微观世界“造孔”源自异想天开

赵东元（右）在做实验

国家科学技术奖今天公布。中科院院士、复旦大学化学系教授赵东元、教授李伟等完成的《有序介孔高分子和碳材料的创制和应用》项目，原创性提出有机-有机自组装思想，创制了有序功能介孔高分子和碳材料，揭示介孔独特的物质输运和界面反应规律，获自然科学一等奖。这是新材料基础研究的突破，也是18年来上海再获国家自然科学奖一等奖。

为“异想”苦战5年

这是一项微观世界的研究。“介孔材料是一种多孔材料，孔径在2-50纳米。而功能化介孔材料，是将介孔材料改性而使其具有不同的功能”，赵东元介绍，介孔材料是20世纪发展起来的崭新材料体系，具有规则排列、大小可调的孔道结构及高的比表面积和大的吸附容量，在大分子催化、吸附与分离、纳米组装及生物化学等众多领域具有广泛应用前景。

2002年前后，整个介孔材料都局限于无机材料。赵东元突发奇想：做了这么多无机介孔材料，能不能创造一种有机的高分子材料，又软又轻又好用，还能在国民经济中创造出非常高的价值？为了攻克这个难题，赵东元组建科研团队，苦战5年。回顾整个过程，赵东元感慨，实验之所以做成，一是因为“异想天开”，二是足够幸运。“整个合成过程非常复杂，就像是在一个黑箱子里乱撞。”

如今，在赵东元办公室隔壁的陈列室，留存着当年课题组成员积累的一本本实验笔记和博士论文。成员孟岩的博士论文《有序的有机高分子介孔材料的合成与结构》记录着：起初，实验怎么也做不出介孔，做出的全都是抱团的纳米粒子……转机来自一位复旦转专业本科生。2002年，复旦大学在全国率先施行本科生转专业制度。酷爱化学的历史系学生顾栋，申请转系，后选择赵东元作为本科生导师工作。时隔十几年，如今已是武汉大学教授的顾栋，忆起2003年10月7日深夜，依然难掩激动。当天他用一种反常规方法测试得到一组非常漂亮的数据。“顾栋非常聪明，他提出把高分子先聚再合成的做法，一下子把步骤从5个简化成2个。”赵东元在学生的启发下打开了思路。接下来两个月，大家紧锣密鼓、调节参数、测试分析，年底就基本得到了所有数据。2005年，赵东元在《德国应用化学》上发表文章，在有机-无机自组装的基础上首次提出有机-有机自组装的新方法，并将实验方法公之于众。至今已吸引60多个国家和地区1500余家科研机构跟踪研究，利用相似方法研究介孔高分子、碳材料等，发表论文4万多篇。国际学术界评价这项研究的贡献为“先驱”“里程碑”“突破”“重要进展”等。

“天生我材必有用”

介孔原是一项基础性研究，如今，赵东元要把它应用起来。“化学是离工业最近的一门基础学科，很多研究成果都能实现转化。”赵东元相信“天生我材必有用”，既然能创造出这个结构的材料，那么肯定会能找到它的用途，哪怕目前来看还太昂贵。

经不断压缩成本，赵东元团队将科研成果投入到工业化生产，开展大规模制备。比如：将介孔材料作为催化剂使用，大大提高重油转化效率，全国推广后每年可为中石化增产约150万吨的高质量油品。在民用方面，目前尚未实现，赵东元也早有一番畅想：介孔材料在工业上已经作为绝缘隔热材料使用了，是不是将来也可能应用到衣物上呢？比如用纳米孔制作衣服，既轻薄，保暖性又强。他们现在就正在做一种利用有机高分子介孔材料做成的液体，“将来抹在身上，薄薄一层，就能完全隔热，你根本都看不出来，零下三十摄氏度都不怕。”

赵东元自称“造孔之人”，“相当于拿个凿子，在你们看不到的微观世界里造孔”。研究多孔材料多年，他养成了一种职业病——平时但凡看到什么材料，他都想把它打成孔。各种“异想天开”，也成为他科研工作的动力和源泉。 本报记者 张炯强 马亚宁