造孔之術(shù)賦能微觀世界——探秘國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)“有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應(yīng)用”

　　“我們研發(fā)的介孔碳材料，1克的表面積可以達(dá)到3000平方米，2克就能鋪滿一個(gè)足球場(chǎng)?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授趙東元說(shuō)。

　　被國(guó)際同行認(rèn)為開拓了納米科學(xué)的新方向，引領(lǐng)了國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域研究和發(fā)展……11月3日，趙東元團(tuán)隊(duì)因在有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應(yīng)用上的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，獲得2020年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　在介孔材料的“無(wú)人區(qū)”插上中國(guó)旗幟

　　若說(shuō)起海綿、珊瑚、活性炭，你一定不陌生。它們的共同特點(diǎn)，就是身上排布著大量的孔洞。這些孔洞，意味著更大的比表面積、更低的密度、更好的滲透性和吸附性……

　　在微觀世界中，孔徑在2納米至50納米的介孔材料，自誕生以來(lái)便成為學(xué)界競(jìng)相研究的熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域。它所具備的一系列特性，在能源、健康、信息、環(huán)境等眾多行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　此前，國(guó)際化學(xué)界的相關(guān)研究都局限在容易合成的無(wú)機(jī)介孔材料上，而作為材料另一重要組成的高分子和碳能否實(shí)現(xiàn)“造孔”，一直是鮮有人問(wèn)津的“無(wú)人區(qū)”。

　　經(jīng)過(guò)大膽想象和辛苦鉆研，趙東元團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制，被國(guó)際同行認(rèn)為是介孔材料領(lǐng)域“里程碑式”和“先驅(qū)性”的進(jìn)展。

　　近20年時(shí)間，趙東元團(tuán)隊(duì)提出的有機(jī)—有機(jī)自組裝思想及產(chǎn)生的介孔高分子和碳材料已被60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的1500余家科研機(jī)構(gòu)采用和研究，引領(lǐng)了國(guó)際介孔材料領(lǐng)域的發(fā)展。

　　“把研究真正用在國(guó)家需要的地方?！被谶@一研究，趙東元團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作，向材料合成、催化、儲(chǔ)能等多方向持續(xù)突破，在能源轉(zhuǎn)化、電子器件、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域產(chǎn)生了一批重要應(yīng)用成果——

　　將渣油和重質(zhì)油進(jìn)一步催化裂化為輕質(zhì)油，中石化56萬(wàn)噸級(jí)的中試裝置運(yùn)行3年效果顯著；采用介孔材料制作的印刷電路板，絕緣性提高近50%，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了每年千噸級(jí)生產(chǎn)；靶向藥物和不對(duì)稱藥物合成的介孔催化劑也已被開發(fā)出來(lái)……

　　創(chuàng)新是從錨定方向到靈光一閃

　　“別人都做無(wú)機(jī)，我們能不能做有機(jī)？既然原理一樣，一定可以做出來(lái)?！?0年前，閃現(xiàn)在趙東元腦海的這個(gè)問(wèn)題，成為一切的開端。

　　趙東元把這個(gè)想法稱為“拍腦袋的科學(xué)幻想”。那時(shí)，他剛剛結(jié)束在美國(guó)的博士后工作，回國(guó)進(jìn)入復(fù)旦大學(xué)任教，一門心思要在祖國(guó)大地上做自己最喜歡的科研。

　　相比于更易控制的無(wú)機(jī)介孔材料，有機(jī)高分子和碳材料有著輕質(zhì)、柔軟、易加工等優(yōu)勢(shì)，但其合成過(guò)程步驟多、難度大，復(fù)雜程度讓國(guó)內(nèi)外材料學(xué)家們束手無(wú)策。

　　招學(xué)生、組團(tuán)隊(duì)，提想法、做試驗(yàn)。將近3年過(guò)去，記錄下的是一次次失敗。“就像是在一個(gè)黑箱子里亂撞?！钡詈竦膶W(xué)科積累和敏銳的洞察力讓趙東元無(wú)比堅(jiān)定，“實(shí)驗(yàn)科學(xué)就是需要不斷探索，不斷去試?！?/p>

　　轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生于團(tuán)隊(duì)的一個(gè)“腦洞”：能不能讓復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，把合成過(guò)程拆分，分步組裝？循著這個(gè)思路，團(tuán)隊(duì)從酚醛樹脂這一古老的高分子入手，開啟新一輪試驗(yàn)。

　　趙東元至今還清晰記得，2003年一個(gè)深夜那通突然的來(lái)電。電話那頭是學(xué)生顧棟激動(dòng)的聲音：形成有序介孔了！

　　科學(xué)的大門一旦開啟，便一通百通。有序高分子和介孔碳成功合成后，團(tuán)隊(duì)繼續(xù)提出了有機(jī)—有機(jī)自組裝思想，建立了系統(tǒng)的合成方法，創(chuàng)制了一系列全新的有序介孔高分子和碳材料……

　　十多年來(lái)，趙東元團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的19種新型介孔材料，全部以 FDU(復(fù)旦大學(xué))命名。這些新型介孔材料已經(jīng)進(jìn)行了千噸級(jí)生產(chǎn)，為國(guó)內(nèi)外研究單位提供實(shí)驗(yàn)試劑，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　癡迷科研 他想為萬(wàn)物“造孔”

　　44歲就當(dāng)選中科院院士，在介孔材料領(lǐng)域發(fā)表論文及引用率世界領(lǐng)先……趙東元把榮譽(yù)和光環(huán)看得很淡，談到科研時(shí)，卻永遠(yuǎn)眼里閃著光。

　　“大膽去想，嚴(yán)謹(jǐn)求證。基礎(chǔ)研究的魅力就是創(chuàng)新，一做出好結(jié)果就高興！”在介孔材料領(lǐng)域“泡”了30多年，他身上的那股勁頭和熱情一如昨日。

　　在趙東元眼中，世界就像一個(gè)巨大的“造孔”實(shí)驗(yàn)室。一次，陪孩子去樂(lè)高世界玩，那些漂亮生動(dòng)的組裝構(gòu)件，又在趙東元的腦中激起了水花：在微觀世界，能不能也用各種功能基元搭建形成孔洞？由此，他又開辟出了一個(gè)新的研究方向。

　　趙東元說(shuō)，基礎(chǔ)研究最需要投入和專注，但不是一定要坐在桌前埋頭苦思，“當(dāng)你真正沉浸其中，日常生活中任何事物都可以成為科學(xué)創(chuàng)造的靈感?！?/p>

　　“我總是看到任何一個(gè)東西都在想‘能不能造孔’？這已經(jīng)成了職業(yè)病。我真想把萬(wàn)物都造成孔，賦予它們更多的功能！”沉浸在暢想中，趙東元的語(yǔ)氣興奮起來(lái)。

　　“我跟隨趙老師這14年里，他一直帶著我們不斷創(chuàng)新?！眻F(tuán)隊(duì)成員、復(fù)旦大學(xué)教授李偉說(shuō)，接下來(lái)，他們將繼續(xù)探索海水發(fā)電、介孔液體材料等領(lǐng)域，“也許在不久的將來(lái)，介孔液體材料作為石油催化劑可以注入地下實(shí)現(xiàn)高效催化，抽出來(lái)的就是汽柴油?；蚴亲龀山^熱材料，薄薄涂在身上，就能實(shí)現(xiàn)夏天隔熱、冬天保溫?！保ㄓ浾?溫競(jìng)?cè)A、董雪）

　　轉(zhuǎn)自：新華社

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