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破解“鐵基費(fèi)托合成世紀(jì)難題”，實(shí)現(xiàn)零碳制氫，兩天連續(xù)在《自然》和《科學(xué)》上發(fā)表重大成果，年內(nèi)至今發(fā)表多項(xiàng)研究，其中包含4篇NS正刊……2025年，馬丁課題組在科研的質(zhì)與量上雙雙登峰，令人矚目。

打開(kāi)馬丁課題組主頁(yè)，簡(jiǎn)潔雅致的設(shè)計(jì)感撲面而來(lái)?！癎allery照片”里的課題組“全家?！?，每半年一張的合影，定格了燕園春景秋光，也記錄下笑意里滿(mǎn)溢的松弛平和。若細(xì)看，才會(huì)發(fā)現(xiàn)習(xí)慣站在人群邊緣的馬丁，他正與學(xué)生一同瀟灑爽朗地大笑。

馬丁課題組主頁(yè)合照

微觀(guān)世界的精準(zhǔn)調(diào)控，催化高效的反應(yīng)；自由靈活的課題組氛圍，催化出創(chuàng)新想法；大膽探索，跨界合作，騎行、攝影、閱讀……或許正是多處點(diǎn)位的共同催化下，才有了這個(gè)連發(fā)頂刊、瀟灑“好玩”的馬丁。

催化，化學(xué)老生常談的話(huà)題。如果你請(qǐng)馬丁來(lái)介紹，更形象、易懂。騎行是課題組的共同愛(ài)好，他指了指身邊的山地車(chē)：

馬丁的研究領(lǐng)域是多相催化。多相催化反應(yīng)是現(xiàn)代化學(xué)和能源工業(yè)的核心支柱，緊密關(guān)系國(guó)計(jì)民生。開(kāi)發(fā)高活性、高選擇性和耐用性催化劑，是實(shí)現(xiàn)綠色低成本能源化工的關(guān)鍵。

催化研究像在黑盒子里摸球，千百次嘗試中“摸”到一次成功的反應(yīng)，便能設(shè)計(jì)新的催化劑。但在馬丁眼中，更高層次的追求，是在分子-原子層面精準(zhǔn)了解微觀(guān)反應(yīng)過(guò)程，精雕細(xì)琢、理性設(shè)計(jì)，打破常見(jiàn)的提高A性能時(shí)B性能降低的“蹺蹺板”效應(yīng)，打造催化劑“多邊形戰(zhàn)士”。

時(shí)代感，是馬丁科學(xué)探索的審美，而且是以基礎(chǔ)研究的機(jī)理突破，來(lái)追求對(duì)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用產(chǎn)生價(jià)值。隨著全球能源轉(zhuǎn)型成為人類(lèi)共同面臨的迫切課題，以及我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，馬丁將科研目光精準(zhǔn)投向于此。近年來(lái)，他的課題組圍繞“傳統(tǒng)能源”和“新能源”關(guān)鍵詞，逐漸凝練出三個(gè)核心攻關(guān)方向——破解氫能制備難題、重塑碳循環(huán)路徑、推動(dòng)廢塑料資源化。

三個(gè)方向的內(nèi)在邏輯共同指向人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的核心路徑。開(kāi)辟新能源道路與優(yōu)化現(xiàn)有能源路徑兼顧，前瞻探索與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用并重，展現(xiàn)出全面而深入的科研布局。

今年馬丁團(tuán)隊(duì)成果的“井噴”驚艷科學(xué)圈，但所有科學(xué)故事并非一夕寫(xiě)就。每一項(xiàng)高水平發(fā)現(xiàn)的背后，都是長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的潛心研究。

馬丁最早關(guān)注氫氣制備是在2014年。那時(shí)，氫能領(lǐng)域研究者寥寥。產(chǎn)氫用何種媒介，什么樣的催化劑，如何控制反應(yīng)過(guò)程，能促進(jìn)氫氣儲(chǔ)存和釋放反應(yīng)時(shí)的各種性能？馬丁覺(jué)得這是個(gè)“很好玩、也很有未來(lái)”的科學(xué)問(wèn)題，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了多路徑的大膽探索。

科學(xué)的進(jìn)展總是從大量的失敗中找出為數(shù)不多的成功。直到2017年，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)出鉑-碳化鉬雙功能催化劑，成功在低溫下實(shí)現(xiàn)從甲醇和一氧化碳出發(fā)的高效制氫，該成果當(dāng)年入選“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。2021年后，團(tuán)隊(duì)再次取得關(guān)鍵進(jìn)展，創(chuàng)制了全球首例兼具超高活性與超長(zhǎng)穩(wěn)定性的水氣變換制氫催化劑，為推動(dòng)綠色氫能規(guī)?；瘧?yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，于2023年榮獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

真正的爆發(fā)出現(xiàn)在今年初。2月13日、14日，團(tuán)隊(duì)兩篇文章連日“背靠背”登上《自然》與《科學(xué)》，雖同屬制氫領(lǐng)域，技術(shù)路徑卻截然不同且形成互補(bǔ)。前者的核心在于利用稀土改性催化劑，“就像給一把鋒利的菜刀穿上一件特殊的防護(hù)衣，防銹耐損，延長(zhǎng)其使用壽命?！?/span>后者則聚焦“零碳”制氫，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)高通量氫氣制備的同時(shí)，二氧化碳零排放。

《自然》這項(xiàng)成果的第一作者、博士后高子睿，自2018年讀博起便專(zhuān)注甲醇-水重整產(chǎn)氫課題。文章投稿時(shí)曾被拒絕三次，審稿意見(jiàn)返回后，馬丁判斷方向可行，鼓勵(lì)大家在完善實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)，再向深挖掘科學(xué)機(jī)理。

高子睿說(shuō)，馬老師對(duì)科學(xué)問(wèn)題的高要求，讓他與同門(mén)深切體會(huì)科研探索不斷向深處挖掘的過(guò)程，個(gè)中妙趣，艱辛與甘甜相伴相生。

正如氫氣制備課題一樣，馬丁團(tuán)隊(duì)一旦“鎖定”住一個(gè)重要科學(xué)問(wèn)題，就不斷縱向深化：提出構(gòu)想，驗(yàn)證策略，并希望最終推動(dòng)其走向?qū)嶋H產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

廢塑料化學(xué)升級(jí)解聚作為新興領(lǐng)域，也是“摸著石頭過(guò)河”。在經(jīng)過(guò)幾年原創(chuàng)研究后，2022年，團(tuán)隊(duì)在Chem期刊上發(fā)表前瞻性文章，提出一種塑料廢棄物轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品的催化策略。今年6月，他們?cè)凇蹲匀弧飞习l(fā)表研究成果，提出一種創(chuàng)新方法，成功將8種常見(jiàn)廢塑料的混合物轉(zhuǎn)化為原始化學(xué)成分或其他有用原料，破解傳統(tǒng)廢塑料回收中混合物處理的難題。

今年10月末，費(fèi)托合成突破性工作，則堪稱(chēng)一次漂亮的“短沖刺”，投稿到接收僅用了兩個(gè)月。然而，迅捷一擊的背后，是團(tuán)隊(duì)在C1化學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá)十多年堅(jiān)持探索、積淀認(rèn)識(shí)，最終才在一個(gè)戲劇性的發(fā)現(xiàn)中，捕捉到異?，F(xiàn)象——通常“談鹵色變”的鹵素可能顯著提升某些反應(yīng)性能！團(tuán)隊(duì)果斷決定，圍繞此路線(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證優(yōu)化。

馬丁團(tuán)隊(duì)與合作者最終發(fā)現(xiàn)：在反應(yīng)氣體中加入百萬(wàn)分之一濃度的鹵素化合物，能像撥動(dòng)“電子開(kāi)關(guān)”一樣，精準(zhǔn)調(diào)控催化劑的表面狀態(tài)，成功將二氧化碳副產(chǎn)物從傳統(tǒng)工藝的30%左右大幅降至1%以下，逼近“零碳排放”，同時(shí)將高附加值烯烴產(chǎn)率提升至85%以上。

《科學(xué)》新聞欄目對(duì)該研究進(jìn)行專(zhuān)題報(bào)道

費(fèi)托合成一直是我國(guó)煤化工和合成氣化工的重要支柱，但始終面臨CO₂排放高的問(wèn)題。過(guò)去數(shù)十年，全球研究者為此傾注大量努力。費(fèi)托合成發(fā)現(xiàn)百年之際，這項(xiàng)被學(xué)界與工業(yè)界評(píng)價(jià)為“令人驚訝的”“對(duì)化工領(lǐng)域直接見(jiàn)效”的成果，像是自然科學(xué)對(duì)人類(lèi)執(zhí)著探索的珍貴回響。

對(duì)馬丁團(tuán)隊(duì)而言，那些閃耀在頂刊上的成果，那些為全球能源轉(zhuǎn)型提供的中國(guó)方案，正是他們?cè)诳茖W(xué)求真之路上大膽探索的里程碑。下一個(gè)難題，已在他們的視野之中。

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院A座五層，身材高大，常穿著休閑polo衫和牛仔褲，講話(huà)幽默風(fēng)趣的馬丁日常出入于此，在學(xué)生們眼里，他非?！敖拥貧狻?，辦公室內(nèi)、樓道里，無(wú)論組內(nèi)組外的學(xué)生，馬丁都愿意與他們興趣盎然地聊上幾句。

馬丁課題組的氛圍從來(lái)不沉悶。每周兩次的組會(huì)上，課題組成員們輪流分享進(jìn)展，不同方向間的想法常神奇地互相“催化”。平常，馬丁就坐在大家中間，當(dāng)敏銳地“捕捉”到值得深入的點(diǎn)時(shí)，他便興奮地站起來(lái)，大步流星走到臺(tái)前去和學(xué)生互動(dòng)探討。有時(shí)，由一個(gè)點(diǎn)發(fā)散開(kāi)，馬丁講到多相催化領(lǐng)域幾個(gè)方向的起起落落，描繪未來(lái)大勢(shì)之趨，洋洋灑灑的講述，遠(yuǎn)超一般文獻(xiàn)的容量。

馬丁與學(xué)生交流

這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)形容自己的氛圍特色是“團(tuán)結(jié)緊張，嚴(yán)肅活潑”。在多相催化的總體框架下，大家結(jié)合自身興趣選定不同方向開(kāi)展研究，待在實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間相對(duì)靈活。信任年輕研究者們的自驅(qū)力，推進(jìn)關(guān)鍵問(wèn)題時(shí)隨時(shí)可以來(lái)一場(chǎng)高強(qiáng)度深入討論，這樣的模式，反而巧妙地引導(dǎo)出了更高的科研投入度與團(tuán)隊(duì)向心力。

自在的氛圍，催化想法的自由交流。

一次，馬丁在珠海參加化學(xué)年會(huì)，晚飯過(guò)后，言談尚未盡興。他拉著合作老師和學(xué)生們鉆進(jìn)一家咖啡店，一邊喝著冰咖啡，一邊聊起電子顯微學(xué)表征的某項(xiàng)工作。討論中，靈感來(lái)了，他們隨手拿起桌子上的餐巾紙，記下一些關(guān)鍵詞。后來(lái)憑借這張紙上的思路，一篇漂亮的綜述性文章產(chǎn)生。

馬丁很享受這種思維交流過(guò)程。他的學(xué)術(shù)視野從不囿于多相催化，乃至不限于化學(xué)。在他看來(lái)，和朋友打交道時(shí)，了解對(duì)方如何思考問(wèn)題、如何解決問(wèn)題，或許對(duì)解決自己眼下的問(wèn)題有事半功倍的效果。

“現(xiàn)在的科學(xué)問(wèn)題需要不同領(lǐng)域的人來(lái)合作?！瘪R丁常關(guān)注不同領(lǐng)域的研究，也?？缃绾献鳎?/span>

縱觀(guān)馬丁團(tuán)隊(duì)的成果，處處可見(jiàn)廣泛而持久的合作印記。課題組以開(kāi)放平和的心態(tài)，積淀深厚的科學(xué)優(yōu)勢(shì)，以及坦誠(chéng)相待的交流助力，種種魅力將“科研合作”醞釀成了一種充滿(mǎn)溫度的“學(xué)術(shù)朋友圈”。

科學(xué)需要碰撞，正如催化劑離不開(kāi)活性位點(diǎn)。

未名湖畔四季景色皆宜，往來(lái)者也常別具發(fā)現(xiàn)美的眼睛，拿起手機(jī)記錄人文與風(fēng)物。馬丁也常是其中一員，日常工作之余，他喜歡在校園里走走。他朋友圈最常見(jiàn)的，就是九張風(fēng)景圖配文“走一圈”。

“不可能一天到晚都在做化學(xué)，了解其他東西有助于理解這個(gè)世界是如何運(yùn)行的?！?/span>這位科學(xué)家有著相當(dāng)多元的生活?lèi)?ài)好。“每一個(gè)人術(shù)業(yè)有專(zhuān)精，但愛(ài)好興趣亦是人生風(fēng)景?！?/span>

近兩年，馬丁在高產(chǎn)忙碌之余依舊活躍地行萬(wàn)里路，丈量和欣賞這個(gè)世界。帶著學(xué)生前往歐洲實(shí)驗(yàn)室科研交流的間隙，他在城市公園和高地跑步；每年抽幾天時(shí)間，川藏、滇藏、丙察左線(xiàn)上，他也是資深戶(hù)外驢友一枚。九圖依舊，只不過(guò)配文常變成了：“跑一圈”。

馬丁在西藏旅行過(guò)程中跑步10公里

他的辦公室外掛著一幅騎行主題海報(bào)：“Let's run away”，圖上騎行者的背影向著夕陽(yáng)染紅的山路前行，鼓動(dòng)著向前探索的氛圍。有時(shí)他就和學(xué)生們?cè)诤?bào)前的空地上調(diào)試公路車(chē)，課題組的學(xué)生都知道，馬老師約你談事情，很可能變成一場(chǎng)西山放風(fēng)騎行。

馬丁自己酷愛(ài)攝影。馬丁課題組的主頁(yè)，科學(xué)成果圖、實(shí)驗(yàn)室logo、內(nèi)容字體、排版布局等視覺(jué)呈現(xiàn)簡(jiǎn)潔舒適。組內(nèi)成員準(zhǔn)備畫(huà)實(shí)驗(yàn)成果圖時(shí)，他也會(huì)友好地提出配色方案提議。

2019年，馬丁和學(xué)生一同游四姑娘山，圖片為馬丁拍攝

主頁(yè)圖集除了大合影外，更生動(dòng)的是課題組師生一同外出參加學(xué)術(shù)會(huì)議間隙的生活記錄。2022年，在大理正好碰上采茶時(shí)節(jié)，馬丁興起，便帶著學(xué)生一同去山間茶田里采茶，又向茶農(nóng)請(qǐng)教學(xué)習(xí)制茶。那些親手烘焙的茶葉，現(xiàn)在還珍藏在課題組的玻璃罐里。

2022年，馬丁和學(xué)生們?cè)诓鑸@采摘茶葉

馬丁閱讀涉獵很廣，人物傳記、歷史、社科經(jīng)管，乃至于《太平廣記》等古文小說(shuō)?！拔耶?dāng)年讀書(shū)的時(shí)候，老師一看到我讀這些風(fēng)格很不搭的書(shū)也很疑惑，覺(jué)得我又在看閑書(shū)?！贝送?，馬丁與故宮博物院還保持著長(zhǎng)期合作，多年來(lái)積極參與文物研究與保護(hù)工作。作為故宮文化遺產(chǎn)保護(hù)與傳承實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)的委員，在化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)積累的經(jīng)驗(yàn)讓他能夠在文保相關(guān)的科研項(xiàng)目中貢獻(xiàn)出自己獨(dú)到的見(jiàn)解。

馬丁和課題組一起在四川藏區(qū)新都橋爬山

作為一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，化學(xué)無(wú)疑需要相當(dāng)可觀(guān)的時(shí)間投入，等待、尋找新的現(xiàn)象，但馬丁認(rèn)為投入量也有邊際效應(yīng)。在他的觀(guān)念里，科學(xué)需要“思維”，張弛有道的狀態(tài)下，方能有所突破創(chuàng)造。

日常在北京，他也時(shí)常約學(xué)生們一起徒步、登山。學(xué)生自嘆不如地發(fā)現(xiàn)，每次馬丁的體力相當(dāng)充沛，大步流星地走在最前面。路上遇到自然景觀(guān)或歷史遺址，他便興致勃勃地和大家聊起來(lái)，馬丁龐雜的知識(shí)容量，更增出行閑趣。

生活興趣和科學(xué)世界，在馬丁風(fēng)趣的語(yǔ)言里，又融會(huì)貫通了。

這是化學(xué)與分子工程學(xué)院為大一新生開(kāi)設(shè)的“今日化學(xué)”系列講座課，馬丁正在以“合成氮肥”為題講授。催化現(xiàn)象的歷史與前沿，在他風(fēng)趣幽默、縱橫捭闔的講述中，連成一張科學(xué)發(fā)展的精彩網(wǎng)絡(luò)。

“雖然只是一節(jié)內(nèi)容，但這課我一直仔細(xì)準(zhǔn)備，每次更新些前沿的、有意思的問(wèn)題，早些激發(fā)年輕人對(duì)科學(xué)的興趣和幸福感?！?/span>他狡黠一笑，“當(dāng)然了，如果能吸引一些學(xué)生加入課題組，那就更好了?！?/span>

教學(xué)對(duì)他而言，是另一種形式的催化反應(yīng)。他驚喜地發(fā)現(xiàn)，本科一年級(jí)同學(xué)們的想法常常與頂級(jí)期刊上的思路不謀而合。在他的實(shí)驗(yàn)室里，某個(gè)偶然的異常數(shù)據(jù)，可能開(kāi)啟全新的思路，學(xué)生們常由此發(fā)現(xiàn)新的感興趣的問(wèn)題，并嘗試提出新的解決路徑，即便只是個(gè)很天馬行空的雛形，馬丁也相當(dāng)珍視。

“他們能夠啟發(fā)到我?！瘪R丁很認(rèn)真地說(shuō)，“只要能夠激發(fā)學(xué)生們對(duì)科學(xué)的興趣，我們普通人也可以做出非凡的科學(xué)。當(dāng)然天賦也重要，但你要激活他對(duì)自己的天賦的使用，他才有可能走進(jìn)去?！?/span>

相比于給出具體的解決路徑，由學(xué)生按圖索驥，馬丁更像是展開(kāi)一卷廣闊科學(xué)地圖的人。他的在場(chǎng)，為自由輕快的思維碰撞添加了“催化劑”。

在畢業(yè)典禮上，馬丁鼓勵(lì)年輕科研者做“吃魚(yú)頭的人”——敢于探索無(wú)人區(qū)，而不是一味跟風(fēng)，也寬慰大家“保持樂(lè)觀(guān)的心態(tài)與謙遜的態(tài)度，正確對(duì)待未來(lái)的起起落落?！?/span>