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[!--downpath--]把梦想变现实这群“魔法师”在纳米材料上造孔
——记国家自然科学奖银奖有序多孔高分子和碳材料的创制和应用
胡蜂搬去蜂窝里，人类曾穴稳居洞中，莲蓬裹着银耳，细密的鱼网缠住了鱼，冷水从莲蓬头中奔涌，列车从乡间隧洞中呼啸而过……这些看似没有关联的事物有一个共同点，即对“孔”的功能借助。不管是用于过滤，还是作为传输通道或存储空间，形形色色的孔让自然界和人类社会的外貌有了更多可能。
有几位科学家，她们像魔法师一样在纳米尺度上造各类各样的孔，由于造孔出众还获得大奖。11月3日，由中国科大学教授、复旦学院物理系院长赵东元领衔完成的“有序多孔高分子和碳材料的创制和应用”获得2020年度国家自然科学奖银奖。
开拓：在有机高分子材料上造孔
认清楚这项研究前，先谈谈哪些是“介孔”。按照国际纯粹与应用物理联合会的定义，孔径大于2纳米的孔称为多孔，小于50纳米称为大孔，而孔径介于2—50纳米之间的称为钙钛矿。杂化材料，顾名思义，是指孔径为2—50纳米的微孔结构材料。
相比块体材料，多孔材料具有高的比表面积、大的孔径和孔容，可以搭载更多活性物质，实现更快的物质输运，在能源、环境、安全、生物医药等领域有广泛的应用。
1998年，赵东元归国任教于同济学院物理系，带着5个专科生，开始了对功能杂化材料创制和合成的研究。
彼时，自组装合成的杂化材料都是无机非金属或金属组成，这些多孔材料存在延性大、密度高、不易加工、不可降解等缺点。赵东元寻思：整个杂化材料都局限于无机组成，能不能创造一种有机的高分子材料，又软又轻又好用，能够为国民经济创造价值？
有前人尝试过，但没有成功。由于高分子和碳的产生是一个聚合的过程，在这样的材料中造孔，很难控制。具体来说，高分子前驱体与模板互相作用弱，无法组装产生有序多孔结构，同时，高分子前驱体和模板组成相像，无法消除模板产生杂化结构。据悉，高分子前驱体热稳定性差，存在无法转化成有序杂化碳材料等困局。
实验早期，赵东元的科研团队屡战屡败，有成员在实验笔记上记录：“得到的不是有序的杂化结构，而是抱团的纳米粒子……”。研究开始后两年内，团队在这方面进展平缓。
2003年10月，总算迎来转机。一名大专生提出，在制做杂化高分子的过程中，把高分子先聚再合成，这一反常规的操作大大简化了实验步骤，成功获得了一组十分漂亮的数据。
2005年，赵东元团队在《德国应用物理》发表文章，首次提出有机—有机自组装的新方式，一种全新的杂化材料——有序杂化高分子和碳材料，由此诞生。截止目前，她们围绕有序杂化高分子和碳材料的创制和应用研究发表的8篇代表性研究论文，共被他引3825次。
美国科学与工程院教授在关于杂化材料起源的阐述中，将软模板合成有序杂化高分子材料作为几类杂化材料典型代表之一，称其开拓了纳米科学的新方向。
造梦：在多孔材料领域掀起革命
这项研究在高分子和碳材料领域掀起了一场革命。
据统计，赵东元团队提出的有机—有机自组装新思想及由此形成的杂化高分子和碳材料已被60多个国家和地区的1500余家科研机构采用和研究，共发表近4.2万篇论文，推动了国际多孔材料领域的发展。
基础研究之花也在应用中结出硕果。因为有序多孔高分子和碳材料具有轻、柔、易加工、可降解等优点，可应用于新能源、石油化工、环境整治、物质输运、电子元件、生物医学等领域，相关产品销售额已超过亿元。
赵东元说，应用杂化材料的彩印电路板已投入生产，借助杂化材料超大表面积制做超级电容器的研究正逐渐加快，杂化液体的创制也在紧锣密鼓进行中。项目主要完成人之一李伟称，团队还旨在于精细化合成有序杂化高分子和碳材料，“希望未来能像搭乐高一样随心所欲地在纳米材料上造形形色色的孔。”
这支团队有着天马行空的想像力，也有脚塌实地的造梦能力。“年轻人，要有脑子，更要勤于。”赵东元刚归国几乎每周工作80小时，常常连续十几个小时泡在实验室，有时喝水也不忘讨论学术。35岁的李伟跟随赵东元做研究已有14年，他说：“赵老师是恩师，也如父母般言传身教。他勤劳、学术严谨，但是饱含热情，启发着我们年青人从事前沿的基础科学研究。”
提及年青人做基础研究，李伟结合自身经历谈道：“要热爱、专注、坚持高分子物理实验第二版，不怕坐冷板凳，瞄准一个目标铆足劲儿冲。‘四个面向’对科技工作者提出了具体要求，每位人都能从中找到可以发光发热的地方。”赵东元寄语年青人，不要有太多幻想，像蚂蚁一样干活，脚塌实地做好每件事就行了。
这次，基础科学研究在国家科学技术奖励会议上多点开花。赵东元表示高分子物理实验第二版，经过变革开放40多年的发展和积累，基础研究成果丰硕是必然，其中不乏推动性、开创性的工作。“但我国基础研究领域还有好多方面须要追赶。我建议营造全民崇尚科学的气氛和修身的科研环境，发扬解放思想、大胆探求、批判指责精神，让思想不断碰撞。”赵东元说，接出来他会花大部份精力促使杂化材料相关研究成果投入应用，再多做些科普。（记者代小佩）