马丁(多相催化与物理化学)院士|我国低温产氢活性界面调控与低碳费托催化的开拓者
一. 基础信息概览
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姓名:马丁(Ding Ma)
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生卒年月: 年 月出生于四川省成都市
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所属学部:中国科学院化学部
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当选年份: 年当选为中国科学院院士
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主要研究领域:多相催化、能源物理化学、低碳排放工业过程、高效催化制氢及氢气储运、一碳()化学、废旧塑料催化转化
二. 核心学术贡献
1. 研究方向
马丁院士长期致力于多相催化与能源化学研究。面向国家“双碳”战略目标及氢能高效、高安全、低成本利用的重大需求,他重点关注氢气的催化制备和输运、基于 化学(合成气、二氧化碳、甲烷、甲醇等)的定向转化与高值化学品合成。他聚焦于探索如何活化与重组 键、 键、 键等核心化学键,开发高选择性、高耐久性、非贵金属化或低贵金属负载量的绿色工业催化新体系,致力于在原子层面上揭示和构建活性中心的界面动力学机理,打通了从基础分子模型到低碳高效能源化工转化的全流程科学链路。
2. 标志性成果
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碳化钼基低温制氢与水的低温活化(国家自然科学二等奖成果):水分子的活化是制取绿色清洁氢能的核心步骤,但由于其热力学稳定性高,实现低温解离产氢极为艰难。马丁院士在国际上率先发现并论证了面心立方相 -碳化钼()具有优异的低温活化和解离水分子的独特性质。他以此为活性载体,利用强金属-载体相互作用调制所负载金属的电子和几何构型,成功构筑了高效的低温水煤气变换()和甲醇/水液相催化重整()产氢双功能界面催化剂。通过将铂()孤立单原子及亚纳米团簇高密度锚定在 表面,或在载体表面制备外延生长的二维层状金()团簇,他成功将制氢反应温度拉低至 ,且活性较传统催化剂提升了近两个数量级。成果论文发表于 Nature(, )和 Science()上,该成果项目“碳化钼催化剂上水的低温活化和制氢过程”荣获 年度国家自然科学奖二等奖(第一完成人)。
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稀土纳米防护盾策略构建超长寿命制氢催化剂:高活性铂-碳化钼()基产氢催化剂虽在低温条件下展现卓越性能,但其活性载体易在富水环境下遇水氧化而导致结构退化,平均工作寿命极难突破 ,严重制约了工业化应用。针对此“活性-稳定性权衡”领域顽疾,马丁领衔的合作团队提出了全新的高活性产氢催化剂稳定策略,并在 年发表于 Nature。他们创制出独特的镧系氧化物“纳米防护盾”技术,在 催化剂表面精准构筑单原子厚、呈化学惰性 价的稀土氧化物()覆盖层。该纳米覆盖层起到物理屏蔽屏障、锁定多余活性位并阻止活性金属迁移团聚的作用。新型 催化剂在 下的衰减速率比传统催化剂降低两个数量级,实现了超过 (连续 以上)的高稳定性运行,且催化转化数()突破了 大关,刷新世界纪录,该成果荣登“ 年中国十大科技进展新闻”。
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痕量卤素调控攻克百年费托合成高碳排放难题:费托合成()是煤炭、天然气等非石油碳资源合成高附加值烃类和清洁燃料的关键技术。但在传统的铁基费托合成过程中,催化剂表面的副反应会导致大量一氧化碳()与水反应,将约 宝贵的碳资源转化为不需要的二氧化碳()排放。在 年,马丁课题组与合作者打破传统固相催化改性的局限,创造性提出了“痕量气相分子调控”策略,并在 Science 刊发了突破性研究成果。他们仅在反应气体中引入百万分之一( 级)极微量的卤素化合物(如溴甲烷等)作为“分子级调味料”。这些卤素分子扮演“动态调控者”,像“电子开关”般精准控制催化剂表面反应,阻断了水分子的活化及 二次氧化,使 副产物占比骤降至 以下,同时将高值烯烃产率提升至 以上。该发现对我国煤化工绿色降碳及构建低排放费托合成工业路径具有重大战略意义。
3. 学术地位与影响
马丁院士是国际多相催化、高效低温产氢及一碳()化学领域极具代表性的领军学者,也是我国推动绿色氢能与低碳化学工业升级的核心力量。他提出了通过载体强相互作用调控表面孤立单金属状态以及原位纳米修饰催化剂界面的创新理论,为攻克多相催化反复试错、高碳排放的瓶颈提供了理性的“按需设计”范式。他至今在国内外主流期刊上发表高水平学术论文 余篇,论文总引用逾 次。他多次入选全球“高被引科学家()”目录。他带领团队取得的低温制氢和低碳费托反应新突破,多次荣登我国科学与科技进展的最高荣誉,显著提升了中国科学家在国际能源催化和碳中和化工转化领域的学科话语权与前沿引领力。
三. 教育与职业轨迹
1. 教育背景
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:四川大学化学系,本科毕业获理学学士学位
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:中国科学院大连化学物理研究所,物理化学专业,研究生毕业获理学博士学位(导师:秦欣研究员、郭燮贤院士等,重点开展多相催化制氢及催化表征研究)
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:美国国家高场实验室(),访问学生(从事表面核磁共振原位表征合作研究)
2. 工作履历
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:英国牛津大学、布里斯托大学化学系,博士后研究员
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:中国科学院大连化学物理研究所,副研究员(于 年作为首批中国科学院“百人计划”入选者引进)
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:中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,研究员
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:北京大学化学与分子工程学院,研究员、教授、博士生导师、博雅特聘教授、物理化学研究所所长
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:当选为中国科学院院士(化学部)
四. 主要荣誉与奖项
1. 国家级与省部级科技奖项
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国家级科技奖项:
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国家自然科学奖二等奖( 年度,第一完成人,获奖项目:“碳化钼催化剂上水的低温活化和制氢过程”)
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国家自然科学奖二等奖( 年度,第四完成人,获奖项目:“磁性纳米材料构筑与多功能调控”)
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省部级科技最高奖:
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教育部自然科学奖一等奖( 年度,第一完成人,获奖项目:“碳化钼基催化剂上水的低温活化制氢”)
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河北省自然科学奖二等奖( 年度,第二完成人)
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2. 国际与行业重大奖项
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国际与国内前沿大奖:
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第四届全国创新争先奖状( 年)
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获中国化学会王葆仁奖( 年)
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获新基石研究员项目资助( 年,极少数获得长期无方向科研资助的青年中坚)
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获入选“北京学者”计划( 年)
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获首届腾讯“科学探索奖”( 年度,化学新材料领域)
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获中国化学会-巴斯夫青年知识创新奖( 年度)
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获上海光源杰出用户奖( 年度)
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获第六届中国催化奖——“中国催化青年奖”( 年度)
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行业学术会士:
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当选中国化学会会士(, 年)
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当选英国皇家化学会会士(, 年)
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3. 优秀教师及教育荣誉
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教书育人荣誉:
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荣获北京大学“十佳导师”称号( 年)
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荣获北京大学青年教师教学比赛一等奖( 年)
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五. 社会职务与学术服务
1. 学术期刊任职
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核心学术顾问与编委:
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担任美国化学会多相催化旗舰期刊 ACS Catalysis 副主编( 年至今,曾于 年任编委)
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担任中国化学会会刊 National Science Open 副主编( 年至今)
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曾任英国皇家化学会期刊 Catalysis Science & Technology 副主编( 年)
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担任《中国科学:化学》英文版(Science China Chemistry)编委
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担任国际顶级材料、能源与化学期刊 Joule、National Science Review(《国家科学评论》)、Engineering、ACS Central Science、Journal of Catalysis、Journal of Energy Chemistry、Advanced Synthesis and Catalysis 等刊物的编委或顾问编委
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2. 重要社会与学术兼职
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国家级学术平台与重点机构:
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北京大学化学与分子工程学院物理化学研究所所长
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故宫博物院文化遗产与传承联合实验室学术委员会委员( 年至今)
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故宫博物院书画保护文化和旅游部重点实验室学术委员会委员( 年至今)
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中国化学会多相催化专业委员会委员、能源化学专业委员会委员
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六. 个人风格与格言
马丁院士治学崇尚“兴趣驱动”与“自由张弛”,极力主张突破传统学科条框的束缚。他是学生口中极具亲和力的“十佳导师”,在北大化院素以喜欢和学生们自由无拘地在办公室甚至徒步登山的路上谈天说地、碰撞灵感而著称。在对待多相催化的源头创新与学科探索上,他以极其不盲从的锐意进取为训,经常勉励组内的青年学者要勇于摆脱平庸的模仿,去探索无人踏足的“未知深渊”:
“做多相催化,第一等是发展新反应,第二等才是去机械地优化现有路径。现在的科学研究需要不同背景的人走进来共同交叉,碰撞出新的火花。在毕业典礼上我总喜欢告诉年轻的科研工作者们:我们要勇于去做‘吃鱼头的人’,到前人未至的‘禁区’去摸索属于我们自己的规则和第一等真知,而不要一味地堆时间在别人的延长线上打转。在这个艰辛的摸索过程中,请保持乐观与谦逊的态度,正确看待未来的高潮与低谷,黑盒子终会被我们敲开。”
在立足国家工业实际需要、推动化工业绿色升级的科学目标上,他始终抱持着强烈的实用驱动和学术责任感:
“科学家的真正责任,不是为了单纯纸面上刷出多少高分文章。将看似冷冰冰的催化反应方程式、分子级的调控,实打实地写在造福人类绿色可持续发展的生产线上,真正去解决困扰了人类百年的排碳和能耗瓶颈,开发出能够走向全世界的、代表我们中国高度的催化绿色方案,这就是我们的底气和担当。”