在看不到的微觀世界里“造孔”會有什么收獲？為了把這個腦海中“一閃而過”的設想應用到真實世界，中國科學院院士、復旦大學化學系教授趙東元一研究就是20余年。

在微觀世界里，孔徑介于2納米至50納米之間的材料被稱為“介孔材料”。將2克介孔材料的表面積展開，可鋪滿6000平方米的足球場。在2000年左右，介孔材料都局限于無機材料，如果能創(chuàng)制出有機介孔材料，相較此前的無機材料不僅能拓展材料體系，還能創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟價值?！澳莻€時候我就想能不能做出有機高分子的材料?！壁w東元近日接受第一財經(jīng)獨家專訪時說。

【資料圖】

不過由于該研究領(lǐng)域沒有先例，趙東元和團隊多年都沒有取得突破，常年泡在實驗室的他們幾乎陷入“死胡同”，直到2003年的一個晚上，初試測到了一組漂亮的數(shù)據(jù)。緊接著，課題組繼續(xù)投入實驗和測試分析。

2005年，趙東元和團隊在《德國應用化學》上發(fā)表論文，在有機-無機自組裝的基礎上首次提出有機-有機自組裝的新思想，并將實驗方法公之于眾。這項研究在國際學術(shù)界被評為“先驅(qū)”、“里程碑”、“突破”、“重要進展”，并獲得了2020年度國家自然科學獎一等獎，這也是18年來上海再次獲得基礎研究領(lǐng)域最高獎項。

“人們提到愛因斯坦想到相對論，提到法拉第就想到了電磁效應，若只在3秒內(nèi)就能讓人想起他的重要科學貢獻，就是一個知名的科學家?！壁w東元認為。

作為創(chuàng)制有序功能介孔高分子和碳材料的“造孔”魔術(shù)師，趙東元和團隊是如何找到突破的？接下來功能介孔材料還將應用在哪些新的領(lǐng)域？

應用廣泛，從催化劑到新能源電池

化學作為一門研究物質(zhì)的科學，是離工業(yè)最近的基礎學科?！拔覀儾粌H研究物質(zhì)的變化，而且還可以創(chuàng)造新物質(zhì)，化學家就像是魔術(shù)師?！壁w東元說。

1998年，結(jié)束了在美國加利福尼亞大學圣芭芭拉分校的博士后工作，35歲的趙東元回到上海，并在復旦大學任教，專注功能化介孔材料的研究。不過，彼時想做出有機高分子材料，并非易事。

趙東元團隊研究了三年也沒取得進展。“我們的學生做實驗都快做哭了，因為這個領(lǐng)域從來沒有先例，幸運的是最后有一個學生真的取得了突破?！?/p>

趙東元提到的這個學生——顧棟，如今已是武漢大學教授。2003年10月的一個晚上，顧棟用一種反常規(guī)的方法進行實驗，測到了一組非常漂亮的數(shù)據(jù)，他立馬興奮地打電話給趙東元。在顧棟的這組數(shù)據(jù)啟發(fā)下，趙東元和團隊繼續(xù)調(diào)節(jié)參數(shù)、測試分析，年底就基本得到了所有數(shù)據(jù)，并在2005年發(fā)表了那篇突破性論文。至今已經(jīng)吸引60多個國家和地區(qū)的1500余家科研機構(gòu)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。

當談到功能化介孔材料下一步如何應用于經(jīng)濟生活，趙東元向記者解釋，任何一個物體都有它的用處，如果能在這個物體上面打上孔，一定用處更多。功能化介孔材料作為一種新型材料，用途廣泛，不僅可以充當催化劑，做電池、傳感器，還可以應用于生物醫(yī)療、化妝品等。

介孔材料的突破影響深遠。比如，在電池領(lǐng)域，因為涉及電子傳輸，那么打上孔就有了傳輸通道，這樣就能把電池中的電解液“吸”過來，從而使充放電的反應速度加快，提高電池的能量密度，“將來一臺電動車充滿電可能只要半小時”。在催化劑領(lǐng)域，介孔材料也能提高重油轉(zhuǎn)化效率，全國推廣后每年可增產(chǎn)約150萬噸的高質(zhì)量油品。

截至目前，趙東元團隊一共創(chuàng)造出19種以FDU（復旦大學）命名的新型介孔材料，這些新型介孔材料已經(jīng)進行了千噸級生產(chǎn)，在加氫裂化、蛋白質(zhì)分離、固定化酶和生物玻璃補骨材料等應用方面，為國內(nèi)外研究單位提供實驗試劑。

而關(guān)于接下來的實際應用，他也有更多的新設想，其中一個便是介孔材料合成方法學中的模塊化組裝，這個也是受兒子愛玩的樂高積木所啟發(fā)。他告訴記者，這個新的研究方向，通俗地說就是假設孔能不能像皮筋似地拉開，而且孔徑能根據(jù)氣流的變化而改變。

此外，趙東元也幻想著某一天新型介孔材料能成為液體。他說，雖然（將介孔材料做成）穿戴材料還沒能實現(xiàn)，但是科學是可以指導實際應用的，如果以后做成液體的介孔材料，只要把材料抹在身上就能保暖、隔熱了。“科學的原理和規(guī)律非常重要，并不是說這個東西當前一定能用，科學是可以指導日常生活的。”

成果轉(zhuǎn)化政策要有連續(xù)性

由于化學是一門承上啟下的中心科學，不少科研成果很快能轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，在成果轉(zhuǎn)化過程中，還需要重點加強哪些工作？

在趙東元看來，化學不同于生物醫(yī)療，一個新藥落地可能花費20年，在化學領(lǐng)域大概5~10年就可以把實驗室的成果轉(zhuǎn)化為化學工業(yè)的技術(shù)。

高校和科研院所作為科技成果轉(zhuǎn)化的主力軍，近年來成果轉(zhuǎn)化工作已進入平穩(wěn)發(fā)展階段。2021年共有3649家高校院所以轉(zhuǎn)讓、許可、作價投資和技術(shù)開發(fā)、咨詢、服務方式轉(zhuǎn)化的合同總金額為1581.8億元，總合同項數(shù)為564616項。

“我國經(jīng)濟發(fā)展速度非常快，對化學工業(yè)的需求很大，因此成果轉(zhuǎn)化的氛圍和政策環(huán)境都很好，但是仍存在一些不足。比如政策的連續(xù)性不夠。”趙東元對記者解釋，從實驗室到工業(yè)化要經(jīng)歷一個過程，這中間的人才、投資目前都還不夠。大家都想直接把技術(shù)拿過來生產(chǎn)進而產(chǎn)生效益，但從實驗室到成果落地是需要一個轉(zhuǎn)化過程的，這方面的配套措施和歐美發(fā)達國家相比還是有差距。

他認為，如今一些大型企業(yè)的成果轉(zhuǎn)化、基礎研究能力都比較弱，企業(yè)還應該提高自身的基礎研究能力?！凹夹g(shù)和科學比較接近，雖然都是創(chuàng)新，但是兩者的規(guī)律不完全一樣，像埃隆·馬斯克這樣的企業(yè)家是技術(shù)創(chuàng)新，并不屬于基礎研究的創(chuàng)新。”

關(guān)于企業(yè)的基礎研究能力，今年發(fā)布的《中國研發(fā)經(jīng)費報告（2022）》也顯示，企業(yè)執(zhí)行基礎研究經(jīng)費不足是中國基礎研究面臨的突出問題。2020年，中國基礎研究經(jīng)費中企業(yè)執(zhí)行占比僅為6.52%，同期美國基礎研究企業(yè)執(zhí)行比例達32.14%，日本這一數(shù)據(jù)是47.07％。

趙東元表示，雖然我國基礎研究起步較晚，相較有幾百年歷史的西方來說只有幾十年，但是已經(jīng)進步顯著，比如在科研硬件環(huán)境方面，幾乎已經(jīng)和歐美不相上下，甚至有的地方還略有優(yōu)勢?！皠傞_始我回國的時候?qū)嶒炇叶紱]有電子繪圖儀，我們做記錄都是用手描?，F(xiàn)在的硬件環(huán)境真的好太多了，這40年的變化翻天覆地?！?/p>

但是在“軟實力”方面，他認為還是有差距的，這就更需要科研人員擁有“理性的思維和大膽質(zhì)疑的科學精神”。

趙東元強調(diào)，獨立思考是科研工作的關(guān)鍵所在，年輕人要打破常規(guī)思維，敢于異想天開，跟從和認同是做不出創(chuàng)新工作的?！耙粋€基礎研究工作者，一旦他‘異想天開’的設想有一天能實現(xiàn)，根本不需要外界的任何表揚。內(nèi)心的喜悅和幸福感溢于言表，這也是一個科研工作者的動力所在?！?/p>

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