赵东元：把研究用在国家需要的地方

原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/1/516671.shtm

“真正要在科学上有所作为，我觉得最重要的就是‘爱’。这份爱不是简单的兴趣，而是一种从内心生发出的理性思考。这种驱动力强烈到你愿意为它付出所有。”近日，在回答“科研中最重要的是什么”时，中国科学院院士、复旦大学化学与材料学院院长赵东元如是说。

在热爱的驱动下，赵东元在功能介孔材料领域深耕了30多年。

作为20世纪90年代发展起来的崭新材料体系，介孔材料的孔径介于2至50纳米之间，有着极高的比表面积、规则有序且可调节的孔道结构、狭窄的孔径分布，在能源、健康、信息、环境等诸多领域具有广泛的应用前景。

赵东元带领团队提出了“有机-有机”分子自组装方法，创造了有序介孔有机高分子和介孔碳材料，使得介孔材料的应用范围拓宽至能源、环境、生物医学、电子信息等领域，创造出了巨大的经济效益。

他的成果获得了2020年度国家自然科学奖一等奖，被国际同行评价为“先驱”“里程碑”，吸引了60多个国家和地区的1500余家科研机构跟踪研究。

  ?

赵东元 受访者供图

“做科研除了要敢想，还要能做出来”

赵东元对化学的热爱，早在中学时期就萌芽了。

初三期中考试前，经过大学生哥哥的辅导，赵东元的化学竟考了100分。从此以后，他对化学的兴趣越来越浓，高考填报志愿时更是全部选择了化学专业。

1998年，在海外完成博士后研究工作后，赵东元决定回国加入复旦大学。那时，海外学成回国的人虽然不少，但有相当一部分人水土不服，回国后又选择离开。

“当时我可以申请绿卡，但是决定回国后，就没有申请。万一我有了绿卡，回国后稍有不顺就容易跑出来，得‘破釜沉舟’，断了这条后路。”赵东元说。

自断后路的赵东元一心扑到了介孔材料研究上。他自称“造孔之人”，“看到任何一个东西，我总是在想‘能不能造孔’”。

就介孔碳材料来说，1克的比表面积可达3000平方米，相当于半个足球场的面积。

“当时国内科研条件相对落后，好在做材料合成并不完全依赖先进仪器设备。通过不断学习、尝试，我们很快就达到了国际水平。”回国后不久，赵东元就带领团队实现了无机介孔材料定向合成，先后发明了20种以复旦大学（FDU）命名的功能介孔材料。

对于命名，赵东元有自己的考虑：“作为科学家，我认同科学无国界，但科学家有自己的祖国和文化。尤其是基础科研领域，应该涌现出更多用中国人名字命名的成果，彰显中国人的自信。”

当跟跑、并跑逐渐成为现实，赵东元希望奔向更高的目标——领跑。

2001年之前，介孔材料都局限于无机体系。一次，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？

然而，最初探索的4年多时间里，进展非常缓慢。

转机来自团队的一次“脑洞大开”：能不能让复杂的问题简单化，把合成过程拆分，进行分步组装？循着这个思路，团队从酚醛树脂这一古老的高分子化合物入手，开启新一轮实验。接下来的两个月，大家紧锣密鼓调控实验参数、测试分析，很快就得到了几乎所有的数据。

“做科研除了要敢想，还要能做出来，这是一件很难的事。”赵东元说。

2005年，赵东元在《德国应用化学》上发表论文，阐明了“有机-有机”自组装的新思想和实验方法，将无机介孔材料的合成扩展到有机体系，开创了“介孔碳”研究新领域。

“把研究用在国家需要的地方”

2008年，赵东元及团队创造性地提出了表面活性剂辅助界面组装新方法，合成出具有中心发散介孔孔道的功能性核壳有序介孔二氧化硅，因其操作简单、重复性好，被誉为制备壳-核结构介孔材料的经典方法。

不久之后，中国科学院院士、时任国家自然科学基金委员会副主任姚建年交给赵东元一项任务：你们做的基础研究非常好，今后能不能做应用？

接下这项任务后，赵东元开启了与中国石化长达10年的合作。

彼时，随着经济发展，我国原油加工量逐年攀升，对外依存度远超警戒线，严重威胁我国的能源和资源供应安全。

在原油炼制中，有30%是难以利用和转化的渣油，这是炼化行业公认的“硬骨头”。

“我们利用壳-核结构的经验，提出了‘单颗粒级配’的概念。在传统微孔催化剂表面包覆一层介孔材料，实现了梯度孔道和梯度酸性的有效结合，达到渣油分子高效加氢裂化的目的。”赵东元介绍说，“催化过程中，大分子渣油先在外层、大孔径的介孔壳层中预裂解形成小分子量的碎片，随后进入内层微孔核中继续裂解，形成高附加值的燃料。”

最终，赵东元首创的壳-核结构的微孔-介孔复合分子筛催化剂，实现了千吨级生产，并成功应用于原油加氢裂化工业，在齐鲁石化建立了56万吨/年加氢裂化工业装置，将中间馏分油收率提高1.5%，目前已稳定运行超过5年。这一技术如果在全国范围内推广，可增产150万吨/年的航空煤油和柴油，创造出近百亿元经济效益。

“把研究用在国家需要的地方。”赵东元表示，基于这样的目标，团队分工协作、合力攻关，在材料合成、催化、储能等多个研究方向持续突破，在电子器件、新能源、生物医药等应用领域产生了一批重要成果——采用介孔材料填充制作的印刷电路板，能量损耗降低近20%，实现了千吨级生产，打破国外技术长期垄断的局面；生产的介孔碳超级电容器，成功应用在北京奥运村路灯和上海世博会的电动汽车上；基于介孔碳的钯碳催化剂，广泛用于药物中间体加氢、氟化学工业……

未来，他们还将继续研究介孔液体和软凝聚态等材料。“也许在不久的将来，介孔液体材料作为石油催化剂，可以注入地下实现原位高效催化转化，或是做成绝热材料，薄薄地涂在身上，实现‘美丽不冻人’。”赵东元说。

“我们一定会屹立在世界科学之林”

2021年，赵东元的一张照片火遍全网。照片中的他笑眯眯地站在复旦大学教学楼前，手上提着一个布袋子，里面装着前一天刚从北京领回的2020年度国家自然科学奖一等奖证书。

“同事和学生们要看，我就带来了。”赵东元从北京的颁奖会场匆忙赶回上海，第二天一早就提着布袋子去给本科生上课。他也因此被亲切地称为“布袋院士”。

自2003年起，赵东元成为复旦大学本科生专业基础课“普通化学”的主讲教师，每周两次课。他几乎从未间断过上课，出差就连夜赶回，生病做手术也要为上课“让路”。

即便这门课他已经讲了20多年，但每次的课前准备却一点也不少。“上课前一天，我总要花三四个小时备课，把对基础知识的最新理解和前沿进展加进去，课件经常需要修改。”赵东元说。

在这位耕耘多年的教师看来，比教授知识更重要的是培养学生的创新精神。“从基础知识拓展到最新的科研进展，学生不一定都懂，但我希望能激发他们产生好奇心，鼓励他们思考、自由讨论，让他们按照自己的理解找出一条新路。”

提到未来我国的科学发展，赵东元呼吁大家多点耐心：“科学诞生于欧洲，与其文化同源的美国，经历了从重视应用到重视基础的阶段，花费了三四十年才出现诺贝尔奖级的科研成果，而日本这一阶段花费了近80年的时间。”