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造孔之人的“異想天開”——走近國家自然科學獎一等獎“有序介孔高分子和碳材料的創制和應用”獲獎項目團隊

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-11-25  瀏覽次數:11
核心提示:在剛剛落幕的國家科學技術獎勵大會上,由中國科學院院士、復旦大學化學系教授趙東元和教授李偉等完成的有序介孔高分子和碳材料的
 在剛剛落幕的國家科學技術獎勵大會上,由中國科學院院士、復旦大學化學系教授趙東元和教授李偉等完成的“有序介孔高分子和碳材料的創制和應用”項目,榮獲2020年度國家自然科學獎一等獎。

生活里隨處可見大大小小、天然而生的“孔”,比如樹木、硅藻土、細胞等,這些結構單元自發形成有序結構的現象,離不開分子自組裝。上世紀40年代,科學家通過化學自組裝合成手段,制造出結構規整的多孔材料,備受各領域青睞。

1998年,趙東元學成歸國后從教,在復旦大學開始了對功能介孔材料的創制與合成研究。他介紹,介孔材料在很多微孔分子篩難以完成的大分子催化、吸附與分離及生物化學等眾多領域具有廣泛應用前景。譬如在能源領域,油品質量的高低與環境保護息息相關。“但原油重質化越來越嚴重,原油中渣油的平均含量達到50%以上。”趙東元告訴記者,提高渣油的轉換率是提升能源利用率、降低環境污染和緩解我國對國際原油依賴的關鍵,迫切需要找到合適、高效的催化材料,介孔材料的發現恰逢其時。

基于介孔材料應用的各項產業發展雖風光無限,可直到2001年左右,科學家們自組裝合成的介孔材料仍局限于無機非金屬或金屬。趙東元突發奇想:能不能創造出一種有機的高分子材料,又軟又輕又好用,還能更好滿足國民經濟發展需要?

敢想更要敢于付諸行動。趙東元將目光轉向材料的另一重要組成——高分子和碳。但在當時,有機且有序的介孔高分子和碳材料自組裝合成在學界根本找不到相關報道,“我們就像是在一個黑箱子里亂撞。”回顧從艱難組建科研團隊,到苦戰5年終于迎來“柳暗花明”,趙東元感慨實驗之所以成功,一是因為“異想天開”,二是足夠幸運。

前兩年,實驗進展非常緩慢。但趙東元和團隊成員深知只有堅持,才能迎來轉機。2003年10月7日深夜,團隊成員顧棟用一種反常規方法進行實驗,測試得到一組非常漂亮的數據。“顧棟提出把高分子先聚再合成的做法,一下子把步驟從5個簡至2個。”趙東元在學生的啟發下打開了思路,大家緊鑼密鼓調節實驗參數、測試分析,以獲取有效數據。

2005年,趙東元于《德國應用化學》上發表文章,在有機—無機自組裝的基礎上首次提出有機—有機自組裝新方法,國際學術界評價這項研究成果是介孔材料領域“里程碑式”和“先驅”的進展。

雖從事基礎研究,但趙東元的研究與實際應用結合得相當緊密。趙東元團隊將科研成果積極投入到工業化生產。比如將介孔材料作為催化劑,大幅提高重油轉化效率,全國推廣后每年可為中國石油化工集團增產約150萬噸高質量油品。

在獲得國家自然科學獎一等獎后,他接下來還會研究些什么?趙東元早有一番暢想:介孔材料在工業上已作為絕緣和隔熱材料使用了,將來能否應用到衣物上?實際上,團隊正在研究一種利用介孔高分子材料制成的液體,“將來抹在身上,薄薄一層就能完全隔熱,零下30攝氏度都不怕!”趙東元興奮地說。

趙東元自稱“造孔之人”,各種“異想天開”,是他科研工作的動力和源泉。

今年1月9日,在20多位院士的共同見證下,國家自然科學基金“功能介孔材料基礎科學中心”在復旦大學啟動。作為項目牽頭人,趙東元有更長遠的目標:“科學中心將著力推出一批具有世界影響力的原創性成果,創制中國牌號的新一代催化材料,形成以功能介孔材料為中心的多領域全覆蓋研究高地,為保持和發展我國在功能介孔材料合成與應用基礎研究和工業應用領域的領先地位提供原動力。”

 
 
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