包信和的研究方向

1. 包信和的研究方向

主要从事表面化学、金属催化材料和多孔催化材料以及相关的催化基础和应用开发工作。近年来采用多种原位、动态表征手段以及密度泛函等理论计算方法，深入系统地研究了银、铑等贵金属纳米粒子的控制制备、结构和性质表征以及在氧化氮催化氧化、合成气催化选择转化和甲烷选择氧化等反应中的应用；与Fritz—Haber研究所G. Ertl 教授和R. Schlogl 教授合作在多孔碳材料的合成、表征和催化特性等方面进行了认真探索；与他人合作在甲烷无氧芳构化原位核磁共振表征技术以及在多孔材料的结构表征和表面催化反应机理等方面取得了较好的研究成果。包信和，所从事的是催化基础理论研究和催化剂的开发工作。催化，一直是支撑全球能源工业和石油化工工业的关键技术之一。从地下开采出来的大量原油和天然气通过科技有效的催化过程就可以转化为我们所需要的动力燃料和各种化工原料。产生催化作用的是催化剂。催化剂，简单地说就是一种能加速化学反应而在其过程中本身不被消耗的物质。催化基础国家重点实验室设在中国科学院大连化学物理研究所。包信和，在这里进行表面化学及表面催化反应等课题的研究，他是“九五”国家攀登计划预选项目“甲烷、低碳烷烃及合成气转化的催化基础”研究首席科学家之一，并且是“天然气、煤层气优化利用的催化基础”项目研究主持人。催化是复杂的多学科交叉的科学，催化反应是一个远离平衡态的动态过程。催化科学问题的最终解决必须依赖人们对其真实过程的充分了解，进一步说在这方面要想有所突破需要若干领域的平行发展，其中包括新催化材料的发展及借助新科学仪器创造相关研究条件。针对催化研究领域所面临的关键科学问题，近几年，包信和带领相关人员开展了用原位、动态手段研究真实催化反应过程。并在国内外各方面的支持和帮助下，先后建成了包括电子微探针、光电子发射显微镜、原位固态核磁共振谱仪和计算机模拟等手段在内的动态催化反应研究实验室。经过几年的努力和反复尝试，他在天然气的优化利用、汽车排放废气中的氮氧化物消除等催化研究，以及新型催化材料的研制等方面取得了一些有创新意义的成果。尤其是在甲烷转化方面，有了较大突破。甲烷是天然气和煤层气的主要成份。在我国，天然气可开采的资源量与石油相当。不过，现已探明的可开采储量大部分都集中在能源需求量相对较小的中、西部地区。因此，将相对廉价的气体转化为具有更高价值并且便于输运的化学品和液体燃料是一个重要的研究课题。这项研究对于优化我国的能源结构、保护生态环境以及促进区域经济的发展具有重要战略意义。甲烷是自然界中所存在的最小、最稳定的有机分子。它的选择活化和定向转化是当今催化科学研究领域中的一个难题。技术关键是研制高效催化剂，使甲烷分子有选择地吸附在具有特殊性能的催化剂表面，科学地控制甲烷分子中的碳氢键断裂，使生成的活性中间体进一步发生定向相互作用，实现新的组合，从而得到如乙烯和苯等有机分子。在催化领域攻破了这一技术难点，使甲烷有效转化，那么天然气、煤层气，深化利用比直接燃烧可增值二至三倍，中国每一年都生产大量的天然气、煤层气，所以意义重大。

2. 包信和的主要成果

包信和研究员发表论文180余篇，申报国际国内专利15件。主要从事表面化学与催化基础和应用研究。发现次表层氧对金属银催化选择氧化的增强效应，揭示了次表层结构对表面催化的调变规律。发现了纳米催化体系的协同限域效应，研制成碳管限域的纳米金属铁催化剂和纳米Rh-Mn催化剂，使催化合成气转化的效率成倍提高。在甲烷活化方面，以分子氧为氧化剂，实现了甲烷在80℃条件下直接高效氧化为甲醇的反应；创制了Mo/MCM-22催化剂，使甲烷直接芳构化制苯的单程收率大幅度提高。曾获2005年国家自然科学二等奖和2009年度辽宁省自然科学一等奖等。 包信和同志长期从事表面化学、金属催化材料以及多孔材料等相关的催化基础研究和应用开发工作。工作重点集中在金属催化剂的表面化学、纳米催化理论，多孔材料的合成、表征，在催化中的应用研究和采用原位、动态方法观察在反应过程中，金属催化剂表面在时间和空间坐标下发生的结构自组合效应以及由此导致的非线性表面反应动力学特征等。在甲烷活化、合成气催化转化以及小分子选择氧化等方面进行了大量研究工作。先后发表相关的研究论文160余篇，其中Sci收录110篇，申报国家专利15件。