科学与健康丨国家自然科学奖一等奖见证原始创新突破

2025年7月8日，科学2025年度国家科学技术奖正式揭晓。健康家自见证自1999年《国家科学技术奖励条例》实施以来，丨国国家自然科学奖首次评选出3项一等奖。然科这三大成果分别源自化学、学奖物理及信息前沿领域，等奖不仅兼具深厚的原始原创理论价值，更展现出强大的创新产业赋能效能，有力印证了我国在强化基础研究、突破聚力原始创新方面的科学显著成效。

单原子催化：开创催化科学研究新范式

催化技术作为现代工业的健康家自见证核心支撑，广泛应用于粮食生产、丨国能源转化及精细化工等领域，然科贡献了全球约20%的学奖GDP。然而，等奖长期以来，催化微观机理晦涩难解，被业界视为科研领域的“黑匣子”。

中国科学院院士、大连化学物理研究所张涛研究员团队，历经近二十年的深耕，凭借“单原子催化”成果荣获国家自然科学奖一等奖，成功开创了催化科学的全新研究范式。

从“黑匣子”到原子级精准调控

团队立足高分散金属催化剂的研究根基，率先提出单原子催化的原创构想，旨在将催化活性单元精准调控至单原子尺度。面对单原子易迁移、易团聚的技术瓶颈，以及当时制备与观测技术的局限，这一构想曾面临巨大的科研挑战。

通过协同创新与聚力攻坚，团队依托球差校正电子显微镜等高端设备，实现了单原子的精准观测与可控制备：
* 2009年：研制出国际首例实用载体负载单原子铂催化剂。其催化活性较传统纳米催化剂提升2倍以上，贵金属用量大幅降低70%至90%。
* 2011年：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。

全球引领与产业落地

目前，单原子催化已成为全球催化领域的核心前沿，吸引百余个国家、数千个课题组跟进研究。该技术已覆盖能源、环境、生物医药等多个领域，并实现多项工业化落地应用。

张涛院士表示：“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。”他强调，成果源于国家发展机遇与中国科学院创新平台的支撑，是数十年坚守深耕的结果。他认为，基础研究与应用研究相辅相成，只有立足国家战略需求提炼科学问题并持之以恒攻关，方能产出原创性重大成果。

极微观世界：揭示水的量子奥秘

水是典型的复杂系统，也是凝聚态物理的重要研究对象。百年来，玻恩-奥本海默近似作为该领域的通用核心范式，往往只考虑电子的量子属性，而忽略原子核的量子效应。这一局限导致学界无法精准阐释水的微观结构与物理特性，成为长期悬而未决的难题。

针对这一科研瓶颈，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，荣获国家自然科学奖一等奖。

突破经典理论桎梏

水中氢原子占比高达三分之二，其原子核质量微小、量子效应显著，直接决定水的氢键特性与宏观物性。传统理论因忽视原子核波动性而存在固有短板。

团队秉持科学追问：“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？”基于此，团队建立了超越经典近似的全量子物理框架：
* 全量子描述：实现电子与原子核自由度的全量子精准描述。
* 技术突破：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，实现核心设备的跨越式突破。

攻克世界性难题

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，攻克了水与冰微观结构的世界性研究难题，为多学科创新提供了坚实的理论与技术支撑。

王恩哥院士指出：“科学研究总是一步一步走过来的。”物理学的核心在于化简求真、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，荣获国家自然科学奖一等奖。

缺陷转化与理论创新

团队发现硅基氮化镓材料中的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，成功实现了缺陷从“有害”到“有用”的转变。基于这一发现，团队提出V缺陷三维PN结理论，将PN结界面由传统的二维平面转化为三维立体结构，显著提升了氮化镓多色LED的发光效率。

产业化应用与未来展望

依托原创理论和技术突破，团队开拓了无荧光粉LED照明新路线，产品已批量应用于照明和特种装备领域。同时，团队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。该理论已获得国际同行公认，赋能共识技术路线，有力推进了半导体发光学科与照明显示产业的发展。

江风益院士表示，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
统筹：吴晶
记者：胡喆、魏梦佳、陈毓珊
出品：新华社国内部

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