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造孔之人的“异想天开”——走近国家自然科学奖一等奖“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”获奖项目团队

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-11-25  浏览次数:21
核心提示:在刚刚落幕的国家科学技术奖励大会上,由中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元和教授李伟等完成的有序介孔高分子和碳材料的
 在刚刚落幕的国家科学技术奖励大会上,由中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元和教授李伟等完成的“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”项目,荣获2020年度国家自然科学奖一等奖。

生活里随处可见大大小小、天然而生的“孔”,比如树木、硅藻土、细胞等,这些结构单元自发形成有序结构的现象,离不开分子自组装。上世纪40年代,科学家通过化学自组装合成手段,制造出结构规整的多孔材料,备受各领域青睐。

1998年,赵东元学成归国后从教,在复旦大学开始了对功能介孔材料的创制与合成研究。他介绍,介孔材料在很多微孔分子筛难以完成的大分子催化、吸附与分离及生物化学等众多领域具有广泛应用前景。譬如在能源领域,油品质量的高低与环境保护息息相关。“但原油重质化越来越严重,原油中渣油的平均含量达到50%以上。”赵东元告诉记者,提高渣油的转换率是提升能源利用率、降低环境污染和缓解我国对国际原油依赖的关键,迫切需要找到合适、高效的催化材料,介孔材料的发现恰逢其时。

基于介孔材料应用的各项产业发展虽风光无限,可直到2001年左右,科学家们自组装合成的介孔材料仍局限于无机非金属或金属。赵东元突发奇想:能不能创造出一种有机的高分子材料,又软又轻又好用,还能更好满足国民经济发展需要?

敢想更要敢于付诸行动。赵东元将目光转向材料的另一重要组成——高分子和碳。但在当时,有机且有序的介孔高分子和碳材料自组装合成在学界根本找不到相关报道,“我们就像是在一个黑箱子里乱撞。”回顾从艰难组建科研团队,到苦战5年终于迎来“柳暗花明”,赵东元感慨实验之所以成功,一是因为“异想天开”,二是足够幸运。

前两年,实验进展非常缓慢。但赵东元和团队成员深知只有坚持,才能迎来转机。2003年10月7日深夜,团队成员顾栋用一种反常规方法进行实验,测试得到一组非常漂亮的数据。“顾栋提出把高分子先聚再合成的做法,一下子把步骤从5个简至2个。”赵东元在学生的启发下打开了思路,大家紧锣密鼓调节实验参数、测试分析,以获取有效数据。

2005年,赵东元于《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—有机自组装新方法,国际学术界评价这项研究成果是介孔材料领域“里程碑式”和“先驱”的进展。

虽从事基础研究,但赵东元的研究与实际应用结合得相当紧密。赵东元团队将科研成果积极投入到工业化生产。比如将介孔材料作为催化剂,大幅提高重油转化效率,全国推广后每年可为中国石油化工集团增产约150万吨高质量油品。

在获得国家自然科学奖一等奖后,他接下来还会研究些什么?赵东元早有一番畅想:介孔材料在工业上已作为绝缘和隔热材料使用了,将来能否应用到衣物上?实际上,团队正在研究一种利用介孔高分子材料制成的液体,“将来抹在身上,薄薄一层就能完全隔热,零下30摄氏度都不怕!”赵东元兴奋地说。

赵东元自称“造孔之人”,各种“异想天开”,是他科研工作的动力和源泉。

今年1月9日,在20多位院士的共同见证下,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:“科学中心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,为保持和发展我国在功能介孔材料合成与应用基础研究和工业应用领域的领先地位提供原动力。”

 
 
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