2020年度云南省自然科學(xué)獎特等獎授予了“鈰基稀土儲氧催化材料的構(gòu)建與性能調(diào)控”這一重大科研成果，標(biāo)志著我國在稀土催化材料基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。該成果由中國科學(xué)院昆明貴金屬研究所、云南大學(xué)等單位的科研團(tuán)隊聯(lián)合完成，通過多年的系統(tǒng)研究與試驗發(fā)展，成功揭示了鈰基稀土材料在催化過程中的關(guān)鍵作用機(jī)制，并實現(xiàn)了對其性能的精準(zhǔn)調(diào)控。

鈰基稀土儲氧材料是一類具有獨特氧化還原性能的功能材料，其核心在于鈰離子（Ce3?/Ce??）的可逆轉(zhuǎn)換能力，能夠高效儲存和釋放氧物種，在汽車尾氣凈化、工業(yè)廢氣處理、能源轉(zhuǎn)換等催化過程中發(fā)揮著不可替代的作用。傳統(tǒng)鈰基材料雖已廣泛應(yīng)用，但其低溫活性不足、高溫穩(wěn)定性差、抗老化性能弱等問題長期制約著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

該獲獎項目從材料科學(xué)的底層邏輯出發(fā)，通過創(chuàng)新的構(gòu)建策略與精細(xì)的性能調(diào)控，實現(xiàn)了多重突破：

研究團(tuán)隊設(shè)計并合成了系列新型鈰基復(fù)合氧化物材料。通過引入鋯、鑭、鐠等稀土或過渡金屬元素，構(gòu)建了具有特定晶體結(jié)構(gòu)（如螢石相、鈣鈦礦相）的固溶體或納米復(fù)合材料。利用先進(jìn)的表征技術(shù)（如原位X射線衍射、高分辨透射電鏡、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜等），團(tuán)隊首次在原子尺度闡明了摻雜元素對鈰氧鍵強(qiáng)度、氧空位形成能及遷移路徑的影響規(guī)律，為理性設(shè)計材料奠定了理論基礎(chǔ)。

項目開創(chuàng)了“表界面工程”與“缺陷工程”協(xié)同調(diào)控的新范式。通過在材料表面構(gòu)建活性界面層（如貴金屬-氧化物界面），并精確調(diào)控體相與表面的氧空位濃度及分布，顯著提升了材料的儲氧容量（OSC）和低溫還原性。實驗表明，優(yōu)化后的材料在模擬汽車尾氣條件下，對一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锏钠鹑紲囟冉档土?0-50°C，凈化效率提升20%以上。

研究深入揭示了材料性能衰減的微觀機(jī)理。針對高溫?zé)Y(jié)、硫磷中毒等實際應(yīng)用中的痛點，團(tuán)隊通過構(gòu)筑核殼結(jié)構(gòu)、引入熱穩(wěn)定助劑等手段，大幅增強(qiáng)了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性和抗中毒能力。經(jīng)1000°C高溫老化處理后，新型材料的比表面積保持率較傳統(tǒng)材料提高近一倍，在實際工況下的使用壽命預(yù)計可延長30%-50%。

該成果的取得，不僅推動了催化化學(xué)、材料物理等基礎(chǔ)學(xué)科的交叉融合，更對相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。其核心理論與技術(shù)已應(yīng)用于國產(chǎn)機(jī)動車尾氣凈化催化劑的設(shè)計與制備，助力我國機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)從國五升級至國六；在碳中和背景下，該材料在揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）催化燃燒、甲烷催化重整制氫等綠色化工與新能源領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。

云南省自然科學(xué)獎特等獎的授予，是對該研究原創(chuàng)性、系統(tǒng)性與應(yīng)用價值的充分肯定。它體現(xiàn)了我國科研人員面向國家重大需求與世界科技前沿，堅持自主創(chuàng)新、攻堅克難的科學(xué)家精神。隨著對鈰基稀土材料構(gòu)效關(guān)系的理解持續(xù)深化，以及人工智能輔助材料設(shè)計等新方法的引入，有望催生出性能更卓越、成本更低的下一代催化材料，為打贏污染防治攻堅戰(zhàn)、推動高端制造業(yè)升級提供更堅實的科技支撐。