费托合成，一氧化碳低温氧化，选择性加氢……这些古老的过程为人们熟悉或者已经工业化了，但其中重要催化反应机理成为世界理论催化领域著名的“百年难题”。

    “30年前，我曾经憧憬着自己如果一生中能解决两到三个百年催化难题，那就是开心‘做梦’，30年后，我和研究团队解决的难题已远远超出梦想中的数目”，国家“千人计划”专家、华东理工大学特聘教授胡培君教授在近日举行的化学反应与催化前沿国际研讨会上如是说。

    是什么样的难题需要十年，甚至几十年才能解决？带着这个疑问记者采访了胡培君。

    奠基：挑战百年催化反应机理难题

    在计算化学产生以前，由于催化剂表面结构复杂而表面分析手段有限，催化反应过程的研究极为困难，催化剂研究和制备只能依靠实验试错进行，因此被称作是“黑箱艺术”。

    以密度泛函理论为基础的计算化学的产生不仅解决了化学领域的一些经典科学问题，发现了新的规律，也大大提高了催化剂应用研究的效率。而胡培君就是该领域有着重要影响的学术带头人。根据这一理论，胡培君研究组创立了高效的反应过渡态计算新方法，在国际上首次实现了固体表面催化基元反应的计算，并描绘了表面反应的原子尺度图像。

    “我们通过大量理论计算，为物质结构、反应位点及历程提供清晰图像。这些机理的揭示，有助于相似反应的类推，为更多的研究打开突破口”，胡培君说。

    从1999到2003年，诺贝尔化学奖得主G. Ertl在他许多的国际大会报告中大量引述胡培君的工作。一个共识是：密度泛函理论计算孕育了现代理论催化。自此，理论和实验以计算模拟为桥梁，互相渗透，协同解决化学问题，成为当前国际上化学基础与应用研究上的一个重要趋势。

    成功解决了有关非均相催化基元反应方面的量子力学计算问题、在结合化学势和传统反应动力学的基础上建立一个新的动力学理论、发现反应活性位的基本规律并提出推测反应活性位的理论架构、针对催化领域BEP关系作出开创性工作、预测创制新型高效催化剂……作为学术带头人，胡培君与他的团队在理论催化中几乎所有重要的领域里均作出了关键性的贡献。

    应用：冲破巨匠质疑领先国际前沿

    净化汽车尾气及光解水等关于能源与环境的问题，同样离不开催化剂的理论指导。在从事基础研究的同时，胡培君也积极推广技术应用，将密度泛函理论与实践相结合。

    走进华理计算化学中心，完全没有化学气味，就像IT公司的实验室，取代瓶瓶罐罐的是计算机与服务器。问及原因，胡教授介绍，他们提出了一个“化学势动力学”理论，建立了理论模型，用理论推导得出的“吸附能”关键指标，对不同物质的海量数据进行“海选”。

    在目前染料敏化太阳能电池中，铂，也就是白金，常作为电极催化材料被广泛使用。胡培君率领团队基于微观层面的量子力学，竟“算”出可以用铁锈替代白金，有望大大降低太阳能应用成本，目前这一新成果正在加速转化。在这一新兴领域，胡培君团队还在通过计算机设计新型催化剂，包括用于大宗化工品的节能低毒催化剂。

    他还曾针对加氢反应利用计算方法开发了一种新型催化剂。一家英国公司本需要一百多个大气压的工业装置，通过使用该催化剂，可减少八十个大气压对工业装置的要求。没有使用传统的试错法，胡培君仅通过理论计算的虚拟环节便可排除大量不合格的催化剂架构，最终再于实验室合成最好的催化剂。这种新方法大大降低了失败的可能性，减少了实验成本。

    每一次挑战都有着不俗的收获，艰辛的过程伴随着喜悦。胡培君笑道：“我也有时选择一些不合适的课题。但是在解决问题过程中，往往会有新的想法迸发，让视野更宽广。科研工作于我而言，每天都是新鲜的体验，我从未觉得枯燥，反而更享受这一过程。”他认为，在未来5到10年间，计算化学的科学价值还将进一步放大，中国在这一领域的水平正在迅速提高。

    内在痴迷科研，外在从容不迫。胡培君教授始终以创新的姿态走在科学前沿。