作者 | 秦志伟

11月3日拿到2020年度国家自然科学奖一等奖证书后，中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元第二天一早照常去给学生上课。就是这样一位低调的科学家，总喜欢“异想天开”。现在，他又畅想：“将介孔高分子材料研制成液体，涂在衣物上用来隔热，零下30摄氏度都不怕。”一想到有可能创造出世界上原本没有的东西，赵东元就很兴奋。

在赵东元的科研生涯里，“异想天开”贯穿始终。

20多年来，赵东元带领团队在微观世界里造“孔”，乐此不疲，从基础研究到应用研究均结出丰硕果实。在2004年获得国家自然科学奖二等奖后，时隔16年，赵东元团队凭借“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”又摘得2020年度国家自然科学奖一等奖。这也是上海时隔18年后再次获得国家自然科学奖一等奖。

赵东元（右）和团队成员在实验室讨论交流。 复旦大学供图

介孔材料是一类多孔材料，国际纯粹与应用化学联合会定义其孔径介于2~50纳米之间。介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、孔径大小连续可调等特点，有望在电极材料、光电器件、微电子技术、化学传感器、非线性光学材料等领域得到应用。因此，介孔材料从它诞生之初就引起国际多学科研究领域的广泛兴趣，已成为国际上跨多学科的热点前沿领域之一。

然而，在21世纪初，介孔材料局限于无机介孔材料。

“无机介孔材料脆性大、密度高，且不可加工、不易降解。而材料的另一重要组分是高分子和碳。”赵东元的学生、获奖团队成员、复旦大学化学系教授李伟告诉《中国科学报》。赵东元开始思考，“能不能创造一种有机的高分子材料，又软又轻又好用”。

为了攻克这一难题，赵东元着手组建团队。

武汉大学教授顾栋也是赵东元的学生。时隔十余年再次忆起2003年10月7日那个深夜，他依然难掩激动。“我用一种反常规的方法进行实验，得到一组非常漂亮的数据。”他立即向赵东元汇报了这一结果。

“整个合成过程非常复杂，就像是在一个黑箱子里乱撞”。看到希望后，赵东元带领团队紧锣密鼓地调节实验参数、测试分析，年底就得到了几乎所有数据。

苦战5年后，赵东元团队在有机—无机自组装的基础上，首次提出的有机—有机自组装的新思想得到验证。这一成果于2005年在《德国应用化学》上发表后，引起了学术界的广泛关注。目前，有机—有机自组装的新思想及产生的介孔高分子和介孔碳材料已被60余个国家和地区的1500余家科研机构采用和作为研究对象，相关论文共计4万余篇。

10多年来，赵东元团队共创造19种新型介孔材料。值得一提的是，新型介孔材料均以FDU（复旦大学）命名。

“科学无国界，但科学家有自己的祖国和文化。尤其是基础科研人员，应该在更多的研究领域用中国元素命名，以激发中国人的自信。”赵东元说。据介绍，这些新型介孔材料已进行千吨级生产，为国内外研究单位提供实验试剂，在加氢裂化、蛋白质分离、固定化酶和生物玻璃补骨材料等应用中取得了较好效果。

“化学是离工业最近的一门基础学科，很多研究成果都能实现转化。”赵东元相信“天生我‘材’必有用”，“既然能创造出这个结构的材料，肯定能找到它的用途，尽管目前来看还太昂贵”。

这些年，经过不断压缩成本，赵东元团队将科研成果投入到工业化生产，开展大规模制备。

以石油炼化为例，李伟介绍，中国开采出来的原油通过蒸馏等方式只有约40%可用作汽柴油等，剩下60%的渣油只能用作铺路的沥青等，转化率非常低。“把介孔材料作为催化剂可将重油转化为汽油，大大提高重油转化效率，全国推广后每年可增产约150万吨的高质量油品。”

今年1月9日，国家自然科学基金“功能介孔材料基础科学中心”在复旦大学启动。作为项目牵头人，赵东元有更长远的目标：“将着力推出一批具有世界影响力的原创性成果，创制中国牌号的新一代催化材料，形成以功能介孔材料为中心的多领域全覆盖研究高地，继续引领国际介孔材料领域的发展。”

赵东元自称“造孔之人”。“相当于拿个凿子，在看不到的微观世界里造‘孔’”。研究介孔材料20余年，赵东元养成一种职业病，“平时但凡看到什么材料，就想把它打成孔”。

——看到乐高世界各种大型组装构件，他便联想：“在微观世界，能不能也用各种功能基元搭建形成孔洞？”随后他便带领学生开辟一个新的研究方向——介孔材料合成方法学中的模块化组装。

——看到病人韧带断裂，需要用一个高分子的韧带将两处连接起来，使韧带重新生长，他又琢磨，能不能定向把两个孔给嫁接起来？于是，他带领学生研究用何种材料能够在微观下把两个孔慢慢诱导过来，再通过化学作用合在一起。

……

凭借喜欢科学研究及“异想天开”，赵东元带领团队引领着国际介孔材料领域的发展。他也被列为介孔材料领域发表论文及论文引用率世界排名第一的科学家；在全球所有领域Top1000科学家中，连续八年被列为全球化学和材料领域高被引科学家；担任国际介孔材料协会主席，获得国际介孔材料协会成就奖、发展中国家科学院科学奖等多项国际重要奖项。

赵东元很喜欢和学生在一起。在他看来，一个教师的职责就是创造知识、传授知识。

这些年，赵东元培养的学生获得过多次“百篇优秀博士论文”，不少学生成长为各岗位的教学和科研骨干，如顾栋、李伟、美国芝加哥大学杰出教授田博之等。

“要崇尚科学、坐得住冷板凳，大胆去想，仔细求证，这些都至关重要。”赵东元告诫年轻人。