成都走出去的中科院院士马丁,一辈子就啃催化这块硬骨头,让能源转化更省更干净,现在还在北大带学生攻关难题

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先说他在川大的日子。1992年的川大化学系是什么概念,那是西南地区化学基础研究的重镇,实验室条件谈不上多好,但老师抓基础抓得死。马丁在川大四年,把物理化学、结构化学这些最枯燥的课啃得透透的。有老同学回忆,他当年不太爱说话,实验报告写得比谁都长,别人抄一遍交差,他非要把每个异常数据都标出来写分析。这种较真的劲儿,后来跟他做博士后的人也说,几十年没变过。

1996年本科毕业,马丁没留在成都,直接考到中国科学院大连化学物理研究所。大连化物所是中国催化研究的心脏地带,张大煜、林励吾这些催化界的老前辈都出自那里。马丁在那儿一口气读到2001年,拿下理学博士学位。博士期间他做的是多相催化,简单说就是研究怎么让化学反应在固体催化剂表面更快、更省地进行下去。这个东西离老百姓的生活其实很近,炼油、做化肥、处理汽车尾气,全都离不开多相催化。

博士毕业之后他去了英国。先到牛津大学,再到布里斯托大学,两站博士后加起来好几年。布里斯托大学的化学系在英国排得上号,那儿的多相催化和材料化学研究氛围跟国内不一样,更强调原位表征和机理探索。马丁在那儿学会了用同步辐射、高分辨电镜这些大装置去看催化剂表面的原子排布。这段经历对他的影响很深,后来他回国做研究,一直强调“不能只凭经验试催化剂,得先看清楚催化剂长什么样”。

2009年前后马丁回到国内,落脚北京大学化学与分子工程学院。北大化学院那会儿正处在从传统化学往能源化学转型的阶段,马丁带回来的正好是能源催化这块硬骨头。他组建实验室,招学生,从零开始搭装置。最开始课题组条件一般,几个博士生挤在一间小办公室里,做实验要到楼下的公共平台排队。马丁自己每天骑个旧自行车从家属区到化学楼,风雨无阻。

他的研究方向说起来就一句话:多相催化与能源催化转化。拆开来看,就是想办法让能源转化过程更高效、更干净。比如甲烷怎么直接转化成高附加值化学品,比如生物质怎么变成液体燃料,比如二氧化碳怎么捕集利用。这些题目每一个都像一堵墙,撞上去生疼,但马丁一撞就是十几年。他带的学生常说,马老师对数据的苛刻程度有点“不近人情”,一个活性数据重复三遍是基本要求,重复五遍他才点头。

2010年到2020年这十年,马丁课题组在能源催化领域产出了大量高质量成果。他们发展了新型催化材料精准构筑策略,说白了就是像搭积木一样,在原子尺度上把催化剂的活性位点搭出来。传统催化剂活性位点分布不均匀,效率提不上去,马丁团队的工作就是让每个活性位点都尽可能发挥最大作用。这套思路发了不少高水平论文,也被国内外很多同行跟踪和引用。工业催化升级方面,他们跟几家大型能源企业有过合作,把实验室里做出来的催化剂放大到中试规模,解决了放大过程中活性下降、稳定性不足这些老大难问题。

2019年,马丁当选中国化学会会士。2021年,他又获选英国皇家化学会会士。这两个会士头衔,一个代表国内化学界的认可,一个代表国际学术圈的认可。真正的高光时刻在2023年,中国科学院院士增选结果公布,马丁名列化学部。院士是中国科学技术界的最高学术称号,全国化学口每年增选不过十几人。马丁当选时不满五十岁,在院士群体里算年轻的。

马丁当选院士之后,外界关注度一下子高了起来。成都的媒体纷纷用“成都人的骄傲”做标题,他的中学、大学校友群都炸了锅。但他本人还是老样子,照常去实验室,照常开组会,照常改学生的论文。有北大学生在社交媒体上说,经常在化学楼电梯里碰到马丁,穿一件洗得发白的灰色夹克,背个双肩包,跟普通教授没什么区别。

他现在在北京大学继续深耕物理化学与能源催化前沿研究,主攻新型催化材料与高效催化技术的核心难题。这个方向全世界都在抢,谁先把催化效率再提高一个数量级,谁就能在清洁能源转化和工业催化升级里占据主动。马丁课题组目前有好几个方向在同时推进,包括单原子催化、团簇催化、界面催化等。单原子催化是近十年催化领域最热的前沿之一,把催化剂的金属用量降到极限,每个金属原子都是一个活性中心。马丁团队在这个方向上有不少积累,发表过一系列高被引论文。

除了科研,马丁还带学生。他手下有博士生、硕士生,还有博士后。北大的博士生招生竞争激烈,能进马丁课题组的,基本都是各大名校化学系的尖子。马丁对学生的要求很明确,实验记录必须当天写,数据必须原始可追溯,文献阅读不能停。他常跟学生说,催化研究没有捷径,就是一遍一遍地试,一遍一遍地看,把失败的数据吃透,比发一篇论文还重要。

马丁实验室每周开一次组会,雷打不动。学生在组会上讲进展,他坐在下面听,听到关键数据会直接站起来走到白板前推导。有时候一个下午的组会能开四五个小时,学生私下管这叫“马拉松式组会”。但他自己不觉得累,会后还把没讨论透的学生单独留下来继续聊。有学生毕业多年后回忆,马丁教给他的不是某一种具体的技术,而是一种做科研的态度——不糊弄数据,不迷信权威,不放过任何一个反常现象。

从成都到大连,从大连到牛津,从牛津到北京,马丁这三十年的路走得不算曲折,但每一步都踩得很实。他没有跳过任何一段该有的训练,本科、博士、博士后、独立研究,一个台阶一个台阶上。这种看似笨拙的走法,恰恰让他做科研的底盘比别人稳。他研究的多相催化,最讲究的就是“稳”,催化剂活性能稳多久,选择性能不能稳住,工业装置能不能长周期运转。马丁自己的学术生涯,也像他研究的催化剂一样,稳扎稳打,没有大幅波动。

如今马丁还在北大化学楼的实验室里带着学生跟催化剂较劲。催化剂的活性温度能不能再降五十度,贵金属用量能不能再减一半,二氧化碳加氢制甲醇的选择性能不能稳定在百分之九十以上,这些都是他和团队每天面对的问题。每一个问题的突破,都可能让某个化工过程少烧一点煤,少排一点二氧化碳,便宜几毛钱。这些事听起来不如发明新材料那么炫,但实实在在地支撑着中国的能源安全和工业竞争力。