在看不见的世界完成“造孔”魔法他的研究成果改变衣食住行

2023-06-29 11:37:39 来源：第一财经小 中

在看不到的微观世界里“造孔”会有什么收获？为了把这个脑海中“一闪而过”的设想应用到真实世界，中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元一研究就是20余年。

在微观世界里，孔径介于2纳米至50纳米之间的材料被称为“介孔材料”。将2克介孔材料的表面积展开，可铺满6000平方米的足球场。在2000年左右，介孔材料都局限于无机材料，如果能创制出有机介孔材料，相较此前的无机材料不仅能拓展材料体系，还能创造出更高的经济价值。“那个时候我就想能不能做出有机高分子的材料。”赵东元近日接受第一财经独家专访时说。

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不过由于该研究领域没有先例，赵东元和团队多年都没有取得突破，常年泡在实验室的他们几乎陷入“死胡同”，直到2003年的一个晚上，初试测到了一组漂亮的数据。紧接着，课题组继续投入实验和测试分析。

2005年，赵东元和团队在《德国应用化学》上发表论文，在有机-无机自组装的基础上首次提出有机-有机自组装的新思想，并将实验方法公之于众。这项研究在国际学术界被评为“先驱”、“里程碑”、“突破”、“重要进展”，并获得了2020年度国家自然科学奖一等奖，这也是18年来上海再次获得基础研究领域最高奖项。

“人们提到爱因斯坦想到相对论，提到法拉第就想到了电磁效应，若只在3秒内就能让人想起他的重要科学贡献，就是一个知名的科学家。”赵东元认为。

作为创制有序功能介孔高分子和碳材料的“造孔”魔术师，赵东元和团队是如何找到突破的？接下来功能介孔材料还将应用在哪些新的领域？

应用广泛，从催化剂到新能源电池

化学作为一门研究物质的科学，是离工业最近的基础学科。“我们不仅研究物质的变化，而且还可以创造新物质，化学家就像是魔术师。”赵东元说。

1998年，结束了在美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校的博士后工作，35岁的赵东元回到上海，并在复旦大学任教，专注功能化介孔材料的研究。不过，彼时想做出有机高分子材料，并非易事。

赵东元团队研究了三年也没取得进展。“我们的学生做实验都快做哭了，因为这个领域从来没有先例，幸运的是最后有一个学生真的取得了突破。”

赵东元提到的这个学生——顾栋，如今已是武汉大学教授。2003年10月的一个晚上，顾栋用一种反常规的方法进行实验，测到了一组非常漂亮的数据，他立马兴奋地打电话给赵东元。在顾栋的这组数据启发下，赵东元和团队继续调节参数、测试分析，年底就基本得到了所有数据，并在2005年发表了那篇突破性论文。至今已经吸引60多个国家和地区的1500余家科研机构跟踪研究，利用相似的方法研究介孔高分子和碳材料等，发表论文4万多篇。

当谈到功能化介孔材料下一步如何应用于经济生活，赵东元向记者解释，任何一个物体都有它的用处，如果能在这个物体上面打上孔，一定用处更多。功能化介孔材料作为一种新型材料，用途广泛，不仅可以充当催化剂，做电池、传感器，还可以应用于生物医疗、化妆品等。

介孔材料的突破影响深远。比如，在电池领域，因为涉及电子传输，那么打上孔就有了传输通道，这样就能把电池中的电解液“吸”过来，从而使充放电的反应速度加快，提高电池的能量密度，“将来一台电动车充满电可能只要半小时”。在催化剂领域，介孔材料也能提高重油转化效率，全国推广后每年可增产约150万吨的高质量油品。

截至目前，赵东元团队一共创造出19种以FDU（复旦大学）命名的新型介孔材料，这些新型介孔材料已经进行了千吨级生产，在加氢裂化、蛋白质分离、固定化酶和生物玻璃补骨材料等应用方面，为国内外研究单位提供实验试剂。

而关于接下来的实际应用，他也有更多的新设想，其中一个便是介孔材料合成方法学中的模块化组装，这个也是受儿子爱玩的乐高积木所启发。他告诉记者，这个新的研究方向，通俗地说就是假设孔能不能像皮筋似地拉开，而且孔径能根据气流的变化而改变。

此外，赵东元也幻想着某一天新型介孔材料能成为液体。他说，虽然（将介孔材料做成）穿戴材料还没能实现，但是科学是可以指导实际应用的，如果以后做成液体的介孔材料，只要把材料抹在身上就能保暖、隔热了。“科学的原理和规律非常重要，并不是说这个东西当前一定能用，科学是可以指导日常生活的。”

成果转化政策要有连续性

由于化学是一门承上启下的中心科学，不少科研成果很快能转化成产品，在成果转化过程中，还需要重点加强哪些工作？

在赵东元看来，化学不同于生物医疗，一个新药落地可能花费20年，在化学领域大概5~10年就可以把实验室的成果转化为化学工业的技术。

高校和科研院所作为科技成果转化的主力军，近年来成果转化工作已进入平稳发展阶段。2021年共有3649家高校院所以转让、许可、作价投资和技术开发、咨询、服务方式转化的合同总金额为亿元，总合同项数为564616项。

“我国经济发展速度非常快，对化学工业的需求很大，因此成果转化的氛围和政策环境都很好，但是仍存在一些不足。比如政策的连续性不够。”赵东元对记者解释，从实验室到工业化要经历一个过程，这中间的人才、投资目前都还不够。大家都想直接把技术拿过来生产进而产生效益，但从实验室到成果落地是需要一个转化过程的，这方面的配套措施和欧美发达国家相比还是有差距。

他认为，如今一些大型企业的成果转化、基础研究能力都比较弱，企业还应该提高自身的基础研究能力。“技术和科学比较接近，虽然都是创新，但是两者的规律不完全一样，像埃隆·马斯克这样的企业家是技术创新，并不属于基础研究的创新。”

关于企业的基础研究能力，今年发布的《中国研发经费报告（2022）》也显示，企业执行基础研究经费不足是中国基础研究面临的突出问题。2020年，中国基础研究经费中企业执行占比仅为%，同期美国基础研究企业执行比例达%，日本这一数据是％。

赵东元表示，虽然我国基础研究起步较晚，相较有几百年历史的西方来说只有几十年，但是已经进步显著，比如在科研硬件环境方面，几乎已经和欧美不相上下，甚至有的地方还略有优势。“刚开始我回国的时候实验室都没有电子绘图仪，我们做记录都是用手描。现在的硬件环境真的好太多了，这40年的变化翻天覆地。”

但是在“软实力”方面，他认为还是有差距的，这就更需要科研人员拥有“理性的思维和大胆质疑的科学精神”。

赵东元强调，独立思考是科研工作的关键所在，年轻人要打破常规思维，敢于异想天开，跟从和认同是做不出创新工作的。“一个基础研究工作者，一旦他‘异想天开’的设想有一天能实现，根本不需要外界的任何表扬。内心的喜悦和幸福感溢于言表，这也是一个科研工作者的动力所在。”

（文章来源：第一财经）

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