揭秘國家自然科學獎一等獎：在微觀世界里“造孔”

近日，由中國科學院院士、復旦大學化學系教授趙東元領銜完成的“有序介孔高分子和碳材料的創制和應用”獲得2020年度國家自然科學獎一等獎。

在介紹這項研究之前，先說說什么是“介孔”。根據國際純粹與應用化學聯合會的定義，孔徑小于2納米的孔稱為微孔，大于50納米稱為大孔，而孔徑介于2—50納米之間的稱為介孔。介孔材料，顧名思義，是指孔徑為2—50納米的多孔結構材料。

相比塊體材料，介孔材料具有高的比表面積、大的孔徑和孔容，可以搭載更多活性物質，實現更快的物質輸運，在能源、環境、安全、生物醫藥等領域有廣泛的應用。

據科技日報消息，1998年，趙東元回國任教于復旦大學化學系，帶著5個本科生，開始了對功能介孔材料創制和合成的研究。

在那時，自組裝合成的介孔材料都是無機非金屬或金屬組成，這種介孔材料存在脆性大、密度高、不易加工、不可降解等缺點。趙東元琢磨：整個介孔材料都局限于無機組成，能不能創造一種有機的高分子材料，又軟又輕又好用，還能為國民經濟創造價值？

實驗初期，趙東元的科研團隊屢戰屢敗。研究開始后三年內，團隊在這方面進展緩慢。

2003年10月，終于迎來轉機。一名本科生提出，在制作介孔高分子的過程中，把高分子先聚再合成，這一反常規的操作大大簡化了實驗步驟，成功獲得了一組非常漂亮的數據。

2005年，趙東元團隊在《德國應用化學》發表文章，首次提出有機—有機自組裝的新方法，一種全新的介孔材料——有序介孔高分子和碳材料，由此誕生。

這項研究在高分子和碳材料領域掀起了一場革命。

據統計，趙東元團隊提出的有機—有機自組裝新思想及由此產生的介孔高分子和碳材料已被60多個國家和地區的1500余家科研機構采用和研究，共發表近4.2萬篇論文，引領了國際介孔材料領域的發展。

基礎研究之花也在應用中結出碩果。由于有序介孔高分子和碳材料具有輕、柔、易加工、可降解等優點，可應用于新能源、石油化工、環境治理、物質輸運、電子器件、生物醫學等領域，相關產品銷售額已超過億元。

趙東元表示，應用介孔材料的印刷電路板已投入生產，利用介孔材料超大表面積制作超級電容器的研究正逐步推進，介孔液體的創制也在緊鑼密鼓進行中。項目主要完成人之一李偉稱，團隊還致力于精細化合成有序介孔高分子和碳材料，“希望未來能像搭樂高一樣隨心所欲地在納米材料上造形形色色的孔。”

前瞻經濟學人APP資訊組

標簽： 國家自然科學獎 一等獎