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李灿院士20年坚持创新，液态阳光在兰州新区变成现实

邃瞳科学云

2021-03-16

导读：李灿院士

本文转载自LUT化工，LUT化工整理发布。

科学家的中国梦，甘肃籍催化大师李灿，二十年攻坚克难题。

“液态阳光”在兰州新区变成现实

一

陇原大地飞出的雄鹰-李灿院士

兰小e，兰大e校通

李灿，1960年1月出生于甘肃省金昌市，物理化学家，中国科学院院士、第三世界科学院院士，中国科学院大连化学物理研究所研究员、博士生导师，洁净能源国家实验室（筹）主任，中科院大连化物所太阳能研究部主任，中国科学技术大学化学与材料科学学院院长，催化基础国家重点实验室主任。

1980年李灿从河西学院毕业后留校任教；1983年考入中国科学院大连化学物理研究所攻读硕士研究生；1989年获得中国科学院大连化学物理研究所和日本东京工业大学联合培养博士学位，之后进入中国科学院大连化学物理研究所工作；1993年晋升为研究员；2003年当选为中国科学院院士；2005年当选第三世界科学院院士；2007年出任中国科学院大连化学物理研究所副所长；2008年当选欧洲人文和自然科学院外籍院士。2018，作为双聘院士加盟兰州大学。

主要从事催化材料、催化反应和催化光谱表征方面的研究，研制了具有自主知识产权的国内第一台用于催化材料研究的紫外共振拉曼光谱仪并开始商品化生产；在国际上最早利用紫外拉曼光谱解决分子筛骨架杂原子配位结构等催化领域的重大问题；最近发展短波长手性拉曼光谱和光电超快及成像光谱技术，发展了纳米笼中的手性催化合成、汽油和柴油超深度脱硫技术等并已工业化；从2001年起，致力于太阳能转化和利用科学研究，包括太阳能光（电）催化分解水、二氧化碳还原等人工光合成研究和新型太阳电池探索研究等。先后在国际上提出了异相结、双功能助催化剂和晶面间促进光生电荷分离的新概念，在光电催化领域，提出了助催化剂、空穴储存层、界面态能级调控等重要策略，为高效太阳能转化体系构筑提供了科学基础。已培养博士研究生和博士后160余人，在国内外学术刊物发表正式论文700余篇（总他引次数超过15000次）。在国际Elsevier Science B.V.和 Wiley出版系列中主编专著多部。获得发明专利授权70余件。重要国际会议大会邀请报告和主旨报告近百次。

曾任催化基础国家重点实验室主任（1998-2014）、中国物理学会光散射委员会主任(2005-2009)、中国化学会催化委员会主任(2005-2012)、中国分子光谱学会主任(2008-2012)、国际催化学会理事会主席（2008-2012），亚太催化学会主席(2014-2017)，及第16届国际催化大会（ICC16）主席。担任Chemical Communications副主编及包括Journal of Catalysis在内的12种国际刊物的编委和国际顾问，“催化学报”共同主编及国内10余种刊物编委。被聘为兰州大学、中国科学技术大学、清华大学、北京大学、南京大学、吉林大学、南开大学、大连理工大学、中山大学、华南理工大学、东北师范大学、陕西师范大学等多所大学兼职教授和/或荣誉教授，皮埃尔玛丽居里大学2002/2003年度外聘教授，昆士兰大学荣誉教授，香港浸会大学杰出客座教授等。

先后获得中国科学院自然科学二等奖（1993年），中国青年科学家奖（1993年），香港求是科技基金杰出青年学者奖（1997年），中国杰出青年科学家奖（1998年），国家科技发明二等奖（1999年），国际催化奖（2004年，国际催化领域的最高荣誉，每四年一次，每次一人），中国科学院杰出科技成就奖（2005年），何梁何利科学技术进步奖（2005年），国家自然科学二等奖（2011年），中国催化成就奖（2014），辽宁省自然科学一等奖（2015年）等。

勤奋刻苦跻身科研

在中国的科学家中，提起李灿可谓大名鼎鼎，他研制出我国第一台紫外拉曼光谱仪，填补了国内空白。工作中他认真严谨，有着高尚的爱国情操、强烈的社会责任感、严谨的治学态度、勤奋的工作作风、朴实无华的生活习惯。

而这些品质缘于少时苦难的砥砺。李灿的家乡是甘肃永昌县朱王堡镇陈仓村，父母都是识字不多的农民，1976年中学毕业后，由于当时的特定条件，他只能当了生产队的放羊娃。志存高远的他，一手拿着羊鞭，一手捧着书本，不断用知识充实自己。艰苦的境遇，练就了他奋力拼搏、坚韧不拔的吃苦精神，练就了他刻苦学习、勤奋钻研的韧劲，也筑造了他受益终生的精神财富。

1977年，高考制度恢复，他考入张掖师专（现河西学院）。大学期间，他勤思好问，在学好专业课的同时，他还主动选修自己感兴趣的高等数学、理论物理和英语，华罗庚的《数论导引》、以及《原子物理》、《英语》，他一有空就去钻研。1980年，他以优异的成绩毕业并留校任教；两年后进入陕西师范大学进修，1983年9月考入中国科学院大连化学物理研究所攻读硕士研究生；1985年在大连物化所攻读博士学位；又是两年后，李灿被选拔东渡到日本东京工业大学留学。在留学日本期间，他首次用振动光谱技术鉴别和表征了催化界长期以来认为不存在的表面过氧、超氧离子物种，初步显示出李灿过人的化学天赋。之后他在比利时新鲁汉大学、美国西北大学、英国利物浦大学和美国里海大学进行博士后及访问教授的工作，还先后赴比利时新鲁坟大学作访问学者、在美国西北大学作博士后和进行访问教授的工作。

2003年，当选中国科学院院士；2004年当选为国际催化学会理事会副主席；2005年，当选第三世界科学院院士；2007年至2012年任中国科学院大连化学物理研究所副所长；2008年当选欧洲人文和自然科学院外籍院士……

硕果累累声名远播

李灿跻身科研界十多年时间，主要从事催化材料、催化反应和催化光谱表征方面的研究，在催化领域中卓有影响，特别在催化的光谱研究方面形成学术特色，得到国内外催化界认可，并在我国较早地开展了不对称多相催化研究，国外同行称赞他的工作是“创造性研究”。

他在国际上最早利用紫外拉曼光谱应用于催化研究，筹建了具有自主知识产权的国内第一台用于催化材料研究的紫外共振拉曼光谱仪，发展了纳米孔中的手性催化合成和乳液催化清洁燃料油超深度脱硫技术等。

目前他承担着国家基金委重点项目、中国科学院知识创新方向性项目和科技部重大国际合作项目等研究课题，正在进行甲烷的活化和转化研究，烯烃环氧化的绿色催化研究，环境催化研究，太阳能光催化分解水研究，固体表面和纳米孔中不对称催化加氢和环氧化研究，以及催化新材料合成和表征研究等。近年来，主要致力于太阳能光催化制氢以及太阳能光伏电池材料研究。

多年来，李灿在科研道路上一步一个脚印的攀登，登上一个个科学高峰，取得了一个个丰硕成果的同时，也得到了社会的认可，不仅走上了大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室主任的领导岗位，还获得了一系列殊荣，他先后在国内外一流学术刊物发表正式论文400余篇，其中300余篇发表在国际学术刊物上。在国际Elsevier Science B.V. 系列中主编论文集一本。申请中国发明专利近50件（20余件已授权）。国际学术会议邀请报告和大会特邀报告60余次，此外在国内外著名大学讲学和国际会议上作学术报告200余次。2004年在法国巴黎举行的第13届国际催化大会上（2100人）做60分钟大会特邀报告，主持多次国际会议。

他主持研制成功的紫外共振拉曼光谱仪，在催化剂制备、分子筛合成、有机物原位分散等研究领域得到广泛应用。他的研究成果以第一完成人获得国家发明二等奖、中科院发明二等奖和自然科学二等奖，培养硕士、博士和博士后60余名。曾荣获中国科学院青年科学家奖、国家杰出青年基金、中国青年科技奖、中国青年科学家奖和全国优秀科技工作者等荣誉称号。任10余种国际刊物的编委；任国内“催化学报”和“燃料化学学报”、“高等化学学报”等多种刊物的编委和副主编，兰州大学、大连理工大学、中国科学技术大学、清华大学、北京大学、南京大学和湖南大学等多所大学兼职教授和荣誉教授；法国巴黎皮埃尔玛丽居里大学2002/2003年度外聘教授，澳大利亚昆士兰大学荣誉教授。

饮水思源不忘初心

谈及事业和成功，李灿表示，他也是一个极普通的人。他认为不管什么人、什么事情，只要勤奋地、持之以恒地去干，总是能干出点名堂来的。工作中，他也是个极具挑战精神的人，其实每个人都会遇到这样的困境，而李灿在经过多年的科研工作后，对科研工作有了比较理性的看法。

他认为科研工作本来就是充满着困难和挑战，有时候确实可能不如预期的进展那么快，这个时候需要自己向远处看，科研工作者必须要有一个非常坚定的态度。才能使一个重大的研究工作会有阶段性贡献，后继的人会在此基础上续做下去，最终这个方向会不断产生造福人类社会的成果。做科研要树立一个远大的目标，以激励自己不断取得成功和突破。

一个人要想成功，就必须有远大理想与袍负、有强烈的社会责任感和百折不挠的毅力。李灿院士是甘肃人民的骄傲，更是科学界的骄傲，作为全国乃至世界顶级科学家，他不计名利、刻苦钻研的精神，是每一个人学习的榜样。“饮其源者怀其流，学有成时念吾师”，他始终不忘初心，2008年母校校庆之际，他为河西学院浩廉奖学金注资，用于奖励河西学院优秀贫困大学生。

作为催化基础国家重点实验室主任、中科院院士，他率领团队攻克了多项世界催化领域前沿课题，并当选为国际催化理事会副主席，成为第一个在该国际组织中担任如此高职务的中国科学家。他敢于直言，在发展清洁能源改善空气质量、提高百姓生活水平等方面积极建言献策，提出过许多有价值的提案。他一直认为，这不仅仅是一个名称，不仅仅是国家给的一个荣誉，更重要的是一种责任。要具备很高的境界，如果没有对社会的一种责任感或者使命感，就起不了院士的作用，就会辜负国家和人民的期望。

二

2021年两会声音，政协委员李灿院士推广“液态阳光” 完成双碳目标

中科院大化所

李灿

全国政协委员，中科院院士，中科院大连化物所，太阳能研究部主任

来源：辽宁日报 2021-3-10 A04

（辽宁日报记者赵静）“中国提出要在2030年前达到碳高峰、2060年前达到碳中和，这是一个充满巨大挑战和机遇的任务，逐步减少化石能源比例、发展可再生能源是必由之路。”在全国政协十三届四次会议上，住辽全国政协委员李灿提交提案，建议推广“液态阳光”技术，为我国实现碳达峰、碳中和提供技术路径。

李灿委员介绍，他所在团队研发的全球首套“液态太阳燃料合成示范项目”也被称为“液态阳光”，即利用太阳能、风能、水能等可再生能源分解水制备绿色氢能，将二氧化碳加氢转化制甲醇等液体燃料，把可再生能源转化、存储在液体燃料中。

“这一技术路径，可肩负起数亿吨二氧化碳减排的重任。”李灿委员介绍，目前这一技术已在我国西部成功进行中试。

李灿委员表示，我国的新疆、内蒙古、宁夏、甘肃、青海、西藏、云南、贵州、山西、辽宁等地区煤资源富集，同时具有丰富的可再生能源资源优势，最适宜发展绿色氢能和液态阳光技术，这些地区主要分布在西部。利用液态阳光甲醇技术可解决可再生能源规模化储能，并向东部沿海等其他地区安全输运，由此带动西部地区经济发展和产业升级，助力完成碳中和目标。

李灿委员建议国家对此技术路线进行部署和推广，同时落实碳排放权交易政策，通过碳汇机制鼓励企业向绿色、低碳发展转型。“液态阳光甲醇技术将促进和倒逼产业升级和技术进步，随着太阳能、风能、水能等可再生能源发电技术及电解水技术的持续进步，以及电解水制氢技术的规模化效应，绿色氢能的成本逐步下降，特别是借助二氧化碳减排的碳排放权交易的收益，液态阳光甲醇将越来越受到企业欢迎，成为完成碳中和目标的重要技术路径。”李灿委员说。

三

液态阳光

能源评论

日前召开的中央经济工作会议明确提出，“要抓紧制定2030年前碳排放达峰行动方案，支持有条件的地方率先达峰”。在现有能源结构基础上，如何保证碳减排工作又好又快？面对艰巨的任务，创新的思路和方案有哪些？《能源评论》记者日前采访了中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿。他认为，在能源转型过程中，要发挥突破性科技的关键作用，“液态阳光”甲醇技术将是我国实现碳达峰、碳中和的一个重要路径，并为全球应对气候变化提供切实可行的中国方案、中国智慧。

李灿：“液态阳光”是指利用太阳能、风能、水能等可再生能源分解水（光解水或电解水）制备绿氢、将二氧化碳加氢转化制甲醇等液体燃料，把可再生能源转化、存储在液体燃料中。这个过程最关键的是如何实现可再生能源分解水制氢。这样的氢承载着可再生能源，这个过程是实现可再生能源转化为化学能的关键，只有把这步打通才能做别的事情。电解水制氢每吨氢相当于储存3.3万度（千瓦时）电，将电能转化成化学能，是最有效的化学储能反应，这样一来，“液态阳光”甲醇技术等一系列的方案就都可以实现。2018年，我们开始启动这一具有自主知识产权的创新技术的工业化示范工程。2020年初，全球首套千吨级规模太阳燃料合成示范项目在兰州新区绿色化工园区试车成功，意味着迈出了将太阳能等可再生能源转化为液体燃料的工业化生产的第一步。2020年10月，石化行业专家做了验收鉴定、给予了比较高的评价。

“液态阳光”规模化化学储能的意义非常大。我国目前的甲醇产能为8000万吨左右（主要是煤、天然气制甲醇）。如果用可再生能源来合成“液态阳光”甲醇，1吨甲醇可转化1.375吨二氧化碳，生产8000万吨甲醇，就可减排亿吨级二氧化碳。若规模化代替汽油燃料，则有望减排10亿吨级二氧化碳，同时可以缓解我国依赖石油进口的能源安全问题，战略意义重大。同时，因为1吨甲醇经水汽重整可以释放出187千克氢气，这一方案还可以解决燃料电池用氢的远距离储运难题，使燃料电池技术成为真正意义上的清洁能源技术。

四

20年坚持创新，“液态阳光”变成现实

我国建成千吨级液态太阳燃料合成示范装置

中国科学报 2020/10/16

千吨级液态太阳燃料合成示范装置（中科院大化所供图）

2020年10月15日，由中国科学院大连化学物理研究所主导研发的“千吨级液态太阳燃料合成示范项目”（以下简称项目）在兰州新区通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。

鉴定委员会专家一致认为：该项目集成创新了液态太阳燃料合成全流程工艺装置，具有完全自主知识产权，整体技术处于国际领先。

筑梦，“道法自然”造福人类

长期以来，人类以煤炭、石油等化石能源占主导的能源结构排放出大量的二氧化碳，由此带来的气候变化和生态破坏问题又给人类带来了严重的影响。

当下，二氧化碳减排已成为世界各国关注的热点问题。科学家们也在二氧化碳捕集、封存，以及资源化利用方面作出了大量探索。

20年前，中科院院士、中科院大连化学物理研究所研究员李灿从大自然的“光合作用”中获得启发。“自然界的植物能把空气中的水和二氧化碳转化成生物质、每天吃的蔬菜等，那我们人类能不能学一学自然，也对它们进行‘转化’呢？通过人工合成过程加速光合作用效率，把二氧化碳和水变成人类需要的燃料。”李灿说。

答案是肯定的。李灿告诉《中国科学报》，从科学认识自然光合作用的角度来看，二氧化碳加氢制甲醇暗合了光合作用中暗反应的功效，是太阳能制液体燃料的重要途径。“具体而言，就是利用太阳能等可再生能源产生的电力电解水生产‘绿色’氢能、并将二氧化碳加氢转化为‘绿色’甲醇等液体燃料，这也是液态太阳燃料合成的技术路线。”

把太阳能变成液体燃料，科学家们形象地称其为“液态阳光”。

规模化发展“液态阳光”优势显著，李灿算了一笔“生态经济账”，每吨甲醇需转化1.375吨二氧化碳，而我国每年的甲醇产能约为8000万吨，若全部应用“液态阳光”技术路线，则可转化上亿吨二氧化碳。同时，合成1吨甲醇可储存8000多度电，这意味着该路线也可作为规模化化学储能的技术手段。

“液态太阳燃料合成提供了一条减排二氧化碳，以及可再生能源到绿色液体燃料生产的全新途径。”李灿总结。

圆梦，迈出重要一步

自2001年以来，李灿带领团队坚持不懈地致力于太阳能的综合利用和水分解制氢的基础研究，在太阳能光催化、电解水和二氧化碳转化方面取得了重要进展。

经过近20年攻坚克难，终于在2017年10月，李灿团队取得了二氧化碳加氢制甲醇技术突破，开发了一种二元金属氧化物ZnO-ZrO2固溶体催化剂，实现了二氧化碳高选择性高稳定性加氢合成甲醇。

当时的研究测试表明，在接近实际工业化条件下，二氧化碳单程转化率超过10%时，甲醇选择性仍保持在90%左右，是迄今二氧化碳加氢制甲醇综合水平最高的结果, 该成果发表在国际高水平学术杂志《科学进展》上，引发了国内外同行的高度关注。

很快，该成果便从实验室迈向了工厂。2018年8月，在兰州新区的支持下，发电装机容量为10兆瓦光伏发电站的全球首套规模化太阳燃料合成示范装置正式落地兰州新区。该项目装置该项目由中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）研发、兰州新区石化产业投资集团有限公司建设和运营、华陆工程科技有限责任公司设计。

2020年1月，该项目试车成功，标志着太阳能等可再生能源转化为液体燃料迈出了工业化生产的第一步。

液态太阳燃料合成包含三个重要环节：太阳能光伏发电、电解水制氢和二氧化碳加氢合成甲醇。李灿团队在电解水制氢和二氧化碳加氢制甲醇两项关键核心技术取得创新突破。

在电解水制氢方面，实现了高效、低成本、长寿命规模化电催化分解水制氢技术，经测试验证，该技术在单套工业电解槽上实现大于1000标方氢/小时规模化产氢，单位氢能耗降低至4.3度电/方氢以内，是目前全球规模化碱性电解水制氢的最高效率。

在二氧化碳加氢制甲醇方面，实现了廉价、高选择性、高稳定性二氧化碳加氢制甲醇催化技术。团队开发的固溶体双金属氧化物催化剂在工业化装置上实现每年千吨级绿色甲醇合成，甲醇选择性达到98%，甲醇在有机相中含量达到99.5%，催化剂抗中毒和抗烧结。

现场考核组组长、北京大学教授刘海超说，液态太阳燃料合成示范装置实现了从太阳能、水和二氧化碳直接合成甲醇的绿色规模化生产，同时也为解决可再生能源间歇性问题和“弃光、弃风、弃水”问题提供了新的策略。

逐梦，发展“液态阳光”经济

实验室成果的迅速落地转化，离不开“政产学研”的紧密合作与彼此欣赏。兰州新区管委会主任李东新表示，这是在西部地区先行先试的国内首个规模化液态太阳燃料合成示范工程，将助推兰州新区实现更高质量、更高水平发展。

“人类最终利用的绿色能源是太阳能，液态太阳燃料合成是我们在太阳能利用上迈出了重要一步。”中科院院士、华东师范大学教授何鸣元给予了高度评价。

随着可再生能源发电成本和电解水制氢成本的进一步降低，绿色氢能和太阳燃料生产成本将大幅降低，通过规模化二氧化碳捕获及资源化利用，促进可再生能源更大规模的发展，将有望从根本上改善我国生态环境，助力解决全球碳排放及气候变化问题。

“事业未竟，下一步还要不断改进技术工艺。”李灿还有更大的梦想——实现更大规模的‘液态阳光’工程，推动‘液态阳光经济’的发展。

此外，兰州理工大学石油化工学院“绿色催化与过程工程”甘肃省高校协同创新团队承担并圆满完成了液态太阳燃料合成示范装置甲醇分离单元的研究工作，获得了李灿院士的充分肯定。

李灿院士谈催化

兰州理工大学《化学工艺学》

资料来源于网络，均已注明出处；LUT化工整理发布。

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