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海南这片“实验田”，有点特别

分析材料性能、搭建模型、整理数据……经过一个个虚拟实验，在团队成员的共同努力下，吴道雄等人在甲烷转化为甲醇的实验中取得新突破。

在海南大学海洋科学与工程学院实验室，由20台电脑组成的高性能计算机集群正在“嗡嗡”运行。别看这些机器外观笨重，它的性能却远超普通电脑。在海南大学海洋科学与工程学院吴道雄副研究员眼中，它是最重要的工作伙伴。 只需用自己的办公电脑连接高性能计算机集群，吴道雄就可随时随地进行虚拟实验，分析材料性能、搭建模型、整理数据……经过一个个虚拟实验，在团队成员的共同努力下，吴道雄等人在甲烷转化为甲醇的实验中取得新突破。 <img src="https://cmsimg.peopledigital.com.cn/2024/04/01/51623043-f132-4ca3-b169-e965a1049ee3.png" alt="640 (3).png"> 近日，《Nature Communications》（《自然-通讯》）发表题为《Regulating Au coverage for the direct oxidation of methane to methanol》（《调节金钯催化剂表面金原子覆盖率实现甲烷直接氧化制甲醇》）的研究论文。吴道雄为论文共同第一作者之一。该研究论文的发表标志着吴道雄等人的相关研究得到国际学术界认可。 “我们采用简便的电位置换法调控了超薄PdxAuy纳米片上金原子的覆盖率，并发现其甲烷直接氧化制甲醇性能与金原子覆盖率之间存在火山型性能-结构关系。”吴道雄表示，研究成果的取得凝聚了团队各位成员的智慧和辛劳。 “在温和条件下将甲烷转化为甲醇的关键在于高性能催化剂的研发，我们要找到影响催化反应的关键因素是什么，需要大量实验。”吴道雄介绍，其中，他主要负责虚拟实验部分。常规的实验探索周期长，通过模拟实验，可以大大缩短实验时间。即便如此，在以上研究中，吴道雄也用了1年多的时间进行虚拟实验，才明确了关键因素。 为何要进行甲烷转化为甲醇的相关研究？吴道雄这样解释： 甲烷是可燃冰、天然气和页岩气的主要成分，它不仅可以直接作为清洁燃料，还是重要的化工原料。然而，气态的甲烷提取、运输和存储困难，且对环境危害大。相对而言，液态的甲醇更易于保存和运输，且更清洁。但是，目前，甲烷转化为甲醇则需要高温、高压等复杂工艺。因此，在温和条件下实现甲烷分子碳氢键的活化及定向转化，被看作是催化领域的“圣杯”，数十年来一直处于学术和工业研究的前沿。 “科学研发要服务于生产生活实际。”吴道雄说，南海有丰富的天然气资源，他们希望通过开发高效的催化剂材料在接近室温下实现甲烷转化为甲醇，服务于海南清洁能源产业发展。 海水制氢项目也是吴道雄所在的田新龙教授团队目前的研究重点之一。 “海南海洋可再生能源非常丰富，如海上风电、光伏、潮汐能等，将这些能源应用于直接电解海水制氢是规模化绿氢制取、助推氢能发展的一个重要途径，然而仍面临着许多挑战。”他表示，在海水制氢相关研究中，超级计算机的作用依然至关重要。“在超级计算机中模拟化学反应过程，团队能快速地筛选实验材料，减少实验种类和次数。”他表示。 <img src="https://cmsimg.peopledigital.com.cn/2024/04/01/edc71e19-4ce1-4665-953b-aa16dc6d53cc.png" alt="640 (4).png"> 吴道雄与科研人员正在探讨 超级计算机集群与普通电脑有何不同？缘何可以进行虚拟实验？ 普通电脑的CPU只有8核或16核，高性能计算机集群有多达几千个CPU核心。“有时我们进行更加复杂的计算，要去超算中心，超算中心的计算机有上万个核心，甚至几十万个核心。”他表示，面对复杂的计算和实验，“脑容量”小的个人电脑“思考”速度慢，不能处理比较复杂的化学反应过程。“脑容量”更大的超级计算机则计算速度快、计算能力强。 即便拥有“超强”大脑，面对烦琐的计算任务，超级计算机也要昼夜工作，因此超级计算机常年不休息。为了防止计算机死机，更好地保持性能，要用空调为其降温。 吴道雄说，在新技术迭代产生的科技时代，他将深耕“计算机虚拟实验田”，不断加强学习，提升自己，掌握新技术，并坚持从实际中来到实际中去，为海南产业发展、人民生活水平提升贡献力量。