“催化科学”重点专项的总体目标是阐明催化反应过程中 化学键的活化、定向构建规律和机理，发展相关理论；研制一 系列高效催化剂和相关的精准催化过程，实现精细化学品和功 能材料生产的技术突破；创新可再生能源催化理论和过程。通 过系统任务部署，推动我国催化科学快速发展，在若干重要方 向实现引领；促进高效清洁催化技术转移转化，为我国经济社 会绿色和可持续发展提供科技支撑。

2021 年，本重点专项将围绕催化基础与前沿交叉、催化 剂创制、催化原位动态表征与模拟、可再生能源转换的催化科 学、化石资源转化的催化科学、环境友好与碳循环的催化科学 等6 个方向部署项目，拟优先支持 19 个研究方向。同一指南 方向下，原则上只支持1 项，仅在申报项目评审结果相近、技 术路线明显不同时，可同时支持 2项，并建立动态调整机制， 根据中期评估结果，再择优继续支持。

申报单位根据指南支持方向，围绕重大科学问题和关键技 术进行设计。项目应整体申报，须覆盖相应指南方向的全部内 容。项目执行期一般为 5 年。指南方向中拟支持的项目下设课 题数不超过4 个，每个项目参与单位总数不超过6 个。

指南方向7 是青年科学家项目，支持35周岁以下青年科 研人员承担国家科研任务，也可参考指南方向 1-6 中标*的方 向组织项目申报（但不受研究内容限制）。青年科学家项目不设课题。

1.催化基础与前沿交叉

1.1纳米及团簇结构的表界面催化研究

面向能源小分子的精准催化转化，研究氧化物基纳米及团 簇催化剂表界面缺陷结构的调控规律和催化作用原理。认识界 面催化体系中的限域催化和反应协同等效应的化学本质，阐明 活性位点在反应中的动态稳定机制；揭示活性位点上C-O和 C-H等化学键活化以及中间体形成和转化的热力学和动力学 规律，力争形成化学键精准构建的催化新概念和新理论。

1.2惰性有机分子高效催化转化研究* 

针对惰性有机分子高效活化的关键科学问题，研制高活性和高选择性的催化剂，发展新型高效过渡金属催化、电催化等 催化转化过程。深入认识C-H键活化、物种插入、化学键选 择性断裂与重组等过程的机制，揭示惰性有机分子催化转化的 反应机理，实现功能分子的高效构建。

1.3催化氢化和氢元素化反应研究* 

发展新型高活性稀土金属及丰产金属催化体系，通过对配体、金属价态及自旋态的调控，发现新的活化模式，揭示催化 剂构效关系，精准调控催化活性及选择性，发展不饱和化合物 的高效氢化、氢元素化反应（如硅氢化、硼氢化、磷氢化等） 实现手性功能分子精准合成和战略元素资源化利用。

2.催化剂创制

2.1氧化铝等多孔催化材料创制

针对高端氧化铝等多孔催化材料制备科学中的核心问题， 发展多孔材料的体相结构（晶型）、表面化学（配位、缺陷） 和物理结构（孔结构）的多尺度精准调控方法，形成高端多孔 催化材料的制备和成型新技术；针对烷烃脱氢、催化重整等几 类关键石油化工催化剂，揭示金属活性组分在氧化铝等多孔载 体表面的赋存形式及工况条件下动态演化规律；形成具有自主 产权的高端氧化铝等多孔催化材料核心技术，满足移动床应用 的高强度（＞35N）、低堆比（＜0.60g/ml）、孔体积高（＞0.65 ml/g）、粒度分布均匀（1.5〜1.8 mm, ＞ 98.0%）等要求。

2.2基于晶态孔材料的仿酶催化体系研究

多相催化反应空间的微环境对催化性能具有重要的影响。 突破传统多相催化剂的结构与反应机制,基于晶态孔材料探索 具有仿酶结构与功能的多相催化剂的精准合成与调控,发展新 型催化剂骨架结构,探索控制孔内微观结构实现高效多相催化 剂的精准合成与调控；在限域的微反应空腔内构建多级次活性 位点,实现温和条件下高效催化转化甲烷、二氧化碳等小分子以及生物质分子。

2.3面向重要催化过程的单原子催化剂创制
发展单原子催化剂的制备与稳定方法,在原子尺度上实现单原 子催化剂的组成和结构调控，最大限度的提高催化剂的催化效 率，促进单原子催化剂在不同催化反应的应用。探索活性位点 的局域结构在反应中的动态变化规律，阐明活性位点距离效应 面向重要的催化过程实现高活性、高选择性、高稳定性的单原 子催化剂宏量制备，贵金属原子利用率大于 90%。

3.催化原位动态表征与模拟

3.1原位动态表征技术及催化机理研究*

利用大科学装置等先进的表征手段，聚焦重要催化反应实 现高时空分辨和高灵敏探测。发展催化反应的原位和在线表征 技术，揭示催化反应活性中心等在时空和能量匹配的物理化学 机制；发展多组分稳态同位素瞬变动力学分析及与理论计算耦 合新技术，量化催化剂动态结构与原位动力学信息之间的内在 联系，建立能定量描述催化剂结构动态变化的动力学模型。

3.2数据驱动的催化剂理性设计新方法研究

超越传统的试错开发模式，结合第一性原理计算与人工智 能技术，开展数据驱动的催化模拟、催化剂理性设计和催化理 论探索研究。基于数据训练开发催化描述符提取算法，发展针 对目标逆向预测反应路径的机器学习方案，形成自动化催化剂 设计软件并逐步引导实验研究摆脱试错模式；基于概率相关性 从海量数据中推导结构、谱学表征、电子态、催化性能之间的 数学关系，力争产生原创性的催化新理论。

4.可再生能源转换的催化科学

4.1可规模化太阳能光催化分解水制氢研究*

聚焦太阳能光催化分解水制氢中的关键科学难题与技术 挑战,以光催化完全分解水制氢为目标,发展半导体光催化材 料体相内建电场的构建策略及光生电荷分离研究方法,发展微 纳尺度上集成光催化剂体系的构筑思路与方法,实现高效稳定 的光催化分解水制氢过程,太阳能制氢效率超过 2%,并探索 能够实现可规模化太阳能分解水制氢的可行性策略。

4.2固体电解质器件电解水制氢研究*

聚焦固体电解质电化学器件电解水制氢中的关键科学难 题与技术挑战,研制与固体电解质匹配的高活性、高稳定性电 化学析氢及析氧催化材料,发展高效稳定电化学三相反应界面 的气体扩散电极及膜电极制备技术,发展气体扩散电极/固体 电解质电化学界面微观结构和动态演化的高分辨原位表征技 术,发展高强度、耐腐蚀的双极板/集流体制备加工工艺,装 配高性能固体电解质电化学器件与系统，实现大电流密度(31 A/cm²)电解水制氢过程。

4.3原子结构精确的新一代低铂燃料电池催化剂研究
面向电催化剂中贵金属的高效利用和替代，发展高效亚纳米和原子尺度低铂催化剂创制的新方法，研发面向高/低温燃 料电池膜电极所用的低铂或非铂氧还原催化剂；建立催化剂表 面原子的电子结构与催化活性的构效规律，阐述在实际工况下 催化活性和稳定性的机制；研制出低成本、兼具高活性和长循 环的高性能、低成本燃料电池氧还原催化剂，并开发低铂膜电 极。膜电极在0.9 V电压下氧还原质量活性高于0.44 A/mgPt， 阴极铂负载量0.10mg/cm²,膜电极在氢空1.5bar背压下的最 大功率密度超过1.0 W/cm²。

4.4甲醇和含能分子现场催化制氢研究*

发展高效稳定的稀土基甲醇等含能分子催化制氢催化剂 的精准制备,充分降低制氢的反应温度并提高其产氢效率,产 生氢气纯度＞99.9%；深入探究催化制氢催化剂的活性位点的 构效关系,从稀土元素独特的电子构象深入理解此类催化剂的 “结构-性质”关系。

5.化石资源转化的催化科学

5.1基于分子炼油的关键催化材料及催化过程研究

基于原油的分子组成精准分析,以石油炼制产品碳氢分布 最优调控为目标,发展石油精准炼制催化新材料和新技术。研 究催化剂酸中心调控及多功能催化协同、孔道修饰及多级孔构 建等机制,发展烃裂解深度可控的催化新材料、稠环可控加氢 开环的重油加氢裂化催化材料；研究烃催化转化过程中反应分 区调控机制,开发重质油高效转化、油品升级及多产基本有机 化学品的工业催化新技术,目标产品收率较当前最高水平提升 15%以上。

5.2烃类高效脱氢催化剂设计及新工艺研究

针对烷烃高效脱氢过程中的高温能耗大、低温效率和选择 性差的问题,研究碳氢键活化机制,探索硼化物、非铬金属氧 化物等新催化体系,发展新型绿色高效低碳烷烃的脱氢催化材 料及工艺,实现催化性能接近当前工业铬系或铂系催化剂水平 发展基于化学链循环的低碳烷烃脱氢制烯烃催化体系，解决载 氧体稳定性和化学链流程技术等难题，实现丙烷脱氢制丙烯收 率不低于 30%、选择性不低于 90%。

5.3基于分子氧活化的烯烃环氧化催化研究
以烯烃绿色环氧化为目标，研究分子氧活化、烃的选择氧 化机制，创新分子氧活化-环氧化过程耦合概念，研制烯烃环 氧化催化新材料及新过程。开发以有机过氧化物为氧化剂的丙 烯环氧化新过程，丙烯转化率和环氧丙烷选择性均达 99%以 上；创制多功能催化材料复合体系，实现丙烯-氧气/氢气直接 选择氧化制环氧丙烷高效催化体系；发展具有构型选择性的氯 丙烯、环状烯烃等双氧水环氧化高效催化材料。

6.环境友好与碳循环的催化科学

6.1CO2电解制液体燃料与化学品研究*

针对 CO2 电催化还原产物选择性、生成速率、能量效率 与稳定性不足的挑战，发展高效CO2电还原催化材料和基于 膜电极的CO2电解器件系统集成技术，提高乙烯、乙醇等产 物选择性，探索气体扩散电极内部传质规律以提高其结构稳定 性，开展电解器件内部物料传输、反应压力与水热管理研究， 实现在大电流密度下C500mA/cm²) CO²电解系统高效稳定 运行。

6.2基于超分子调控的高分子聚合催化研究*
发展分子催化与超分子催化的集成技术，构建新型超分子

单体、超分子引发剂、超分子催化剂以及超分子调控试剂等。 开拓超分子催化剂辅助的可控/活性聚合新方法,实现对分子 量、序列、构型可控的精密功能高分子的制备,解决传统聚合 方法环境欠友好的相关难题。

6.3可循环高分子合成与废弃塑料回收催化体系的研究*
发展催化聚合和废弃塑料降解回收的新催化体系、新策略新理念和新方法,实现结构可控聚合物的创制和废弃塑料的化 学回收利用,实现高分子化学理论的新突破；发展新型聚合反 应与过程,创制新型可循环高分子材料,实现可再生单体的精 准聚合和单体高效回收,通过高分子物理和加工应用研究,实 现创制、应用和循环回收。

6.4氯乙烯合成绿色无汞催化剂研究
开发乙炔氢氯化反应合成氯乙烯的无汞催化剂。发展非贵金属 催化剂体系,提高现有非贵金属催化剂活性、选择性。阐明催 化剂详细反应路径和失活机理,并提出可行的催化剂再生和循 环使用方案。开辟PVC无汞生产新途径，实现催化剂生产过 程低成本、绿色环保、可再生。实现乙炔单程转化率大于 98%、 氯乙烯选择性大于99.5%、稳定运行大于1000小时。

7.青年科学家项目

7.1 水和生物质光、电重整制备高附加值化学品、燃料和氢气
探索面向光、电催化制氢技术的新型阳极替代反应，创制 生物质等可再生碳基资源分子转化的新催化剂和新反应过程， 揭示C-C和C-H等化学键选择性活化的规律，实现水和生物 质等可再生碳基资源分子光、电重整制备高值化学品、燃料和 氢气。

7.2高温电催化体系探索

基于高温下反应分子易活化、电化学超电势低与反应速率 快的优势，探索气/固界面上水、二氧化碳或甲烷等小分子转 化的高温电催化体系；组装高温电化学器件，解析电极基元反 应过程，阐明高温电催化反应机理。

7.3酶-金属协同催化体系研究

针对化学工业对催化剂在温和条件下兼具高效率和高选 择性的需求，利用酶-金属协同催化实现单一酶催化或者金属 催化难以驱动的重要反应，突破酶催化剂改造的生物学方法， 探索面向高效不对称合成的酶-金属协同催化新理论和新机制

7.4非贵金属电催化氢氧化催化剂研究

发展应用于碱性膜燃料电池的阳极非贵金属氢气氧化反应催化剂，揭示碱性条件下氢气氧化反应的催化机理，获得描 述材料结果与电催化性能之间的构效关系，实现在不使用贵金 属的情况下的氢气氧化的高效催化反应，为降低燃料电池成本 提供新思路和新策略。

7.5海水制氢催化研究

发展高效和高稳定性的直接海水制氢技术，重点进行高选 择性催化材料的合理设计与制备，抑制卤素阴离子及其他无机 离子的竞争反应，实现产氢和抑氯的高选择性催化转化。研究 和揭示催化剂的产氢和抑氯机理和催化剂稳定性增强机制，实现海水高效稳定制取氢燃料（过电位＜200 mV，电流＞1 A・cm^-2）

7.6电催化高效合成氨探索

针对传统合成氨高能耗的问题，开发系列单原子、团簇、 纳米等多尺度催化剂，探索高效电催化活化氮气制氨，并揭示 电催化活化氮气过程的反应机理。

7.7机械催化新概念和新方法探索

探索机械作用引起的介质极化导致的新颖催化理论和应 用、研究相关过程中液体-固体界面电子转移和能量传递的规律，及物理化学本质，实现能源转化和环境保护相关重要过程的高效催化反应。

参考地址：https://service.most.gov.cn/kjjh_tztg_all/20210209/4198.html