復(fù)旦大學(xué)創(chuàng)制有序介孔高分子和碳材料——“小孔”造出“大世界”

復(fù)旦大學(xué)創(chuàng)制有序介孔高分子和碳材料——“小孔”造出“大世界”

“‘化’的甲骨文像兩個人相互背對著，一上一下，一正一反，形象地表達(dá)變化之意。”

“杜甫有詩云‘造化鐘神秀，陰陽割昏曉’，用造化作為自然界的別稱，是多么的浪漫啊?！?/p>

……

結(jié)合甲骨文的字形和杜甫的詩句，中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院院長趙東元教授談起了他所從事的化學(xué)研究。在他看來，化學(xué)既是中心科學(xué)，也是一門合成的藝術(shù)，化學(xué)研究就是通過物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互變化，創(chuàng)造出世界上原本沒有的東西。

“化學(xué)家要充滿想象力，要有做探險家的能力。”趙東元自稱“造孔之人”，20多年來，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)專注功能介孔材料研究，提出并發(fā)展了多種介孔材料的合成方法，創(chuàng)制出一系列全新的介孔材料，相關(guān)成果被數(shù)十個國家和地區(qū)的千余家科研機(jī)構(gòu)跟蹤采用。

△ 北京四環(huán)起航LGJ-T30真空冷凍干燥機(jī)，可用于材料凍干

“介孔材料是一種多孔材料，孔徑在2—50納米。而功能化介孔材料，是將介孔材料改性從而使其具有不同的功能?！壁w東元介紹，介孔材料是20世紀(jì)發(fā)展起來的嶄新的材料體系，具有規(guī)則排列、大小可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)，極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。

2001年左右，介孔材料還局限于無機(jī)材料。趙東元突發(fā)奇想：能不能創(chuàng)造一種有機(jī)的介孔高分子材料，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(duì)，苦戰(zhàn)5年。在無數(shù)次的“亂撞”之后，團(tuán)隊(duì)終于迎來了突破性的進(jìn)展。

2005年，趙東元團(tuán)隊(duì)首次提出“有機(jī)—有機(jī)自組裝”的新思想，基于酚醛樹脂的揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝成功構(gòu)筑了有序介孔高分子材料。這項(xiàng)研究成果被國際同行評價為“首次發(fā)現(xiàn)”、介孔材料領(lǐng)域“里程碑式”和“先驅(qū)”的進(jìn)展等，至今已吸引60多個國家和地區(qū)的1500余家科研機(jī)構(gòu)跟蹤研究并效仿。

“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。”趙東元介紹，基礎(chǔ)研究的突破，也為實(shí)際工業(yè)應(yīng)用帶來了無限可能。

經(jīng)過不斷壓縮成本，趙東元團(tuán)隊(duì)將科研成果投入工業(yè)化生產(chǎn)，開展介孔材料的大規(guī)模制備。比如，將介孔材料作為催化劑使用，能大大提高重油轉(zhuǎn)化效率，全國推廣后每年可增產(chǎn)約150萬噸的高質(zhì)量油品；將介孔碳和介孔高分子噸級生產(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。

2021年11月3日，2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎評選結(jié)果揭曉。趙東元領(lǐng)銜，李偉、鄧勇輝、張凡等團(tuán)隊(duì)成員參與完成的“有序介孔高分子和碳材料的創(chuàng)制和應(yīng)用”項(xiàng)目獲國家自然科學(xué)獎一等獎。

如今，趙東元團(tuán)隊(duì)將介孔材料研究發(fā)展到了又一個新高度，其構(gòu)建過程包括從原子到分子，再到功能基元和器件的逐級組裝，為前沿交叉學(xué)科的發(fā)展提供新范式。此外，他們還將介孔材料廣泛應(yīng)用于催化、儲能、生物檢測、化妝品、水處理、電子材料等諸多方面，創(chuàng)造出20種新型功能介孔材料。

“通過基礎(chǔ)研究，我們還在想象，隨心所欲地去創(chuàng)造‘孔’?！壁w東元表示，他期待與更多科學(xué)家并肩努力、心無旁騖，“讓科學(xué)成為未來中國重要的文化基因，讓科學(xué)伴隨我們的夢想實(shí)現(xiàn)?！?/p>

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