中国科学院福建物质结构研究所“功能基元”研究团队

徐忠宁 姜小明 王明盛 郭国聪

徐光宪先生指出，结构与性能的定量关系规律是21世纪四大化学难题之一。2001年，中国科学院福建物质结构研究所团队负责人郭国聪率先提出“功能基元”的学术思想，以期突破此难题。国家自然科学基金委员会和中科院高度重视该学术思想，以其为科学问题和主题，先后立项了2项国家基金委重大研发计划项目和1项中科院B类先导专项。团队提出利用X射线衍射技术研究材料电子结构的研究方案，创新地解决电子结构精修模型的理论问题以及原位、高精度衍射数据收集的技术问题，获得国家重大科研仪器研制项目的资助，使功能基元研究从原子结构层次到电子结构层次的跨越，并首次从实验上研究了我过所发明的著名的LBO非线性光学（NLO）晶体在没有激光和有激光作用下的电子结构变化，揭示其NLO效应的内在起源，相关结果发表在Angew.Chem.Int.Ed.刊物上，被誉为“milestone progress”，有望实现诺贝尔化学奖和物理奖获得者Debye和Bragg教授分别在1915年和1922年提出的用X射线衍射技术研究材料电子结构的设想。

以功能基元学术思想为指导，团队成功地揭示了三种不同类型材料的功能基元及其效应协同关系，表明功能基元学术思想具有广泛的适用性，取得系列重要研究成果：（1）通过“发现-改造-利用”光致变色功能基元的研究思路，揭示光致变色机理、开拓材料新体系、强化性能、产生新应用。近15年，在该领域高影响期刊发表的原创性论文数量位居国际第6位、国内首位，其中电子转移型光致变色的研究论文排在国际首位。（2）采用功能基元的结构设计思路，突破了晶体材料大的NLO效应与高的激光损伤阈值难以兼得的瓶颈，发现并生长出大尺寸、高性能的中远红外NLO晶体—相Ga2S3，突破了2cm生长技术，切出高质量晶片并成功出光，获得2件授权美国专利和2件授权中国发明专利。（3）首次揭示了CO直接酯化的催化功能基元：原子级分散的孤立态Pd活性中心有利于生成碳酸二甲酯，而聚集态Pd活性中心则有利于生成草酸二甲酯，进一步研发出具有原创和国际领先水平的CO直接酯化制甲酸甲酯全流程工艺单管技术，已完成单管中试和10万吨级工业生产工艺包开发。该技术已获得10件授权美国和中国专利，经第三方评估作价3600万元并获投资方认可入股、企业投资5400万元，成立合资公司。

团队的研究特色是通过理论研究创新和仪器研制创新，带动技术难题的解决，形成成套技术，并应用于生产中，很好地实践了习近平总书记提出“把论文写在祖国的大地上”的号召。