诺贝尔化学奖得主利斯特：不认为AI是人类最重要的技术，催化才是

多基础科学成果重塑了世界，成为维系所有人生活的基石，并很可能将继续引发颠覆，比如化学催化剂。

在10月12日举办的复旦大学第十六期“浦江科学大师讲坛”上，2021年诺贝尔化学奖得主、中国科学院外籍院士、德国国家科学院院士、德国马克斯·普朗克煤炭研究所主任本亚明·利斯特（Benjamin List）教授发表专题演讲，深入剖析了催化科学在人类文明进程中的战略地位、微观分子限域催化的颠覆性突破，以及面向未来碳中和的革命性科研构想。

2021年诺贝尔化学奖得主本亚明·利斯特（Benjamin List）在复旦发表演讲。图片由主办方提供

利斯特指出，从打破百年金属依赖的有机催化，到逼近生物酶极限的“限域催化”，再到以太阳能将二氧化碳直接分解为固态碳和氧气的终极假想，现代化学正通过对微观分子的控制，从底层重构整个物质世界的生产范式。

最重要的技术

虽然现在很多人都在谈论AI，但利斯特认为催化才是人类最重要的技术。

“AI只能做前人做过的事情，要做前人没有做过的事情，挑战很大。”利斯特指出，催化领域的革命不少都是前所未有的突破，而这些成果极大地帮助了人类的生存。

他回顾道，正是哈伯-博施（Haber-Bosch）合成氨催化技术的诞生，让人类得以从空气中提取氮气制备化肥，直接使全球农业产量成倍跃升，“养活了无数人”。而在能源与材料领域，从早期将煤炭转化为燃料的“费托合成”（Fischer-Tropsch），到年处理量超10亿吨的石油重整与裂化，再到定义了现代物质生活的聚烯烃等塑料高分子，现代社会的食品、交通、航运、医药乃至电子设备的物理外壳，无一不是建立在催化反应的高效转化之上。

利斯特自己的诺奖研究，也是从一个少有人问津的方向开始。在过去一个世纪里，化学界普遍认为高效催化必须依赖昂贵、稀缺且往往具有环境毒性的金属元素。而利斯特观察到，生物体无须借由严苛的重金属就能在温和的常温水相中精准运转极其复杂的生命合成。

他大胆跳出了金属催化的百年藩篱，证明了人体内部天然存在、唾手可得且完全无毒的小分子氨基酸——脯氨酸，同样能够高选择性地催化有机化学中最为核心的羟醛反应。

这一被命名为“不对称有机催化”的全新范式，不仅终结了金属垄断催化的历史，更迅速在全球医药产业掀起浪潮，直接促成了包括抗艾滋病药物在内的诸多关键新药的大规模合成，挽救了数百万人的生命。

颠覆产业

获得诺贝尔奖往往被视为科学探索的巅峰，但在利斯特看来，现有的有机催化技术与大自然历经数十亿年演化出的催化效率相比，依然只是沧海一粟。

为了彻底攻克复杂分子制造中的立体异构控制难题，利斯特团队近年来正将前沿研究推向一个更具革命性的领域——限域催化（Confinement Catalysis）。

利斯特指出，自然界的天然酶之所以具有惊人的转化速率与近乎完美的专一性，核心在于其庞大的蛋白质骨架在活性中心外围构建起了一座精密的微观“空间口袋”。受此启发，利斯特所在的马克斯·普朗克煤炭研究所研发出全新的分子平台，人工合成了具有特殊三维中空微环境的限域有机催化剂。

这种限域催化剂不仅能在微观尺度上模拟酶的限域效应，更展现出天然酶难以企及的物理化学耐受性。它们不仅反应活性极高，而且具备强酸性，能够在极其严苛的强酸、强碱反应体系中稳定发挥作用。

这种模拟自然却超越自然的能力，正在带来颠覆性的工业效能。利斯特介绍，在其团队研发的全新限域催化反应中，催化剂的用量被压缩到极微量水平，几乎比肩天然酶的表现。仅仅使用1公斤该类限域催化剂，就足以高效生产出高达388吨的高附加值产物。这种转化效率意味着未来医药与精细化工的生产能耗、副产物和环境负担有希望发生数量级的骤降。

利斯特认为，这项技术将重塑很多产业。他提到，长期以来，顶级香水行业极其依赖从抹香鲸肠道排泄物中提取的龙涎香，其天然形成的香氛核心分子在国际市场上单块售价动辄数百万美元。而利斯特团队利用人工设计的限域仿酶催化体系，仅需温和廉价的起始原料，就能以极高的立体选择性合成出与天然龙涎香完全相同的香氛分子。

把二氧化碳直接分解为固态碳

人类正面临碳排放与气候变化的严峻挑战，而催化研究的突破也可能提供最彻底的解决方案。

通过化学反应将二氧化碳转化为别的产物，是应对碳排放问题的一个主要思路。目前工业界与学术界主流的做法是尝试利用太阳能将二氧化碳和水转化为甲醇、一氧化碳或烷烃等合成燃料。

利斯特认为，这种传统路线在逻辑上难以彻底解决气候危机。一方面其能源转化效率极低，更关键的是，人类辛辛苦苦捕集二氧化碳合成的液态燃油，一旦在飞机、汽车中再次燃烧，依然会以千兆吨级的体量重新释放回大气，整个碳循环依然处于脆弱的闭环甚至过载状态，无法扭转全球变暖的趋势。

在演讲中，利斯特抛出了一个“连高中生都能想到”却被可能会视为“疯狂”的方案：利用阳光与催化剂，将二氧化碳直接分解为纯净的氧气与固态碳。

“用德国人的方式来说，‘一个疯狂的想法是改变世界的基本条件’。当然，这些想法可能没有那么疯狂。”他说。

利斯特指出，将一摩尔二氧化碳分解为固态碳和氧气，在理论上大约需要吸收94.2千焦的能量，这一热力学能级并不如外界想象的那样不可逾越，太阳光所蕴含的庞大光能完全具备支撑该反应的理论潜力。

如果这一催化反应能在实验室及工业规模上取得突破，全球重化工产业将彻底告别对化石煤炭开采的依赖，直接在空气中“捕获固态碳”作为工业原料，同时向大气层稳定回输纯净的氧气，全球碳中和的底层叙事将因此被彻底重构。

“我知道这是一个非常非常困难的问题，但一旦能解决的话，能带来非常美丽的世界。”利斯特表示，为了攻克这个挑战性十足的大问题，马克斯·普朗克煤炭研究所已经为其团队提供了巨额经费支持。

在利斯特看来，从早年追随热爱探索氨基酸催化，到如今向终极的人造碳氧循环发起冲击，科学探索的本质就在于挣脱既有认知的引力场，做前人未曾做过之事，而其关键在于对所做之事的热爱。

“为了能够实现远大目标，必须热爱所做的事情。”他说。

来源：澎湃新闻