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人類科技文明迅速發展，新型材料的制備和應用逐漸成為產業升級的重要支撐。在這一背景下，納米材料騰空出世，并成為如今科研界炙手可熱的研究對象。

　　到底納米材料有何獨特之處？事實上，盡管納米材料與普通的常規材料一樣由同樣的原子組成，但這些原子的排列方式變了，納米級的結構單元組成這類新材料。材料到了納米級后，結構的理化性能就會發生根本性的質變，造就和引發體相材料所不具備的奇異功能和反常特性，成為新一代功能材料。近些年來，納米材料在力學、電學、磁學、熱學、光學和化學活性等方面的誘人特性，使其在國防、電子、冶金、航空等領域產生了極大應用。

　　隨著納米材料的發展，將其應用于催化領域的研究和實踐也得到改善和發展，納米催化劑也成為了推動化學工業發展的重要科研領域，與許多工業門類的發展息息相關。加強納米催化劑的基礎研究，不但對提高我國工業經濟的發展水平具有重要作用，并且對于推動我國實現低碳綠色發展，走上可持續發展有重要意義。

　　人們知道物質的轉變是可能的，但有時卻是極其緩慢的。在西方古時煉金術的傳說中，“賢者之石”是萬物的催化劑，是至純的絕對物質，能夠很快將非貴金屬變成貴金屬（例如黃金）。催化劑就是化學領域的“賢者之石”，通過對催化劑進行納米乃至原子尺度的調控，可以發現催化材料特殊的性質，甚至能夠催化一些以往難以發生的化學反應。在納米催化材料的設計合成和應用研究中，他就像一位尋找“賢者之石”的魔法師，不斷探索前行，用科學的力量揭開這一研究領域的神秘面紗。
　　
打破未知，走進納米材料世界

　　中學時代陳晨對納米技術的理解，大多來自網絡的科普。雖然，那時候的他對這一領域研究的認識并不是特別深刻，但是他卻在科技進步大潮中，意識到了納米技術在未來科研界的發展前景，并決心投身這一領域，展開更加深入的學習。

　　2002年，陳晨順利考入北京理工大學應用化學專業（納米技術方向）。在這一階段，陳晨感受到國內科研界在納米科技領域的巨大發展潛能，特別是白春禮、李亞棟等科研學者，在納米科技領域做出了許多優秀的科研成果，在國內外相關領域內產生了廣泛的科研影響，為我國這一領域發展奠定了堅實基礎。以他們為榜樣，陳晨在大學四年的時間里，不斷汲取相關專業營養，并堅定了自己內心科研方向的選擇。

　　2006年—2011年，陳晨順利進入清華大學化學系，進行碩博連讀。在這期間，他還于2010年—2011年前往美國加州大學伯克利分校化學系進行聯合培養。這一階段，他將主要研究方向放在納米材料以及無機材料的設計、合成領域中，并開展下游應用，在不斷前行中積累了豐富的經驗。

　　科學研究要將視野放眼于全世界。為了學習到這一領域更加先進的科研技術，博士畢業后的陳晨決心繼續漂洋過海前往國外進行深入的科學研究工作。2011年，陳晨回到了美國勞倫斯伯克利國家實驗室材料科學部，在這里展開了為時3年的博士后研究工作。多年在外的研究工作，讓陳晨深切感受到了國外濃厚的科研氛圍以及深厚的科研文化，特別是在納米催化材料相關機理的認識上，那時國外的科研學者要比國內的研究得更加深刻。這些都對陳晨產生了潛移默化的影響，并讓其深刻體味到了在科學研究中開展深入探索的必要性。
　　
立足現狀，展開環境催化材料探索

　　科學研究要在祖國的大地上落地生根。雖然多年在國外從事科研工作，但陳晨一直心系我國的科研事業。在國外從事科學研究期間，他就曾閱讀過許多國內優秀科研工作者的相關文章，并深刻感受到了國內科研水平的飛躍進步。在這一背景下，他回國從事科研工作的決心也愈加堅定了。2015年，陳晨順利回到了清華大學化學系，并擔任副教授，依靠清華大學的研究平臺在納米催化材料的設計合成和應用研究中展開了進一步的科研探索。

　　一直以來，陳晨所做的研究工作都是立足于祖國社會所面臨的各類問題所展開的。現如今，環境問題成為困擾我國社會經濟發展的重要問題之一。特別是在碳排放方面，全球化石燃料產生的CO2排放量一直居高不下，其中僅不足一半的CO2能被海洋和陸地吸收，剩余一半則進入大氣。隨著大氣中CO2總量的不斷增加，溫室效應引起的氣候變化、海平面上升和空氣污染等問題日益凸顯。我國屬于碳排放大國，CO2的排放問題也使我國面臨嚴重的經濟損失，從長遠發展來看，為保持經濟高速發展，必須采取有效措施降低CO2的排放。

　　“現如今，霧霾問題是我國環境問題中的最大隱患，在交通領域，新能源的電動車所用的電大多都是火力發電，主要依靠化石能源的燃燒，這些都在無形中給我國的環境造成危害。”陳晨說。在這一背景下，他們試圖開展新型燃料電池的相關研究工作，這一新型燃料電池的優勢在于：其消耗的是氫氣和氧氣，最后產生水，在提供電力的前提下又杜絕了污染。除此之外，在火力發電產生二氧化碳這一方向研究中，陳晨團隊致力于將產生的二氧化碳轉化成一些其他更高附加值化學品，如太陽能、風能等產生的電能通過電化學還原的方法，將CO2轉化為一氧化碳、烯烴、醇類等，不僅能有效緩解CO2氣體排放帶來的影響，還能將可再生資源產生的間歇性電能轉化為穩定的化學能，便于能量的儲存與運輸，有利于新能源領域的健康發展。在保護環境的同時還能實現資源的有效利用。

　　陳晨深知：生態環境保護是功在當代、利在千秋的事業。在自己所在的科研方向上做出貢獻，陳晨從未停止過奔跑。在相關研究基礎上，他還于2018年順利申請了國家自然科學基金面上項目“CO2電催化還原反應中的催化劑表界面精細原子調控”，在這一方向中展開了深入探索。

　　CO2電化學還原反應（CO2RR）是一種有效的CO2轉化途徑，有助于解決當下環境和能源問題，具有重要的社會和經濟價值。在電化學還原過程中，CO2分子在催化材料表界面的吸附、活化和脫附，是影響其性能的關鍵因素。對催化劑表界面進行原子級精細調控，理性設計并制備出高效的CO2RR催化劑是這一項目研究的重點。在這一項目中，陳晨團隊將圍繞水體系CO2RR的活性和選擇性問題，以金屬和金屬/氧化物納米材料為研究對象，選擇表界面精細原子調控為材料制備的突破點，通過設計和精準合成，構建特定催化表界面，開展CO2RR催化性能研究，并結合原位表征和理論計算進行反應機理研究，推動高效CO2RR納米催化劑的發展和應用。
　　
創新不倦，開展納米催化劑的設計調控

　　現代石油、化學品以及食品等生產過程有85%以上通過催化實現。21世紀以來，已有4次諾貝爾化學獎（2001年、2005年、2007年、2010年）授予了在催化領域做出杰出貢獻的科學家。“人們通常稱催化為‘black box’（黑色盒子），在這神秘的盒子中有許多亟待挖掘的奧秘等待著科學家來揭開。”

　　近年來，隨著穴插電子顯微鏡、同步輻射表征技術的進步，科學家對于納米催化材料領域的研究已經深入到原子級尺度，這為相關領域的研究者更進一步認識催化領域的相關機理并推動領域的進步和發展提供了良好契機。

　　2019年，陳晨順利獲得了國家杰出青年科學基金“納米催化劑的理性設計和精準調控”的支持，開始了在這一領域的深度探索。

　　眾所周知，催化領域如今面臨著許多新的挑戰，例如化石能源高效利用、減少二氧化碳排放、高效率燃料電池等，其中涉及的催化科學問題均是關系到國計民生的重要問題。針對不同的催化反應，理性設計并制備出高效、穩定的催化劑是當下化學領域的重要研究課題之一。

　　事實上，催化的本質是反應物與催化劑表界面的活性中心形成活化配合物。通過精準調控納米催化劑表面的原子結構、電子結構，可改變活性中心的結構，有望大幅降低反應活化能，甚至徹底改變反應路徑，進而使催化劑的性能產生數量級的提升。因此在納米、原子尺度上認識進而理性設計并精準調控合成催化劑具有極其重要的科學意義。

　　在這一項目研究中，陳晨團隊將結合納米材料與催化化學的發展態勢以及國家經濟建設發展的需求，開展納米催化劑的理性設計、精準控制合成以及構效關系的研究工作：聚焦烷烴活化、二氧化碳轉化等若干具有前沿代表性的催化反應，在原子尺度上探索反應物在催化劑表界面上的吸附、活化和脫附方式，嘗試揭示催化劑在催化反應中的作用機理。并基于他之前在納米催化劑調控合成經驗的基礎上，有針對性地進行催化劑理性設計，發展全新的合成策略，以期在催化劑的原子級調控領域中開拓出有自己特色的研究方向。

　　多年的研究積累，給陳晨帶來了豐富的科研碩果。從事科研以來，他共發表學術論文80余篇，其中包括Science、Nat. Chem.、Nat. Catal.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等。發表的論文總被引用3000余次，獲得專利共5項。研究成果被美國能源部、Science Daily、Chemistry World、C&EN等多家權威機構網站轉載，并以Research Highlights、Perspective、Views & News等形式評述報道，在領域內引起了廣泛關注。
　
初心為伴，基礎研究與應用并行

　　在納米催化材料的研究過程中，有時候實際的催化效果遠遠沒有達到最初的設計預期，以致于科學家在實驗的過程中會走很多彎路，這個時候，更需要研究者有不斷試驗的耐心，以及認識問題后解決問題的能力。對于陳晨來說，雖然科學研究中的困難常在，但是在研究成果達到預期的一瞬間，一切的壓力與痛苦也會隨即煙消云散。“每一次在實驗中發現一個特別神奇的催化效應的時候，我就會覺得特別有意思。如果一個大家從未想到的催化劑，在非常重要的反應中產生一些從未起到的效果，那便是我最高興的事情。”陳晨說。

　　青年科研工作者是國家未來科研事業的希望。如今，陳晨也在承擔著新一代科研人才的培養工作。經過多年在教學崗位的歷煉與成長，他也逐漸形成了一套屬于自己的教學方法。在課堂上，為了避免學生單純學習理論知識的枯燥，陳晨會將自己在科研領域所整理的相關內容融合在對應的章節里面，不僅能提高課堂效率，還能讓學生更好的理解書本內容。一直以來，陳晨始終認為，20多歲是人類最有創造力的時期，所以在引領學生從事科學研究的時候，他從不會給學生太多的枷鎖和限制。在大方向的引導下，陳晨會給予學生更大的科研自由度，讓他們發揮主觀能動性，開展相關研究工作。這樣不僅能提高學生的科研自信，還能讓他們在不斷探索開拓中，體味到科學研究的魅力。

　　孜孜不倦投身于科學研究中，陳晨收獲了滿滿的科研碩果。2015年，他獲得中組部“青年千人”計劃支持，2018年獲得北京市杰出青年科學基金支持；自此之后，他又相繼獲得2018年度中國化學會青年化學獎，以及中國化學會第三屆納米化學新銳獎。雖然榮譽加身，但是陳晨并未滿足于現狀，他堅信：在納米催化材料的設計合成和應用研究中，未來還有無限的發展空間等待著他去探索和開拓。

　　現如今，自主創新的科研成果成為各國科技競爭的最大利器。在納米催化材料的設計合成和應用研究中，如果能發展自己國家的更為廉價、更有競爭力的催化材料，就能盡快擺脫國外技術的限制。“一般在實驗室里做出來的技術，想要在工業中順利應用的話，都是需要時間的積累與不斷試驗的。”陳晨說。目前，依托于李亞棟老師所創辦的公司，陳晨團隊也在對自己開發的相關催化劑產品進行應用推廣。在基礎研究方面，他們還將深入于催化材料的機理研究中，為做出更加精準調控的催化材料而不斷探索下去。

　　前路任重而道遠，陳晨團隊唯有堅守初心，用實際科研成果來施展自己的科研抱負，在納米催化材料的設計合成和應用研究中做出更多有利于國家和社會的科研貢獻。