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造孔之人的“異想天開(kāi)”——走近國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)“有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應(yīng)用”獲獎(jiǎng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

2021-11-11 09:04:32 來(lái)源：經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)

在剛剛落幕的國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，由中國(guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授趙東元和教授李偉等完成的“有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應(yīng)用”項(xiàng)目，榮獲2020年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

生活里隨處可見(jiàn)大大小小、天然而生的“孔”，比如樹(shù)木、硅藻土、細(xì)胞等，這些結(jié)構(gòu)單元自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，離不開(kāi)分子自組裝。上世紀(jì)40年代，科學(xué)家通過(guò)化學(xué)自組裝合成手段，制造出結(jié)構(gòu)規(guī)整的多孔材料，備受各領(lǐng)域青睞。

1998年，趙東元學(xué)成歸國(guó)后從教，在復(fù)旦大學(xué)開(kāi)始了對(duì)功能介孔材料的創(chuàng)制與合成研究。他介紹，介孔材料在很多微孔分子篩難以完成的大分子催化、吸附與分離及生物化學(xué)等眾多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。譬如在能源領(lǐng)域，油品質(zhì)量的高低與環(huán)境保護(hù)息息相關(guān)。“但原油重質(zhì)化越來(lái)越嚴(yán)重，原油中渣油的平均含量達(dá)到50%以上。”趙東元告訴記者，提高渣油的轉(zhuǎn)換率是提升能源利用率、降低環(huán)境污染和緩解我國(guó)對(duì)國(guó)際原油依賴(lài)的關(guān)鍵，迫切需要找到合適、高效的催化材料，介孔材料的發(fā)現(xiàn)恰逢其時(shí)。

基于介孔材料應(yīng)用的各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖風(fēng)光無(wú)限，可直到2001年左右，科學(xué)家們自組裝合成的介孔材料仍局限于無(wú)機(jī)非金屬或金屬。趙東元突發(fā)奇想：能不能創(chuàng)造出一種有機(jī)的高分子材料，又軟又輕又好用，還能更好滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要？

敢想更要敢于付諸行動(dòng)。趙東元將目光轉(zhuǎn)向材料的另一重要組成——高分子和碳。但在當(dāng)時(shí)，有機(jī)且有序的介孔高分子和碳材料自組裝合成在學(xué)界根本找不到相關(guān)報(bào)道，“我們就像是在一個(gè)黑箱子里亂撞。”回顧從艱難組建科研團(tuán)隊(duì)，到苦戰(zhàn)5年終于迎來(lái)“柳暗花明”，趙東元感慨實(shí)驗(yàn)之所以成功，一是因?yàn)椤爱愊胩扉_(kāi)”，二是足夠幸運(yùn)。

前兩年，實(shí)驗(yàn)進(jìn)展非常緩慢。但趙東元和團(tuán)隊(duì)成員深知只有堅(jiān)持，才能迎來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)。2003年10月7日深夜，團(tuán)隊(duì)成員顧棟用一種反常規(guī)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)至2個(gè)。”趙東元在學(xué)生的啟發(fā)下打開(kāi)了思路，大家緊鑼密鼓調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)、測(cè)試分析，以獲取有效數(shù)據(jù)。

2005年，趙東元于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表文章，在有機(jī)—無(wú)機(jī)自組裝的基礎(chǔ)上首次提出有機(jī)—有機(jī)自組裝新方法，國(guó)際學(xué)術(shù)界評(píng)價(jià)這項(xiàng)研究成果是介孔材料領(lǐng)域“里程碑式”和“先驅(qū)”的進(jìn)展。

雖從事基礎(chǔ)研究，但趙東元的研究與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合得相當(dāng)緊密。趙東元團(tuán)隊(duì)將科研成果積極投入到工業(yè)化生產(chǎn)。比如將介孔材料作為催化劑，大幅提高重油轉(zhuǎn)化效率，全國(guó)推廣后每年可為中國(guó)石油化工集團(tuán)增產(chǎn)約150萬(wàn)噸高質(zhì)量油品。

在獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)后，他接下來(lái)還會(huì)研究些什么？趙東元早有一番暢想：介孔材料在工業(yè)上已作為絕緣和隔熱材料使用了，將來(lái)能否應(yīng)用到衣物上？實(shí)際上，團(tuán)隊(duì)正在研究一種利用介孔高分子材料制成的液體，“將來(lái)抹在身上，薄薄一層就能完全隔熱，零下30攝氏度都不怕！”趙東元興奮地說(shuō)。

趙東元自稱(chēng)“造孔之人”，各種“異想天開(kāi)”，是他科研工作的動(dòng)力和源泉。

今年1月9日，在20多位院士的共同見(jiàn)證下，國(guó)家自然科學(xué)基金“功能介孔材料基礎(chǔ)科學(xué)中心”在復(fù)旦大學(xué)啟動(dòng)。作為項(xiàng)目牽頭人，趙東元有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)：“科學(xué)中心將著力推出一批具有世界影響力的原創(chuàng)性成果，創(chuàng)制中國(guó)牌號(hào)的新一代催化材料，形成以功能介孔材料為中心的多領(lǐng)域全覆蓋研究高地，為保持和發(fā)展我國(guó)在功能介孔材料合成與應(yīng)用基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位提供原動(dòng)力。”（經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者郭靜原）

標(biāo)簽：之人異想天開(kāi) 高分子