上海科技奖|“造孔之人”赵东元被评为科技功臣:做实验需“异想天开”

澎湃新闻 2023-05-26 10:13:32

中国科学院院士赵东元本文图片均由复旦大学提供

做出怎样的贡献,会被评为上海科技功臣?

身为中国科学院院士、复旦大学化学系教授,赵东元23年来始终专注功能介孔材料研究,取得一系列创新研究成果,更因为原创性提出了有机-有机自组装思想,创制了有序功能介孔高分子和碳材料,揭示了介孔独特的物质输运和界面反应规律,获得国家自然科学奖一等奖,2023年5月26日,赵东元又被评为2022年度上海市科技功臣。

身为一名院士,赵东元却依旧坚持给本科生开课,培育青年研究人才,在他看来,做好科学研究和培育科学英才同样重要。

“作为科学家,我认为科学无国界,但科学家有自己的祖国和文化。尤其是基础科研人员,应该在更多的研究领域用中国人的名字命名,来弘扬中国人的自信。”赵东元期待着,能有一代又一代青年科技人才涌现,未来有越来越多中国人的名字,出现在学生们的教科书上。

实验过程非常复杂,“像在一个黑箱子里乱撞”

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。

赵东元刚回国时,国内整体科研条件和国外差距较大。复旦大学为这位引进人才提供了3万元科研经费。赵东元买了一台电脑,很快坐进简陋的催化楼办公室,写起研究计划,便带着5个本科生,开始了对功能介孔材料创制和合成的研究。

“介孔材料是一种多孔材料,孔径在2-50纳米。而功能化介孔材料,是将介孔材料改性而使其具有不同的功能。”赵东元介绍,介孔材料是20世纪发展起来的崭新的材料体系,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。

在无机介孔领域,赵东元已经带领团队提出了多种合成策略,实现了无机介孔材料定向合成,发明了19种以复旦大学(FDU)命名的功能介孔材料,这批FDU系列介孔材料被列入化学试剂手册,被广泛研究和使用。

2001年左右,整个介孔材料都局限于无机材料。赵东元又突发奇想:做了这么多无机介孔材料,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?

为了攻克这个难题,赵东元组建科研团队,苦战5年。回顾整个过程,赵东元感慨,实验之所以做成,一是因为“异想天开”,二是足够幸运。“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。

赵东元在实验室

转机来自一位复旦转专业的本科生。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。

时隔十几年,如今已是武汉大学教授的顾栋,回忆起2003年10月7日的那个深夜,依然难掩激动。当天,他用一种反常规的方法进行实验,测试得到一组非常漂亮的数据。“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。”赵东元在学生的启发下打开了思路。接下来两个月,大家紧锣密鼓调节实验参数、测试分析,年底就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。

转化成果已用于上海世博会、北京奥运村

深耕介孔材料研究25年,勇闯基础研究无人区外,赵东元也一直关注科研成果的转化和利用。

“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。”赵东元相信“天生我材必有用”,既然能创造出这个结构的材料,那么肯定能找到它的用途,哪怕目前来看还较昂贵。

赵东元(中)指导学生实验

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,实现了核壳结构介孔分子筛催化剂千吨级生产与工业化应用,大大提高重油转化效率,在齐鲁石化56万吨/年重油转化装置上工业应用,已稳定运行5年,与国外UOP催化剂相比,中间馏分油收率提高1.5%,全国推广后每年可为中石化增产约150万吨的高质量油品。

在介孔高分子和碳材料的规模化制备和应用方面,赵东元团队成果转化催生出了介孔碳超级电容器、钯介孔碳催化剂、铜锰介孔碳催化剂等产品,已经利用于上海世博会、北京奥运村等场景,近3年销售额已超过4亿元。

“布袋院士”已为本科生上课20年

2021年11月3日上午,赵东元在北京人民大会堂接受了国家自然科学奖一等奖的颁奖。颁奖结束后,他马不停蹄地赶回了复旦,因为第二天一早8点,他要给本科生上课。

赵东元赶回学校为本科生上课。他拎着布袋子,袋子里装着他的一等奖证书。

于是,有了2021年11月4日一张刷爆朋友圈的照片。照片中,赵东元拎着布袋子,站在复旦大学袁成英楼门前。袋子里装着他的一等奖证书。拍这张照片的教师周桂发上午十点去开会,没想到在袁成英楼门口碰见赵东元。“我很惊讶,‘你不是昨天还在领奖吗?怎么就回来了?’”这时,赵东元已经上完两节本科生的课,脸色红润,带着刚上完课的兴奋。

赵东元重视本科生教育,坚持为全校自然科学大类的大一学生上专业基础课《普通化学》。作为全校的通识课程,这门课程概念多、内容抽象,但他总能把课程讲得诙谐有趣、深入浅出,并结合材料科学最新进展给大家讲解元素的性质。从2003年起,20年来,一周两次几乎从未间断。

5月中旬,又一次走出课堂的赵东元依旧难掩与学生交流互动的快乐。“在课堂上学生们用求知的眼睛看着你,能够给学生们播下科研的种子,真的很有意义。”赵东元透露,自己开设的超过百人的大课,每次学期初学生们都是要定了闹钟准点抢课的,颇受欢迎。

育人,是他除了科研之外最为关注的事情。在复旦20多年,赵东元团结了一批年轻人。他所带的团队,有一个不成文的规定,每次赵院士获奖拿到的奖金,有20%-30%用来资助年轻学者发展。

如今,赵东元已培养研究生和博士后百余名,为国内外学术界培养了大量优秀人才,包括国家杰出青年科学基金获得者7人、国家四青人才25人、全国优秀博士学位论文奖获得者3人等,获国家级教学成果二等奖、上海市教学成果奖、宝钢优秀教师特等奖、上海市教书育人楷模等奖励和荣誉。

赵东元还有着更长远的目标,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,引领国际介孔材料领域的发展。

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