在香港会议展览中心，中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）研究员张涛缓缓步入红毯，他因提出“单原子催化”这一概念而荣获2024未来科学大奖“物质科学奖”。

站上领奖台的一瞬间，他说：“我的心情非常激动，觉得人生的一幕幕场景不断浮现在我眼前，我们团队很多人共同的努力，才浇灌出了‘单原子催化’这一中国人原创的科学概念，感谢在我生命中有过交集的大家！”

张涛在未来科学大奖现场领奖。大连化物所供图

翻过山丘，就能听到新的故事

1963年，张涛出生在陕西省安康市的农村。

小时候家里条件艰苦，他的父母当过农民、工人和教师。由于父母工作地点的不断变动，张涛在大山里的多所学校辗转求学，白天步行数公里去上课，晚上只能坐在家门口数星星。年幼的他时常会幻想，山的那边是什么呢？但当他爬到一座山顶时，却又看见了另外一座座连绵不绝的山峰。他说，我想走出大山，去看看大海。

虽然经历了一段时间的艰苦岁月，但是张涛父母对教育十分重视，使他从小就对科学产生了巨大的兴趣。

1978年3月，郭沫若在全国科学大会闭幕式上发表名为《科学的春天》的讲话，当时张涛还不满15岁，却从中感受到了热血在沸腾：“在那个激情燃烧的年代，‘学好数理化，走遍天下都不怕’就是我们的奋斗口号，许多青年都立志要用科学振兴国家，我也决定要当一名科学家。”

在国家“早出人才、快出人才”的要求下，允许从高一挑选2%的优秀学生提前参加高考，安康中学挑选了11名成绩优异的高一学生，张涛位列其中。对数学的热爱让他报了相关专业，但是由于没有学过高二以上的课程，最终被调剂到陕西理工大学化学系。15岁的张涛开启了他的大学生涯，和班级里年龄最大的同学相差了20岁。

刚刚接触到化学，张涛就被其中的奥秘所吸引了，通过不断的学习，用产生的物质合成新物质，张涛逐渐爱上了这门“神秘”的学科。

然而，当时地方高校的科研实力较为薄弱，尤其在实验课方面，买不起相应的实验设备，这让早早就立志想成为科学家的张涛有点“懵”了：“没有丰富实验经历怎么办呢？”

第一次考研以失败告终，1982年，张涛被分配到母校安康中学任教，但是他从来没有放弃过继续深造的念头：“长期在陕南的秦岭和巴山里面学习和生活，使我对大山外面的世界非常渴望，特别是大海。所以在选择读研究生的单位时，有两个关键坐标，一个是要在大海边，一个是要选中国最好的研究所。”

两个坐标一交叉，1983年，张涛最终来到了美丽的海滨城市大连，考入中国科学院大连化学物理研究所开始攻读硕士和博士研究生。

“现在看来，这也是我人生最重要最正确的选择之一。”张涛说。

三十年一剑，提出国际原创概念

大连化物所作为中国催化的殿堂，果然和张涛设想的一样，“不问英雄出身”，只要有真本事，就可以安心在这里从事科研工作。

“在这里，我遇到了导师林励吾院士和臧景龄研究员，他们把我引进到了催化化学的研究领域。”张涛回忆道。

1983年刚到大连化物所，张涛就跟随导师开始了高分散金属催化剂的研究，这也是后来研究的单原子催化剂最早的雏形。1995年，大连化物所内航天催化剂方向正“风雨飘摇”，面临着青黄不接的难题。“所里领导说要不让年轻人试试，没准课题组还能救活。”32岁的张涛被提拔为课题组长。

随后，张涛开始负责航天催化剂的研制工作，他领导发明的肼水燃料分解催化剂成功应用于国家任务，开拓了推进剂催化分解技术在我国航空领域的应用。他还完成了宇宙飞船生命保障系统中的拟人耗氧材料及组件的研制，并在“神舟”系列上得到应用。同时，其研制的高效脱氧剂广泛应用于石化等领域。

在“以国家需求为己任”思想的引领下，他把课题组不断做强做大，同时也开始思考新的规划。

“我大概用了一年时间让课题组稳定了下来，五年时间使课题组得到了发展壮大，然后开始思考新的基础科学前沿问题，这个时候单原子催化进入了我的脑海。”张涛告诉《中国科学报》。

在很多情况下，化学反应发生的条件比较苛刻，例如在常温下，氢气和氧气混合不会自发发生化学反应生成水，但如果加入例如贵金属铂的物质，就能使其在常温下反应。化学家把例如铂这类可以改变化学反应的条件，但是化学反应前后本身保持不变的物质叫做催化剂，所以“催化剂”也被称为化学工业的“发动机”。然而贵金属价格昂贵、原子利用率低等问题也阻碍着金属催化剂的发展。

“科学解决这一问题的关键，在于如何让喜欢大群大群地团聚在一起的原子们乖乖地一个个排开，进而每个原子在催化中发挥自己的作用。”张涛说。

多年来，张涛和他的团队不断探索高分散金属催化剂的极限，2011年，他们在国际上首次制备了单原子催化剂并测定了其催化反应性能，并在此基础上提出了“单原子催化”的原创概念。这种催化剂中所有的铂都是呈单原子分散状态，不仅稳定性卓越，其单位点催化活性更是传统纳米催化剂的数倍。单原子催化对于从原子水平理解多相催化具有重要意义，同时也为开发低成本高效贵金属工业催化剂提供了可能。

“单原子催化”概念一经提出，就引发了国际单原子催化研究热潮，单原子催化迅速发展成为多相催化领域最活跃的研究前沿之一。单原子催化在很多重要的化学领域中也具有重要的应用前景，例如洁净能源转化、二氧化碳减排、环境污染处理、大宗化学品合成、精细化学品合成等。

“用化学最小的尺度来研究和理解催化反应的机理和本质，而不是像过去一样在‘黑匣子炒菜’，我觉得这个概念提出是十分必要的。”张涛说，“当然提出一个新的原创概念，是需要能力和机遇并存的，正是大家几十年来努力的汗水，才能浇灌出‘单原子催化’这一中国人原创的科学概念。”

张涛在办公室。大连化物所供图

立足长远，研究“上货架”也要“上书架”

从宏观的催化概念到纳米催化，再到单原子催化，张涛认为已经“迈了一大步”，而下一步，他想积极推进单原子催化剂的工业化进程。

“对于我们做科学研究的人来说，主要有两方面追求。一个是要‘上货架’，研发的东西要能够变成产品，所以我希望把单原子催化这个概念推向广泛的工业化应用，实现真正的成果转化。目前我们也已成功制得了工业级单原子催化剂，为单原子催化剂的工业化奠定了基础；另一个追求是要‘上书架’，未来单原子催化的概念可能也会和人工智能结合，实现催化剂的理性设计和精准制备，形成系统的单原子催化理论。如果这个理论能够指导该领域的发展，甚至走进教科书里，那更能体现理论的普适性和重要性，也能展现我国科学家对世界科学的贡献。”张涛说。

除了在科研上的贡献，张涛还经常会回到自己的家乡安康，在中学给学生们做做科普报告，分享了他在科研道路上不断学习、不断前进，最终取得一些成就的经验和体会：“不管走得多远，我始终是安康人。”

他非常赞同“科学无国界，但科学家是有国籍”的观点。他认为，年轻一代有自己的兴趣和追求特别正常，但是要尽可能的为社会做贡献，为国家发展做贡献，他希望在未来的科学世界里能够见证更多年轻人的奇迹。

“科学无止境，一代人有一代人的追求，一些困扰大家的科学问题解决后，很快又会有一些新的问题出现，我相信年轻一代肯定会站在我们的肩膀上去解决新的问题，热爱科学、崇尚科学、献身科学，后浪赶超前浪，为国家为人类发展作出更大的贡献。”张涛说。