“一个疯狂的想法，是革命性发现的必要条件。”
10月12日上午，第十六期“浦江科学大师讲坛”在复旦大学相辉堂举行。2021年诺贝尔化学奖得主、德国马克斯·普朗克煤炭研究所主任本亚明·利斯特（Benjamin List）以“催化美丽世界：给下一代的三个信息”为题，与上海市高校及中学师生代表面对面畅谈，聚焦有机催化前沿方向。
在地下室做火药，最终锚定催化
利斯特对化学的热爱始于青少年时期。
当时中学还没有开设化学课。13岁时，他在朋友家的地下室里建起了化学实验室，和朋友以“制作洗涤剂”的名义从药店买来材料，实际制作的却是火药。一次不小心失火，药店药剂师看到楼里冒出的烟雾，此后拒绝再卖给他们任何材料。
后来他了解到，“有机化学之父”尤斯图斯·冯·李比希（Justus von Liebig）在做学徒时也发生过类似的事情。与前人相似的经历，以及对化学的强烈兴趣，让这次失败的体验并没有改变利斯特想成为化学家的愿望。
在攻读化学博士学位期间，他研究的是维生素B12合成。他坦言，那三年的研究非常艰难，维生素B12是一种非常复杂的小分子，合成难度很大，三年间他每天夜以继日地研究。“如果不是因为我‘追寻热爱’，我很难坚持下去。”
后来，他把研究领域定在了催化。“我认为催化是所有科学中最为迷人的一部分，从原理上说，一个催化剂分子可以反复参与反应，促使成千上万个产物分子的生成，这正是催化的魔法所在。”
从脯氨酸出发，走向限域催化
自1900年以来，有9个诺贝尔化学奖都颁给了与金属催化有关的技术，但当时的人们都认为，催化剂要么是酶，要么就是金属。
1997年，利斯特开始在美国斯克利普斯研究所做博士后，研究抗体催化剂的机制。他发现了一个颠覆认知的事实：一种酶催化羟醛缩合反应，活性位点里没有金属，只有一个氨基和一个酸性基团。
“而一百多年来，化学界都认为催化剂需要金属。”利斯特看见了新的可能，决定尝试用氨基酸。
他找到了脯氨酸，一种人体自身就能合成、无毒、存在于所有植物中的简单分子，它不仅能催化羟醛反应，而且其催化机制与酶相同。这项技术后来被用于合成抗HIV药物达芦那韦。
2021年，他因“不对称有机催化”站在了瑞典斯德哥尔摩的领奖台上。
人工光合作用，能否改变世界？
“大家要有高远的目标，做一些真正有挑战的事情。”利斯特说。
他的团队正在做的研究之一，是人工光合作用。利斯特最初的想法很务实：设计一种化学反应，吸收光能，将水和二氧化碳转化为合成气，即一氧化碳和氢气的混合物，再通过费托合成（Fischer-Tropsch process）制造成燃料。合成气燃烧后生成二氧化碳，二氧化碳再转化回合成气，形成一个完美的循环。
然而问题很快显现：从空气中提取二氧化碳、再制造汽油，是一个艰难的过程，而且这个方案并不能解决气候变化。
于是，一个更大胆的想法诞生了：提取二氧化碳，用光和催化剂将其直接分解为氧气和石墨。
利斯特算了一笔账：将气态二氧化碳转化为固态石墨和氧气，每摩尔需要94千卡能量，植物光合作用每摩尔需要124千卡，比这个转化还多25%。换句话说，这个设想虽然疯狂，但并非不可能。
在利斯特的愿景里，这套人工光合作用将支撑起一套全新的化工产业。“我们将解决人类面临的三个紧迫的问题：可持续的化工产业、能源供给、气候变化。”
本报记者 李怡洁
本报实习记者 计张玥、刘雨涵
