒）以后就走掉了，而且自己沒(méi)有任何損失。 催化有兩個(gè)對(duì)人類(lèi)重要的應(yīng)用，一個(gè)是合成氨，這是我們中學(xué)都要學(xué)習(xí)的；還有烯烴，60年代烯烴催化發(fā)展以后，對(duì)人類(lèi)生活有很大改變。沒(méi)有催化劑石油是不能用的，石油從地底下開(kāi)采出來(lái)，黑乎乎的，是沒(méi)法直接用來(lái)開(kāi)車(chē)的。 我這里有張圖，因?yàn)槲也皇菍W(xué)生物的，可能不是很專業(yè)。我們?nèi)梭w里面（負(fù)責(zé)）催化的酶成千上萬(wàn)，到底有多少酶估計(jì)沒(méi)有人說(shuō)得清楚。但是有一點(diǎn)很清楚，我吃進(jìn)去的東西是淀粉，淀粉分解以后是糖，糖放在身體里是不行的，它一定要有個(gè)東西把糖燃燒，或者淀粉燃燒，變成二氧化碳和水，一燃燒以后就放出能量出來(lái)。 這個(gè)低溫下的燃燒，一定是催化劑讓它燃燒的。假如沒(méi)有催化劑，像平時(shí)燒火，一燒幾百度，人是吃不消的。一定要有催化劑控制它，在37.5度-38度進(jìn)行燃燒。如果燃燒太劇烈了，能量太高是不行的，如果不燃燒了，那也不行了。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，糖或者淀粉合成我們需要的脂肪或者骨頭，都是由催化劑控制的。而且這個(gè)催化劑是非常精準(zhǔn)的，沒(méi)有一個(gè)催化劑做幾個(gè)反應(yīng)。 右上圖，大家看到這是一個(gè)蛋白分子，紅的東西基本上都是金屬，蛋白可能也是催化劑，DNA可能也是催化劑，但是大家認(rèn)為金屬這個(gè)催化劑是很重要的，沒(méi)有金屬催化效率可能不高。所以人的身體里面為什么一定要有微量元素，假如你缺了哪個(gè)微量元素，你缺了鐵，馬上就不行了，缺鐵以后好多養(yǎng)分就沒(méi)法吸收，缺了鋅也不行，所以這些東西都是在人體內(nèi)催化劑需要的金屬，所以這個(gè)東西很重要。這個(gè)催化理論出來(lái)以后得了很多的諾貝爾獎(jiǎng)。 催化大概就是這么一個(gè)意思，那么催化什么時(shí)候開(kāi)始，（催化的研究存在了）上百年，那現(xiàn)在正在做些什么東西？ 最早的催化劑，實(shí)際大家都接觸過(guò)，家里發(fā)饅頭，水和面和在一起，用被子捂起來(lái)，捂?zhèn)€幾年也不會(huì)發(fā)成饅頭出來(lái)，如果你加一點(diǎn)酵母進(jìn)去，攪拌一下，溫度提高一下，明天面就發(fā)酵出來(lái)。做酒，糯米一進(jìn)去，你再怎么捂也做不出來(lái)酒，但是一加酵母就變成酒了。酵母就是催化劑，把淀粉分解成醇了，就是酒。 所以催化反應(yīng)很早實(shí)際上我們都做過(guò)。真正開(kāi)始對(duì)催化進(jìn)行科學(xué)研究，大概是一百五六十年以前，做到現(xiàn)在，大家認(rèn)為催化里面最關(guān)鍵的幾個(gè)東西，我前面講的反應(yīng)能壘活性中心這些東西是大家認(rèn)為有用的，后面還有很多理論沒(méi)有研究清楚。 我這里給大家講催化反應(yīng)到底干什么事，我們研究催化是在研究什么。我前面講了化學(xué)反應(yīng)有一個(gè)能壘，本來(lái)是很大的能壘，用了催化劑以后就變成小的能壘。化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程是一個(gè)分子獲得能量到高的能壘上，接著越過(guò)能壘到中間形成中間態(tài)，我們把它叫做中間體，后面再反應(yīng)得到后面的產(chǎn)物。 我們研究催化的人要做什么呢？我們要想辦法把這個(gè)能壘降低，因?yàn)檫@個(gè)能壘一高以后，分子要爬的“山”就太高了，太難了，反應(yīng)就不容易進(jìn)行，速度會(huì)變慢，你就要想辦法降低能壘。 第二個(gè)到了中間體以后，你要想辦法把這個(gè)能壘控制。這句話是什么意思呢？假如我們爬山，爬到這個(gè)地方我準(zhǔn)備回旅館休息了。這個(gè)時(shí)候假如說(shuō)旅館還沒(méi)找，你看到哪里容易下山，你就下山了。假如你父母已經(jīng)把旅館找好了，在山的南邊，你跑到北邊肯定不行，你要爬山到南邊去。所以這個(gè)（中間體的）能壘就是控制（反應(yīng)走向），要它高就高，要它低就低，一低以后反應(yīng)就容易往這兒走，一高以后就把反應(yīng)擋掉了，就像水一樣，就不流到那兒去了。 所以我們做催化研究就做兩件事，一個(gè)是把第一個(gè)能壘降低，第二個(gè)事情讓中間體能壘能夠自由調(diào)整。 最早的催化研究工作實(shí)際上是從合成氨開(kāi)始的，這兩個(gè)人是拿了諾貝爾獎(jiǎng)的，一個(gè)是1918年，一個(gè)是1931年。這個(gè)人沒(méi)拿過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)，Haber最早發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程，是首創(chuàng)的，Bosch把這個(gè)過(guò)程變成有用的東西，解決了工程問(wèn)題。 Mittasch這個(gè)人，他做了什么呢？原來(lái)這個(gè)過(guò)程不怎么好，最后他就炒催化劑，一筐筐的炒，炒了幾千幾萬(wàn)的催化劑（注釋：1912年，德國(guó)BASF公司的Alwin Mittasch和Carl Bosch用2500種不同的催化劑進(jìn)行了6500次試驗(yàn)，并終于研制成功含有鉀、鋁氧化物作助催化劑的價(jià)廉易得的鐵催化劑，這也是現(xiàn)代合成氨工業(yè)催化劑成分的雛形），在這里面挑了最好的出來(lái)。實(shí)際上最累的是他，因?yàn)樽隽撕芏喙ぷ鳎思艺f(shuō)你沒(méi)有水平，你只是去炒，咸了放點(diǎn)水，淡了放點(diǎn)鹽進(jìn)去，再不行加點(diǎn)面粉進(jìn)去拉一拉，人家說(shuō)他水平不高，但其實(shí)他的工作還是很重要的。 自從Mittasch這么做了以后，以后催化劑都是這么做的。以前他們做催化劑的時(shí)候，他看不見(jiàn)這個(gè)催化劑到底怎么樣，現(xiàn)在我們做催化劑的時(shí)候，慢慢我可以看見(jiàn)了。到底是咸了還是淡了，我可以測(cè)一測(cè)。但不管怎么樣都是炒這件事。 后面表面催化就出來(lái)了，時(shí)間關(guān)系我就不跟大家去講這個(gè)事兒了。大家知道這個(gè)催化反應(yīng)一定是在表面的反應(yīng)，所以到了上個(gè)世紀(jì)六十年代以后，大家能夠把表面的原子看得很清楚，大家就認(rèn)為這個(gè)時(shí)候我看清楚這個(gè)原子，我就能夠看清楚反應(yīng)，那催化反應(yīng)可能就會(huì)比較好理解了。實(shí)際上不是這個(gè)樣子。 他不是炒催化劑嗎，還得有儀器去看怎么炒。實(shí)際上最終他要干的事情，就是改變能壘，就是看看怎么做這個(gè)事。最近納米出來(lái)以后，大家認(rèn)為納米很重要，可以用來(lái)做這個(gè)事。 大家可能會(huì)問(wèn)我，納米為什么會(huì)重要呢？我簡(jiǎn)單的給大家講一講，這里面這個(gè)是催化劑，這是反應(yīng)物，它要發(fā)生催化反應(yīng)，一定要這個(gè)反應(yīng)物跟催化劑要能有相互作用。那么化學(xué)上講的相互作用，它一定要有電子之間的傳遞，一個(gè)電子傳給你，就像我們兩個(gè)好朋友一定要拉手，我把手伸給你，你把手伸給我，我們才能拉手， “拉起手”催化劑才能起反應(yīng)。但是比如小朋友和姚明，姚明很高，小朋友很矮，拉不到而且也拉不緊。那就要想辦法，就是需要我們小朋友兩個(gè)之間個(gè)子差不多高，拉手能拉緊。假如不一樣高，那就要想辦法調(diào)得一樣高。 我給大家講一個(gè)例子，這個(gè)不一定對(duì)，因?yàn)檫@個(gè)都是封建的，不一定對(duì)。我們中國(guó)一直講結(jié)婚要門(mén)當(dāng)戶對(duì)，門(mén)當(dāng)戶對(duì)這個(gè)事情到底對(duì)不對(duì)，我們不談這個(gè)事。就是說(shuō)這兩個(gè)東西要差不多，差不多呢大家結(jié)合的就越緊，你要是講兩個(gè)差了很多，可能就有一點(diǎn)點(diǎn)距離，當(dāng)然也有好的。 假如說(shuō)兩個(gè)差了太多，以后怎么辦？?jī)煞N方法。假如這個(gè)男孩子跟女孩子差蠻多了，女孩子家庭條件各方面挺好的，男孩子就要想辦法奮斗，奮斗差不多就可以拉手了。那化學(xué)反應(yīng)也是這樣子的，假如說(shuō)兩個(gè)軌道在這里，這個(gè)軌道和那個(gè)軌道差得太大了，你就要調(diào)這個(gè)軌道，那么這個(gè)反應(yīng)的軌道怎么調(diào)？一般光照一照，或者加熱，把這個(gè)弄高，讓它們能反應(yīng)。 那這種大家都在做。還有一種我不動(dòng)這邊，我動(dòng)這一邊，我把這個(gè)地方的軌道降下來(lái)一點(diǎn)，這樣兩個(gè)人也就拉起手來(lái)了。我這句話說(shuō)的是什么呢？就是我們催化，實(shí)際上搞來(lái)搞去，就是做這件事，怎么把催化劑上面的電子軌道，就是它的能級(jí)調(diào)變，調(diào)到跟反應(yīng)物能夠匹配的情況之下，讓它反應(yīng)。 最早是在這個(gè)里面加上另外一個(gè)東西，你看這個(gè)軌道都在變。還有后面的同樣一個(gè)金屬，用不同的面，它不同面上原子排布不一樣的，那么電子就不一樣，不一樣以后有高有低，它就能夠反應(yīng)。 這個(gè)納米出來(lái)以后，大家很快就知道很重要，納米很大的原理是，當(dāng)這個(gè)粒子小到一定程度以后，原來(lái)那個(gè)連續(xù)的帶，我們叫能帶，就會(huì)分類(lèi)，一分類(lèi)就變成一個(gè)高一點(diǎn)、一個(gè)低一點(diǎn)。大家知道分類(lèi)有高有低，這個(gè)有可能高的之間就能對(duì)上，或者分類(lèi)低的之間就能對(duì)上。 通過(guò)調(diào)變納米粒子的大小，我就能夠調(diào)變軌道的高低。所以這個(gè)事情一出來(lái)以后，馬上大家就說(shuō)納米能做納米催化研究，這個(gè)就非常好，我們自己也在做這個(gè)事，納米碳管這一系列的我們都做了。 今年總書(shū)記在兩院院士會(huì)議上說(shuō)了一句話，我聽(tīng)了很高興，總書(shū)記說(shuō)我們國(guó)家的納米催化這一塊已經(jīng)到了世界前列。納米催化在國(guó)內(nèi)，最早是我把這個(gè)研究推起來(lái)，所以我聽(tīng)了也是很高興。那么納米催化我們做了什么事呢？ 我們最早是做納米碳管，就是把我們納米催化劑粒子，小的粒子擺在碳管里面做反應(yīng)，做了合成氨等很多應(yīng)用，這個(gè)工作我們發(fā)表了一篇文章，這是我們最早的工作。 后面我們就把納米的粒子擺在表面上，用表面之間的相互作用把納米粒子拉住，拉住以后這個(gè)金屬原子就變得非常活潑非常強(qiáng)，這個(gè)工作我們也發(fā)表了一篇文章。 后面我們又做了一件事，這個(gè)事情很重要，我們把納米這樣一個(gè)粒子擺在晶格里面，這里面有鐵的原子，讓這個(gè)晶格里鐵的原子一直“吃不飽”。什么叫吃不飽？因?yàn)樗慌赃叺臇|西拉著了，它要是不拉著就把氧原子吃掉了，就氧化了，吃飽了就是飽和的氧化鐵。但是它被拉住以后，這個(gè)鐵就一直吃不飽。假如來(lái)一個(gè)甲烷，它也不讓它吃，就走了，如果吃上一個(gè)甲烷就連在這里不走了，它就飽和了，但它最后也沒(méi)吃上，也就沒(méi)飽和。 所以我們就把天然氣甲烷的分子就轉(zhuǎn)化成烯烴，這個(gè)烯烴的工作后面也在很好的雜志上發(fā)表了，這個(gè)工作也拿到了國(guó)家十大科技進(jìn)展。 【PPT50】 這個(gè)過(guò)程從一九二幾年開(kāi)始，大家就認(rèn)為是很重要的一個(gè)事情，而且全世界都在推這個(gè)事。催化以后非常神奇的地方，它稍微變一變，這個(gè)是金屬原子，它出來(lái)的產(chǎn)物就是不一樣。這個(gè)就像我們身體當(dāng)中，蛋白也是碳的，碳?xì)溲醯模侵虚g加一個(gè)活性原子之后，原子一變以后，你可能出來(lái)的就是脂肪或者另外一種東西，這個(gè)是很神奇的，完成可以控制這種轉(zhuǎn)變。 所以大家都去做這方面的研究了，這個(gè)做得很好，馬上就要一百年了，這個(gè)里面有兩個(gè)非常大的問(wèn)題，大家一直想克服它，一直沒(méi)有能力克服它。什么問(wèn)題？這上面紅的是氧，黑的是碳，就是一氧化碳，我們把它叫做合成氣。它用的催化劑是我前面講的金屬，這個(gè)是金屬表面，這是催化劑。它把一氧化碳擺在金屬表面上，接下來(lái)氫也到表面上，我前面講了，催化劑就是吸附在這個(gè)（金屬）表面上，斷開(kāi)它們，讓它們反應(yīng)。 這兩個(gè)氫就跟這個(gè)氧反應(yīng)，氫跟氧反應(yīng)變成了水，這個(gè)水就跑出去了。那么后面一個(gè)個(gè)這么反應(yīng)，氫又來(lái)了，來(lái)了以后和碳原子反應(yīng)，變成CH，這就是石油的單體，一個(gè)個(gè)連起來(lái)就是石油了。 一步步在表面上反應(yīng)，大家馬上就可以看出來(lái)，一個(gè)要?dú)錃膺M(jìn)去，氫氣進(jìn)去以后生成了水，一氧化碳里面的氧，把它拿走生成了水。氫從哪兒來(lái)的呢？氫從水里來(lái)，也就是說(shuō)這個(gè)反應(yīng)當(dāng)中，先加了水進(jìn)去，最后又生成水出來(lái)，也就是在里面做了一個(gè)循環(huán)，好的水進(jìn)去廢水排出來(lái)，變成這樣一個(gè)反應(yīng)。 我們這個(gè)研究組我們很多人，我們做了差不多十年以上了。我們做了一個(gè)方法，發(fā)現(xiàn)我們這個(gè)催化劑進(jìn)去以后，碳2到碳4的選擇性，它的選擇性可以到70%到80%。他們?cè)瓉?lái)只做到50%幾，我們可以做到70%到80%，而且穩(wěn)定性特別好。這個(gè)事情從來(lái)人家沒(méi)有做到過(guò)，我們?yōu)槭裁茨軌蜃龅竭@個(gè)樣子？我們做了很多的基礎(chǔ)研究，我們?cè)趺醋龅倪@個(gè)基礎(chǔ)研究呢？ 大家一看就能看出來(lái)。我們這個(gè)催化劑分成兩部分，一部分是氧化物，一部分是分子篩，分子篩是什么？就像有很多孔的篩子一樣，大的東西下不去，小的東西下去了，我們叫分子篩，篩分子的東西。假如我把氧化物擺在這個(gè)反應(yīng)管里面一反應(yīng)，出來(lái)的都是甲烷，都是一個(gè)碳這樣的東西，還出來(lái)一點(diǎn)點(diǎn)這個(gè)東西。 后面我們還發(fā)現(xiàn)，假如這個(gè)氧化物下面擺一點(diǎn)分子篩，出來(lái)的產(chǎn)物就不都是甲烷了，一部分是甲烷，還有一部分是我們做衣服需要的烯烴。假如我把這個(gè)一層一層的氧化物分子篩這么一弄，出來(lái)的甲烷特別少，我們需要的烯烴特別多。假如我把它混起來(lái)以后，發(fā)現(xiàn)最終我不要的東西非常少，要的東西特別多。這個(gè)時(shí)候我們就有一個(gè)感覺(jué)，這個(gè)反應(yīng)里面，一定有一個(gè)東西從這個(gè)氧化物的表面上跑到分子篩里面來(lái)反應(yīng)。 這個(gè)研究不像前面的費(fèi)托過(guò)程，兩個(gè)東西都在一個(gè)表面上，反應(yīng)好以后就走掉了。所以我們后面做了很多這樣的研究，包括我們?cè)诤戏实耐捷椛渖弦沧隽耍戏释捷椛涞倪@篇Science是什么呢？這篇Science 就是我們跟他們一起做的這樣一個(gè)東西。 我們后面就發(fā)現(xiàn)這個(gè)當(dāng)中有這樣一個(gè)分子，在氧化物表面上形成了這個(gè)分子，最后變成這樣一個(gè)東西，跑到氣相當(dāng)中去，最后在分子篩孔道里面反應(yīng)，生成了我們需要的東西。我把這個(gè)東西也搞了一張這個(gè)圖，前面是氧化物，氧化物一定是有缺陷的氧化物，不是一個(gè)非常好的氧化物，前面我講了一定要有那個(gè)分子在上面他沒(méi)有吃飽，要餓著，吃飽了不行的。所以我們講大家每天吃飽喝足了，是沒(méi)有活性的，你叫他稍微餓一點(diǎn)，家里稍微有一點(diǎn)錢(qián)但不是很多，假如家里錢(qián)很多了就沒(méi)有意思了，只有錢(qián)不夠或者錢(qián)少一點(diǎn)的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候他就有這個(gè)活性去做這個(gè)事，一定要有缺陷的這樣一個(gè)位置。 那這個(gè)時(shí)候一氧化碳來(lái)了，來(lái)了以后他就先到缺陷這個(gè)地方去，一下子把它斷成一個(gè)碳，一個(gè)氧，那么費(fèi)托里面是什么呢？是用一個(gè)氫氣把這個(gè)氧拿走變成水。我們這里不是，我們這里是用另外一個(gè)一氧化碳，一氧化碳不是一個(gè)碳一個(gè)氧嗎？把這個(gè)氧拿走變成二氧化碳。這樣一個(gè)過(guò)程就把它全換過(guò)來(lái)，剩下的這個(gè)碳原子在上面跟氫氣反應(yīng)，變成CH2這樣一個(gè)分子。這個(gè)分子不在這個(gè)表面上反應(yīng)，它只要一反應(yīng)，一生成這個(gè)分子，就離開(kāi)這個(gè)表面，離開(kāi)表面以后我們外面有個(gè)分子篩，大家看就像這樣一個(gè)東西。 這個(gè)分子篩有孔,分子有大有小，小的東西能進(jìn)到孔里，大的東西就進(jìn)不到孔里去，也就相當(dāng)于在這個(gè)孔道里，就生成小的，大的就不生成。有了這個(gè)孔以后，我就把這個(gè)分子篩調(diào)了，要小分子就調(diào)小的孔，要中分子就調(diào)中的孔，要大分子就調(diào)大的孔。這樣我就把這里面完全控制了，第一個(gè)不用氫不生成水，第二個(gè)出來(lái)這個(gè)中間體，在分子篩孔道里面反應(yīng)，生成我需要的東西。那么我們同樣也去做一個(gè)跟前面一樣的東西，前面大家知道，一百份碳進(jìn)去，出來(lái)二十份東西，我們這個(gè)一百份碳進(jìn)去，出來(lái)四十三份有用的東西，多了一半了，多了一半大家就很高興，就做這樣一個(gè)事情，發(fā)現(xiàn)這里面整個(gè)分布都變了。 那我們現(xiàn)在做的是什么呢？你看上去是一個(gè)，實(shí)際上這個(gè)東西是兩個(gè)，一個(gè)是氧化物，一個(gè)是分子篩。這個(gè)反應(yīng)在這上面反應(yīng)，變成了我們的一個(gè)中間體，中間體傳到分子篩這個(gè)東西來(lái)，在分子篩里面變成我們這個(gè)產(chǎn)物。也就是反應(yīng)的和變成產(chǎn)物的這個(gè)東西不是一個(gè)地方，那么這樣一弄以后，等于是我要產(chǎn)物多也可以，要這個(gè)高也可以，這樣就把蹺蹺板的這個(gè)東西打破了，打破以后我同樣要高就高，同樣要低就低，這個(gè)事件就像蕩秋千一樣的過(guò)程。 這張圖是我最近剛剛做的，目前我們好多小朋友也不一定能聽(tīng)懂，但是我還是要講一講，為什么大家對(duì)這樣一個(gè)事情特別感興趣。 大家知道這個(gè)煤，你把它氣化出來(lái)，變成合成氣，合成氣就是一氧化碳和氫氣，合成氣中氫氣和一氧化碳的比例是0.5。為什么煤一燒變成合成氣呢？我給大家講一下這個(gè)知識(shí)，但是對(duì)你們沒(méi)有用，對(duì)農(nóng)村還是有用的。燒那個(gè)爐子，將來(lái)冬天取火燒爐子，你要搞得不好，把那個(gè)水滴到爐子上面，它出來(lái)就不是二氧化碳，出來(lái)的就是一氧化碳，一氧化碳積累以后就中毒了。所以冬天經(jīng)常有人洗澡中毒死掉了，就是這個(gè)水搞到煤上去了，燒出來(lái)的就不是二氧化碳，而是一氧化碳，一氧化碳就變成讓人中毒的東西。 所以煤部分發(fā)生氧化就變成一氧化碳，就是兩個(gè)一氧化碳加上一個(gè)氫，這是出來(lái)的這樣一個(gè)東西，我們叫Feedstock,就是把它進(jìn)去（發(fā)生反應(yīng)）的這個(gè)東西，那么你要把它變成有用的油呢，你要把它變成一個(gè)碳兩個(gè)氫，這個(gè)才能變成石油汽油這樣一個(gè)東西。我們現(xiàn)在的方法是怎么做呢？ 就是用一份氫氣來(lái)，把這個(gè)氧拿走，拿走以后這個(gè)碳和氫連起來(lái)就變成碳?xì)溥@樣的東西。另外一個(gè)一氧化碳干什么用呢？加了水，變成了氫氣，變成了二氧化碳出來(lái)，這是我們現(xiàn)在做的這套方法。那我們這個(gè)方法現(xiàn)在是怎么做呢？就是這兩個(gè)一氧化碳連在一起，把這個(gè)一氧化碳跟這個(gè)氧反應(yīng)，變成了二氧化碳，接下來(lái)就是碳同氫，變成了CH2這個(gè)東西。 那么大家馬上可以看出來(lái)，我這里面沒(méi)有加上水，出來(lái)也沒(méi)有水，出來(lái)的就是二氧化碳，這個(gè)地方出來(lái)也是二氧化碳，是一樣的。所以我們這個(gè)構(gòu)成不用水，也不產(chǎn)生水，所以領(lǐng)導(dǎo)很高興。說(shuō)你們包信和這個(gè)東西很重要，你們看能不能搞一個(gè)系列的煤轉(zhuǎn)化的東西出來(lái)，這個(gè)李克強(qiáng)總理也知道，也在講這個(gè)不用水，也是挺好的一件事，那我們也得想一個(gè)什么事呢，實(shí)際上不用水以外，它排出二氧化碳出來(lái)了，這個(gè)時(shí)候假如說(shuō)能有一份甲烷在這里，有一份天然氣在這里，這個(gè)甲烷跟二氧化碳一反應(yīng)，就變成了氫，變成了這樣一個(gè)氫氣。出來(lái)以后，就是變成了一氧化碳同氫，也就是說(shuō)你加了甲烷進(jìn)去跟二氧化碳一反應(yīng)，整個(gè)的過(guò)程不用水，不排水，不排二氧化碳，就是完全封閉的這樣一個(gè)東西，所以我們現(xiàn)在就在看能不能做這個(gè)事。 綜合起來(lái)我們現(xiàn)在做了這幾個(gè)方法，一個(gè)就是把天然氣直接用催化劑變成烯烴，還有就是煤容易氣化，用我們這個(gè)催化劑直接就變成烯烴。也就是說(shuō)我們實(shí)現(xiàn)了煤和天然氣，不排任何東西情況之下，把它直接變成我們的化學(xué)品。 這個(gè)聽(tīng)上去就是很好的一件事，這個(gè)事情國(guó)家也很重視，中央臺(tái)也報(bào)道過(guò)，領(lǐng)導(dǎo)也做了很多批示。最近我們跟工業(yè)上也在做這件事情。我也希望未來(lái)幾年科大校長(zhǎng)不做了，我要把這個(gè)時(shí)間跟大家一起來(lái)看看能不能把這個(gè)東西弄出來(lái)。現(xiàn)在大家知道成果轉(zhuǎn)化，自己個(gè)人可以拿70%，我也是鼓動(dòng)大家，你做這些基礎(chǔ)研究做好了，你一定要做應(yīng)用。雖然現(xiàn)在發(fā)表的文章很多，你若將來(lái)不做應(yīng)用，最后還是被美國(guó)人掐在手里，所以國(guó)家為什么說(shuō)科研人員可以拿70%，就是鼓勵(lì)你要做這件事。 最后我從幾大方面給大家講講中國(guó)科技大學(xué)。因?yàn)榇蠹医裉煲苍谶@里這么長(zhǎng)時(shí)間，我也講了差不多一個(gè)小時(shí)了 ，也允許我做一點(diǎn)點(diǎn)廣告。中國(guó)科大1958年建的，中國(guó)科大建校的時(shí)候非常特別，就是我們黨和國(guó)家為了兩彈一星建的學(xué)校,所以自始自終一直是跟著國(guó)家目標(biāo)走的。像建偉的量子這塊，這個(gè)量子信息國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等，都是國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有做的，我們科大做的好多東西幾乎都是別人沒(méi)有做的這樣的東西。所以我們科大的歷史是愛(ài)國(guó)奮斗創(chuàng)業(yè)的歷史。 但是科大一直很有個(gè)性，1958年招生的時(shí)候是1900人的學(xué)生，我們到了2018年，招生的是1860個(gè)學(xué)生。也就是說(shuō)60年時(shí)間沒(méi)有擴(kuò)招，到底是好還是壞，我們不去理論。而且我們這個(gè)地方，基本上就在合肥這樣一個(gè)地方，原來(lái)是在北京，后面搬到合肥去了，上海這里我們就這么小小的一塊。 你看好多大學(xué)在哪里沒(méi)有幾千畝地，我們沒(méi)有，整個(gè)的科大還是這樣。而且大家看到學(xué)生也都很少，我們一年招1860個(gè)學(xué)生，實(shí)際上我們招不到這些學(xué)生，我們大概1820個(gè)學(xué)生，畢業(yè)的時(shí)候更少了，因?yàn)檫€有些人畢業(yè)不了，大家不要嚇壞了不去報(bào)科大，每個(gè)學(xué)校都有淘汰的，科大也有淘汰。 我們?cè)谛W(xué)生7000多人，什么概念呢？吉林大學(xué)一年是招一萬(wàn)一千人，四川大學(xué)一年招大約8000人左右，現(xiàn)在浙大大概一年招6000多人。也就是說(shuō)我們科大四年的學(xué)生，幾乎就是人家大學(xué)一年招的人，但是我們的老師也不少，這是我們的研究成果。 因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，我沒(méi)辦法跟大家講，大家看到這幾個(gè)基本上都是建偉的東西，那我也不是因?yàn)榻▊フ?qǐng)我來(lái)我就講這個(gè)東西，是因?yàn)樗隽撕芏喑晒?dāng)然除此之外我們還有一些東西，我今天也是讓建偉高興高興。 確實(shí)大家知道總書(shū)記十九大報(bào)告當(dāng)中，提了六件事，我們科大有兩件。在新年獻(xiàn)詞當(dāng)中，提了四件科技進(jìn)展，我們科大有一件，量子計(jì)算機(jī)。包括這次總書(shū)記在兩會(huì)做報(bào)告當(dāng)中，我們科大大概有六七項(xiàng)都是總書(shū)記講到的。我前面跟大家講了我們教師質(zhì)量很高，特別是年輕的教師，我們大概30%以上的教師都是有帽子的，大家現(xiàn)在說(shuō)不要帽子，帽子還是要的，帽子沒(méi)有也不行，就看帽子怎么帶，不能戴太多帽子，我們30%以上的人都是有帽子的。 所謂帽子就是院士、杰青、優(yōu)青，都是這樣優(yōu)秀的人，所以這個(gè)還是非常不錯(cuò)的。講到大學(xué)評(píng)估，我們科大用了大概其他學(xué)校三分之一的力量，差不多三分之一的人，一直在國(guó)內(nèi)基本上排到第三名到第五第六名之間，大家看到三分之一的人，而且在合肥這個(gè)地方，能夠排到這個(gè)樣子非常不容易，應(yīng)該說(shuō)大家還是很努力在做這個(gè)事。你看去年，2017年所有的加起來(lái)平均大概可以排到第四這個(gè)樣子。 但是上海的學(xué)校復(fù)旦、交大都是在很高的位置上。所以坐在這里的小孩子，假如沒(méi)有特別的情懷，誰(shuí)要搞科學(xué)我要是讓他離開(kāi)上海到合肥去他是不去的，但是我今天在這里講以后，就希望我們有幾個(gè)小孩，能在未來(lái)有特殊的情懷，能到我們合肥去，到科大做我們的學(xué)生。 總書(shū)記對(duì)我們特別厚愛(ài)，去了三次，他認(rèn)為科大這個(gè)地方是一個(gè)創(chuàng)新各方面特別好的地方。因?yàn)樗母绺纾褪俏覀兛拼蟮漠厴I(yè)生。總書(shū)記在科大講了一件事，他說(shuō)我知道大學(xué)最早的是中國(guó)科大，他那個(gè)時(shí)候剛剛上小學(xué)，晚上回來(lái)發(fā)現(xiàn)今天晚上吃得非常好，他就問(wèn)今天晚上為什么家里吃得很好呢，他母親就跟他講你哥哥考上了中國(guó)科大，因?yàn)檫@個(gè)事情家里有好吃的，所以他當(dāng)時(shí)在我們那里講，他當(dāng)時(shí)也在想以后我也要考中國(guó)科大，但是后來(lái)不考試了，就是推薦制了，就是另外一回事情了，所以總書(shū)記對(duì)中國(guó)科大特別友好。 科大今年是60周年校慶，是1958年（建校的），校慶是9月20號(hào)，我們有一個(gè)口號(hào)，叫紅專并進(jìn)一甲子，科教報(bào)國(guó)六十年。這是我們一直在做的這個(gè)事，那么我們也希望通過(guò)這個(gè)校慶，把凝聚力這方面能夠提高。 耽誤大家很多時(shí)間，一個(gè)小時(shí)多一點(diǎn)，給大家講了這么多，我也不知道有用沒(méi)有用，最起碼有一點(diǎn)我很高興，講到現(xiàn)在，我看真的離開(kāi)的人也不多，睡覺(jué)的人也不多，還是在盯著這個(gè)事情在看的。 我能來(lái)講這個(gè)故事，我要感謝很多人，特別是我在大連有這么一個(gè)團(tuán)隊(duì)，大概有六七十個(gè)人。大家看到做科研是很不容易的，冷板凳，都是十年二十年做一個(gè)東西出來(lái)，我每一張圖來(lái)講，沒(méi)有一個(gè)學(xué)生做幾年的工夫，是沒(méi)有這張圖出來(lái)的。 所以我每年做報(bào)告，大概就增加個(gè)一兩張、兩三張圖這樣子，都有幾十個(gè)人做才有一兩張圖這個(gè)樣子，所以科學(xué)家也不是這么好當(dāng)?shù)摹g迎大家批評(píng)指正，也是歡迎大家有機(jī)會(huì)到科大去看看，不一定到科大那里讀書(shū)，最起碼看一看，我們交流交流討論討論，也是很高興的事，謝謝大家！
那么如何讓物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)呢？就像這樣，我這里畫(huà)了一個(gè)圖，是英文的，從這邊到那邊，中間有一座山（能壘），要翻過(guò)這座山，必須要花力氣，也就是消耗能量。現(xiàn)在有幾種方法，比如我們現(xiàn)在去黃山，我們不需要花力氣（爬上去），我們花十塊錢(qián)買(mǎi)張票，乘電梯一下子就到山頂上，再?gòu)纳巾斏舷聛?lái)，就很方便了。化學(xué)反應(yīng)也是這樣，不用翻那座山，可以坐電梯上來(lái)。左上角，比如這個(gè)分子，本來(lái)能量很低，光一照之后，能量就高了，就發(fā)生反應(yīng)了，這是一種方法。
最近我們做了一個(gè)工作，我們把煤合成氣擺在這個(gè)表面上，讓他把煤直接變成烯烴。這個(gè)事情很重要，而且我前面講的煤的轉(zhuǎn)化，我們這個(gè)煤的轉(zhuǎn)化是不需要用水的，就把水的事情解決了。所以這件事情我們發(fā)表文章以后，國(guó)家各方面也都很重視。我們經(jīng)過(guò)這些東西的研究以后，為什么總書(shū)記說(shuō)我們的納米催化還不錯(cuò)呢，我們也有一份貢獻(xiàn)，我們提出了一個(gè)納米限域催化的概念。
美國(guó)人2017年底的時(shí)候，關(guān)于催化規(guī)劃怎么做，他們出了一本書(shū)，引的第一篇的文章，第一章要講的事情就是我們這個(gè)事情，大家可以看到，開(kāi)篇的第一篇文章就是我們寫(xiě)的，關(guān)于納米催化，怎么來(lái)做這個(gè)事情，這個(gè)事情各位也是比較認(rèn)可的。所以總書(shū)記說(shuō)（中國(guó)納米催化研究）進(jìn)軍世界前列。
下面有一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間，我就舉一個(gè)例子。這個(gè)催化劑到底怎么做。這個(gè)煤怎么變成烯烴，就是變成我們這個(gè)衣服。也就是煤炭怎么變成油、變成化學(xué)品這個(gè)事。
這個(gè)事情最早兩個(gè)德國(guó)人，一九二幾年就做了這件事，所以早期催化研究成果好多事情都是在德國(guó)做起來(lái)的，一個(gè)叫Fischer，一個(gè)叫Tropsch。怎么做呢，就把水、煤和氧氣弄在一起，出來(lái)一氧化碳和氫，我們把這個(gè)叫做合成氣。八個(gè)碳原子就是汽油，十六個(gè)碳原子就是柴油，那么這里十六個(gè)碳原子都有了。Fischer和Tropsch就做了這件事。
第二個(gè)事情這個(gè)反應(yīng)到底是變成兩個(gè)碳原子、五個(gè)碳原子還是十個(gè)碳原子，他在表面上做的反應(yīng)，沒(méi)有任何人能夠控制他，到底是要變5個(gè)， 10個(gè)，還是20個(gè)。要合成出來(lái)的有汽油、有柴油、有液化氣，什么東西都有。也就是說(shuō)出來(lái)的物質(zhì)從碳1的原子一直到碳100都有，沒(méi)有選擇性，所以你要碳12就拿碳12，要拿碳15就拿碳15，其他好多東西就浪費(fèi)掉了，或者處理掉。所以大家做了一個(gè)計(jì)算，假如一百份碳進(jìn)去了，假如要做我們穿的衣服需要的碳2-碳4的烯烴，最后就能做二十份出來(lái)。最高的差不多就是50%左右的選擇性，所以大量的碳就被浪費(fèi)掉了。所以這個(gè)過(guò)程雖然好，解決了問(wèn)題，但是浪費(fèi)了很多。
我再跟大家講一個(gè)道理，就是為什么會(huì)這么做的道理。前面這個(gè)是費(fèi)托（合成）過(guò)程，我們可以看到它的這個(gè)反應(yīng)都在催化劑的活性中心上面，也就是說(shuō)他要么反應(yīng)這個(gè)，要么反應(yīng)那個(gè)，所以他整個(gè)就像小孩坐蹺蹺板一樣的，反應(yīng)這個(gè)高了這個(gè)就低了，因?yàn)樗偣簿鸵粋€(gè)支點(diǎn)在這里，吃了這個(gè)就不能吃那個(gè)。
