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造孔之人的“異想天開”——走近國家自然科學(xué)獎一等獎“有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應(yīng)用”獲獎項目團隊

2021-11-11 09:04:32 來源：經(jīng)濟日報

在剛剛落幕的國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，由中國科學(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”項目，榮獲2020年度國家自然科學(xué)獎一等獎。

生活里隨處可見大大小小、天然而生的“孔”，比如樹木、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，離不開分子自組裝。上世紀(jì)40年代，科學(xué)家通過化學(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)成歸國后從教，在復(fù)旦大學(xué)開始了對功能介孔材料的創(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)境保護息息相關(guān)?！暗椭刭|(zhì)化越來越嚴(yán)重，原油中渣油的平均含量達到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)境污染和緩解我國對國際原油依賴的關(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。

基于介孔材料應(yīng)用的各項產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖風(fēng)光無限，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機非金屬或金屬。趙東元突發(fā)奇想：能不能創(chuàng)造出一種有機的高分子材料，又軟又輕又好用，還能更好滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需要？

敢想更要敢于付諸行動。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，有機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)報道，“我們就像是在一個黑箱子里亂撞。”回顧從艱難組建科研團隊，到苦戰(zhàn)5年終于迎來“柳暗花明”，趙東元感慨實驗之所以成功，一是因為“異想天開”，二是足夠幸運。

前兩年，實驗進展非常緩慢。但趙東元和團隊成員深知只有堅持，才能迎來轉(zhuǎn)機。2003年10月7日深夜，團隊成員顧棟用一種反常規(guī)方法進行實驗，測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個簡至2個?！壁w東元在學(xué)生的啟發(fā)下打開了思路，大家緊鑼密鼓調(diào)節(jié)實驗參數(shù)、測試分析，以獲取有效數(shù)據(jù)。

2005年，趙東元于《德國應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表文章，在有機—無機自組裝的基礎(chǔ)上首次提出有機—有機自組裝新方法，國際學(xué)術(shù)界評價這項研究成果是介孔材料領(lǐng)域“里程碑式”和“先驅(qū)”的進展。

雖從事基礎(chǔ)研究，但趙東元的研究與實際應(yīng)用結(jié)合得相當(dāng)緊密。趙東元團隊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，全國推廣后每年可為中國石油化工集團增產(chǎn)約150萬噸高質(zhì)量油品。

在獲得國家自然科學(xué)獎一等獎后，他接下來還會研究些什么？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，將來能否應(yīng)用到衣物上？實際上，團隊正在研究一種利用介孔高分子材料制成的液體，“將來抹在身上，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。

趙東元自稱“造孔之人”，各種“異想天開”，是他科研工作的動力和源泉。

今年1月9日，在20多位院士的共同見證下，國家自然科學(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。作為項目牽頭人，趙東元有更長遠的目標(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)制中國牌號的新一代催化材料，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)先地位提供原動力?！保ń?jīng)濟日報記者郭靜原）

標(biāo)簽：之人異想天開高分子