大牛们是如何思考纳米催化的？——11届中美华人纳米会议之纳米催化
前言：
第11届中美华人纳米会议于2016.6.18-2016.6.20在美丽的南京大学仙林校区举办，会议邀请了纳米领域诸多大牛，可谓一时盛况。小编有幸瞻仰了各位大牛的风采，在这里将我所记录的一点东西分享给大家，希望也能够让大家有所收获。在这里，特别感谢包括南京大学在内的举办方为会议作出的杰出贡献，谢谢他们。会议别出心裁的推出了一个Panel discussion环节，邀请10位左右的相关领域的大牛在台上讨论和回答台下提出的问题，给大家展示了现实版的学术峰会，让人受益良多。今天，跟大家分享下纳米催化专题的panel discussion的主要情况（因个人记录能力有限，有些内容会有缺失，请谅解）。
主要嘉宾包括：
包信和，杨培东，崔屹，李亚栋，Chia-Kuang（Frank） Tsung, 郑南峰，苏党生，吴屹影，孙玉刚等诸位催化和纳米领域的大牛。
备注：此份名单并不完整，这里对没有列出来的各位老师表示抱歉，如有补充或修正，欢迎大家留言，谢谢。
讨论的主要话题和一些观点列举如下：
核心问题一. 为什么纳米催化会有很好的性能，如何衡量纳米结构与催化活性之间的关系？催化活性中心如何构建？催化活性中心在反应条件下是否会有变化，是如何变化的？如何在真正的反应条件下，从原子和电子结构来表征催化剂的性质？（根据包信和院士的提问，由会务组总结）
核心问题二：
纳米到底给催化带来了什么？实际上，传统催化剂也是在用nanoparticle做催化，那么现在做的纳米催化和传统催化到底有什么不一样？（由彭笑刚老师提出）
核心观点三：
1. 传统制备出来的催化剂可能有很多单原子，在电镜下看不到，而实际上起作用的可能是这些看不到的单原子，而不是看得到的大颗粒。如何来对待这一矛盾值得思考。2. 是否能够实现非均相与均相的统一，从表界面等方向来思考它们之间的关联共性等。。。（郑南峰老师）
杨培东教授的见解：从传统的气相催化到现在非常热门的电催化（第二个黄金时代），人们主要的研究思路是： 先设计合成(design），然后表征测试(measurement), 然后从测试结果来总结design是不是有效。这种思路占据了过去很大的一个部分。现在如果再这样做下去，效率不高。
需要发展的技术：A. 原位表征手段（in situ characterization），一开始合成的东西在反应条件下到底还是不是活性中心，需要通过原位表征手段来进行摸索，进而对催化反应机理进行更深入的理解。B. DFT理论计算，真正做到Prediction：能够预测组分，哪种界面才是真正的活性中心。
备注：这一点和Dumesic等人在Handbook of heterogeneous catalysis一书中对多相催化三个层面的划分与理解是高度吻合的. Dumesic等人将多相催化的研究分为催化剂制备，性能表征与催化机理的论述三个层面，并认为催化机理的论述是促进催化理论发展的最关键的一步，而为了实现这一点，需要利用表面科学，大力发展原位测试手段和DFT理论计算等。
杨培东教授见解2：催化领域很广泛，包括均相催化，多相催化，生物催化等。怎样将molecule catalysis， nanocatalysis以及bio catalysis结合起来是很有意思的一个大的方向。
李亚栋院士的见解：
1. 多相催化的过程：底物分子的吸附，活化，脱附；催化反应的评价指标：选择性和转化率等。需要研究的关键点：A. 活性中心，吸附位点是什么？B.催化剂与载体的问题，尺寸效应，催化剂与载体之间的相互作用，表面效应，界面效应等。
2. 从纳米角度重新认识催化：尺寸效应，晶面效应，缺陷效应，组成效应（不同金属有不同的活性中心），协同效应（如何分工？）
3. 纳米催化是多相催化，但是传统的均相催化，酶催化里面为纳米催化提供了很多启示。要将酶催化，均相催化，多相催化统一起来进行思考，找到新的认识，有可能是纳米催化的重要突破口。
包信和院士的见解：现在所说的纳米催化并不是催化的一个分支。不存在纳米催化和传统催化有什么不一样这个概念。催化，本身就涉及一个纳米的概念，过去叫超细粒子，现在的纳米催化实际上是将纳米的概念用到催化中去解释催化的问题。当尺寸小到一定程度时，其比表面积，缺陷，量子效应等会影响到催化剂活性，而量子效应是纳米这个概念引入之后人们在催化理解上的一个新的思考点。
如何看待均相催化和多相催化的统一？
包老师的一种观点：催化实际上就是反应物分子与催化剂表面发生碰撞，产生成键或断裂等这样一个过程。但至于催化剂是在固体表面还是溶液里面，其实都是一样的事情。可以把催化剂本身当作一个分子，反应物当作另外一个分子，两者发生相互作用从而具有活性，活性大小即为催化反应活性大小。
崔屹教授的见解：
纳米催化研究的一些层面：1) Predictional design,预测-->设计，针对某个问题预测某种性质的材料，探索能否合成，目前prediction还比较欠缺；2) Understanding的层面：看到了某个现象之后能不能对其进行理解。纳米科学的引入在对催化的understanding是有很一定贡献的。当然这种贡献也是一步一步累积起来的，很难说，一个概念的引入就可以带来革命性的变化；3) Control：基本思路——我知道这个东西很好用，我能不能把它做出来。纳米技术的发展在control这个方面带来的进步是很大的。在control这个层面，纳米是做了很多贡献的，是以前所达不到的。
Comments:目前的催化研究还不够接地气——没有充分考虑一些实际问题。如：原料纯度问题；反应时间问题；催化剂中毒等等。
这里的一些观点与Corma在Angew上写的一篇评述有些类似，文章的题目是：Heterogeneous catalysis: Understanding for designing，and designing for applications。
苏党生老师的见解：
纳米催化受益于两点：1) 受益于制备；2) 受益于表征。催化剂本质上一种功能材料，它和其他功能材料的不同在于催化剂是在传质传热高温的情况下来发挥它的功能。在传质传热的情况，我们催化剂的活性中心是个什么情况，这需要采用表征手段，特别是in situ, in operando表征手段，来进行研究。
其他老师见解：
纳米在control synthesis上为催化提供了很多可用材料。如：早期Ertl, Sormojar等人的研究，以单晶材料为模型理解了不同晶面上的催化活性。但在当时，由于合成手段的落后，就算理解了不同晶面的不同催化活性，也无法得到大面积的特定晶面材料。而纳米科学的发展使之成为可能（解决方法：可控合成暴露同一晶面的纳米颗粒，如nano cube）。
核心问题四：
Plasmonic catalysis是通过光能来影响催化剂的性能。那么广义上，有没有可能利用纳米材料的性能来引入一种新的操作方式。或者说，如何利用外场/外加能量来影响催化效果？
诸位老师的回答：1. 外场（如光，电）可以调变反应过程，比如降低催化反应过程中所需热量等，如何利用外场以及材料本身的特性来影响催化活性是一个很有意思的问题。2. Plamonic的一个问题是它所利用的能量是比较低的，一般是可见光的plasmonic。Plasmonic不能改变光的能量，而是改变了它的强度，所以可见光Plasmonic能够改变的催化反应还是比较少。紫外光的Plasmonic如果能将光的强度增大十倍二十倍，可能对催化反应有影响。
核心观点五：
催化剂在反应过程中是变化的，as-synthesized的催化剂和实际反应条件下的催化剂可能是不一样的。如电催化剂，电势高的地方催化剂溶解，电势低的地方会沉积，合成出来的是方块，反应过程中实际有可能不是方块。
电镜到底能不能帮助催化？电镜下看到的是不是真实的催化剂？人们用电镜做出很漂亮的照片，让人们不得不相信这就是催化活性中心，是否存在绑架的嫌疑？这种过于依赖电镜的行为或者过于解释电镜的照片，可能会对催化产生误导。（单原子有可能是通过电子束照射产生的，这个在解释电镜图片的时候也需要很小心）
核心观点六：
纳米催化的方向是不是走偏了？人们常规的就是合成一个粒子，然后利用电镜一看，看到是什么边，什么角，就说这是催化剂活性中心。问题1：在反应条件下这个粒子还能在吗？催化反应是每时每刻都在变化的，催化剂的结构还能够等在那里等你来表征？
In situ characterization是非常重要的，用从动态的角度来考虑催化剂。将合成的东西直接当作催化剂可能是个误区。催化反应条件下得到的结果才是真正可信的结果。
核心观点七：
催化说到底是要为工业服务的，因此要针对问题来找催化剂，而不是合成出催化剂之后盲目地试反应。
值得思考的问题：
1）能不能做固体与固体之间的催化反应？2）能不能直接做大分子催化而不是小分子催化？
温馨提示：点击阅读原文可以获得panel discussion的录音版本，有需要的朋友可以点击获取，里面内容更完整（因为坐得比较靠后，不清晰之处抱歉）。
研之成理征稿要求：
经多位朋友的热心提醒，我们对研之成理征稿进行详细说明，欢迎大家踊跃投稿！
主要内容包括：
1. 对某一篇或者几篇文献的解读，主要突出自己的理解，可以参考简单背后的不简单——浅谈郑南峰老师等人的Science, 一篇关于纳米晶生长的力作;
2. 对某位大牛课题组的研究内容进行分类整理总结，可以参考催化大师-K. P. de jong；
3. 对某个研究领域进行评述，或者对该领域内有哪些著名课题组进行总结整理，可以参考“以一当十”之神奇的单原子催化, 群雄逐鹿之电催化析氧（一）；
4. 对某个仪器表征手段进行分享总结，突出自己对于该仪器的理解，从原理到应用跟大家分享整个表征手段，让大家真正了解这个表征手段，可以参考XRD系列和TEM系列：XRD从原始数据到图,TEM中如何正确制样和选择载网等；
5. 对某类基础知识进行分享，比如多相催化的基本过程，要结合实际科研突出自身理解；
6. 针对某款软件进行系统分享，从入门到精通，紧密结合科研实际需求，可以参考Origin系列: 作图技巧无限，数据分析有道——数据拟合等；
7. 分享自己的科研心得，可以参考：我所理解的实验室生存法则;
8. 分享论文写作等相关方面的内容，可以参考：题好一半文——Science, Nature的论文标题是什么样子的？
9. 在公众号里面宣传课题组的研究工作，让更多的人能够了解课题组的发展情况，可以参考南京理工大学曾海波老师课题组：当量子点显示与照明遇上钙钛矿。
10. 其他科研相关的原创内容。
体裁：word或者PPT都可以！
投稿请联系邹同学（QQ：337472528）或者陈同学（QQ：708274），谢谢！我们也会帮助大家进行修改，和大家一起讨论怎样编排才是更好的方式，这也是一种学习成长的过程，不是么？
最后，真诚地希望大家能够在这个平台上展示自己，将自己的思想传递给更多的人。
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