前言

在寒冷的冬天里，一个热气腾腾、香甜可口的烤红薯，既是孩子们的最爱，又是多少成年人的童年记忆。正像古人所云：寒来愿向炉中烤，一捧丹心到汝家。

那么，质地较硬、甜味不明显的生红薯，经过火烤后发生变化甜味更加明显的原因是什么呢？其实，红薯中有一种叫作淀粉酶的物质，当红薯烤火受热时，这种淀粉酶能促进红薯中的主要成分淀粉分解和转化，使得红薯中具有甜味的糖分增加。随着火烤时间延长，红薯也就越来越甜。

类似这样的酶，在生物体中也普遍存在。我们人体从食物中吸取营养，也是通过从消化道分泌出的消化酶，将类似淀粉等的糖类、脂肪、蛋白质等营养素分解为易溶于水的小分子后，再由人体吸收的。生活中会有这样的体会：如果你将馒头在嘴里多嚼一会儿，就会感觉到甜味。这是因为，在口腔内分泌出来的淀粉酶的作用下，淀粉转变成了麦芽糖、蔗糖等具有甜味的糖类物质。

与生物化学变化中起神奇催化作用的酶类似，已有不少工业合成催化剂正改变着我们的生活。从衣食住行到卫生健康，从农业工业到军事国防，从环境保护到资源利用，从可持续发展到“双碳”战略，催化技术都伴随着我们，推动科技进步和社会发展。

在催化技术发展过程中，催化剂自身的形态和作用过程也在不断变化。多相催化、均相催化、手性催化、纳米催化、单原子催化等多种催化方式，都是从“催化黑箱”中衍生出的千姿百态、丰富多彩的催化大家族成员，它们利用催化作用，不断地为人类创造出奇迹。

笔者在读硕士研究生期间正逢我国改革开放初期的20世纪80年代，当时武汉地方政府正与法国方面进行“中法合资30万辆轿车”项目合作，笔者有幸参与了湖北省三效催化器配套的氧传感器研究项目。考虑到传统氧化锆固体电解质氧传感器成本等因素，最终将研究课题确定为“二氧化钛（TiO ₂ ）半导体氧传感器”，后来才知道TiO ₂ 是光催化剂中最经典的材料。从此与催化结下了不解之缘，研究环境催化和光催化也因此成为笔者的兴趣和生活中的一部分。现在回想起来，当时的硕士研究课题，更像是笔者科研人生的“催化剂”。

本书旨在通过通俗易懂的语言和生动的插图，深入浅出地将催化技术及其典型应用展示给读者。在撰写本书之前，笔者曾录制了5集科普视频课件《走进神奇的催化世界》（2020年度上海市“科技创新行动计划”科普专项），读者可在哔哩哔哩网站（简称B站）及上海交通大学出版社微博、微信公众号上搜索视频名称免费观看。

希望本书能够得到大小读者和朋友们的喜爱与支持，如果本书能给你带来阅读快乐并对催化作用产生一点兴趣，笔者便知足矣！

上官文峰
2023年2月于上海交大