获国家自然科学奖一等奖，院士赵东元：看到材料都想打成孔

赵东元 本文图片均为复旦大学供图

“但凡看到材料，我都想把它打成孔。”

这一句看似玩笑话，却是赵东元23年来的坚持，他的科研生涯始终专注功能介孔材料研究。2021年11月3日国家科学技术奖公布。中国科学院院士、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，原创性提出了有机-有机自组装思想，创制了有序功能介孔高分子和碳材料，揭示了介孔独特的物质输运和界面反应规律，获得自然科学一等奖。这也是18年来上海再次获得国家自然科学奖一等奖。

“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的材料体系，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的应用前景。北京奥运会的LED路灯和上海世博会电动汽车，都运用了赵东元团队的科研成果。

1998年，35岁的赵东元结束了在美国加州大学圣芭芭拉分校的博士后工作，从美国洛杉矶直飞上海。在几家国内顶尖高校中选择复旦，赵东元经过了一番深思熟虑。“我就要开始带课题组做研究了，要从一个‘运动员’转变为‘教练’了，一定要去一个好的单位。”而“好的单位”，在他看来，关键在于有好的科研环境——教授水平要高，学生要优秀。

1980年，赵东元在吉林大学读本科。 

在复旦，赵东元取得一系列创新研究成果，从一名年轻的科研人员成长为享誉国际的科学家——2000年获国家自然科学基金委员会杰出青年基金，2000年获教育部“长江学者”特聘教授称号，2004年获得国家自然科学二等奖，2007年44岁的他当选为中国科学院院士......

从无机材料到有机材料，从无孔材料到多孔材料，赵东元和团队走过了最“寂寞”的理论论证阶段，跨过了热血的材料设计，如今他们计划着让这些新材料走向最需要它们的地方。

“像是在黑箱子里乱转”

1998年，复旦大学为这位引进人才提供了3万元科研经费。赵东元买了一台电脑，很快坐进简陋的催化楼办公室，写起研究计划。

之后他便带着5名本科生，开始了对功能介孔材料创制和合成的研究。

2000年，赵东元在复旦大学邯郸校区化学西楼。

20年前，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，实验之所以难，是因为“异想天开”，“整个合成过程非常复杂，就像是在一个黑箱子里乱撞。”前四年多时间，团队走了很多弯路，进展缓慢。

转机来自一位复旦转专业本科生。2002年，高考未能被第一志愿录取的历史系学生顾栋，申请转到化学系，后选择赵东元作为本科生导师，开始在实验室参与一些研究工作，未曾想到，他用一种反常规的方法进行实验，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，大家紧锣密鼓调节实验参数、测试分析，年底就基本得到了所有数据。

赵东元正在给本科生上课。

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-有机自组装的新思想，并将实验方法公之于众。至今已经吸引60多个多家和地区的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。

赵东元的团队也“活”了起来，这个先驱性质的团队吸引了不少优秀的青年研究者，如今团队由10多人扩展至几十人，这次的获奖名单中除了赵东元这个“60后”，还有两个“70后”，一个“80后”。

“70后”张凡此前是赵东元的博士生，2005年开始跟着赵东元论证概念，尽管带着不确定性，但依旧不断试验，验证可行性，如今他自己已经是复旦的一名教授，带着学生深耕这一领域。

科学不分国界，但科学家有国籍

虽是从事基础研究，但赵东元的研究跟实际应用结合得相当紧密。

“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，哪怕目前来看还较昂贵。

经过不断压缩成本，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；将介孔碳和介孔高分子吨级生产，运用于超级电容器，在北京奥运会的LED路灯和上海世博会的电动汽车上都得到了示范性应用。此外，还在生物检测、环境处理、电子材料等诸多方面得到广泛应用。

赵东元在实验室

而在民用方面，目前尚未实现，但赵东元早有了一番畅想：介孔材料在工业上已经作为绝缘和隔热材料使用了，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。实际上，他们现在就正在做一种利用介孔高分子材料做成的液体。

“将来抹在身上，薄薄一层，就能完全隔热，你根本都看不出来，-30℃都不怕！”赵东元兴奋说道。

“除了造孔，别的也不会。”赵东元自嘲到，然而数十年如一日并非笑谈，在实验室里进行着看似枯燥无味的计算研究，如今能凭基础研究获奖，赵东元深感欣慰之余，更感受到了荣誉。

赵东元说，留学归来，更理解了“科学不分国界，但科学家有国籍”这句话的含义。获得祖国的认可，他相信会有更多基础研究科学家同样受此鼓舞，一步一个脚印深耕研究，同时把成果逐步转化成服务社会的产品。