为纳米反应器构筑更多可能
——记中国科学院大连化学物理研究所研究员刘健

李 刚

催化技术是现代能源、环境和化学工业的关键技术，催化材料的创新是核心研究内容之一。受自然界的启发，20世纪90年代初，化学家们开始尝试构建微/纳米反应器，以期能够实现高效和连续的化学转化。尽管，目前国际上已经在纳米反应器构筑方面取得一系列进展，但是，学术界对纳米反应器材料结构表征、反应器设计、催化微观作用机制、纳米反应器中扩散和传递模型等方面的认识仍然存在不足，有关生物纳米反应器（纳米细胞工厂）的构筑及其在诊断和治疗方面的应用也亟需发展。

多年来，中国科学院大连化学物理研究所研究员刘健一直围绕纳米反应器中的催化反应的相关问题展开研究，至今已经在该领域做出了许多突破性成果，为纳米反应器的构建和应用提供了更多的可能性，所做工作受到国内外同行广泛关注、引用和良好评价。

立足前沿，创新不止

2017年，刘健结束在澳大利亚科廷大学的工作，在逯高清院士和乔世璋教授鼓励下，选择回到中国科学院大连化学物理研究所。回到中国科学院大连化学物理研究所后，在李灿院士和杨启华研究员的大力支持下，刘健开始着手组建科研团队并率领团队开展了微/纳米反应器的构筑及其催化反应过程的研究。在这之前，他已经在国际上率先发展了构建蛋黄—蛋壳结构纳米多孔材料的方法，这为制备多功能纳米反应器提供了有效途径。回国后，基于这些研究基础，刘健率领研究团队成功构建了一系列蛋黄—蛋壳结构的亚微米反应器，这一系列微/纳反应器在硝基芳烃催化氢化、苯乙炔加氢、乙酰丙酸加氢、甲烷干重整、电催化等反应中都表现出特异性能。“此外，我们也发现在空间限域效应中可以显著提升活性、选择性及稳定性。”刘健说道。

刘健

除此之外，在这一项目研究中，刘健团队还发现了通过微纳反应器内空间微环境的调控，可以有效调控纳米反应器中的催化反应过程；发现了纳米反应器中的一些特殊效应，如隔离，协同，耦合效应等。揭示了纳反应器中串联催化反应在空间和时间的耦合问题。目前，部分成果已经发表，但还有多篇工作仍在整理中。

重视应用，前景正好

纳米反应器不仅可以用来实现高效的化学合成，也可以有着生物医学的应用。在纳米反应器研究工作过程中，刘健率先将纳米反应器应用到了重大疾病诊断中，有关在胰腺癌的早期诊断的工作近期被Cell旗下国际知名杂志Matter接收。而其他疾病，如中风、老年痴呆、狼疮性肾炎等疾病的检测应用也正在开展。他说道：“目前，我们也正在和上海交通大学合作，希望可以将纳米反应器在重大疾病诊断和治疗的应用实现产业化。”

2018年，刘健团队承担了中国科学院洁净能源创新研究院项目“多孔碳基微/纳米反应器的设计及二氧化碳还原研究”，他们希望通过项目的实施可以提高催化剂对C O2电催化还原反应活性和选择性，为进一步进行规模化C O2还原制备重要化工原料提供基础科学依据。项目现阶段优化了纳米反应器的合成条件，初步合成了几类催化剂，实现了对杂原子掺杂多孔碳的可控制备；实现了对负载金属纳米粒子微纳米反应器的制备。

值得一提的是，刘健团队还发展了规模化制备多孔酚醛树脂亚微米球的方法，并首次将其应用于光催化分解水中，取得了目前非贵金属催化剂分解水产氧最高效率。

回国组建团队两年以来，刘健共发表通讯作者论文40余篇。在这个过程中他遇到的困难并不在少数，因为在这个领域存在着很多“硬骨头”，想要啃下来并不容易。未来，纳米反应器的发展还存在更多可能，而刘健正在探索。