25年发明19种以复旦大学命名的介孔分子筛材料，被全球广泛研究和使用赵东元：热爱挡不住，我愿一辈子“造孔”

原标题：25年发明19种以复旦大学命名的介孔分子筛材料，被全球广泛研究和使用赵东元：热爱挡不住，我愿一辈子“造孔”

①赵东元近照。 本报记者 张伊辰摄 ②赵东元指导学生实验。成钊摄 ③赵东元在为本科生授课。（复旦大学供图）制图：冯晓瑜

“如果有一种介孔材料，赵东元做不出来，那世界上可能就没人做得出。”

听到这句话，中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元憨然一笑，“一点儿没错，在介孔领域，我们确实是做得最好的，绝对敢说引领世界”。

在微观世界里，孔径介于2纳米至50纳米之间的材料被称为“介孔材料”。2克介孔材料的表面积展开，足可铺满6000平方米的足球场。它所创造的丰富空间，为科学家们解决能源、健康、信息、环境、安全等领域的难题提供了无限可能。

在这种神奇材料上，赵东元已经投入了25年时光。25年间，他不仅突破多重难题，提出多种合成策略，实现无机介孔材料功能的精准调控，还提出了“有机-有机自组装”思想，在世界上率先开拓出了有机介孔材料新方向。

继2021年为上海捧回了空缺18年的国家自然科学奖一等奖后，在昨天召开的上海市科学技术奖励大会上，赵东元被授予2022年度上海市科技功臣奖。

赵东元说，25年不够，他要一辈子做下去，因为这是他的热爱，“只有热爱是挡不住的，但凡看到的材料，我都想把它打成孔”。

微观世界的“俄罗斯套娃”

“见过俄罗斯套娃吧？一个套着一个，明明只占同样空间，但表面积却一下增加了好几倍。”赵东元这样解释外行人难以理解的介孔材料——

这些增加的表面积，把微观空间分隔成不同“单间”，每个“单间”都可以加上不同性能的分子“设备”，从而实现不同功能。

如果将几种不同功能的介孔材料组装成一个个立体的复合小球，那就如同搭建起了一个微型加工车间，可以让一些传统方式难以推进的化学反应变得异常高效。

在赵东元眼中，介孔材料可谓是无往不利的材料“尖兵”，“曾经有人问我，介孔材料是不是哪里都能用到？的确，在我看来，只要花心思钻研，介孔材料还真的是无所不能”。

我国每年使用的7亿吨原油中，有3亿吨是重油、渣油。由于重油、渣油成分复杂，普通催化剂很难让它乖乖“变身”轻质的汽油、柴油，一不小心就会因碳链“剪”不断而导致结焦（变成焦碳块）。

为解决这个难题，赵东元创制了一种壳核结构的介孔小球。这种小球外壳孔径大，内核孔径小，外壳好像分子筛，低价值的重油、渣油大分子可以进入，并被初步“撕碎”，而内核则将这些碎片进一步“剪碎”，成为汽油、柴油等高附加值液体燃料。

齐鲁石化在使用这种梯度孔径的分子筛催化剂后，六年来生产效率提高了1.5%，每年增加150万吨高品质油品，相当于增加几十亿产值。

然而，在这个介孔小球的背后，凝聚了赵东元十多年钻研的心血。

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，来到复旦建立起自己的实验室。带着5名本科生，靠着3万元的启动经费，他开始了功能介孔材料创制与合成的研究。

从最基本的分子结构、反应能量入手，赵东元带领课题组开始挑战极其复杂的功能介孔材料合成。

当时，国内科研条件与国外差距还比较大，赵东元的实验室里设备十分简陋。“1999年，我们没有XRD（X射线衍射设备），也没有TEM（透射电子显微镜），更没有NMR（核磁共振），但在上海都能找到。”他说，通过当时上海市科委搭建的大型科研仪器共享平台，实验室完成了很多重要实验，大大提升了他的科研能力。

提出“酸碱对”合成理念、“电荷匹配”组装策略，赵东元一步步拆解难题，终于使无机介孔材料的合成变得越来越得心应手。有人曾赞叹：对介孔材料的控制合成，赵东元已经达到了出神入化的地步。

赵东元课题组用FDU（复旦大学的英文首字母缩写）来命名所发现的介孔材料新结构，迄今已达19种。当美国、韩国、日本等国的介孔材料家族还局限在氧化硅，FDU已经拓展到了金属氧化物、硫化物、金属、磷酸盐、含氧酸盐，甚至有机领域。如今，FDU系列介孔材料已被列入化学试剂手册，被全球广泛研究和使用。

捅破一层窗户纸，唤醒一个领域

35岁回国，44岁当选中科院院士，58岁获得国家自然科学奖一等奖，60岁获评上海市科技功臣。在许多人眼中，赵东元的科研道路一路顺遂，但这背后是他几十年如一日的热爱与勤奋。

刚回国时，赵东元几乎每周工作80小时，连续十几个小时泡在实验室里更是常态。就连中午吃饭时间，他也经常用来与学生讨论学术问题。哪怕到了现在，就在获颁科技功臣奖前夕，他去卡塔尔出差，也是凌晨四五点就开始一天的工作。

“科研需要你沉浸，需要你喜欢。”赵东元说，他就是喜欢化学，那是一种热爱，想到做介孔材料，他就“感觉来劲儿”。

赵东元对化学的最初兴趣，是因为高中老师的化学课上得非常精彩。有一次期中考试，他化学得了满分，从此就越来越喜欢化学。高考时，更是五个志愿全部填报了化学专业。

徜徉在化学的世界里，赵东元几乎无时不刻都沉浸在关于介孔材料的“异想天开”中。

2000年前后，全球介孔材料的研制都局限于无机材料。赵东元却脑洞大开地提出了一个问题：高分子材料又轻又软又好用，能不能做出有机介孔材料？

其实，他这么想，并非完全天马行空。大自然中，固然有风蚀水穿的石头孔洞，可也有不少有机体指导合成的无机微孔结构，比如贝壳、牙齿、骨骼。那么，为何不能再进一步，让有机材料引导有机材料形成介孔结构呢？

一个灵感的诞生不易，但要实现它更难。“整个合成过程非常复杂，就像在一个黑箱子里乱撞。”赵东元回忆，整整四年多，课题组似乎陷入了“死循环”——只要一反应，材料就会抱成一团，怎么也做不出介孔。

直到另一位酷爱化学的人出现，带来了转机。2002年，复旦大学在全国率先施行本科生转专业制度。高考未能被第一志愿化学系录取而调剂去了历史系的顾栋，申请转到化学系，并来到了赵东元的实验室。

2003年10月7日，顾栋突发奇想地把高分子先组装成孔，再聚合生长，意外测试到了一组漂亮的数据。赵东元立刻感觉仿佛眼前亮起了一道光，“这就好像捅破了一层窗户纸”。

接下来，整个课题组一下子“从黑夜中走了出来”，紧锣密鼓地调整实验参数、测试分析。2005年，赵东元在《德国应用化学》上发表论文，首次提出“有机-有机自组装”的新思想。迄今为止，这篇论文被引超过3000次，吸引了60多个国家和地区的1500多家科研机构跟踪研究，利用相似方法研究发表的论文逾5万篇。

2012年至2019年，赵东元连续八年被科睿唯安列为全球化学、材料两个领域的高被引科学家，2020年被Science Watch列为介孔材料领域发表论文、引用率全世界排名第一的科学家。

开辟有机介孔材料领域后，介孔材料的基础研究是否就走到头了？2007年，FDU系列介孔材料的结构已达17种，如今十几年过去了，结构数量只增加了2种。

赵东元解释，新结构的数量是有限的，再要找到新结构难度越来越大。但每种结构可以对应的材料却是千变万化，它们能够实现的功能更是无穷无尽。现实生活中，哪怕推动一小部分进入实际应用，就能产生巨大价值。

在位于复旦大学江湾校区的先进材料实验室里，记者见到了采用了介孔材料作为负极材料的新能源电池。具体负责研发的晁栋梁教授介绍，介孔材料能把电池中的电解液“吸”过来，从而使充放电的反应速度加快，也提高了电池的能量密度，“现在电动车充满电需要好几个小时，将来可能只要半小时就能充满”。而且，这种电池的放电速度也大大超过传统电池，就好比汽车油门发力更强，电动车的起步提速也将更快。据悉，实验室已与比亚迪合作，将新技术用于新能源车的电池中。

站在学科最前沿，赵东元认为，介孔材料的基础研究还远未到头。在科学家丰富的想象力下，还有更广阔的天地有待开拓。

曾经，赵东元带着儿子玩乐高的时候，想到了介孔材料的模块化自组装。近来，他又在公园看孩子玩吹气球时，开始思考研发“会呼吸的孔”，让介孔的孔径大小能根据气流的变化而改变，或是孔可以像开关一样在“0/1”之间的状态切换——如今，这些探索在实验室中刚有了点眉目。

“化学实在太有趣了，介孔材料对我来说，真是一辈子都研究不完。”赵东元说。

“布袋院士”坚持20年给本科生上课

“我要去给本科生上课了，回头再聊。”5月18日上午，在接受记者采访时，赵东元非常准点地站起身，他马上要赶去复旦大学邯郸路校区的3108教室，为选修普通化学课的150名本科生上课。

熟悉赵东元的人都知道，给本科生上课是他20年来雷打不动的安排。最令人印象深刻的，就是2021年11月3日，他在北京人民大会堂接受国家自然科学奖一等奖颁奖后的当天，立刻飞回了上海，因为第二天一早，他要给本科生上课。

“其实，也没什么特别的。”赵东元回忆起那天的情形，感觉一切都那么顺理成章，“有100多位学生等着我上课，哪能不回来呢？我这学期每周两节课，还不能迟到，迟到就是教学事故”。

那年11月4日一大早，因为团队成员都想早点看到那张珍贵的获奖证书，赵东元就用平时背着去上课的帆布袋装上证书，骑着自行车，去了学校。他没想到，上完课后，在教学楼下遇到同事，随手拍了张照片发到了朋友圈。由于证书挺大，露了一截在帆布袋外，结果照片就在网上火了，他也因此得了个“布袋院士”的别号。

“我刚来复旦时，还真不喜欢给学生上课。”赵东元坦言，备课需要投入大量时间和精力，当时觉得还不如把时间用在做实验上。但站了几年讲台之后，他渐渐爱上了给本科生上课。

化学作为一门中心科学已有300多年的历史，所有经典理论、知识都已固化下来，任何一位老师来讲授，内容都差不多。从上课第一天起，赵东元就非常确信：“我的课，一定会和别的老师不一样，因为我热爱化学，我对化学的理解更加深刻，我会用它来激发学生对科学的热爱。”

即使已经上了20年的普通化学，赵东元仍会花上至少两倍于课程的时间来备课。每次备课，他都会将最新的前沿进展融入课堂——20年几乎没有一次讲课是重复的。“很多学生肯定会听不懂，但他们可以感受科学家的伟大，科学精神的伟大”。

那天上午，赵东元的授课内容是元素化学，主要讲气体元素的发现。

“人类花了250年研究空气的运动，才认识到了两种气体运动过程，并用方程式将其描述出来。而知道空气中有什么，则花了300多年。”他对学生说，我们天天呼吸的空气中，有氧气、氮气、惰性气体，每一种气体元素的发现背后，都有着一长串超越寻常思维的科学故事。

赵东元希望，年轻学子们能在牢固掌握基础知识的基础上，打破常规地发现科学问题，用强有力的理性思维小心求证，不断创新突破。

给本科生上课，赵东元越上越喜欢，因为这不仅锻炼讲演的能力，还能深化对科研的基础认识。“越基础的课程，授课越要有逻辑，对基本概念的理解也必须深刻。其实，知识就是那些，对于现在的学生来说，自学都可以，但对概念的理解、对知识的理解、对其背后内在实质的理解则考验教师的水平。”

在赵东元看来，基础研究完全是一种理论和想象，而化学是最接近物质的，没有数学和物理那么抽象，但也需要研究者有很强的想象力、逻辑性，“要培养学生具有理性思维的同时，还要有做探险家的能力”。（张伊辰 许琦敏）