趙東元（右）正在帶領學生做實驗。

11月3日，在2020年度國家科學技術獎勵大會上，中國科學院院士、復旦大學化學系教授趙東元、教授李偉等完成的“有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應用”項目獲得了國家自然科學一等獎。

國家自然科學一等獎是中國自然科學領域的最高獎項，由于評選極為嚴格，該獎項在歷史上曾出現多次空缺。

記者注意到，這次斬獲國家自然科學一等獎的趙東元團隊，是一支擅長“異想天開”，并把奇妙想法數十年如一日付諸實踐的青年團隊。他們的獲獎項目在以無機材料研究方向為主流的介孔材料研究領域，率先提出了“有機-有機自組裝”的新思想，創(chuàng)制了全新有序介孔高分子和碳材料，首次將介孔材料從無機組成擴展到有機高分子和碳。該項目為新一代藥物合成催化劑、仿生離子通道、柔性微流控器件等的構筑奠定了基礎，創(chuàng)造了巨大的經濟效益。

3萬元起家的“異想天開”實驗團隊

趙東元喜歡“造孔”，為了這項看似超級冷門的事業(yè)，他從美國一路“造孔”到了中國上海。在復旦大學一待就是23年，始終專注功能介孔材料的研究。

1998年，35歲的趙東元結束了在美國加州大學圣芭芭拉分校的博士后工作，從美國洛杉磯直飛上海。這是這個東北人對上海的首次造訪，他在多家國內頂尖高校中，選擇了復旦大學。

在上海的23年里，他從一名年輕的科研人員成長為享譽國際的科學家。2000年獲國家自然科學基金委員會“杰出青年”基金，同年獲教育部“長江學者”特聘教授稱號；2004年獲得國家自然科學獎二等獎；2007年，44歲的他當選為中國科學院院士。

趙東元至今仍記得，他剛到復旦大學時，國內整體科研條件和國外差距較大。學校在經費有限的情況下，為他提供了3萬元科研經費。

他買了一臺電腦，很快就坐進了簡陋的催化樓辦公室，開始寫起研究計劃。他帶著5個本科生，開始了對功能介孔材料創(chuàng)制和合成的研究。

介孔材料是20世紀發(fā)展起來的嶄新材料體系，具有規(guī)則排列、大小可調的孔道結構及較大的吸附容量，在大分子催化、吸附與分離、納米組裝及生物化學等眾多領域具有廣泛的應用前景。這種多孔材料的孔徑在2-50納米之間，而把它“功能化”就是將其改性而使其具有不同的功能。

2001年左右，整個介孔材料研究領域都局限于無機材料方向。但趙東元卻突發(fā)奇想起來——能不能創(chuàng)造一種有機的高分子材料，又軟又輕又好用？他迅速組建了科研團隊，開始“異想天開”的實驗。

“整個合成過程非常復雜，就像是在一個黑箱子里亂撞?！壁w東元團隊花了5年時間來“異想天開”，他后來回憶時發(fā)現，自己和團隊在前4年多的時間里，幾乎都在“走彎路”。團隊成員孟巖的博士論文《有序的有機高分子介孔材料的合成與結構》記錄，“起初，實驗怎么也做不出介孔，做出來的全都是抱團的納米粒子?！?/span>

歷史系學生給化學家團隊帶來“轉機”

誰也想象不到，“轉機”竟然會來自一名復旦大學歷史系的本科生。

2002年，復旦大學在全國率先施行本科生轉專業(yè)制度。當時，酷愛化學、高考未能被第一志愿錄取的歷史系學生顧棟，申請轉到化學系，其后，他選擇趙東元作為本科生導師，開始在實驗室參與一些基礎性工作。

時隔十幾年，如今已是武漢大學教授的顧棟，憶起十多年前的那個深夜，依然難掩激動。那天，他用一種反常規(guī)的方法進行實驗，測試得到一組非常漂亮的數據。

顧棟提出，把高分子先聚合再合成，一下子把步驟從5個簡化成兩個。趙東元在學生的啟發(fā)下打開了思路。接下來兩個月，化學系團隊緊鑼密鼓調節(jié)實驗參數、測試分析，基本得到了所有數據。

2005年，趙東元在《德國應用化學》上發(fā)表文章，在“有機-無機自組裝”的基礎上首次提出“有機-有機自組裝”的新方法，并將實驗方法公之于眾。該方法吸引60多個國家和地區(qū)的1500余家科研機構跟蹤研究，利用相似的方法研究介孔高分子和碳材料等，發(fā)表論文4萬多篇。國際學術界評價這項研究的貢獻為“先驅”“里程碑”“突破”等。

趙東元的課題組也一下子“火”了。成員們基于該項目成果發(fā)表論文200多篇，被引3萬余次。

雖從事基礎研究，但趙東元的研究跟實際應用結合得相當緊密。后期經過不斷壓縮成本，趙東元團隊將科研成果投入到工業(yè)化生產，開展大規(guī)模制備。

比如，將介孔材料作為催化劑使用，大大提高重油轉化效率，該項目全國推廣后每年可為中石化增產約150萬噸高質量成品油；將介孔碳和介孔高分子材料、噸級生產，運用于超級電容器，在北京奧運會的LED路燈和上海世博會的電動汽車上都得到了示范性應用；介孔材料還能在生物檢測、環(huán)境處理、電子材料等諸多方面得到廣泛應用。

鼓勵學生隨時隨地“異想天開”

在民用材料領域，趙東元也早有一番暢想——介孔材料將來是否也可用于衣物？比如用納米孔制作衣服，既輕薄，保暖性又強。

這個擅長且喜歡“異想天開”的團隊，如今正在做一種利用介孔高分子材料打造的液體。“將來把這個液體抹在身上，薄薄一層，就能完全隔熱，你根本都看不出來！零下30攝氏度都不帶怕的！”趙東元說。

趙東元自稱“造孔之人”，“相當于拿個鑿子，在你們看不到的微觀世界里‘造孔’”。而各種“異想天開”，如今已經成為趙東元及其團隊工作的動力和源泉。

有一次，他帶兒子去樂高世界玩，看到各種大型組裝構件，他便聯想，在微觀世界能不能也用各種功能基元搭建形成孔洞？隨后他又開辟了一個新的研究方向——介孔材料合成方法學中的模塊化組裝。

又有一次，他去醫(yī)院探望一名韌帶斷裂的病人，醫(yī)生需要用一個高分子韌帶將斷裂處連接起來，再讓韌帶重新生長。他又開始琢磨，能不能定向把兩個孔給嫁接起來？他把想法告訴學生，一起大膽假設、小心求證，尋找能夠在微觀環(huán)境下把兩個孔慢慢誘導過來的材料，再通過化學作用合在一起。這項研究，目前也已取得初步成果。

趙東元出生于沈陽一個普通工人家庭，沒有接受過什么特別的訓練，但他從小就喜歡刨根問底，夢想長大成為一名科學家。因此，他也特別鼓勵青年大學生和青少年敢于“異想天開”。

因此，即便工作再忙，他也沒有放下科普。從為中學生開講座、錄制網課，到主編《十萬個為什么（第六卷）》，但凡能給青年人帶去啟發(fā)的事，他一件也沒有落下。

他從不為學生設限。平時指導學生科研，他會給個大方向， 但不會告訴學生具體怎么去做，鼓勵學生自由探索。顧棟記得，自己有次為了投一篇文章，在國外聯系趙老師，沒想到老師立刻回復，那時國內已是凌晨一兩點鐘。

當年，顧棟從歷史系轉專業(yè)、選趙東元做導師，趙東元非但不拒絕還表示歡迎?！敖徊嫒诤蠒硇碌幕盍Γ@個領域才能不斷發(fā)展。對一個學生的成長來說也是如此，如果局限在一個窄面，那就沒了發(fā)展?！壁w東元還堅持為本科生上《普通化學》17年，一周兩次課，他幾乎從未缺席。即使前一天還在外地開會，他也一定連夜飛回來上課。

在趙東元的栽培下，不少學生成長為教授——顧棟，武漢大學高等研究院教授；李偉，復旦大學化學系教授；田博之，美國芝加哥大學杰出教授。

趙東元說，科學家一定得后繼有人，科學事業(yè)才能不斷發(fā)展，而宣揚科學是科學家的職責。在他看來，一個教授的職責就在于八個字——創(chuàng)造知識、傳授知識。

來源：中國青年報