“小孔”造出“大世界”

團(tuán)隊(duì)研發(fā)有序介孔高分子材料并實(shí)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(xué)等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，目前已產(chǎn)生了顯著經(jīng)濟(jì)效益

    ■科技創(chuàng)新 教育力量·高校科技創(chuàng)新成果巡禮

“‘化’的甲骨文像兩個(gè)人相互背對(duì)著，一上一下，一正一反，形象地表達(dá)變化之意?！?/p>

“杜甫有詩(shī)云‘造化鐘神秀，陰陽(yáng)割昏曉’，用造化作為自然界的別稱，是多么的浪漫啊?！?/p>

……

結(jié)合甲骨文的字形和杜甫的詩(shī)句，中國(guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院院長(zhǎng)趙東元教授談起了他所從事的化學(xué)研究。在他看來(lái)，化學(xué)既是中心科學(xué)，也是一門合成的藝術(shù)，化學(xué)研究就是通過(guò)物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互變化，創(chuàng)造出世界上原本沒(méi)有的東西。

“化學(xué)家要充滿想象力，要有做探險(xiǎn)家的能力?！壁w東元自稱“造孔之人”，20多年來(lái)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)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(guān)成果被數(shù)十個(gè)國(guó)家和地區(qū)的千余家科研機(jī)構(gòu)跟蹤采用。

1998年，時(shí)年35歲的趙東元結(jié)束在美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校的博士后工作后，從美國(guó)洛杉磯直飛上海，選擇復(fù)旦大學(xué)作為職業(yè)生涯的新起點(diǎn)，開啟了對(duì)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。”趙東元介紹，介孔材料是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)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(gòu)，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(xué)等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2001年左右，介孔材料還局限于無(wú)機(jī)材料。趙東元突發(fā)奇想：能不能創(chuàng)造一種有機(jī)的介孔高分子材料，又軟又輕又好用，還能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中創(chuàng)造出非常高的價(jià)值？

為了攻克這個(gè)難題，趙東元組建科研團(tuán)隊(duì)，苦戰(zhàn)5年。在無(wú)數(shù)次的“亂撞”之后，團(tuán)隊(duì)終于迎來(lái)了突破性的進(jìn)展。

2005年，趙東元團(tuán)隊(duì)首次提出“有機(jī)—有機(jī)自組裝”的新思想，基于酚醛樹脂的揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝成功構(gòu)筑了有序介孔高分子材料。這項(xiàng)研究成果被國(guó)際同行評(píng)價(jià)為“首次發(fā)現(xiàn)”、介孔材料領(lǐng)域“里程碑式”和“先驅(qū)”的進(jìn)展等，至今已吸引60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的1500余家科研機(jī)構(gòu)跟蹤研究并效仿。

“化學(xué)是離工業(yè)最近的一門基礎(chǔ)學(xué)科，很多研究成果都能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化?！壁w東元介紹，基礎(chǔ)研究的突破，也為實(shí)際工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)了無(wú)限可能。

經(jīng)過(guò)不斷壓縮成本，趙東元團(tuán)隊(duì)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(guó)推廣后每年可增產(chǎn)約150萬(wàn)噸的高質(zhì)量油品；將介孔碳和介孔高分子噸級(jí)生產(chǎn)運(yùn)用于超級(jí)電容器，在北京奧運(yùn)會(huì)的LED路燈和上海世博會(huì)的電動(dòng)汽車上都得到了示范性應(yīng)用。

2021年11月3日，2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)評(píng)選結(jié)果揭曉。趙東元領(lǐng)銜，李偉、鄧勇輝、張凡等團(tuán)隊(duì)成員參與完成的“有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應(yīng)用”項(xiàng)目獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

如今，趙東元團(tuán)隊(duì)將介孔材料研究發(fā)展到了又一個(gè)新高度，其構(gòu)建過(guò)程包括從原子到分子，再到功能基元和器件的逐級(jí)組裝，為前沿交叉學(xué)科的發(fā)展提供新范式。此外，他們還將介孔材料廣泛應(yīng)用于催化、儲(chǔ)能、生物檢測(cè)、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(yù)國(guó)際的科學(xué)家，20多年來(lái)，趙東元一直堅(jiān)守教學(xué)一線，為本科生講授“普通化學(xué)”，多次被本科生、研究生評(píng)選為“我心目中的好老師”“我心目中的好導(dǎo)師”。

“我不僅悉心指導(dǎo)青年教師和學(xué)生開展研究，更注重教導(dǎo)青年人要真正熱愛科學(xué)研究，并在科學(xué)研究中為國(guó)家作貢獻(xiàn)?！壁w東元說(shuō)。

盡管化學(xué)領(lǐng)域的很多研究成果都能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，但在趙東元看來(lái)，基礎(chǔ)研究不能只考慮經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價(jià)值，還應(yīng)專注于提出問(wèn)題和回答問(wèn)題本身。

去年11月，復(fù)旦大學(xué)成立相輝研究院，趙東元受聘為首任院長(zhǎng)。研究院將聚焦攻關(guān)前瞻性、挑戰(zhàn)性、高價(jià)值的關(guān)鍵科學(xué)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(yíng)造寬容、開放、活躍、自由的學(xué)術(shù)環(huán)境。

“通過(guò)基礎(chǔ)研究，我們還在想象，隨心所欲地去創(chuàng)造‘孔’。”趙東元表示，他期待與更多科學(xué)家并肩努力、心無(wú)旁騖，“讓科學(xué)成為未來(lái)中國(guó)重要的文化基因，讓科學(xué)伴隨我們的夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)。”

《中國(guó)教育報(bào)》2024年06月20日第1版