在看不到的微觀世界里“造孔”會(huì)有什么收獲？為了把這個(gè)腦海中“一閃而過(guò)”的設(shè)想應(yīng)用到真實(shí)世界，中國(guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)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(chǎng)。在2000年左右，介孔材料都局限于無(wú)機(jī)材料，如果能創(chuàng)制出有機(jī)介孔材料，相較此前的無(wú)機(jī)材料不僅能拓展材料體系，還能創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值?！澳莻€(gè)時(shí)候我就想能不能做出有機(jī)高分子的材料?！壁w東元近日接受第一財(cái)經(jīng)獨(dú)家專訪時(shí)說(shuō)。

【資料圖】

不過(guò)由于該研究領(lǐng)域沒有先例，趙東元和團(tuán)隊(duì)多年都沒有取得突破，常年泡在實(shí)驗(yàn)室的他們幾乎陷入“死胡同”，直到2003年的一個(gè)晚上，初試測(cè)到了一組漂亮的數(shù)據(jù)。緊接著，課題組繼續(xù)投入實(shí)驗(yàn)和測(cè)試分析。

2005年，趙東元和團(tuán)隊(duì)在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表論文，在有機(jī)-無(wú)機(jī)自組裝的基礎(chǔ)上首次提出有機(jī)-有機(jī)自組裝的新思想，并將實(shí)驗(yàn)方法公之于眾。這項(xiàng)研究在國(guó)際學(xué)術(shù)界被評(píng)為“先驅(qū)”、“里程碑”、“突破”、“重要進(jìn)展”，并獲得了2020年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，這也是18年來(lái)上海再次獲得基礎(chǔ)研究領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)。

“人們提到愛因斯坦想到相對(duì)論，提到法拉第就想到了電磁效應(yīng)，若只在3秒內(nèi)就能讓人想起他的重要科學(xué)貢獻(xiàn)，就是一個(gè)知名的科學(xué)家?！壁w東元認(rèn)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(tuán)隊(duì)是如何找到突破的？接下來(lái)功能介孔材料還將應(yīng)用在哪些新的領(lǐng)域？

應(yīng)用廣泛，從催化劑到新能源電池

化學(xué)作為一門研究物質(zhì)的科學(xué)，是離工業(yè)最近的基礎(chǔ)學(xué)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(xué)家就像是魔術(shù)師?！壁w東元說(shuō)。

1998年，結(jié)束了在美國(guó)加利福尼亞大學(xué)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(fù)旦大學(xué)任教，專注功能化介孔材料的研究。不過(guò)，彼時(shí)想做出有機(jī)高分子材料，并非易事。

趙東元團(tuán)隊(duì)研究了三年也沒取得進(jìn)展。“我們的學(xué)生做實(shí)驗(yàn)都快做哭了，因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域從來(lái)沒有先例，幸運(yùn)的是最后有一個(gè)學(xué)生真的取得了突破?！?/p>

趙東元提到的這個(gè)學(xué)生——顧棟，如今已是武漢大學(xué)教授。2003年10月的一個(gè)晚上，顧棟用一種反常規(guī)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)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(tuán)隊(duì)繼續(xù)調(diào)節(jié)參數(shù)、測(cè)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(gè)國(guó)家和地區(qū)的1500余家科研機(jī)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(wàn)多篇。

當(dāng)談到功能化介孔材料下一步如何應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)生活，趙東元向記者解釋，任何一個(gè)物體都有它的用處，如果能在這個(gè)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(dāng)催化劑，做電池、傳感器，還可以應(yīng)用于生物醫(yī)療、化妝品等。

介孔材料的突破影響深遠(yuǎn)。比如，在電池領(lǐng)域，因?yàn)樯婕半娮觽鬏?，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(guò)來(lái)，從而使充放電的反應(yīng)速度加快，提高電池的能量密度，“將來(lái)一臺(tái)電動(dòng)車充滿電可能只要半小時(shí)”。在催化劑領(lǐng)域，介孔材料也能提高重油轉(zhuǎn)化效率，全國(guó)推廣后每年可增產(chǎn)約150萬(wàn)噸的高質(zhì)量油品。

截至目前，趙東元團(tuán)隊(duì)一共創(chuàng)造出19種以FDU（復(fù)旦大學(xué)）命名的新型介孔材料，這些新型介孔材料已經(jīng)進(jìn)行了千噸級(jí)生產(chǎn)，在加氫裂化、蛋白質(zhì)分離、固定化酶和生物玻璃補(bǔ)骨材料等應(yīng)用方面，為國(guó)內(nèi)外研究單位提供實(shí)驗(yàn)試劑。

而關(guān)于接下來(lái)的實(shí)際應(yīng)用，他也有更多的新設(shè)想，其中一個(gè)便是介孔材料合成方法學(xué)中的模塊化組裝，這個(gè)也是受兒子愛玩的樂高積木所啟發(fā)。他告訴記者，這個(gè)新的研究方向，通俗地說(shuō)就是假設(shè)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(shuō)，雖然（將介孔材料做成）穿戴材料還沒能實(shí)現(xiàn)，但是科學(xué)是可以指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)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?！翱茖W(xué)的原理和規(guī)律非常重要，并不是說(shuō)這個(gè)東西當(dāng)前一定能用，科學(xué)是可以指導(dǎo)日常生活的?！?/p>

成果轉(zhuǎn)化政策要有連續(xù)性

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

在趙東元看來(lái)，化學(xué)不同于生物醫(yī)療，一個(gè)新藥落地可能花費(fèi)20年，在化學(xué)領(lǐng)域大概5~10年就可以把實(shí)驗(yàn)室的成果轉(zhuǎn)化為化學(xué)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(lái)成果轉(zhuǎn)化工作已進(jìn)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(jià)投資和技術(shù)開發(fā)、咨詢、服務(wù)方式轉(zhuǎn)化的合同總金額為1581.8億元，總合同項(xiàng)數(shù)為564616項(xiàng)。

“我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度非?？?，對(duì)化學(xué)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?！壁w東元對(duì)記者解釋，從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)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(guò)來(lái)生產(chǎn)進(jìn)而產(chǎn)生效益，但從實(shí)驗(yàn)室到成果落地是需要一個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程的，這方面的配套措施和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是有差距。

他認(rèn)為，如今一些大型企業(yè)的成果轉(zhuǎn)化、基礎(chǔ)研究能力都比較弱，企業(yè)還應(yīng)該提高自身的基礎(chǔ)研究能力?！凹夹g(shù)和科學(xué)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(chǔ)研究的創(chuàng)新。”

關(guān)于企業(yè)的基礎(chǔ)研究能力，今年發(fā)布的《中國(guó)研發(fā)經(jīng)費(fèi)報(bào)告（2022）》也顯示，企業(yè)執(zhí)行基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)不足是中國(guó)基礎(chǔ)研究面臨的突出問(wèn)題。2020年，中國(guó)基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)中企業(yè)執(zhí)行占比僅為6.52%，同期美國(guó)基礎(chǔ)研究企業(yè)執(zhí)行比例達(dá)32.14%，日本這一數(shù)據(jù)是47.07％。

趙東元表示，雖然我國(guó)基礎(chǔ)研究起步較晚，相較有幾百年歷史的西方來(lái)說(shuō)只有幾十年，但是已經(jīng)進(jìn)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(shì)。“剛開始我回國(guó)的時(shí)候?qū)嶒?yàn)室都沒有電子繪圖儀，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。”

但是在“軟實(shí)力”方面，他認(rèn)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(xué)精神”。

趙東元強(qiáng)調(diào)，獨(dú)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(rèn)同是做不出創(chuàng)新工作的。“一個(gè)基礎(chǔ)研究工作者，一旦他‘異想天開’的設(shè)想有一天能實(shí)現(xiàn)，根本不需要外界的任何表?yè)P(yáng)。內(nèi)心的喜悅和幸福感溢于言表，這也是一個(gè)科研工作者的動(dòng)力所在?！?/p>

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