趙東元 本文圖片均為復(fù)旦大學(xué)供圖

“但凡看到材料，我都想把它打成孔。”

這一句看似玩笑話，卻是趙東元23年來的堅(jiān)持，他的科研生涯始終專注功能介孔材料研究。2021年11月3日國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)公布。中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授趙東元、教授李偉等完成的《有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應(yīng)用》項(xiàng)目，原創(chuàng)性提出了有機(jī)-有機(jī)自組裝思想，創(chuàng)制了有序功能介孔高分子和碳材料，揭示了介孔獨(dú)特的物質(zhì)輸運(yùn)和界面反應(yīng)規(guī)律，獲得自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。這也是18年來上海再次獲得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

“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)及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。北京奧運(yùn)會(huì)的LED路燈和上海世博會(huì)電動(dòng)汽車，都運(yùn)用了趙東元團(tuán)隊(duì)的科研成果。

1998年，35歲的趙東元結(jié)束了在美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校的博士后工作，從美國洛杉磯直飛上海。在幾家國內(nèi)頂尖高校中選擇復(fù)旦，趙東元經(jīng)過了一番深思熟慮。“我就要開始帶課題組做研究了，要從一個(gè)‘運(yùn)動(dòng)員’轉(zhuǎn)變?yōu)椤叹殹耍欢ㄒヒ粋€(gè)好的單位。”而“好的單位”，在他看來，關(guān)鍵在于有好的科研環(huán)境——教授水平要高，學(xué)生要優(yōu)秀。

1980年，趙東元在吉林大學(xué)讀本科。 

在復(fù)旦，趙東元取得一系列創(chuàng)新研究成果，從一名年輕的科研人員成長(zhǎng)為享譽(yù)國際的科學(xué)家——2000年獲國家自然科學(xué)基金委員會(huì)杰出青年基金，2000年獲教育部“長(zhǎng)江學(xué)者”特聘教授稱號(hào)，2004年獲得國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，2007年44歲的他當(dāng)選為中國科學(xué)院院士......

從無機(jī)材料到有機(jī)材料，從無孔材料到多孔材料，趙東元和團(tuán)隊(duì)走過了最“寂寞”的理論論證階段，跨過了熱血的材料設(shè)計(jì)，如今他們計(jì)劃著讓這些新材料走向最需要它們的地方。

“像是在黑箱子里亂轉(zhuǎn)”

1998年，復(fù)旦大學(xué)為這位引進(jìn)人才提供了3萬元科研經(jīng)費(fèi)。趙東元買了一臺(tái)電腦，很快坐進(jìn)簡(jiǎn)陋的催化樓辦公室，寫起研究計(jì)劃。

之后他便帶著5名本科生，開始了對(duì)功能介孔材料創(chuàng)制和合成的研究。

2000年，趙東元在復(fù)旦大學(xué)邯鄲校區(qū)化學(xué)西樓。

20年前，整個(gè)介孔材料都局限于無機(jī)材料。趙東元突發(fā)奇想：做了這么多無機(jī)介孔材料，能不能創(chuàng)造一種有機(jī)的高分子材料，又軟又輕又好用，還能在國民經(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。

回顧整個(gè)過程，趙東元感慨，實(shí)驗(yàn)之所以難，是因?yàn)椤爱愊胩扉_”，“整個(gè)合成過程非常復(fù)雜，就像是在一個(gè)黑箱子里亂撞。”前四年多時(shí)間，團(tuán)隊(duì)走了很多彎路，進(jìn)展緩慢。

轉(zhuǎn)機(jī)來自一位復(fù)旦轉(zhuǎn)專業(yè)本科生。2002年，高考未能被第一志愿錄取的歷史系學(xué)生顧棟，申請(qǐng)轉(zhuǎn)到化學(xué)系，后選擇趙東元作為本科生導(dǎo)師，開始在實(shí)驗(yàn)室參與一些研究工作，未曾想到，他用一種反常規(guī)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到一組非常漂亮的數(shù)據(jù)。

“顧棟非常聰明，他提出把高分子先聚再合成的做法，一下子把步驟從5個(gè)簡(jiǎn)化成2個(gè)。”趙東元在學(xué)生的啟發(fā)下打開了思路。接下來兩個(gè)月，大家緊鑼密鼓調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)、測(cè)試分析，年底就基本得到了所有數(shù)據(jù)。

趙東元正在給本科生上課。

2005年，趙東元在《德國應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表文章，在有機(jī)-無機(jī)自組裝的基礎(chǔ)上首次提出有機(jī)-有機(jī)自組裝的新思想，并將實(shí)驗(yàn)方法公之于眾。至今已經(jīng)吸引60多個(gè)多家和地區(qū)的1500余家科研機(jī)構(gòu)跟蹤研究，利用相似的方法研究介孔高分子和碳材料等，發(fā)表論文4萬多篇。

趙東元的團(tuán)隊(duì)也“活”了起來，這個(gè)先驅(qū)性質(zhì)的團(tuán)隊(duì)吸引了不少優(yōu)秀的青年研究者，如今團(tuán)隊(duì)由10多人擴(kuò)展至幾十人，這次的獲獎(jiǎng)名單中除了趙東元這個(gè)“60后”，還有兩個(gè)“70后”，一個(gè)“80后”。

“70后”張凡此前是趙東元的博士生，2005年開始跟著趙東元論證概念，盡管帶著不確定性，但依舊不斷試驗(yàn)，驗(yàn)證可行性，如今他自己已經(jīng)是復(fù)旦的一名教授，帶著學(xué)生深耕這一領(lǐng)域。

科學(xué)不分國界，但科學(xué)家有國籍

雖是從事基礎(chǔ)研究，但趙東元的研究跟實(shí)際應(yīng)用結(jié)合得相當(dāng)緊密。

“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。”趙東元相信“天生我材必有用”，既然能創(chuàng)造出這個(gè)結(jié)構(gòu)的材料，那么肯定會(huì)能找到它的用途，哪怕目前來看還較昂貴。

經(jīng)過不斷壓縮成本，趙東元團(tuán)隊(duì)將科研成果投入到工業(yè)化生產(chǎn)，開展大規(guī)模制備。比如：將介孔材料作為催化劑使用，大大提高重油轉(zhuǎn)化效率，全國推廣后每年可為中石化增產(chǎn)約150萬噸的高質(zhì)量油品；將介孔碳和介孔高分子噸級(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。此外，還在生物檢測(cè)、環(huán)境處理、電子材料等諸多方面得到廣泛應(yīng)用。

趙東元在實(shí)驗(yàn)室

而在民用方面，目前尚未實(shí)現(xiàn)，但趙東元早有了一番暢想：介孔材料在工業(yè)上已經(jīng)作為絕緣和隔熱材料使用了，是不是將來也可能應(yīng)用到衣物上呢？比如用納米孔制作衣服，既輕薄，保暖性又強(qiáng)。實(shí)際上，他們現(xiàn)在就正在做一種利用介孔高分子材料做成的液體。

“將來抹在身上，薄薄一層，就能完全隔熱，你根本都看不出來，-30℃都不怕！”趙東元興奮說道。

“除了造孔，別的也不會(huì)。”趙東元自嘲到，然而數(shù)十年如一日并非笑談，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行著看似枯燥無味的計(jì)算研究，如今能憑基礎(chǔ)研究獲獎(jiǎng)，趙東元深感欣慰之余，更感受到了榮譽(yù)。

趙東元說，留學(xué)歸來，更理解了“科學(xué)不分國界，但科學(xué)家有國籍”這句話的含義。獲得祖國的認(rèn)可，他相信會(huì)有更多基礎(chǔ)研究科學(xué)家同樣受此鼓舞，一步一個(gè)腳印深耕研究，同時(shí)把成果逐步轉(zhuǎn)化成服務(wù)社會(huì)的產(chǎn)品。