催化是自然界和工业生产中一种普遍存在的重要现象。古有酒曲造酒，今有氨合成，催化具有加速化学反应而不影响化学平衡的特性。

当前，全球经济社会发展面临传统化石资源逐渐枯竭、能源和化工过程原料多样化、碳减排等挑战，催化科学优势尤为突出。面向中国2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和这一目标，催化如何发挥支撑作用，又可以解决哪些重大科技问题？科普时报记者日前采访了主要从事低碳能源化工基础和应用研究的天津大学副校长巩金龙。

记者：在您看来，要从源头上实现节能减排，催化如何发挥作用？

巩金龙：在工业生产中，催化技术对于实现节能减排发挥着关键作用，主要体现在提高反应效率、减少废物和副产物、支持清洁能源的开发、促进环境友好型工艺的发展。

从科学本质上讲，催化剂通过降低反应活化能加速化学反应，因此能够使原本需要高温高压等苛刻条件才能进行的化学反应，在更温和的条件下就可以顺利进行，从而显著降低能源消耗。

在加速目标反应的同时，催化剂能够抑制其他副反应，进而通过提高反应的选择性，帮助更多的原料转化为目标产品，减少副产物和废物的生成，这不仅节省了原料，而且减少了废物处理的成本和环境影响。

催化剂在清洁能源开发中发挥着重要作用，特别是在促进可再生能源的转化、储存和利用方面，可用于电解水制氢和电催化二氧化碳还原等反应，促进电化学能源存储和转换；催化剂在光催化反应中能够将太阳能转化为化学能，实现人工光合成作用；催化剂在生物质能源转化过程中可促进生物质的气化、合成气的制备等反应。通过这些方式，催化剂可以提高清洁能源技术的效率、降低能源生产的成本，并减少对有限资源的依赖，从而推动清洁能源的发展和广泛应用。

催化技术的发展促进了更多环境友好型工艺的应用：在化工生产中采用催化过程可以减少对有害溶剂的使用；在一些工业过程中可以帮助减少有害物质的排放，汽车尾气处理中的三元催化器就能显著减少有害气体的排放。

记者：请为我们介绍一下我国催化研究和应用成果。

巩金龙：在基础研究方面，我国科学家提出了包括纳米限域催化、单原子催化等催化新概念。纳米限域催化通过借助微至“毫末”的纳米尺度的空间，以及界面限域效应对催化体系电子能态进行调变，实现催化性能的精准调控。

在应用研究方面，结合我国能源“多煤少油缺气”的特点，科学家在煤化工、石油化工等领域取得了多项突破性进展，如中国科学院大连化学物理研究所研制的甲醇制烯烃技术、中科合成油技术股份有限公司研制的煤制油技术。

记者：工业生产是碳排放大户，催化如何最大程度消除整个化学制造过程的“碳足迹”？

巩金龙：“双碳”目标的提出，让催化肩负起新使命，不仅为我国催化科学的发展带来了前所未有的机遇，同时也对催化“脱碳”作用的研究提出了新的更高的要求。

为了实现碳减排目标，催化过程需要更高的效率和更低的能耗：通过开发更高活性、更高选择性及更稳定的催化剂，降低催化反应所需的温度和压力，从源头减少碳排放；通过优化反应工程，如合理设计反应器结构、改善传质过程、提高反应选择性等手段，可以减少能源浪费，提高催化过程效率；研发可循环使用的催化剂，延长催化剂的寿命，减少催化剂的使用量，从而减少对资源的依赖，同时降低废弃物的生成。

随着化石能源的逐步替代，催化科学需要支持可再生能源，如太阳能、风能、生物质能源的有效转化和利用，这包括开发新型催化材料和技术，以提高可再生能源转化的效率和经济性。同时，催化科学需要应对如何有效地捕获和转化二氧化碳等温室气体的挑战，重点研究包括开发能够高效转化二氧化碳为有用化学品或燃料的催化剂。

在研发新的催化技术时，需要进行全面的系统性研究和全生命周期评估，确保新技术在整个生命周期中都对环境友好，符合“双碳”目标。