把梦想变成现实这些“奇才”在纳米材料上打洞

蜜蜂生活在蜂巢里，人类曾经在洞穴中打洞，莲子被莲子包裹着，鱼被精美的渔网覆盖着，热水从淋浴中涌出，火车呼啸着穿过山间隧道.这些看似不相关的东西有一个共同点，那就是“洞”的功能利用。无论是用于过滤，还是作为传输通道或存储空间，各种各样的孔洞让自然和人类社会的出现更有可能。

几位科学家，像魔术师一样，在纳米尺度上做了各种各样的洞，并因他们杰出的洞制作而获奖。11月3日，由中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元领衔的“有序介孔聚合物及碳材料的创造与应用”获2020年度国家自然科学奖一等奖。

开拓性：在有机高分子材料上打洞。

在了解这项研究之前，我们先来谈谈什么是“中孔”。根据国际纯粹与应用化学联合会的定义，孔径小于2 nm的孔称为微孔，孔径大于50 nm的孔称为大孔，孔径在2-50 nm之间的孔称为中孔。介孔材料，顾名思义，是指孔径为2-50纳米的多孔材料。

与块体材料相比，介孔材料具有更高的比表面积、更大的孔径和孔容，可以携带更多的活性物质，实现更快的材料输运。它们广泛应用于能源、环境、安全、生物医学等领域。

1998年，赵东元回国任教于复旦大学化学系，带着5名本科生，开始研究功能性介孔材料的创造与合成。

当时自组装合成的介孔材料都是由无机非金属或金属组成，存在脆性大、密度高、加工困难、不可降解等缺点。赵东元思索了一下：整个介孔材料仅限于无机成分。能否创造出一种柔软、轻便、好用，还能为国民经济创造价值的有机高分子材料？

有些前辈尝试过，但是失败了。因为聚合物和碳的形成是聚合过程，所以很难控制这种材料中的孔形成。具体来说，聚合物前驱体与模板之间的相互作用较弱，使得其难以组装形成有序介孔结构。同时，聚合物前驱体和模板的组成相似，难以去除模板形成介孔结构。此外，聚合物前驱体热稳定性差，难以转化为有序介孔碳材料。

实验之初，赵东元的科研团队屡遭挫败，有成员在实验笔记中记载：“我们得到的不是有序的介孔结构，而是一组纳米粒子……”。研究开始后的三年内，该团队在这一领域进展缓慢。

2003年10月，它终于迎来了一个转折点。一位本科生指出，在制作介孔聚合物的过程中，先聚合再合成聚合物，大大简化了实验步骤，成功获得了一组非常漂亮的数据。

2005年，赵东元团队在《德国应用化学》发表文章，首次提出了有机-有机自组装的新方法，一种全新的介孔材料——有序介孔聚合物和碳材料由此诞生。到目前为止，他们已经发表了8篇关于有序介孔聚合物和碳材料的创造和应用的代表性研究论文，被他引用了3825次。

韩国科学与工程研究院院士RyongRyoo在关于介孔材料起源的讨论中，将有序介孔高分子材料的软模板合成作为几种介孔材料的典型代表之一，称其开辟了纳米科学的新方向。

梦想：介孔材料领域的一场革命。

这项研究在聚合物和碳材料领域掀起了一场革命。

据统计，赵东元团队提出的有机-有机自组装新思路及由此产生的介孔聚合物和碳材料已被60多个国家和地区的1500多家科研机构采用和研究，发表论文近4.2万篇，引领了实习生的发展

赵东元表示，使用介孔材料的印刷电路板已经投产，利用大比表面积介孔材料制作超级电容器的研究正在逐步推进，介孔液体的创制也在如火如荼地进行。该项目的主要完成者之一李伟表示，该团队还致力于有序介孔聚合物和碳材料的精细合成。“我希望在未来，我能像乐高一样，在纳米材料上随意制造各种孔洞。”

这个团队有着天马行空的想象力和脚踏实地的造梦能力。“年轻人要有头脑，要更加勤奋。”回国后，赵东元几乎每周工作80个小时，经常在实验室待上十几个小时，有时吃饭时也不忘讨论学术问题。35岁的李伟(音译)与赵东元一起学习了14年，她说：“赵老师是一名教师，她像父亲一样言传身教。他勤奋刻苦，治学严谨，充满热情，激励着我们的年轻人从事前沿的基础科学研究。”

谈到年轻人做基础研究，李伟谈了自己的体会：“热爱、专注、坚持，不怕坐冷板凳，瞄准目标。‘四个面向’对科技工作者提出了具体要求，每个人都能找到发光发热的地方。”赵东元给年轻人传递了一个信息，不要抱有太多幻想，像蚂蚁一样工作，脚踏实地做好每一件事。

这一次，基础科学研究在国家科学技术奖励大会上开花结果。赵东元说，经过改革开放40多年的发展和积累，基础研究取得丰硕成果是必然的，包括引领性和开创性工作。“但是，我国基础研究领域还有很多方面需要追赶。我建议营造崇尚科学的氛围和宽松的全民研究环境，发扬解放思想的精神，大胆探索、批判质疑，让思想不断碰撞。”赵东元表示，将把大部分精力用于推进介孔材料相关研究成果的应用，做更多的科普工作。