陳冰

中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授趙東元領(lǐng)銜團(tuán)隊獲得國家自然科學(xué)一等獎。這也是時隔18 年，上海再次獲得國家自然科學(xué)獎一等獎。

在剛剛頒布的2020國家科學(xué)技術(shù)獎中，中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授趙東元領(lǐng)銜團(tuán)隊原創(chuàng)性提出了有機(jī)-有機(jī)自組裝思想，創(chuàng)制了有序功能介孔高分子和碳材料，揭示了介孔獨(dú)特的物質(zhì)輸運(yùn)和界面反應(yīng)規(guī)律，獲得自然科學(xué)一等獎。這也是時隔18年，上海再次獲得國家自然科學(xué)獎一等獎。

在許多人眼中，趙東元的科研道路無比順暢——2000 年獲國家自然科學(xué)基金委員會“杰出青年”基金，2000 年獲教育部“長江學(xué)者”特聘教授稱號，2004 年獲得國家自然科學(xué)二等獎，2007 年 44 歲的他當(dāng)選為中國科學(xué)院院士;他的研究成果被國際同行認(rèn)為是“首次”發(fā)現(xiàn)、介孔材料領(lǐng)域“里程碑式”和“先驅(qū)”的進(jìn)展;他被列為介孔材料領(lǐng)域發(fā)表論文及引用率世界第一位，全球所有領(lǐng)域Top1000科學(xué)家，連續(xù)八年被列為全球化學(xué)和材料領(lǐng)域高被引科學(xué)家……

其實(shí)這背后蘊(yùn)藏著他超人的勤勉與堅持。趙東元自稱“造孔之人”，“相當(dāng)于拿個鑿子，在你們看不到的微觀世界里造孔”。研究多孔材料多年，他養(yǎng)成了一種職業(yè)病——平時但凡看到什么材料，他都想把它打成孔。各種“異想天開”，也成為他科研工作的動力和源泉。

“科研需要你沉浸，需要你喜歡。喜歡，就能迸發(fā)出無窮的力量。只要沉靜下來去思索，去刨根問底，總有一天會得到回報?！彼f?！拔疫@輩子絕對就想做介孔研究，因為我太喜歡了！”

獲獎之際，趙東元院士接受了《新民周刊》的專訪。

突破介孔研究重大難題

“介孔材料是多孔材料領(lǐng)域最重要的發(fā)現(xiàn)之一。它是指孔徑在 2-50 納米的多孔材料。與微孔材料（<2nm）相比，介孔材料具有更大的孔徑和更快的傳質(zhì)速率;與大孔材料（>50nm）相比，具有更多的適性位點(diǎn)和納米限域效應(yīng)?！?/p>

趙東元介紹，介孔材料是 20 世紀(jì)發(fā)展起來的嶄新材料體系，具有規(guī)則排列、大小可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)及高的比表面積和大的吸附容量，在大分子催化、吸附與分離、納米組裝及生物化學(xué)等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

他所領(lǐng)銜的課題組首次將介孔材料從無機(jī)組成擴(kuò)展到有機(jī)高分子和碳，在分子水平上揭示有機(jī)-有機(jī)自組裝機(jī)制，提出了多元協(xié)同共組裝新策略，成功合成了有序介孔碳—氧化硅復(fù)合材料，這種新型材料柔軟而輕，甚至能立于一株蒲公英上。這一成果前所未有地為無機(jī)和有機(jī)介孔材料架起了一座橋。

時間倒回到23年前。

1998 年，35歲的趙東元結(jié)束了在美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校的博士后工作，從美國洛杉磯直飛上海。身為東北人的他，之前從未來過上海。他只知道，上海是大都市。

在幾家國內(nèi)頂尖高校中選擇復(fù)旦，趙東元經(jīng)過了一番深思熟慮?！拔揖鸵_始帶課題組做研究了，要從一個‘運(yùn)動員轉(zhuǎn)變?yōu)椤叹毩耍欢ㄒヒ粋€好的單位?！倍?“好的單位”，在他看來，關(guān)鍵在于有好的科研環(huán)境——教授水平要高，學(xué)生要優(yōu)秀。

趙東元剛回國時，國內(nèi)整體科研條件和國外差距較大。

復(fù)旦大學(xué)為這位引進(jìn)人才提供了3萬元科研經(jīng)費(fèi)。趙東元買了一臺電腦，很快坐進(jìn)簡陋的催化樓辦公室，寫起研究計劃。不像在國外，沒有電子繪圖儀，他就用手描;沒有高壓反應(yīng)釜，他就用塑料瓶代替。之后他帶著5個本科生，開始了對功能介孔材料創(chuàng)制和合成的研究——就是將介孔材料改性而使其具有不同的功能。

2002 年左右，整個介孔材料都局限于無機(jī)材料，它們都是由無機(jī)非金屬或金屬組成，缺點(diǎn)非常明顯，脆性大、密度高、不易加工、不可降解。趙東元突發(fā)奇想：做了這么多無機(jī)介孔材料，能不能創(chuàng)造一種有機(jī)的高分子材料，又軟又輕又好用，還能在國民經(jīng)濟(jì)中創(chuàng)造出非常高的價值？

為了攻克這個難題，趙東元組建科研團(tuán)隊，苦戰(zhàn) 5 年?；仡櫿麄€過程，趙東元感慨，實(shí)驗之所以做成，一是因為“異想天開”，二是足夠幸運(yùn)。“整個合成過程非常復(fù)雜，就像是在一個黑箱子里亂撞?！鼻八哪甓鄷r間，團(tuán)隊幾乎都在走彎路，甚至主要成員提出退學(xué)。

如今，在趙東元辦公室隔壁的陳列室，留存著當(dāng)年課題組成員們積累的一本本實(shí)驗筆記和博士論文。成員孟巖的博士論文《有序的有機(jī)高分子介孔材料的合成與結(jié)構(gòu)》記錄著：起初，實(shí)驗怎么也做不出介孔，做出的全都是抱團(tuán)的納米粒子……

轉(zhuǎn)機(jī)來自一位復(fù)旦轉(zhuǎn)專業(yè)本科生。2002 年，復(fù)旦大學(xué)在全國率先施行本科生轉(zhuǎn)專業(yè)制度?？釔刍瘜W(xué)、高考未能被第一志愿錄取的歷史系學(xué)生顧棟，申請轉(zhuǎn)到化學(xué)系，后選擇趙東元作為本科生導(dǎo)師，開始在實(shí)驗室參與一些基礎(chǔ)性工作。

時隔十幾年，如今已是武漢大學(xué)教授的顧棟，回憶起2003年10月7日的那個深夜，依然難掩激動。當(dāng)天，他用一種反常規(guī)的方法進(jìn)行實(shí)驗，測試得到一組非常漂亮的數(shù)據(jù)。

“顧棟非常聰明，他提出把高分子先聚再合成的做法，一下子把步驟從5個簡化成2個?！壁w東元在學(xué)生的啟發(fā)下打開了思路。接下來兩個月，大家緊鑼密鼓、調(diào)節(jié)參數(shù)、測試分析，年底就基本得到了所有數(shù)據(jù)。

2005年，《科學(xué)》雜志在慶祝創(chuàng)刊125周年之際，發(fā)布了當(dāng)今世界最具挑戰(zhàn)性的125個科學(xué)問題，前25個科學(xué)問題又被列為重大科學(xué)問題，其中之一就是——我們能推動化學(xué)自組裝走多遠(yuǎn)？

自組裝是一種序構(gòu)功能材料的重要方法

2005年《科學(xué)》雜志在慶祝創(chuàng)刊125 周年之際，發(fā)布了當(dāng)今世界最具挑戰(zhàn)性的125個科學(xué)問題， 前25 個科學(xué)問題又被列為重大科學(xué)問題，其中之一是：How far can we push chemical self-assembly？ 我們能推動化學(xué)自組裝走多遠(yuǎn)？

也正是在這一年，趙東元在《德國應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表文章，在有機(jī)-無機(jī)自組裝的基礎(chǔ)上首次提出有機(jī)-有機(jī)自組裝的新方法，并將實(shí)驗方法公之于眾。至今已經(jīng)吸引60多個國家和地區(qū)的 1500 余家科研機(jī)構(gòu)跟蹤研究，利用相似的方法研究介孔高分子、碳材料等，發(fā)表論文4萬多篇。國際學(xué)術(shù)界評價這項研究的貢獻(xiàn)為“先驅(qū)”“里程碑”“突破”“重要進(jìn)展”等。

趙東元的課題組也一下“活”了。成員們基于該項目成果發(fā)表論文 200 多篇，被引3萬余次。趙東元先后獲得國際介觀結(jié)構(gòu)材料協(xié)會成就獎、發(fā)展中國家科學(xué)院聯(lián)想科學(xué)獎、首屆中國分子篩成就獎、何梁何利科技進(jìn)步獎……

就這樣，趙東元在復(fù)旦的 23 年里，始終專注功能介孔材料研究，取得了一系列創(chuàng)新研究成果，從一名年輕的科研人員成長為享譽(yù)國際的科學(xué)家。

隨時隨地“異想天開”

雖然從事的是基礎(chǔ)研究，但趙東元的研究跟實(shí)際應(yīng)用結(jié)合得相當(dāng)緊密。

“化學(xué)是離工業(yè)最近的一門基礎(chǔ)學(xué)科，很多研究成果都能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化?！壁w東元相信“天生我材必有用”，既然能創(chuàng)造出這個結(jié)構(gòu)的材料，那么肯定能找到它的用途，哪怕目前來看還太昂貴。

通過不斷地壓縮成本，趙東元團(tuán)隊將科研成果投入到工業(yè)化生產(chǎn)，開展大規(guī)模制備。它們將介孔材料作為催化劑使用，大大提高了重油轉(zhuǎn)化效率，全國推廣后每年可為中石化增產(chǎn)約150萬噸的高質(zhì)量油品;將介孔碳和介孔高分子定向合成、噸級生產(chǎn)，運(yùn)用于超級電容器，在北京奧運(yùn)會的LED路燈和上海世博會的電動汽車上都得到了示范性應(yīng)用。此外，介孔高分子有機(jī)材料還在生物檢測、環(huán)境處理、電子材料等諸多方面得到廣泛應(yīng)用。

有人大膽預(yù)言：中國真正意義上的教育改革很可能要從這個小地方起步。

而在民用方面，目前尚未實(shí)現(xiàn)，但趙東元又有了一番奇思妙想：之前的介孔材料都是固態(tài)的，是不是可以做成液態(tài)的呢？目前，介孔材料在工業(yè)上已經(jīng)作為絕緣隔熱材料使用了，是不是將來也可能應(yīng)用到衣物上呢？比如用納米孔制作衣服，就可以既輕薄保暖性又強(qiáng)。實(shí)際上，他們現(xiàn)在就正在做一種利用有機(jī)高分子介孔材料做成的液體?！皩硗磕ㄔ谝路?，薄薄一層，就能完全隔熱，你根本都看不出來，零下30度都不怕！”趙東元興奮地說道。

1999年， 趙東元（左一）和李全芝、Andre Stein、黃立民在復(fù)旦大學(xué)校門前。

這種異于常人的火花經(jīng)常在趙東元的身上迸射出來。他總是抓住機(jī)會吸收別人的好想法，從而保持自己思想的鮮活。還善于從生活中去發(fā)現(xiàn)各種“打孔”的可能性。

有一次，他帶兒子去樂高世界玩，看到各種大型組裝構(gòu)件，他便聯(lián)想：在微觀世界，能不能也用各種功能基元搭建形成孔洞？隨后便開辟了一個新的研究方向——介孔材料合成方法學(xué)中的模塊化組裝。

還有一次，他去醫(yī)院探望病人，對方韌帶斷裂，需要用一個高分子的韌帶將兩處連接起來，然后讓韌帶順著重新生長。他又開始琢磨：能不能定向把兩個孔給嫁接起來？他把想法告訴學(xué)生，一起大膽假設(shè)、小心求證，尋找用何種材料能夠在微觀下把兩個孔慢慢誘導(dǎo)過來、再通過化學(xué)作用合在一起。這項研究，目前也已經(jīng)取得初步的成果。

趙東元感慨，基礎(chǔ)研究很多時候其實(shí)就是無用之學(xué)，完全靠科學(xué)家的好奇心驅(qū)使?！拔艺娴脑敢庾隹蒲?，因為科研面對的全是新鮮事物，可以創(chuàng)造出世界上原本沒有的東西?！?h3>除了勤奮，還是勤奮

1963 年，趙東元生于沈陽的一個普通工人家庭。沒有接受過什么特別的訓(xùn)練， 但他從小就喜歡刨根問底，夢想長大成為一名科學(xué)家。

高中時代，他理科成績優(yōu)秀，對化學(xué)情有獨(dú)鐘，但因為偏科嚴(yán)重，高考成績并不特別突出，最后考入我國現(xiàn)代理論化學(xué)的開拓者和奠基人唐敖慶為校長的吉林大學(xué)化學(xué)系。在吉大，他完成了本碩博學(xué)位攻讀。僅碩士期間，他就發(fā)表了 7 篇論文。

他坦言，本科畢業(yè)到碩士階段的一段時間，他也一度短暫迷茫過。

當(dāng)時社會經(jīng)商氛圍濃厚?！笆旰翱嘧x，到底有沒有意義？我是不是應(yīng)該早點(diǎn)出來工作？”不過念了碩士后的趙東元很快就打消了這個念頭。他覺得自己這輩子還是最適合科學(xué)研究。

趙東元是出了名的“工作狂”，對科研的認(rèn)真和勤奮超乎常人。

剛回國時，他幾乎每周工作80小時，為了靈光一閃的實(shí)驗想法，常常連續(xù)十幾個小時泡在實(shí)驗室里。那個時候，實(shí)驗室都有專人看守，到了晚上11點(diǎn)就會有鐵將軍把門。有時候趙東元有了好的想法，特別想去實(shí)驗室操作一番，可是進(jìn)不去啊。他就向?qū)W校建議，實(shí)驗室應(yīng)該改成電子鎖，以方便科學(xué)家們隨時隨地地做實(shí)驗。

他的學(xué)生、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授李偉說，中午大家一起吃飯的碎片時間，趙老師也常常討論學(xué)術(shù)的問題?！胺彩戮团抡J(rèn)真”是趙東元掛在嘴邊的話?！皩W(xué)術(shù)始終是趙老師最喜歡的東西，他真的享受科研的樂趣。”李偉說。

李偉本科就讀于黑龍江大學(xué)，2007年李偉跑去聆聽了一次趙東元在黑大的報告?！疤@艷了！”當(dāng)時的李偉感覺，趙東元對介孔材料的控制合成“已經(jīng)達(dá)到出神入化的地步”。第二年，他保研復(fù)旦，師從趙東元。如今，這位介孔材料領(lǐng)域的新星已成為趙東元得力的科研伙伴，進(jìn)一步拓展了介孔碳和介孔高分子的定向合成方法。這一次國家科技一等獎的獲獎項目《有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應(yīng)用》，就是由趙東元領(lǐng)銜，李偉等團(tuán)隊成員共同完成的。

2019年介孔材料全球市場產(chǎn)值高達(dá)78億美元

很多學(xué)生發(fā)郵件請教趙東元：到底具備什么條件，才能進(jìn)您的實(shí)驗室工作？趙東元回： 沒有別的，我唯一的條件就是你要愛科學(xué)，要有志于成為一名科學(xué)工作者?！叭绻荒軐Ｗ⒂诳茖W(xué)研究的話，是肯定不會成功的。所以一定要不怕清貧，不怕辛苦，持之以恒。如果每天都像小螞蟻一樣地工作，日積月累之后，就能得到豐厚的收獲?！?/p>

在趙東元看來，一個教授的職責(zé)就在于八個字：創(chuàng)造知識、傳授知識。

趙東元的研究生獲得過三次“百篇優(yōu)秀博士論文”，國內(nèi)罕見。在趙東元的栽培下，不少學(xué)生成長為教授：顧棟，武漢大學(xué)高等研究院教授;李偉，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授;田博之，美國芝加哥大學(xué)杰出教授……

在育人這件事上，趙東元從不為學(xué)生設(shè)限。平時指導(dǎo)學(xué)生科研，他會給個大方向， 但不會告訴學(xué)生具體怎么去做，鼓勵學(xué)生自由探索，后面會經(jīng)常給予建設(shè)性的建議。顧棟記得，有次為了投一篇文章，在國外聯(lián)系趙老師，沒想到對方立刻回復(fù)，那時國內(nèi)已是凌晨一兩點(diǎn)。

當(dāng)年，顧棟從歷史系轉(zhuǎn)專業(yè)、選他做導(dǎo)師，趙東元非但不拒絕還表示歡迎。李偉也有相似經(jīng)歷：他2013年從復(fù)旦博士畢業(yè)，本可直接留校做青年研究員，但趙東元鼓勵他先出去看一看。李偉先后赴加拿大、韓國做博士后，分別從事太陽能電池和新型碳材料研究，大大開拓了視野。重回復(fù)旦后，李偉結(jié)合海外所學(xué)，拓展新的研究領(lǐng)域。

“交叉融合會帶來新的活力，這個領(lǐng)域才能不斷發(fā)展。對一個學(xué)生的成長來說也是如此，如果局限在一個窄面，那就沒了發(fā)展?！壁w東元認(rèn)為。他自己本人也曾經(jīng)有過訪學(xué)以色列的經(jīng)歷，并受到猶太文化的多重啟示。

在育人這件事上，趙東元從不為學(xué)生設(shè)限，鼓勵學(xué)生自由探索。

上個世紀(jì)80年代，他第一次出國深造，去的是以色列的大學(xué)。在以色列，他看到當(dāng)?shù)乜茖W(xué)家在戰(zhàn)亂時仍然堅持在實(shí)驗室搞科研?！耙陨羞@么小的國家，卻有如此強(qiáng)的創(chuàng)新精神和韌勁，過去幾十年中已經(jīng)有了六位科學(xué)家獲諾貝爾獎?！币彩腔谶@段經(jīng)歷，趙東元總是苦苦思考著一個問題：我們?nèi)绾伪M快追趕？

“即便不考慮發(fā)達(dá)國家相對雄厚的科研基礎(chǔ)和科學(xué)家的投入程度，他們還有先天優(yōu)勢?！壁w東元分析，他們?nèi)粘Ｊ褂玫木褪怯⑽?，看文獻(xiàn)資料都比我們快得多?！霸趺崔k？我們?nèi)绾乌s超？那只有投入更多的時間。他們花一小時，我花兩小時唄。”

在趙東元看來，中國科技取得了長足的進(jìn)步，但在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，還與國外存在著很大的差距。所以，除了帶研究生之外，趙東元還堅持為本科生上了17年的《普通化學(xué)》。一周兩次課， 他幾乎從未缺席，即使前一天還在外地開會，也一定連夜飛回來。

2003 年之前，他只給研究生開課。時任復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系副系主任、《普通化學(xué)》課程負(fù)責(zé)人王韻華邀請他也為本科生授課。當(dāng)時正值趙東元科研最繁忙的階段，令王韻華感動的是，趙東元爽快答應(yīng)。

“我喜歡跟學(xué)生們打成一片，也希望通過這種方式不斷加強(qiáng)自己的基礎(chǔ)知識?！壁w東元說。

從做PPT備課開始，趙東元一頭就扎進(jìn)去了，經(jīng)常請教老同志備課，邀請大家旁聽、提意見。幾年下來，他的課堂就形成了自己的特色。

“因為他科研做得很好，上課不光干巴巴地講原理，而是融入很多實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生們都很受啟發(fā)。很多學(xué)生下課請教他，哪怕是一些簡單的問題，他總是很耐心地講解，從不打擊學(xué)生，非常愛護(hù)學(xué)生的興趣?！?/p>

對趙東元來說，與學(xué)生們在一起時的自己，不僅在傳授知識，更是傳承一種復(fù)旦精神。

十多年來，趙東元團(tuán)隊一共創(chuàng)造 19 種新型介孔分子篩結(jié)構(gòu)，全部是以 FDU（復(fù)旦大學(xué)）命名。這些新型介孔材料已經(jīng)進(jìn)行了千噸級生產(chǎn)，為國內(nèi)外研究單位提供試劑，在新型介孔材料用于加氫裂化、蛋白質(zhì)分離、固定化酶和生物玻璃補(bǔ)骨材料等方面，取得了較好效果。

今年 1 月 9 日，在20多位院士的共同見證下，國家自然科學(xué)基金“功能介孔材料基礎(chǔ)科學(xué)中心”在復(fù)旦大學(xué)啟動。作為項目牽頭人，趙東元有更長遠(yuǎn)的目標(biāo)：“科學(xué)中心將著力推出一批具有世界影響力的原創(chuàng)性成果，創(chuàng)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(lǐng)域全覆蓋研究高地，引領(lǐng)國際介孔材料領(lǐng)域的發(fā)展?！?/p>

隨著行政職務(wù)的增加，趙東元不改對科研的專注。幾年前開始，他常?？堪捕ㄆ胨?。有時半夜思考問題，越想越興奮，“恨不得立刻開車到學(xué)校做實(shí)驗”。至今，他依然常常晚上11點(diǎn)離開實(shí)驗室。

工作再忙，趙東元也沒有放下科普。從為中學(xué)生開講座到錄制網(wǎng)課，他還主編《十萬個為什么（第六版）》，認(rèn)真編寫內(nèi)容，花費(fèi)不少心血。

“我自己是讀《十萬個為什么》長大的，出版社找到我，我就答應(yīng)了?！壁w東元說， 科學(xué)家一定得后繼有人，科學(xué)事業(yè)才能不斷發(fā)展，而宣揚(yáng)科學(xué)是科學(xué)家的職責(zé)。“真正的純科學(xué)就是刨根問底，還談不上應(yīng)用。比如研究1+1=2 有什么用？沒用。但它改變了人類的思維，有了這種思維，人類的生活更加美好?！?h3>院士小傳

1980 年，趙東元在吉林大學(xué)讀本科。

1963年6月出生于遼寧沈陽，物理化學(xué)家，中國科學(xué)院院士、第三世界科學(xué)院院士，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師，復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)材料實(shí)驗室主任。

開創(chuàng)了多種介孔材料合成新路線，制備了一系列熱穩(wěn)定的、大孔徑的有序介孔氧化物材料、介孔高分子和碳材料，在介孔分子篩結(jié)構(gòu)、外貌控制及多相組裝機(jī)理等方面形成獨(dú)特見解，建立起分子構(gòu)筑與有序排列、功能組裝之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)功能材料的合成設(shè)計和宏觀控制，為介孔材料的發(fā)展和應(yīng)用做出了杰出的貢獻(xiàn)。

海外學(xué)成歸國，趙東元創(chuàng)造了19種以復(fù)旦大學(xué)命名的新型介孔分子篩結(jié)構(gòu)（FDU系列），掀起了高分子和碳材料領(lǐng)域的革命，這種新型材料具有輕質(zhì)、柔性、易加工、可降解等特性，可以廣泛應(yīng)用于新能源、石油化工、環(huán)境治理、電子器件、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在能源、健康、信息、環(huán)境、安全的應(yīng)用中具有不可替代的地位。