“小孔”造出“大世界”

團隊研發(fā)有序介孔高分子材料并實現(xiàn)大規(guī)模制備，研究成果在大分子催化、吸附與分離、納米組裝及生物化學等眾多領域具有廣泛的應用前景，目前已產(chǎn)生了顯著經(jīng)濟效益

    ■科技創(chuàng)新 教育力量·高?？萍紕?chuàng)新成果巡禮

“‘化’的甲骨文像兩個人相互背對著，一上一下，一正一反，形象地表達變化之意?！?/p>

“杜甫有詩云‘造化鐘神秀，陰陽割昏曉’，用造化作為自然界的別稱，是多么的浪漫啊。”

……

結(jié)合甲骨文的字形和杜甫的詩句，中國科學院院士、復旦大學化學與材料學院院長趙東元教授談起了他所從事的化學研究。在他看來，化學既是中心科學，也是一門合成的藝術，化學研究就是通過物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互變化，創(chuàng)造出世界上原本沒有的東西。

“化學家要充滿想象力，要有做探險家的能力?！壁w東元自稱“造孔之人”，20多年來，他帶領團隊專注功能介孔材料研究，提出并發(fā)展了多種介孔材料的合成方法，創(chuàng)制出一系列全新的介孔材料，相關成果被數(shù)十個國家和地區(qū)的千余家科研機構跟蹤采用。

1998年，時年35歲的趙東元結(jié)束在美國加州大學圣芭芭拉分校的博士后工作后，從美國洛杉磯直飛上海，選擇復旦大學作為職業(yè)生涯的新起點，開啟了對功能介孔材料創(chuàng)制與合成的研究。

“介孔材料是一種多孔材料，孔徑在2—50納米。而功能化介孔材料，是將介孔材料改性從而使其具有不同的功能?！壁w東元介紹，介孔材料是20世紀發(fā)展起來的嶄新的材料體系，具有規(guī)則排列、大小可調(diào)的孔道結(jié)構，極高的比表面積和大的吸附容量，在大分子催化、吸附與分離、納米組裝及生物化學等眾多領域具有廣泛的應用前景。

2001年左右，介孔材料還局限于無機材料。趙東元突發(fā)奇想：能不能創(chuàng)造一種有機的介孔高分子材料，又軟又輕又好用，還能在國民經(jīng)濟中創(chuàng)造出非常高的價值？

為了攻克這個難題，趙東元組建科研團隊，苦戰(zhàn)5年。在無數(shù)次的“亂撞”之后，團隊終于迎來了突破性的進展。

2005年，趙東元團隊首次提出“有機—有機自組裝”的新思想，基于酚醛樹脂的揮發(fā)誘導自組裝成功構筑了有序介孔高分子材料。這項研究成果被國際同行評價為“首次發(fā)現(xiàn)”、介孔材料領域“里程碑式”和“先驅(qū)”的進展等，至今已吸引60多個國家和地區(qū)的1500余家科研機構跟蹤研究并效仿。

“化學是離工業(yè)最近的一門基礎學科，很多研究成果都能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化?！壁w東元介紹，基礎研究的突破，也為實際工業(yè)應用帶來了無限可能。

經(jīng)過不斷壓縮成本，趙東元團隊將科研成果投入工業(yè)化生產(chǎn)，開展介孔材料的大規(guī)模制備。比如，將介孔材料作為催化劑使用，能大大提高重油轉(zhuǎn)化效率，全國推廣后每年可增產(chǎn)約150萬噸的高質(zhì)量油品；將介孔碳和介孔高分子噸級生產(chǎn)運用于超級電容器，在北京奧運會的LED路燈和上海世博會的電動汽車上都得到了示范性應用。

2021年11月3日，2020年度國家科學技術獎評選結(jié)果揭曉。趙東元領銜，李偉、鄧勇輝、張凡等團隊成員參與完成的“有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應用”項目獲國家自然科學獎一等獎。

如今，趙東元團隊將介孔材料研究發(fā)展到了又一個新高度，其構建過程包括從原子到分子，再到功能基元和器件的逐級組裝，為前沿交叉學科的發(fā)展提供新范式。此外，他們還將介孔材料廣泛應用于催化、儲能、生物檢測、化妝品、水處理、電子材料等諸多方面，創(chuàng)造出20種新型功能介孔材料。

從一名年輕的科研人員到享譽國際的科學家，20多年來，趙東元一直堅守教學一線，為本科生講授“普通化學”，多次被本科生、研究生評選為“我心目中的好老師”“我心目中的好導師”。

“我不僅悉心指導青年教師和學生開展研究，更注重教導青年人要真正熱愛科學研究，并在科學研究中為國家作貢獻。”趙東元說。

盡管化學領域的很多研究成果都能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，但在趙東元看來，基礎研究不能只考慮經(jīng)濟效益和應用價值，還應專注于提出問題和回答問題本身。

去年11月，復旦大學成立相輝研究院，趙東元受聘為首任院長。研究院將聚焦攻關前瞻性、挑戰(zhàn)性、高價值的關鍵科學難題，5—10年不考核，為人才“十年磨一劍”提供制度保障，著力營造寬容、開放、活躍、自由的學術環(huán)境。

“通過基礎研究，我們還在想象，隨心所欲地去創(chuàng)造‘孔’?！壁w東元表示，他期待與更多科學家并肩努力、心無旁騖，“讓科學成為未來中國重要的文化基因，讓科學伴隨我們的夢想實現(xiàn)?！?/p>

《中國教育報》2024年06月20日第1版