“AI+催化”未來可期，包信和講述未來能源的底層邏輯

　　“想辦法讓報告不枯燥，我花了很大力氣。”9月24日，在第十五期“浦江科學大師講壇”現場，中國科學院院士、復旦大學未來能源高等研究院院長包信和的開場白頗為幽默。

　　包信和以“催化能源革命：重塑零碳未來的分子基礎”為題，為現場師生揭開了能源變革的底層邏輯。

　　回顧學術生涯與工作經歷，包信和最大的感悟就是“每個人的成長都與國家的發展休戚與共”。個人需要筑牢基礎，順應時代之勢，投身國家有重大需求的行業領域，扎實地進行研究工作。

　　能源方向，就是包信和深耕數十年的研究領域。

　　我國石油對外依存度高達約73%，天然氣達約45%。這意味著，我們的能源飯碗，很大程度上端在別人手里。他指出，構建新型綠色低碳能源體系，不僅是“雙碳”目標的需求，更是國家安全的戰略底線。

　　包信和認為，未來綠色低碳能源體系的底層邏輯是化石燃料驅動轉化為可再生電力驅動，基本結構是可再生能源轉化為電力、電氣化與分子燃料。催化科學，則為能源體系從化石能源主導向可再生能源跨越轉型，提供了核心科學支撐。

　　“化學反應像爬一座高山，普通人爬不上去。催化做的事，就是把高山挖成幾個矮山頭，讓反應更容易翻過去。”包信和形象地解釋。

　　他多年研究的“納米限域催化”，就是“挖山”的過程。基于相關原理，團隊發明了OXZEO技術，實現了煤基合成氣一步制低碳烯烴。反應過程中，氧化物組分負責活化一氧化碳和氫氣，分子篩組分用規整孔道控制碳鏈增長。合成氣可以一步變成低碳烯烴，繞開ASF天花板，低碳烯烴單程選擇性突破80%，甲烷副產可以低于2%，水耗減少60%以上。

　　2020年，團隊與陜西延長石油合作，建成了世界首套千噸級工業試驗裝置。包信和強調：“成果轉化要面向需求，不是先做出成果再找市場，而是研發初期就明確企業需要什么，讓合作方全程參與。”

　　包信和描繪的未來能源圖景，是一個“電子與分子”共舞的時代。電力將成為主體，但氫氣難儲運，因此需要將其轉化為甲醇、氨等“分子燃料”。

　　他特別強調“先立后破”——先立起可再生能源的“大廈”，再逐步破除對化石能源的依賴。在這個過程中，催化科學不是要立刻“消滅”煤炭，而是要讓煤炭的利用方式發生質變，即從“燒煤”變成“分子煉煤”。

　　“催化劑就像一把剪刀。”包信和表示，可以直接把煤剪成有用的化學品，而不是先把它燒成一氧化碳再重組。甚至利用高溫等離子體，未來可以直接把煤變成乙炔，這個過程理論上不產生二氧化碳，也不耗水。

　　目前，包信和正在帶領研究院與合作單位共建國家級未來能源中試基地，建設人工智能（AI）自驅動催化創新實驗室，并正在申請催化概念驗證中心——重點解決從毫克到公斤級的催化劑制備與驗證，填補實驗室與工業界之間的“死亡之谷”。

　　面對AI給科學研究帶來的挑戰，包信和認為，AI雖能快速獲取知識，但創新源于人腦對知識的內化與重組。只有具備扎實的基礎知識和領域結構認知，才能有效利用AI進行批判性思考和原創性研究。

　　此外，AI for Science賦能催化研究也擁有許多新的方向。從基于AI和數據驅動的催化劑精準設計與制備，到AI和大數據融合輔助的結構表征和機理反演，再到AI賦能催化過程開發，“AI+催化”研究的未來可期。