你知道介孔材料是什么嗎?未來,它或許能應用于衣物上,幫我們抵御寒冷!剛剛(11月3日),國家科學技術獎公布。 中國科學院院士、 復旦大學化學系教授趙東元、 教授李偉等完成的《有序介孔高分子和碳材料的創制和應用》 項目,原創性提出了有機-有機自組裝思想,創制了有序功能介孔高分子和碳材料,揭示了介孔獨特的物質輸運和界面反應規律,獲得國家自然科學獎一等獎。這也是 18 年來上海再次獲得國家自然科學獎一等獎。
 

回國苦戰五年,突破介孔研究重大難題

1998 年,35 歲的趙東元在幾家國內頂尖高校中選擇復旦,在復旦,趙東元一呆, 便是 23 年, 始終專注功能介孔材料研究,取得一系列創新研究成果。

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 世紀發展起來的嶄新的材料體系,具有規則排列、大小可調的孔道結構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等眾多領域具有廣泛的應用前景。

2001 年左右,整個介孔材料都局限于無機材料。 趙東元突發奇想: 做了這么多無機介孔材料, 能不能創造一種有機的高分子材料,又軟又輕又好用,還能在國民經濟中創造出非常高的價值?

為了攻克這個難題,趙東元組建科研團隊,苦戰 5 年。2005 年, 趙東元在《德國應用化學》 上發表文章, 在有機-無機自組裝的基礎上首次提出有機-有機自組裝的新思想,并將實驗方法公之于眾。

科研成果投入工業化生產,開展大規模制備

雖從事基礎研究,但趙東元的研究跟實際應用結合得相當緊密。“化學是離工業最近的一門基礎學科, 很多研究成果都能實現轉化。”趙東元相信“天生我材必有用”,既然能創造出這個結構的材料,那么肯定會能找到它的用途,哪怕目前來看還較昂貴。

經過不斷壓縮成本, 趙東元團隊將科研成果投入到工業化生產,開展大規模制備。

比如: 將介孔材料作為催化劑使用,大大提高重油轉化效率, 全國推廣后每年可為中石化增產約 150 萬噸的高質量油品;將介孔碳和介孔高分子 噸級生產, 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。 此外,還在生物檢測、 環境處理、電子材料等諸多方面得到廣泛應用。

而在民用方面, 介孔材料廣泛應用目前尚未實現,但趙東元早有了一番暢想:介孔材料在工業上已經作為絕緣和隔熱材料使用了,是不是將來也可能應用到衣物上呢?比如用納米孔制作衣服, 既輕薄, 保暖性又強。 實際上,他們現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,零下三十度都不怕!”趙東元興奮說道。

趙東元自稱“造孔之人”,“相當于拿個鑿子,在看不到的微觀世界里造孔”。研究多孔材料多年, 他養成了一種職業病——平時但凡看到什么材料,他都想把它打成孔。 各種“異想天開”, 也成為他科研工作的動力和源泉。

有一次, 他帶兒子去樂高世界玩,看到各種大型組裝構件,他便聯想: 在微觀世界, 能不能也用各種功能基元搭建形成孔洞?隨后便開辟了一個新的研究方向——介孔材料合成方法學中的模塊化組裝。

出了名的“工作狂”

說起科研,趙東元總是神采奕奕,趙東元是出了名的“工作狂”,對科研的認真和勤奮超乎常人。

剛回國時,他幾乎每周工作 80 小時,常連續十幾個小時泡在實驗室。 他的學生、復旦大學化學系教授李偉說,中午大家一起吃飯的碎片時間,趙老師也常常討論學術的問題。

很多學生發郵件請教他:到底具備什么條件,才能進您的實驗室工作?趙東元回:沒有別的,我唯一的條件就是你要愛科學,要有志于成為一名科學工作者。

“科研需要你沉浸,需要你喜歡。能進復旦的學生,無論文科理科,我相信智力全都夠了,剩下的就看你是否真的喜歡。喜歡,就能迸發出無窮的力量。 只要沉靜下來去思索,去刨根問底,總有一天會得到回報。 ”他說。

對趙東元來說, 與學生們在一起時的自己, 不僅在傳授知識,更是傳承一種復旦精神。

“我的成果都與復旦的環境息息相關。我真的喜歡復旦, 這里寬松的科研氛圍和自由探索的精神培養了我。 這一點上, 我感恩不盡。 ”趙東元說。十多年來,趙東元團隊一共創造 19 種新型介孔材料,全部是以 FDU(復旦大學) 命名。這些新型介孔材料已經進行了千噸級生產,為國內外研究單位提供實驗試劑,在加氫裂化、 蛋白質分離、固定化酶和生物玻璃補骨材料等應用方面,取得了較好效果。

“作為科學家, 我認為科學無國界, 但科學家有自己的祖國和文化。 尤其是基礎科研人員,我希望應該在更多的研究領域用中國人的名字命名, 來弘揚中國人的自信。”趙東元期待著,未來有越來越多中國人的名字, 出現在學生們的教科書上。