“造孔之人”赵东元荣获2022年度上海市科技功臣|2022年度上海科技奖励大会
图说:赵东元院士 来源/采访对象供图(下同)
(资料图片)
“但凡看到材料,都想把它打成孔。”很难想象,一位很会发论文的科学家,如此着迷“动手做”。他就是中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元,曾于2021年荣获国家自然科学一等奖,为上海18年来再次摘此殊荣。 “自然科学奖”历来是科技奖励中最基础,也最远离产业和应用的奖项,而赵东元却将自己的科研“从0到1”做起,以“从1到10”为小目标,最好能应用到化工产业的各个领域,甚至打造出“100条产业链”。
“造孔之人”
1998年,35岁的赵东元结束了在美国加州大学圣芭芭拉分校的博士后工作,从美国洛杉矶直飞上海。因为这里有个“好单位”——复旦大学,“好单位的关键在于,有好的科研环境。”
一待便是23年,赵东元果然得偿所愿,始终专注功能介孔材料研究,从一名年轻的科研人员成长为享誉国际的科学家——2000 年获国家自然科学基金委员会杰出青年基金,2004年获得国家自然科学二等奖,2007年44岁的他当选为中国科学院院士……
刚回国时,国内整体科研条件和国外差距较大。复旦大学提供了3万元科研经费,赵东元买了一台电脑,坐进简陋的催化楼办公室写起研究计划:能不能创造一种有机的高分子材料,又软又轻又好用,还能在国民经济中创造出非常高的价值?
介孔材料是一种多孔材料,孔径在2-50纳米,是20世纪发展起来的崭新的材料体系,不过当时仅局限于无机材料领域。它具有规则排列、大小可调的孔道结构及高的比表面积和大的吸附容量,在大分子催化、吸附与分离、纳米组装及生物化学等众多领域具有广泛的应用前景,如何合成有机的高级分子材料,却是世界级难题。因为,没人这样干过。
在行家里手看来,赵东元的研究方向,属于“异想天开”。 “整个合成过程非常复杂,就像是在一个黑箱子里乱撞。前四年多时间,进展非常缓慢。” 直到团队里来了位年轻人,一位复旦转专业来的本科生,名叫顾栋。2002年,复旦大学在全国率先施行本科生转专业制度。酷爱化学、高考未能被第一志愿录取的历史系学生顾栋,申请转到化学系,后选择赵东元作为本科生导师,开始在实验室参与一些研究工作。
图说:赵东元院士指导学生做实验(下同)
“顾栋非常聪明,他提出把高分子先聚再合成的做法,一下子把步骤从5个简化成2个。”受此启发,赵东元带领学生们打开思路,调节实验参数、测试分析,终于在“五年计划”内基本得到了所有数据。
2005年,赵东元在《德国应用化学》上发表文章,在有机-无机自组装的基础上首次提出有机-有机自组装的新思想,并将实验方法公之于众。至今已经吸引60多个国家和地区的1500余家科研机构跟踪研究,利用相似的方法研究介孔高分子和碳材料等,发表论文4万多篇。国际学术界评价这项研究的贡献为“先驱”“里程碑”“突破”“重要进展”等。
基础研究不基础
“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。”虽从事基础研究,但赵东元相信基础研究不基础:科学家的名字不应该只会写在论文上,而是“天生我材必有用”——既然能创造出这个结构的材料,那么肯定会能找到它的用途,哪怕目前来看还较昂贵。
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。比如:将介孔材料作为催化剂使用,大大提高重油转化效率,全国推广后每年可为中石化增产约150万吨的高质量油品;将介孔碳和介孔高分子吨级生产,运用于超级电容器,在北京奥运会的LED路灯和上海世博会的电动汽车上都得到了示范性应用。此外,还在生物检测、环境处理、电子材料等诸多方面得到广泛应用。
而在民用方面,目前尚未实现,但赵东元早有了一番畅想:介孔材料在工业上已经作为绝缘和隔热材料使用了,是不是将来也可能应用到衣物上呢?比如用纳米孔制作衣服,既轻薄,保暖性又强。实际上,他们现在就正在做一种利用介孔高分子材料做成的液体。“将来抹在身上,薄薄一层,就能完全隔热,你根本都看不出来,零下30℃都不怕!”
从不为学生设限
在赵东元看来,一个教授的职责就在于八个字:创造知识、传授知识。
赵东元的研究生获得过三次“百篇优秀博士论文”,国内罕见。在赵东元的栽培下,不少学生成长为教授:顾栋,武汉大学高等研究院教授;李伟,复旦大学化学系教授;田博之,美国芝加哥大学杰出教授……
在育人这件事上,赵东元从不为学生设限。平时指导学生科研,他会给个大方向,但不会告诉学生具体怎么去做,鼓励学生自由探索,后面会经常给予建设性的建议。当年,顾栋从历史系转专业、选他做导师,赵东元非但不拒绝还表示欢迎。李伟也有相似经历:他2013年从复旦博士毕业,本可直接留校做青年研究员,但赵东元鼓励他先出去看一看。李伟先后赴加拿大、韩国做博士后,分别从事太阳能电池和新型碳材料研究,大大开阔了视野。重回复旦后,李伟结合海外所学,拓展新的研究领域。
“交叉融合会带来新的活力,这个领域才能不断发展。对一个学生的成长来说也是如此,如果局限在一个窄面,那就没了发展。”赵东元认为。
除了带研究生之外,赵东元还坚持为本科生上《普通化学》近20年。一周两次课,他几乎从未缺席,即使前一天还在外地开会,也一定连夜飞回来。 “我喜欢跟学生们打成一片,也希望通过这种方式不断加强自己的基础知识。”
对赵东元来说,与学生们在一起时的自己,不仅在传授知识,更是在传承科学精神。因为科研做得很好,上课不光干巴巴地讲原理,而是融入很多实际应用和前沿成果,很多学生乐意下课留下来向他请教。哪怕是一些简单的问题,赵东元总是很耐心地讲解,从不打击学生,非常爱护学生的兴趣。
“我的成果都与复旦的学生和环境息息相关。来复旦23年,这里宽松的科研氛围和自由探索的精神培养了我。这一点上,我感恩不尽。”赵东元说。
新民晚报记者 马亚宁
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