NEW YEAR
2024年12月28日，Chemical Synthesis （CS, ISSN: 2769-5247）编辑部对厦门大学王野教授进行了线上专访。王教授在碳基能源催化、碳一化学及光/电催化领域取得了诸多重要成就，对催化学科的发展作出了重要贡献。在访谈中，王教授分享了从海外归国后的科研历程，特别是在厦门大学浓厚学术氛围中如何推动学科创新与科研目标的实现。
王教授回顾了国内外学术环境的差异，并强调厦门大学独具特色的科研文化“敢为先、重细节、合为贵”对其科研工作的深远影响。他指出，创新的科研环境和跨学科合作为催化领域的突破提供了强大推动力。在谈到当前全球能源转型与环境保护背景下的催化科学时，王教授强调了可再生能源与传统碳基能源相结合的重要性，以及光/电/热催化技术在二氧化碳转化利用中的前沿潜力。尽管这些技术仍面临诸多挑战，但他认为中国科学家在这些领域的突出表现为全球催化研究带来了新机遇，推动了低碳绿色发展的进程。
本次访谈不仅展示了王教授对催化科学的深刻洞察，也为期刊的发展提供了宝贵的建议。他特别强调科研突破需要积淀与耐心，年轻科研人员应通过与前辈的合作与指导积累经验，推动学术事业的可持续发展。
受访专家简介
王野，厦门大学教授。1986年南京大学本科毕业，1996年获日本东京工业大学博士学位。先后在日本东京工业大学、东北大学和广岛大学任教，曾任广岛大学副教授。2001年起任厦门大学教授、博士生导师。2015-2022年担任固体表面物理化学国家重点实验室主任。2005-2012年任中国化学会催化专业委员会副主任，2012-2022年任国际催化协会理事会理事。入选英国皇家化学会会士、中国化学会会士。担任ACS Catal.副主编、Catal. Rev.等刊物编委或顾问编委。主要研究方向为碳一化学与能源催化，聚焦碳一等低碳小分子和生物质、塑料等大分子高效催化转化方向的研究。研究成果在Science、Nat. Catal.、Nat. Mater.、Chem、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.等学术刊物发表论文300余篇。2006年获国家杰出青年科学基金。2010年获中国催化青年奖。主持基金委创新研究群体和科技部重点研发计划项目。
访谈内容
问题1：您在国外求学和工作的经历非常丰富，请问是什么契机促使您选择回国并加入厦门大学？在厦门大学的学术氛围中，您如何进一步推动自己的研究工作，并适应国内的科研环境？
我于1991年赴日本东京工业大学留学，1996年获得博士学位后，在东京工业大学担任助手(即现在的助理教授)。1997年我转到日本东北大学，2000年加入广岛大学，2001年5月受聘广岛大学副教授，并于同年8月到厦门大学工作。回国工作的原因主要可归纳为两个方面。
首先，是外部原因。大约在2000年前后，正是跨世纪的时候，国内的整体发展势头非常好，经济迅速增长，人才引进的力度也不断加大，虽然人才计划还不如现在完善，但科研环境在不断改善。当年之所以选择到厦门大学工作，主要是因为厦大化学，特别是厦大催化一直是我心中向往之地。有蔡启瑞先生和万惠霖先生两位大师坐镇的厦大催化，在国内催化领域，至少在国内高校中，就像是一面旗帜。
其次，是自身的因素。当时，我博士毕业后，在国外已经工作了五年。尽管在广岛大学担任了副教授，但日本大学教授是一个团队的领导者，我的研究需要服务团队的目标。说实话，在日本工作更轻松，基本上沿着原来的研究方向向前走就行。内部外部竞争压力不算太大，许多科研方面的想法也没有动力或者没有环境去实施。当时我也已经近35岁了，更希望能在最具创造力的年龄拼一拼，实现自己的科研梦想。因此，回国工作，组建自己的科研团队、开展独立研究当时对我来说变得非常迫切。
厦门大学“敢为先、重细节、合为贵”的科研文化和浓厚的学术氛围确实有利于年轻人的成长。厦大固体表面物理化学国家重点实验室是一个体现这一科研文化的重要平台。国家重点实验室内老一辈学者之间合作得非常融洽，老一辈更是让出机会提携年轻一代，为他们的成长保驾护航。实验室从政策和经费等多方位优先支持青年学者的发展。不仅仅是我们这一代人，包括如今已经成长为院士的前一辈的学者，据我所知，他们也都得益于这一科研文化。刚到厦大的那阵子，我不仅参加到万惠霖院士领导的973项目，还参与到田中群院士领衔的基金委创新研究群体项目。这不仅让我能与催化同事展开合作，更能让我迅速融入厦大化学，并很快适应国内的科研环境。2015-2022年我也有幸担任固体表面物理化学国家重点实验室主任，更加深刻理解一个好的科研文化和学术氛围的重要性。
问题2：您曾获得教育部“新世纪优秀人才支持计划”和“国家杰出青年科学基金”等多项重要荣誉，这些奖项对您的科研方向产生了哪些重要影响？在团队建设方面，您还获得教育部“创新研究团队”和国家基金委“创新研究群体”等团队项目，这些支持对人才培养和科研合作的推动起到了怎样的作用？
相较于有具体目标甚至技术指标的科研项目，人才项目具有更大的灵活性，允许研究人员专注于自己感兴趣的研究，静下心来解决重要科学问题，有望产出重大原创性成果。人才项目，特别是国家杰出青年基金项目，对我的科研发展起到至关重要的推动作用。
人才项目，特别是国家杰出青年基金项目，拓宽了我的研究方向。回国之处，我的研究还是基于国外工作的延续或延伸，集中在选择氧化方向，主要开展甲烷选择氧化，后来在教育部新世纪优秀人才支持计划的资助下又拓展至丙烯环氧化等的催化研究。获得国家杰出青年基金项目资助后，有了更充足的经费支持，我在碳一化学方向投入更多的研究精力，加大了面向与煤炭清洁高效利用这一国家重大需求相关的合成气催化转化方向的研究力度。与此同时，我们团队还着手开展利用可再生能源的催化转化研究，包括生物质催化转化及二氧化碳光催化/电催化转化的研究。在学术层面，则不只关注小分子的活化和活性氧物种等问题，更聚焦在小分子的可控C-C偶联以及生物质大分子中C-C/C-O键的选择性裁剪。这些也为后来发展催化选择性调控和催化剂设计新方法提供了很好的契机。
教育部创新团队和基金委创新群体项目针对共同的科学目标，将理论、催化反应、催化材料以及催化机理的研究团队聚在一起，群体成员实际上不只来自催化学科，还来自理论、化工、有机等学科，真正体现了“合为贵”的科研文化。理论、反应、材料和机理团队间通过紧密协作，共同解决二氧化碳等碳一分子高效转化中的关键科学问题。在实施过程中，也帮助年轻人明确自己的研究定位、拓宽他们的研究方向，推动青年人才的成长。在基金委创新研究群体项目的资助下，多位成员获得国家杰青和国家优青。当然，我们团队自身也在合作中受益，事实上几个重要研究进展和几篇高水平学术论文均是通过不同方向团队间合作取得的。
问题3：您的研究领域涵盖了碳基能源催化、碳一化学和光/电催化等多个方向，请问是怎样的学术思考或社会需求促使您聚焦这些前沿领域的研究？
碳基能源涵盖的范围非常广泛，不仅包括煤炭、石油、天然气等传统的化石能源，也包括生物质、二氧化碳、废塑料等可再生或可循环的碳基能源或资源。当前，虽然全社会对氢能的关注度逐渐提升，碳基能源依然会在我国能源结构中占重要比例。碳基能源或资源未来在生产合成材料(多为碳基材料)中更是不可或缺。在与碳基能源相关的分子中，碳一分子（如甲烷、一氧化碳、二氧化碳）具有独特地位。碳一分子的转化化学，即碳一化学，既与国家重大需求密切相关又极具学术研究价值，碳一化学自上世纪80年代以来一直是国内外的研究热点领域。
大约自2006年开始，我们团队的研究方向转向并定位在碳一和生物质分子的催化转化，致力于解决这些分子转化中选择性控制的关键科学问题，发展小分子可控C-C偶联和大分子C-C/C-O键选择性裁剪的新方法和新体系。这些研究对于发展碳基能源或资源的绿色低碳利用新方法和新路线具有重要意义。我以合成气转化为例，具体说一下。合成气（即一氧化碳加氢）是煤转化利用的重要平台，合成气催化转化是煤制油的核心过程，也一直是碳一化学的研究前沿。但合成气转化的传统方法仅得到分布较宽的混合产物，产物选择性的调控是该领域最主要的科学挑战。随着煤转化利用“高端化、多元化和低碳化”国家需求以及双碳目标的提出，发展产物选择性可控的合成气催化转化新方法势在必行。我们团队近十多年来一直致力于合成气催化转化选择性调控的研究，发展出“接力催化”等新方法，构建系列合成气转化新体系，实现了合成气制低碳烯烃、芳烃和乙酸、乙醇等多碳含氧化合物的高选择性合成。
随着社会对可再生能源利用的要求愈来愈高，特别是双碳目标提出后，利用或耦合太阳能或可再生电能而非仅传统热能驱动碳一或生物质分子转化的研究成为了碳基能源或资源转化利用领域的重要趋势。我们团队大约在2010年前后，在国际上较早开展相关方向的研究，发展了二氧化碳和甲烷等碳一分子以及木质素等生物质分子在温和条件下光催化/电催化转化新体系。
问题4：CO2催化转化是当前的研究热点，光/电/热催化各显神通，您认为各种途径有哪些优势和劣势？您认为中国科学家在哪些方面有望实现突破或发挥引领作用？
当前，二氧化碳的光/电/热催化转化是非常热门的研究方向。不同的方法各有其优势和劣势。具体而言，直接利用太阳能的光催化反应是二氧化碳转化利用的最理想的途径。自然界光合作用利用太阳能将二氧化碳与水转化为葡萄糖。如果能够通过人工催化剂（如半导体材料）来模仿这一过程，在太阳能驱动下将二氧化碳与水直接转化为燃料或高值化学品（如甲烷、甲醇、烯烃、乙醇等），优势十分明显。然而，尽管半导体光催化二氧化碳转化的研究已开展了多年，仍未取得显著突破。产物生成速率通常在每小时微摩尔的水平且量子产率还很低，离可规模应用还有很长距离。
二氧化碳热催化加氢研究历史相对长一些，也相对比较成熟。二氧化碳加氢制甲醇催化剂曾开展过规模化验证试验。若要考虑对碳中和做出贡献，实现减碳，则必须使用绿氢。如果使用来自于化石燃料的灰氢，只会导致更多的二氧化碳排放。但目前绿氢的成本还较高，二氧化碳与绿氢反应制甲醇还存在经济性问题。二氧化碳加氢还可以生成烯烃、芳烃、乙醇等高值化学品，但仍存在高转化率下选择性不高等问题。
可再生电能驱动的二氧化碳电催化还原反应近年来进展令人瞩目。相较于热催化，电催化在温和的温度和压力下即可实现二氧化碳的高效高选择性转化。例如，在Bi催化剂上实施二氧化碳与水电催化反应制甲酸，能够实现高电流密度(超过1 A cm-2)下的高法拉第效率（超过95%）。在铜催化剂上，二氧化碳与水电催化反应生成乙烯和乙醇，在1 A cm-2的电流密度下法拉第效率超过80%。高电流密度下的二氧化碳制乙烯、乙醇的能量转化效率仍然低于30%，且稳定性仍不够长。如何提升能量转化效率以及电催化系统的稳定性是该领域今后的主要挑战。
总的来说，二氧化碳热催化加氢和电催化还原均有较好的前景，有机会实现规模化应用，但两者也均存在挑战。中国科学家在这两大研究方向上均开展了出色的研究，取得了显著进展，特别是在二氧化碳热催化加氢方面，我国许多团队的研究成果处于领先地位。
问题5：在当前全球环境与能源挑战的背景下，您认为催化领域存在哪些新的机遇值得关注？与此同时，这些机遇背后存在哪些关键的科学问题或技术瓶颈亟待解决？
催化是解决全球环境与能源问题的关键。绿色、低碳、低能耗已经成为未来化学化工过程的共识。当前的许多催化过程反应条件苛刻、碳排放和能耗很高，不能满足这些要求。这为催化科学的发展带来了新的机遇与挑战。以下是我对未来值得关注的几个方向的一点浅见。
一是精准催化。实现目标产物100%选择性、实现化学合成100%原子经济性是绿色化学的主要目标也是精准催化的核心。这要求实现催化剂表面分子的定向活化，实现对反应过程与路径的精准控制。发展更精准控制化学反应的催化新理论、新方法和新技术依然是巨大挑战。
二是催化剂设计与构筑方法。催化的终极目标是能够根据目标反应精准设计出催化剂。当前的催化剂设计与构筑方法主要基于活性相-助剂-载体这一传统的多相催化剂模型，但这一模型对于许多较复杂催化反应而言挑战极大。近年来发展的“单原子催化”和“限域催化”为催化剂设计提供了新的素材。从纳米、亚纳米以及单原子尺度构筑结构与功能明确的活性位已经变得可能。分子筛、二维材料等限域催化体系超越了传统负载型催化剂。然而，如何根据具体的反应来精准设计催化剂，依然是催化学科未来的一个重要发展方向。特别是针对较复杂的反应，发展催化剂设计与构筑新方法势在必行。人工智能的快速发展有可能颠覆现有的催化剂设计与构筑方法。比如，如果将人工智能与“接力催化”结合在一起，有可能设计出新催化反应。
三是可再生能源驱动的催化。绿色、低能耗的一个重要目标是反应条件更加温和。当前几乎所有工业催化过程均是热催化反应过程。热催化技术成熟，易于规模化。但热催化常常反应条件苛刻、能耗高，且存在热力学与动力学局限性，导致活性或选择性受到限制。耦合光能或电能，无疑将突破现有仅依赖于热催化过程的局限性，但相关的研究尚不成熟。光/电/热协同耦合的理论与技术的研究代表了催化领域新方向。
