2月12日，中国科学院在京举行新闻发布会，公布2026年度陈嘉庚科学奖和陈嘉庚青年科学奖获奖名单。 张涛院士凭借“单原子催化”项目，荣获陈嘉庚化学科学奖。该项目实现在原子尺度上催化剂活性位及催化性能的调控，开启“单原子催化”新方向。之前因其对“单原子催化”的发展和应用所作出的开创性贡献，荣获2024未来科学大奖-物质科学奖；荣获2025年度化学领域"引文桂冠奖"，成为首位获得该奖项的中国内地科学家。
本文节选分享 《“未来”科学家：未来科学大奖获奖者访谈实录（2023—2024）》一书中张涛“关于单原子催化”的访谈。
关于单原子催化
对于科学家来说，把一件事情做到最精准、最确定，这种追求本身就特别让人着迷。因为我们追求的就是从极限的空间尺度、极限的时间尺度去理解化学反应的本质。
——张 涛
◈记者：您是从什么时候开始，投身到单原子催化领域的呢？
张涛：如果要追根溯源，其实应该从 1983 年算起。当年导师布置给我的研究生论文课题就是高分散金属催化剂。1995 年我开始独立主持科研工作。我是在2000 年左右，完成航天催化相关的国家任务后，开始重新审视纳米催化领域，进而投身到单原子催化领域研究的。
当时很多催化剂都含有贵金属，催化反应在贵金属表面发生。由于贵金属资源稀缺且价格昂贵，所以提高贵金属原子利用效率就成了催化剂制备科学的核心问题之一。其实那时候大家已经意识到，纳米颗粒是由几百个甚至上千个原子组成的，纳米催化剂的分散度还能进一步提高，再往下研究，极限又在哪里呢？经过多次讨论，大家意识到，那不就是原子分散吗？每个原子都分开，这就是我们单原子催化概念的雏形。
不过，虽然这一思想被催化研究人员所知晓，但受限于当时的催化剂制备技术以及表征水平等客观因素，大家依然觉得这个想法简直是天方夜谭。因为在那时，想看清楚单个原子是非常困难的。所以“单原子催化剂” 与“ 单原子催化” 的概念一直没能被正式提出和证实。
◈记者：那么您是 如何首先提出“单原子催化”概念的呢？
▣张涛：回忆起当时提出这一概念的情景，我觉得可以用“ 天时地利人和” 来形容。一方面我们自己的思考和研究已经比较深入、到位了，另一方面当时世界仪器水平的发展也达到了相应高度，我们能够借助球差校正电子显微镜清楚地看到单个原子。
2011 年，我和清华大学的李隽教授、美国的刘景月教授合作，在研究氧化铁负载铂单原子催化剂及其催化性能的基础上，首次提出了“ 单原子催化” 这个新概念，还成功制备出世界首例具有实用意义的“单原子”铂催化剂，使铂的催化活性比传统纳米催化剂提高了两倍以上，贵金属的用量却比原先下降了70%~90%，大大提高了贵金属的利用率。
没想到，这一下子就引发了国际上的广泛关注，也得到了催化界的普遍认可，还迅速成为催化领域新的研究热点。
在概念的命名上，确实存在一些纠结的地方。从易于理解和传播的角度来看，“单原子催化”相对简单，一般老百姓对于“ 原子” 这个概念还是有所认知的，这个表述容易被大众接受和表述。然而，从科学的准确性来讲，单原子催化剂的准确定义和描述其实更为复杂，它是一类负载型金属催化剂，以金属原子为核心，单原子周边存在配位环境，核心金属单原子之间互不相连。但这样的表述过于专业，普通大众很难理解，越是追求准确，就越难以被广泛接受。
所以当我们提出“ 单原子催化” 这个概念时，很多人就提出质疑，甚至有部分人认为这个概念是错误的，因为一个单原子本身无法稳定存在。但我认为，这就如同中国哲学里讲的“ 大道至简”，只要抓住核心问题，也就抓住了事物的本质。
◈记者：您能够帮助介绍一下“单原子催化”的意义吗？
▣张涛：单原子催化的意义在于，这个概念可以使我们从原子尺度来理解催化剂和催化反应。单原子尺度的认识能让我们做更高效、更精准的化学。就好像，在初中和高中阶段，课本只是泛泛地提到有催化剂能改变化学反应速度，但对于为什么能改变、原因是什么，这些问题都没有深入解释。
我们一辈子为之奋斗的目标，就是针对某一类催化剂，把其中的原理讲清楚。如果能从原子水平，也就是化学最小的尺度——原子尺度，把一个化学反应研究透彻，这对于理解化学反应的本质，以及实现更精准的化学反应，都是非常有帮助的。这是令人激动的大事。
单原子催化的应用前景也非常广阔：在环境催化方面，单原子催化剂展现出了优异的污染物降解性能，有望在未来的环境治理中发挥重要作用。在能源催化方面，单原子催化剂可以提高燃料电池和电解水等能源转换过程的效率，为清洁能源的发展提供有力支持。在生物医药领域，已借鉴我们的单原子催化剂的概念提出了“单原子酶”的概念，此外，单原子催化剂可以用于合成具有特定生物活性的小分子药物。在材料科学领域，单原子催化剂可以用于调控材料的表面性质和电子结构，从而制备出具有优异性能的新材料……
◈记者：感觉您刚才讲述这些的时候特别激情澎湃。
▣张涛：这是我们一直追求的目标，当然会充满激情。对于未来未知的新事物，只有始终保持这种激情，才会有动力去探索和研究。
◈记者：您觉得，未来，“单原子催化”的发展趋势如何？
▣张涛：到目前为止，催化研究还远远没有达到能完全掌握其中所有规律的程度，它就像是一个黑匣子，我们还没有完全搞清楚里面的奥秘。但我相信，随着科技的不断发展，会有更多先进的表征手段和科学方法出现，在原子尺度上理解和认知催化反应，这个梦想应该不会太遥远，是有可能实现的。
我也期望在不久的将来，能实现人工智能和单原子催化概念的结合，实现催化剂的真正理性设计。以后的催化研究不再像以前那样采用模糊和定性的方法，而是借助人工智能的发展、先进的实验手段，以单原子催化剂为出发点和基础，理性地设计出更多、更高效的工业化催化剂。这是我们在今后一段时间内努力追求的目标，也是催化领域一个重要的发展方向。
我们做科学研究一般有两个追求，一个是上货架，研发的东西要能够成为产品，把单原子催化剂大规模推向工业化应用，服务于社会。另一个是上书架，单原子催化理论进入教科书，体现我国科学家对世界科学的贡献。
本文节选自《“未来”科学家：未来科学大奖获奖者访谈实录（2023—2024）》（未来科学大奖获奖者丛书策划委员会编. 北京: 科学出版社, 2025.11）一书。
ISBN 978-7-03-083776-9
（未来科学大奖获奖者丛书）
责任编辑：刘凤娟 孔晓慧
本书为2023—2024 年未来科学大奖获奖者的采访实录，以每位获奖者的成长经历、奋斗故事，对于科学、研究与人生的思考为主轴，同青少年读者、科研工作者展开一次穿越时间和空间的“对谈”，进行一场伟大而深刻的精神探索，用获奖者的科学精神和专注的工作态度激励、启迪年轻一代，为中华民族创造力的喷涌奠定坚实的科学思想基础。
本书受众为青少年、科研工作者、关注科学与自身成长的人群。
（本文编辑：刘四旦）
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