2017年度中國科學十大進展發布，兩材料相關課題榜上有名！

2月27日，科技部在京召開新聞發布會，發布2017年度中國科學十大進展。“中國科學十大進展”遴選活動旨在深入落實實施創新驅動發展戰略，充分發揮科技創新在全面創新中的引領作用，宣傳科學、崇尚創新和追求卓越的科學創新精神，至今已經成功舉辦13屆。

經專家遴選、投票，根據得票高低，10個項目脫穎而出，分別為：①實現星地千公里級量子糾纏和密鑰分發及隱形傳態；②將病毒直接轉化為活疫苗及治療性藥物；③首次探測到雙粲重子；④實驗發現三重簡并費米子；⑤實現氫氣的低溫制備和存儲；⑥研發出基于共格納米析出強化的新一代超高強鋼；⑦利用量子相變確定性制備出多粒子糾纏態；⑧中國發現新型古人類化石；⑨酵母長染色體的精準定制合成；⑩研制出可實現自由狀態腦成像的微型顯微成像系統。下面是對材料相關內容的介紹：

實現氫氣的低溫制備和存儲

氫能被譽為下一代清潔能源，但氫氣的存儲和運輸一直以來是阻礙氫能源大規模應用的瓶頸。其中，氫燃料電池是最具有實際應用潛力的新一代能量供給系統，它在穩定液體中原位產生所需氫氣，再將化學能高效地轉化為電能，為航空航天、汽車等提供動力。但眾所周知，氫氣的化學性能十分活潑，如何對產生的氫氣進行安全高效的存儲就是氫燃料電池在應用過程中所面臨的關鍵問題。

圖1 基于Pt/α-MoC催化劑實現水和甲醇低溫液相重整反應產氫

北京大學馬丁與中國科學院大學周武、山西煤化所/中科合成油溫曉東以及大連理工大學石川研究團隊研制了雙功能Pt/MoC甲醇液相重整制氫復合催化劑體系，利用程序升溫滲碳工藝將甲烷和氫氣同各種前驅體混合在一起，制成多種鉑改性的碳化鉬催化劑。最終制成的Pt/α-MoC催化劑具有平均轉化頻率(ATOF)為18046 h^-1的催化效率，在低溫(150 ℃-190 ℃)無堿甲醇液相重整過程中也具有很好的穩定性，而之前文獻報道的高活性Ru基催化劑必須在8M的KOH溶液中才能活化甲醇。以產氫活性估計，僅需含有6克鉑的該催化劑即可使產氫速率達到1 kg H₂/h，基本滿足商用車載燃料電池組的需求。以目前甲醇市場價格（2,400元/噸）計算，采用此技術路徑儲放氫氣，氫燃料電池汽車每百公里燃料價格僅需約13元，而加60-80升甲醇可供家用小轎車行駛600-1,000公里。

文獻鏈接：Low-temperature hydrogen production from water and methanol using Pt/α-MoC catalysts(Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature21672)

成果詳細介紹：http://www.szccc.org/72682.html

圖2 Au₁₅?/α-MoC（111）上水煤氣變換反應的反應路徑

此外，該研究團隊為了在低溫下實現高水煤氣變換(WGS，CO + H₂O=H₂?+ CO₂) 反應活性，設計了能夠低溫有效解離水的催化劑，并在低溫下能有效催化表面羥基與吸附態的CO之間的反應。研究發現，面心立方（fcc）結構的α-MoC負載的二維層狀Au團簇可以在低于423K的反應條件下表現出比之前報道的催化劑高至少一個數量級的活性。α-MoC襯底和外延生長的Au原子層具有強相互作用，調制了Au與CO的良好結合，同時，與α-MoC中的相鄰Mo位點的協同作用可以在低溫下有效活化水。

文獻鏈接：Atomic layered Au clusters on α-MoC as catalyst for the low temperature water gas shift reaction（Science,2017, DOI: 10.1126/science.aah4321)

成果詳細介紹：http://www.szccc.org/88000.html

上述研究進展被多家科學媒體報道并高度評價，美國化學會C&E News雜志和英國皇家化學會Chemistry World雜志分別以“氫能源：制備氫燃料新過程”和“新型催化劑點亮氫能汽車未來”為題進行了亮點報道,認為“隨著此高活性催化體系的成功，把氫氣存儲于甲醇并在需要時重整釋放的概念可能得到實際應用，這是氫能儲存和輸運體系的一個重大突破”。

研發出基于共格納米析出強化的新一代超高強鋼

超高強鋼在航空航天、交通運輸、先進核能以及國防裝備等國民經濟重要領域發揮了重要的支撐作用，而且也是未來輕型化結構設計和安全防護的關鍵材料。然而幾十年來高性能超高強鋼的研究始終基于傳統的半共格析出產生強共格畸變的學術思路，存在著析出相數量有限，析出尺寸不夠合理且分布不均勻的固有缺陷，這既降低了材料的塑韌性又嚴重影響服役安全性。此外，昂貴的制備成本也限制了其實際應用，成為困擾高端鋼鐵工業發展的難題。

圖3 Ni(Al,Fe)-馬氏體時效鋼在固溶退火（950℃下15min）和時效（500℃下3h）狀態下的機械性質和STEM圖

北京科技大學呂昭平教授課題組通過創新超高強度鋼的合金設計理念，發展了超強韌的高密度有序Ni(Al,Fe)納米顆粒強化高性能新型馬氏體時效鋼，其中抗拉強度不低于2.2GPa，拉伸塑性不低于8%。新型超高強韌鋼的強化主要是基于最低錯配度下獲得最大程度彌散析出和高剪切應力的創新思想，即一方面通過“點陣錯配度最小化”，顯著降低金屬間化合物顆粒析出的形核勢壘，促進顆粒均勻彌散分布，并顯著提高強化顆粒的體積密度和熱穩定性，低錯配度共格界面結合小尺度有效緩解增強顆粒周邊微觀彈性畸變，改善材料宏觀均勻塑性變形能力；另一方面，引入“有序效應”作為主要強化機制，有效阻礙位錯對增強相顆粒的切過作用，從而獲得優異綜合性能的新型馬氏體時效鋼。除此之外，新型超強韌馬氏體時效鋼通過采用Al元素代替傳統馬氏體時效鋼中昂貴的合金元素，可添加傳統馬氏體時效鋼所避免的C元素，初步實現了高端鋼鐵材料的制備工藝簡化和低成本的目標，不但有力地推動該類材料的實際工程應用，同時為新型超高強度材料的發展打開了新的研究思路。

文獻鏈接：Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22032）

成果詳細介紹：http://www.szccc.org/75706.html

《自然·材料》(Nature Materials)發表專門評述文章指出，該研究“以完美的超強馬氏體鋼設計思想，簡化的合金元素及析出相強化本質，為研發具有優異的強度、塑性和成本相結合的結構材料提供了新的途徑”。

科技部基礎研究管理中心主任劉敏表示，入選的十大進展項目完成時間為2016年12月1日至2017年11月30日，絕大多數入選項目相關研究成果在《自然》、《科學》等國際頂尖刊物發表，得到國際學術界高度評價，被視為“重大突破”或“填補空白”。

本文由材料牛deer編輯整理。

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