上海科学家时隔18年后再获国家自然科学奖一等奖！复旦大学赵东元：“拍脑袋灵感”，助他推开材料新世界的门
自2000年至今，国家自然科学奖一等奖曾多次空缺，至2019年只颁出过13项。此次，2020国家自然科学奖一等奖颁出了两个，其中一个颁给中科院院士、复旦大学化学系教授赵东元。凭借《有序介孔高分子和碳材料的创制和应用》这一重磅成果，赵东元摘获一等奖，这也是上海科学家时隔18年后再次问鼎国家自然科学奖一等奖。
赵东元领衔的课题组首次将介孔材料从无机组成扩展到有机高分子和碳，在分子水平上揭示有机-有机自组装机制，提出了多元协同共组装新策略，成功合成了有序介孔碳—氧化硅复合材料，这种新型材料柔软而轻，甚至能立于一株蒲公英上。这一成果前所未有地为无机和有机介孔材料架起了一座桥。
课题组建立了体系化的合成方法学，揭示了介孔独特的物质输运和界面反应规律，解决了微孔传质限制和大孔活性位点少的难题，实现了高比容量、高功率和长循环稳定性电化学储能器件，为独特的新一代药物合成催化剂、仿生离子通道、柔性微流控器件等的构筑奠定了基础，创造了巨大经济效益。
全新的材料以“复旦”命名，提出的有机-有机自组装新思想被全球60多个国家和地区的1500余家科研机构采用和研究，各国科学家共发表4万多篇相关论文。
更令人感慨的是，这一成果的论文只有薄薄的七张纸，其背后凝聚着五年来无数次的探索，以及总结实验失败教训的智慧结晶。“基础科学在研究创新的过程中，失败往往是主旋律，而一旦实现从0到1的突破，就会带来巨变。”日前，赵东元接受了本报记者专访。
做一些“异想天开”的事
这种快乐科学家最懂
“得奖并不重要。我们从事基础科学研究，大部分时间都是挫折，成功的刹那就已是对我们最大的褒奖。可以说，一切困苦都是为了这一刻。”赵东元说起科研过程，瞬间眉飞色舞。
很多时候，科研总是与奖项、发表论文的数量、影响因子甚至科研人员的“帽子”捆绑在一起，但对赵东元而言，科研目标很纯粹，有突破性的快乐就够了。
伴随着快乐而来的，才是他人眼中的所谓“成功”：
聚焦介孔高分子和碳材料创制，课题组发表了200多篇SCI论文，他引近30000次，其中，8篇代表性研究论文共被他引3825次，研究成果被国际同行认为是“首次”发现、介孔材料领域“里程碑式”和“先驱”的进展。赵东元被列为介孔材料领域发表论文及引用率的世界第一位。
“基础研究的魅力就在于可以做一些异想天开的事。”赵东元告诉记者，即便此次获奖的成果，也是“来自拍脑袋的灵感”。
自1992年Mobile公司发现介孔材料以来，介孔材料主要围绕无机固体开展，关于有机介孔高分子和碳材料的自组装合成一直空白。谁能想到有一天，他会“异想天开”地想做有机介孔高分子材料。
不过，在他提出这一设想后的整整五年，研究没有任何进展，期间也有课题组学生想打“退堂鼓”，但最后还是坚持了下来。因为学生说，“在这个课题研究上，赵老师比我们更拼、更投入、更坚持，谁会愿意退出这样的课题组？”
赵东元课题组招收本科生和博士生也只有一个条件：必须真的热爱科学。只有真正热爱科学的人在一起，才会互相鼓励，更不会轻言放弃。
终于，一天深夜，赵东元接到课题组的本科生顾栋从实验室打来的电话——“成了！”学生的声音激动到颤抖。赵东元同样激动得一夜未眠。第二天一早，赶到实验室一看，他知道，自己打开了介孔材料新世界的门。
▲赵东元正在介绍研究成果（吴金娇/摄）
基础研究的价值
在于点亮世界并创造价值
当赵东元完成了有机介孔高分子和碳材料合成后，他第一时间发表论文，将合成路径向全世界公布。
“基础科学研究的原创性成果是可以共享的。当我们没有完成这个发现时，这个领域可说是一片黑暗，但当我们有了原创性的发现，全世界科学家都可以共享我们中国科学家的基础研究成果，并在此基础上进行更多探索。这是让我自豪的事，也是让我继续研究的最大动力。” 赵东元说。
1998年，赵东元从海外归来，入职复旦大学。当时，科研条件很艰苦，只有三万元的启动经费，每月只有一千元工资，还有一间空空的实验室，设在校园外的一家校办企业里。要做实验，没有水热釜？就用塑料茶杯！但他坚持了下来，“这没什么好抱怨的，这是我的祖国嘛，你会抱怨你自己家里穷吗？”赵东元说。
▲1999年赵东元（左一）和李全芝、Andre Stein、黄立民在复旦大学校门前
上世纪80年代初，他第一次出国深造，去的是以色列的大学。当时，中国高校的学术水平还比较落后，尚未和美国等发达国家的顶尖高校建立交流机制。在以色列，他看到当地科学家在战乱时仍然坚持在实验室搞科研。“以色列这么小的国家，却有如此强的创新精神和韧劲，过去几十年中已经有了六位科学家获诺贝尔奖。”也是基于这段经历，赵东元总是苦苦思考着一个问题：我们如何尽快追赶？
“即便不考虑发达国家相对雄厚的科研基础和科学家的投入程度，他们还有先天优势。”赵东元分析，他们日常使用的就是英文，看文献资料都比我们快的多。“怎么办？我们如何赶超？那只有投入更多的时间。他们花一小时，我花两小时呗。”
当他加入复旦后，几乎每周工作80小时。很多时候，为了脑中一闪而过的灵光，他可以连续泡在实验室里十几个小时。这个“习惯”，直到如今他依旧保持着。
基于赵东元课题组取得的科研突破，目前，世界各国都有实验室以及企业在做各种器件和传感器，有些已进入模拟商业化的阶段。“一旦商业化这条路走成功，他们就需要购买我们中国的专利，甚至根据中国的科研成果制定标准。基础科学原创成果的意义就在此。”赵东元告诉记者，他的课题组如今在既有成果的基础上也取得了新进展，且申请了专利，部分成果也已经进入了产业化的阶段。
接受失败是“必修课”
要学会把挫折变成人生“财富”
直到如今，赵东元依旧坚持在教学一线，每年给本科生上“基础化学”。因为他眼中，强基础很重要，人才是科技发展永恒的动力，从事基础科研的人才队伍壮大，才会带来源源不断的创新。
那么，该如何从最佳“球员”变成一名更好的“教练”呢？这是赵东元曾经不断问自己的问题。几十年如一日坚守在教学一线，他有了一套自己的答案：学生就像一张白纸，他们的天赋要靠导师来发掘。
了解赵东元的人都知道，他爱才且惜才。不论学生是否做出成绩，但凡努力了，赵东元总是鼓励有加。在他看来，创新是培养学生最好的途径，在不断突破、创新的过程中，创造知识就是培养学生的最好媒介。他常说，“用创造的知识启迪别人是人生最大的满足。”
要真正做到因材施教，老师必须拿捏好分寸。他总觉得，当老师的人不应吝啬表扬，因为每个人的天赋不同，个性不同，学习进度自然不同，老师一句小小的表扬和鼓励却可能给学生注入无穷的动力。
▲指导研究生做实验
同时，老师也要有一种自觉，用他的话说，“学生不好就是老师太笨了！”他要求学生在做科研的同时，把接受失败作为一门必修课。做实验失败了，确实会给学生带来情绪上的打击，此时，导师须不断鼓励他们，帮助他们把这些挫折变成人生的一笔“财富”。在赵东元的课题组，不少学生都会把不断遭遇失败时的经历记在笔记本上，保存下来作为纪念。
▲学生的实验笔记本（吴金娇/摄）
桃李不言下自成蹊。赵东元指导的学生中，已有三位获全国优秀百篇博士论文，另有两位获全国优秀百篇博士论文提名奖，有六名学生获评国家杰出青年基金。
最近，赵东元的课题组还迎来一个利好：争取到一个六千万元的课题。之所以总能承担大项目，在周边不少人看来，是因为课题组的氛围好，没有斤斤计较。“科研创新最忌讳单打独斗，我们这里每一个人都是因为共同的科学爱好而参与这个项目，想着共同把蛋糕做大。”赵东元说。
作者：姜澎 吴金娇
编辑：吴金娇
责任编辑：樊丽萍
图片：除说明外均为复旦大学供图