北京怀柔科学城发布重磅成果！其中一项拓展麦克斯韦方程去年9月才整建制搬迁至怀柔科

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去年9月才整建制搬迁至怀柔科学城的中国科学院北京纳米能源与系统研究所，已经在这片孕育原始创新的土壤上结出硕果。1月13日，中科院纳米能源所举办重磅成果发布会，发布了由所长、首席科学家王中林院士领衔研发的两项重磅科研成果。两项成果一项是对经典物理理论麦克斯韦方程组进行了修正拓展，引入速度项提出了更完善的“计算公式”；另一项则是在现有三大类催化剂之外，提出了接触电致催化这一全新的催化机制，将催化剂拓展至化学惰性材料，或将在碳中和、污水处理、制氢、医药合成等多领域应用。
英国物理学家麦克斯韦建立的方程组将电学、磁学和光学统一起来，在历史上实现了经典物理学领域的一次大一统，因此，麦克斯韦方程组被认为是物理学最伟大、辉煌的成就之一。不过，这一经典理论方程组也存在着不足，那就是缺乏对运动介质的描述。“如果介质是运动的，比如高速运动的飞机、火车等，这个方程将不能严格成立。”王中林院士解释。针对这一不足，他带领团队进行了多年研究和实验验证，成功将速度项加入了麦克斯韦方程组，修正和拓展出了更加完善的“计算公式” ，相关成果已在近期发表于国际学术期刊《Materials Today》，成为中国科研机构对经典物理学基础理论创新作出的一次重要贡献。
拓展麦克斯韦方程组有何意义？这意味着利用它将能够更加精准地计算高速运行物体的相关电磁学特性。王中林院士举例：“以往，我们乘坐高铁时会觉得手机信号时好时坏，非常不稳定，这就与无法精准探测高速运动物体与电磁波的相互作用有关。”而有了拓展后的方程组，将能够探测高速运行的高铁、飞机、导弹，甚至星球运行等等，解决高速运动目标与电磁波相互作用、散射电磁波探测和目标特征精确提取等难题。不仅如此，这一成果未来还将在雷达、天线、航空、航天和军事等需要无线通讯的领域具有巨大的潜在应用前景。
除了这一基础物理理论的重磅成果，当天还发布了另一项科研成果——接触电致催化机制。从古人利用酵素酿酒制醋，到工业革命初期人们用铅室法制硫酸，再到如今的化工产品85%都离不开催化反应，催化反应可谓贯穿了人类发展历史，与生活息息相关。
当前，催化剂按种类可分为金属基催化剂、生物基催化剂和有机小分子三类。而此次王中林院士和唐伟研究员所提出的，是一种全新的催化机制及取材更广的催化剂。其利用的是材料间普遍存在的接触起电引起的电子转移，作为催化反应的核心，促进化学反应的进行。
谈及这种催化机制的优势，王中林分析，材料间通过接触摩擦起电非常常见，而且可选择的材料非常多，这意味着应用这种催化机制可能会具有操作性强、成本更低、污染更少、催化材料更容易与生成物分离等诸多优势。他进一步举例，比如在污水处理领域，目前采用的催化剂在处理污水后面临催化剂的分离难题，否则可能会造成二次污染。但运用接触电致催化，可以选择更加环保、易分离的材料来达到催化降解目的。
除了污水处理，制氢、医药合成、二氧化碳捕集等诸多领域都可能应用到接触电致催化这一新机制。“这些也是我们下一步的攻关方向，接触电致催化的很多应用将助力‘双碳’目标的实现。”王中林说。
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