科学与健康｜国家自然科学奖一等奖见证原始创新突破

7月8日，2025年度国家科学技术奖揭晓。自1999年《国家科学技术奖励条例》实施以来，国家自然科学奖首次评出3项一等奖，成果分别来自化学、物理、信息前沿领域，兼具原创理论价值与产业赋能效能，是我国强化基础研究、聚力原始创新的有力印证。

单原子催化开创研究新范式

催化技术是现代工业核心支撑，广泛应用于粮食生产、能源转化、精细化工等领域，贡献了世界约20%的GDP。长期以来，催化微观机理晦涩难解，被视作科研“黑匣子”。

中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所张涛研究员团队深耕近二十年，完成的“单原子催化”成果，开创催化科学全新研究范式，获国家自然科学奖一等奖。

团队立足高分散金属催化剂研究根基，率先提出单原子催化原创构想，力求将催化活性单元精准调控至单原子尺度。彼时，单原子易迁移、易团聚的特性难以管控，叠加制备与观测技术局限，这一创新构想面临巨大科研挑战。

多年来，团队聚力攻坚、协同创新，依托球差校正电子显微镜等高端设备，实现单原子的精准观测与可控制备。2009年，团队研制出国际首例实用载体负载单原子铂催化剂，催化活性较传统纳米催化剂提升2倍以上，贵金属用量降幅达70%至90%。2011年，团队联合国内外学者，全球率先提出“单原子催化”新概念，将催化研究尺度从纳米级推进至原子级，有望破解催化机理模糊的行业难题。

目前，单原子催化已成为全球催化领域核心前沿，百余个国家、数千个课题组跟进研究，技术覆盖能源、环境、生物医药等领域，实现多项工业化落地应用。

“过去，我和合作伙伴有幸站在前人肩膀上提出了‘单原子催化’的新概念。未来，希望有更多的年轻科学家能站在我们的肩膀上，推动催化科学和化学向更高处发展。”张涛表示，成果源于国家发展机遇与中国科学院的创新平台支撑，是数十年坚守深耕的成果。他认为，基础研究与应用研究相辅相成，立足国家战略需求提炼科学问题、持之以恒攻关，方能产出原创性重大成果。

在极微观世界看清水的量子奥秘

水是典型的复杂系统，是凝聚态物理的重要研究对象。百年以来，玻恩-奥本海默近似为领域通用核心范式，在该范式下往往只考虑电子的量子属性，而原子核的量子效应通常被忽略，无法精准阐释水的微观结构与物理特性，成为学界长期悬而未决的难题。

针对这一科研瓶颈，中国科学院院士、北京大学王恩哥教授团队历时25年持续攻关，完成“水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究”，创新构建全量子研究框架，获国家自然科学奖一等奖。

水中氢原子占比达三分之二，氢原子核质量微小、量子效应显著，直接决定水的氢键特性与宏观物性。传统理论忽视原子核波动性，存在固有短板。团队久久为功、潜心钻研，成功突破经典理论桎梏。

“既然微观世界的粒子有波粒二象性，传统近似理论只注重原子核粒子性，忽略其波动性，真的无关紧要吗？”秉持这一科学追问，团队建立超越经典近似的全量子物理框架，实现电子与原子核自由度全量子精准描述，原创高阶静电力成像新原理，研发出可识别氢原子的自主扫描探针技术，实现核心设备跨越式突破。

该研究精准测得单根氢键键强的核量子效应，证实相关效应可催生新型物态，攻克水与冰微观结构世界性研究难题，为多学科创新提供坚实理论与技术支撑。

“科学研究总是一步一步走过来的。”王恩哥表示，物理学的核心是化简求真、直击本质。他寄语青年科研工作者，要沉心深耕基础研究，摒弃浮躁、坚守本心，在前沿领域持续探索、勇攀高峰。

变“害”为“用”推进照明技术创新

中国科学院院士、南昌大学江风益教授团队勇闯非共识创新赛道，深耕硅基氮化镓LED应用基础研究，完成“V缺陷三维PN结及应用”项目，获国家自然科学奖一等奖。

团队发现硅基氮化镓材料V缺陷三维结构，具有提升空穴注入效率和量子阱质量等有益作用，实现缺陷从“有害”到“有用”的转变。基于该发现，团队提出V缺陷三维PN结理论，将PN结界面由传统二维平面转化为三维立体，显著提升氮化镓多色LED发光效率。

依托原创理论和技术突破，团队开拓无荧光粉LED照明路线，产品批量应用于照明和特种装备领域。同时攻克晶圆级光电集成技术，研制成功微型显示屏和首款黄光AR眼镜等创新产品。该理论获国际同行公认，赋能共识技术路线，推进半导体发光学科与照明显示产业发展。

江风益表示，未来团队将持续深耕半导体发光元器件，以体系化科研攻关助力产业升级，加快推进高水平科技自立自强。

策划:陈芳

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记者:胡喆、魏梦佳、陈毓珊

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