［首藏作品］（7103）把梦想变现实 这群“魔法师”在纳米材料上造孔

把梦想变现实 这群“魔法师”在纳米材料上造孔——记国家自然科学奖一等奖有序介孔高分子和碳材料的创制和应用◎本报记者 代小佩蜜蜂住在蜂窝里，人类曾穴居于洞中，莲蓬裹着莲子，细密的渔网罩住了鱼，热水从花洒中倾泻，火车从山间隧道中呼啸而过……这些看似没有关联的事物有一个共同点，即对“孔”的功能利用。不管是用于过滤，还是作为传输通道或储存空间，形形色色的孔让自然界和人类社会的样貌有了更多可能。有几位科学家，他们像魔法师一样在纳米尺度上造各种各样的孔，因为造孔出色还获得大奖。11月3日，由中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元领衔完成的“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”获得2020年度国家自然科学奖一等奖。开拓：在有机高分子材料上造孔搞清楚这项研究前，先说说什么是“介孔”。根据国际纯粹与应用化学联合会的定义，孔径小于2纳米的孔称为微孔，大于50纳米称为大孔，而孔径介于2—50纳米之间的称为介孔。介孔材料，顾名思义，是指孔径为2—50纳米的多孔结构材料。相比块体材料，介孔材料具有高的比表面积、大的孔径和孔容，可以搭载更多活性物质，实现更快的物质输运，在能源、环境、安全、生物医药等领域有广泛的应用。1998年，赵东元回国任教于复旦大学化学系，带着5个本科生，开始了对功能介孔材料创制和合成的研究。彼时，自组装合成的介孔材料都是无机非金属或金属组成，这种介孔材料存在脆性大、密度高、不易加工、不可降解等缺点。赵东元琢磨：整个介孔材料都局限于无机组成，能不能创造一种有机的高分子材料，又软又轻又好用，还能为国民经济创造价值？有前人尝试过，但没有成功。因为高分子和碳的形成是一个聚合的过程，在这样的材料中造孔，很难控制。具体来说，高分子前驱体与模板相互作用弱，难以组装形成有序介孔结构，同时，高分子前驱体和模板组成相似，难以去除模板形成介孔结构。此外，高分子前驱体热稳定性差，存在难以转化成有序介孔碳材料等难题。实验初期，赵东元的科研团队屡战屡败，有成员在实验笔记上记录：“得到的不是有序的介孔结构，而是抱团的纳米粒子……”。研究开始后三年内，团队在这方面进展缓慢。2003年10月，终于迎来转机。一名本科生提出，在制作介孔高分子的过程中，把高分子先聚再合成，这一反常规的操作大大简化了实验步骤，成功获得了一组非常漂亮的数据。2005年，赵东元团队在《德国应用化学》发表文章，首次提出有机—有机自组装的新方法，一种全新的介孔材料——有序介孔高分子和碳材料，由此诞生。截至目前，他们围绕有序介孔高分子和碳材料的创制和应用研究发表的8篇代表性研究论文，共被他引3825次。韩国科学与工程院院士RyongRyoo在关于介孔材料起源的论述中，将软模板合成有序介孔高分子材料作为几类介孔材料典型代表之一，称其开拓了纳米科学的新方向。造梦：在介孔材料领域掀起革命这项研究在高分子和碳材料领域掀起了一场革命。据统计，赵东元团队提出的有机—有机自组装新思想及由此产生的介孔高分子和碳材料已被60多个国家和地区的1500余家科研机构采用和研究，共发表近4.2万篇论文，引领了国际介孔材料领域的发展。基础研究之花也在应用中结出硕果。由于有序介孔高分子和碳材料具有轻、柔、易加工、可降解等优点，可应用于新能源、石油化工、环境治理、物质输运、电子器件、生物医学等领域，相关产品销售额已超过亿元。赵东元说，应用介孔材料的印刷电路板已投入生产，利用介孔材料超大表面积制作超级电容器的研究正逐步推进，介孔液体的创制也在紧锣密鼓进行中。项目主要完成人之一李伟称，团队还致力于精细化合成有序介孔高分子和碳材料，“希望未来能像搭乐高一样随心所欲地在纳米材料上造形形色色的孔。”这支团队有着天马行空的想象力，也有脚踏实地的造梦能力。“年轻人，要有头脑，更要勤勉。”赵东元刚回国几乎每周工作80小时，经常连续十几个小时泡在实验室，有时吃饭也不忘讨论学术。35岁的李伟跟着赵东元做研究已有14年，他说：“赵老师是恩师，也如父亲般言传身教。他勤劳、学术严谨，而且充满热情，启发着我们年轻人从事前沿的基础科学研究。”提到年轻人做基础研究，李伟结合自身经历谈道：“要热爱、专注、坚持，不怕坐冷板凳，瞄准一个目标铆足劲儿冲。'四个面向’对科技工作者提出了具体要求，每个人都能从中找到可以发光发热的地方。”赵东元寄语年轻人，不要有太多幻想，像蚂蚁一样干活，脚踏实地做好每件事就行了。此次，基础科学研究在国家科学技术奖励大会上多点开花。赵东元表示，经过改革开放40多年的发展和积累，基础研究成果丰硕是必然，其中不乏引领性、开创性的工作。“但我国基础研究领域还有很多方面需要追赶。我建议营造全民崇尚科学的氛围和宽松的科研环境，弘扬解放思想、大胆探索、批判质疑精神，让思想不断碰撞。”赵东元说，接下来他会花大部分精力推动介孔材料相关研究成果投入应用，再多做些科普。（《科技日报》2021年11月4日第  3  版。）