去年9月才整建制搬遷至懷柔科學(xué)城的中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所，已經(jīng)在這片孕育原始創(chuàng)新的土壤上結(jié)出碩果。1月13日，中科院納米能源所舉辦重磅成果發(fā)布會，發(fā)布了由所長、首席科學(xué)家王中林院士領(lǐng)銜研發(fā)的兩項重磅科研成果。兩項成果一項是對經(jīng)典物理理論麥克斯韋方程組進(jìn)行了修正拓展，引入速度項提出了更完善的“計算公式”；另一項則是在現(xiàn)有三大類催化劑之外，提出了接觸電致催化這一全新的催化機(jī)制，將催化劑拓展至化學(xué)惰性材料，或?qū)⒃谔贾泻汀⑽鬯幚怼⒅茪洹⑨t(yī)藥合成等多領(lǐng)域應(yīng)用。

英國物理學(xué)家麥克斯韋建立的方程組將電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)統(tǒng)一起來，在歷史上實現(xiàn)了經(jīng)典物理學(xué)領(lǐng)域的一次大一統(tǒng)，因此，麥克斯韋方程組被認(rèn)為是物理學(xué)最偉大、輝煌的成就之一。不過，這一經(jīng)典理論方程組也存在著不足，那就是缺乏對運動介質(zhì)的描述。“如果介質(zhì)是運動的，比如高速運動的飛機(jī)、火車等，這個方程將不能嚴(yán)格成立。”王中林院士解釋。針對這一不足，他帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行了多年研究和實驗驗證，成功將速度項加入了麥克斯韋方程組，修正和拓展出了更加完善的“計算公式”，相關(guān)成果已在近期發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Materials Today》，成為中國科研機(jī)構(gòu)對經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)理論創(chuàng)新作出的一次重要貢獻(xiàn)。

拓展麥克斯韋方程組有何意義？這意味著利用它將能夠更加精準(zhǔn)地計算高速運行物體的相關(guān)電磁學(xué)特性。王中林院士舉例：“以往，我們乘坐高鐵時會覺得手機(jī)信號時好時壞，非常不穩(wěn)定，這就與無法精準(zhǔn)探測高速運動物體與電磁波的相互作用有關(guān)。”而有了拓展后的方程組，將能夠探測高速運行的高鐵、飛機(jī)、導(dǎo)彈，甚至星球運行等等，解決高速運動目標(biāo)與電磁波相互作用、散射電磁波探測和目標(biāo)特征精確提取等難題。不僅如此，這一成果未來還將在雷達(dá)、天線、航空、航天和軍事等需要無線通訊的領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用前景。

除了這一基礎(chǔ)物理理論的重磅成果，當(dāng)天還發(fā)布了另一項科研成果——接觸電致催化機(jī)制。從古人利用酵素釀酒制醋，到工業(yè)革命初期人們用鉛室法制硫酸，再到如今的化工產(chǎn)品85%都離不開催化反應(yīng)，催化反應(yīng)可謂貫穿了人類發(fā)展歷史，與生活息息相關(guān)。

當(dāng)前，催化劑按種類可分為金屬基催化劑、生物基催化劑和有機(jī)小分子三類。而此次王中林院士和唐偉研究員所提出的，是一種全新的催化機(jī)制及取材更廣的催化劑。其利用的是材料間普遍存在的接觸起電引起的電子轉(zhuǎn)移，作為催化反應(yīng)的核心，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。

談及這種催化機(jī)制的優(yōu)勢，王中林分析，材料間通過接觸摩擦起電非常常見，而且可選擇的材料非常多，這意味著應(yīng)用這種催化機(jī)制可能會具有操作性強(qiáng)、成本更低、污染更少、催化材料更容易與生成物分離等諸多優(yōu)勢。他進(jìn)一步舉例，比如在污水處理領(lǐng)域，目前采用的催化劑在處理污水后面臨催化劑的分離難題，否則可能會造成二次污染。但運用接觸電致催化，可以選擇更加環(huán)保、易分離的材料來達(dá)到催化降解目的。

除了污水處理，制氫、醫(yī)藥合成、二氧化碳捕集等諸多領(lǐng)域都可能應(yīng)用到接觸電致催化這一新機(jī)制。“這些也是我們下一步的攻關(guān)方向，接觸電致催化的很多應(yīng)用將助力‘雙碳’目標(biāo)的實現(xiàn)。”王中林說。