“布袋院士”赵东元论“孔”

　　“如果我把保温杯里的化学物质倒入大海，过一周后再把海水捞上来，还能找到保温杯里原有的化学物质吗？”

　　2023年12月28日，在上海市政协科技和教育委员会、复旦大学等单位举办的第五期浦江科学大师讲坛活动中，中国科学院院士、复旦大学化学与材料学院院长、复旦大学相辉研究院首任院长赵东元以“孔”中看世界，侃侃而谈。他带着一个保温杯走上讲台，既能喝水解渴，又能随手拿出来给大家普及科学常识。

　　赵东元一向以备课认真著称。为了这场讲座，他花了一周时间准备了148页的幻灯片，既有化学科学的发展，也有创新的科学思维，还有未来的学科发展。“化学没有数学那么‘精确’，也没有物理那么‘高大上’，很多时候也看不见摸不着。”赵东元说，仅仅为了弄清楚空气的组成，化学家们花了300多年的时间。

　　这让记者回忆起2021年，赵东元的一张照片曾火遍全网。照片中的他笑眯眯地站在复旦大学教学楼前，手上提着一个布袋子，里面装着前一天刚从北京领回的2020年度国家自然科学奖一等奖证书。“同事和学生们要看，我就带来了。” 赵东元从北京的颁奖会场匆忙赶回上海，第二天一早就提着布袋子去给本科生上课。也因此，他被亲切地称为“布袋院士”。

　　当天演讲结束，赵东元接受了《新民周刊》专访，谈及做科研最重要的是什么，赵东元的答案只有一个字：爱。

　　赵东元告诉《新民周刊》，面对科学研究，好奇心是人的一种本能。每个人都有好奇心，但真正能够在科研上有所作为，最重要的就是“爱”。

　　这个“爱”绝对不仅仅是兴趣和本能，更是从内心生发的理性思考，这种驱动力强烈到你愿意为它付出所有。

上图：在第五期浦江科学大师讲坛上，中国科学院院士赵东元以《“孔”中看世界》为题，侃侃而谈。摄影/戚心茹

要“工作狂” 更要“破常规”

　　化学是一门非常古老的学科，其起点最早可溯源至中世纪的炼金术。在论坛现场，赵东元结合甲骨文与杜甫诗句，揭示了“化”字所蕴含的变化之意——“造化钟神秀，阴阳割昏晓”。在他看来，大自然创造了万物，通过事物与事物之间的相互变化，造就了大千世界。

　　1963年，赵东元出生于沈阳的一个普通工人家庭，尽管没有接受过什么特别的训练，但从小就显露出走上科研之路的潜质。他喜欢刨根问底，梦想着长大成为一名科学家。从本科到博士毕业，赵东元都在吉林大学度过。他常说“我是一名土生土长的博士”，直到工作之后，才获得了出国做博士后的机会。

　　赵东元告诉《新民周刊》，他对化学的热爱，早在中学时期就萌芽了。初三期中考试，经过大学生哥哥的辅导，赵东元的化学竟考了100分。从此以后，他对化学的兴趣越来越浓，高考填报志愿时更是全部选择了化学专业。

　　1998年，在海外完成博士后研究工作后，35岁的赵东元决定回国加入复旦大学。当时，赵东元获得了第一笔3万元科研经费，买了一台电脑，义无反顾地坐进简陋的办公室。就这样，赵东元带着5名本科生，一心扑到了介孔材料研究之中。

　　介孔材料，一种表面分布着直径在2至50纳米之间小孔的材料。这些排列规则的小孔，不仅大大增加了材料的表面积，还因为尺寸大小和材料性质不同而发挥催化、吸附、分离等功能。而赵东元的科研方向，就是在不同材料上打出一个个经过精心设计的小孔。

　　赵东元自称“造孔之人”，“看到任何一个东西，我总是在想‘能不能造孔’”。刚回国那阵，他几乎每周工作80个小时，连续十多个小时泡在实验室里早已是家常便饭。但他也同样清楚地认识到，科学研究的突破不仅需要“工作狂”，更需要“破常规”。

上图：赵东元2021年因北京领奖回来第二天就提着布袋去给本科生上课而出圈，被亲切地称为“布袋院士”。摄影/周桂发

　　“传统介孔材料全部都是无机非金属和金属基材料，我就想，能不能创造出一种以有机高分子或碳为骨架的介孔材料。”在之后的整整5年里，赵东元和他的团队像是行走在一条看不到光的道路上，直到一位本科生大胆地提出了一种反常规的实验方法，才打开了研究思路。

　　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/地区的1500余家科研机构跟踪研究。国际学术界评价这项研究的贡献为“先驱”“里程碑”“突破”“重要进展”等。

　　2008年，赵东元及团队创造性地提出了表面活性剂辅助界面组装新方法，合成出具有中心发散介孔孔道的功能性核壳有序介孔二氧化硅，因其操作简单、重复性好，被誉为制备壳—核结构介孔材料的经典方法。也是这一年，赵东元被《科学观察》列为介孔材料领域发表论文及引用率世界第一位。

　　过去20多年里，赵东元及其团队深耕介孔材料研究，开发大量介孔材料的合成方法，创制一系列全新的介孔材料，而他所创造出的新材料，全部以FDU（复旦大学）命名。

从0到 1 ，从1 到10

　　什么是伟大的科学发现？关于这个问题，赵东元一直在思考。

　　在他看来，真正伟大的科学发现，可能不只是发在《科学》《自然》上的论文，而是要给人类社会带来进步，比如，相对论之于爱因斯坦，万有引力之于牛顿，电磁感应理论之于法拉第，这些都是伟大的科学发现。

　　至于电磁感应的论文发表在哪里，没有人在意。赵东元深知，化学作为离工业最近的一门基础学科，很多研究成果都能实现转化，然而从实验室走向产品，从来都不是一件一蹴而就的事情。“基础研究是从0到1，意味着突破和创新。有了1，从1到10则是创新加速，只有完成全过程，才是真正意义上的科技创新。”

　　2008年，中国科学院院士、时任国家自然科学基金委员会副主任姚建年交给赵东元一项任务：你们做的基础研究非常好，今后能不能做应用？接下这项任务后，赵东元开启了与中石化长达10年的合作。

　　彼时，随着经济发展，我国原油加工量逐年攀升，对外依存度远超警戒线，严重威胁我国的能源和资源供应安全。在原油炼制中，有近30%是难以利用和转化的重/渣油，这是炼化行业公认的“硬骨头”。 赵东元首创的壳—核结构的微孔—介孔复合分子筛催化剂，实现了千吨级生产，并成功应用于劣质石油资源加氢裂化工业。

　　在齐鲁石化年产56万吨重油装置上，赵东元团队的核壳结构介孔分子筛催化剂，真正实现了千吨级生产与工业化应用。稳定运行5年来，与国外催化剂相比，中间馏分油收率提高了1.5%，每年增产上百万吨优质油。

　　基于这样的目标，赵东元团队合力攻关，在材料合成、催化、储能等多个研究方向持续突破。除了满足已有的应用需求，还做了应用需求的增量。

　　比如，赵东元团队开发的一种介孔材料打破了传统的质量对称分布结构，呈现出酷似羽毛球的形状——头部是质量重心所在，尾部由多孔高分子材料组成。“试想一下，在头部放上磁铁，尾部包裹药物。我们就可以用外部磁场引导它在身体内移动到病灶，实现药物精准递送。”赵东元说，团队正在寻求将该材料与医疗企业实现产业化。

　　多年来，他们积极推动介孔高分子和碳材料规模化制备和应用。使用了介孔材料的超级电容器，在北京奥运会的LED路灯和上海世博会的电动汽车上都得到了示范性应用，此外，相关介孔材料还在环境处理、电子材料等诸多方面得到广泛应用。

　　但赵东元也坦言，对于研究成果的落地，目前在市场和资金层面，仍存在现实困境。“面对变幻莫测的市场，我们不能只追求成本便宜，还要坚守我们的核心技术和材料的特点，这是未来我们努力的方向。”

　　“做科研不要总是问‘有什么用’，只有先回答好基础问题，才可能围绕已有的科研成果，实现更为广泛的应用。”赵东元告诉《新民周刊》，“基础研究的翅膀一旦插上了应用的铅砣，就难以高飞远举了。不管干什么，多动脑子，脑子越用越活，一开始我们解决的是小问题，但是把几个小问题连起来，解决的就是人类的大问题了。”

　　在论坛现场，赵东元还分享了一张经典照片——玻尔祖孙三代在一块黑板前讨论科学。他说，“化学没有圣杯。我的哲学气质不在于为解答大疑问做研究，而是在于在美丽的化学庭院里研究很多小的问题，将目光放在它们之间的关系上”。

　　他最后借1981年诺奖得主罗尔德·霍夫曼的话勉励大家，做科研不能好高骛远，而要脚踏实地。

　　面向未来，思考和记忆的化学基础是什么？怎样能够探索全部元素的可能组合？赵东元认为，这些议题是化学基础研究亟需解答的问题。

　　而面对生成式人工智能的兴起，赵东元也感受到了紧迫感。“现在，我们利用AI可以在短时间内设计出上百种新材料，放在以前，人们要不断试错，花掉10年甚至更长时间。”目前他正在带领团队致力于将人工智能与传统化学研究相结合。

　　2023年11月，复旦大学成立相辉研究院，赵东元受聘为首任院长。该研究院聚焦攻关前瞻性、挑战性、高价值的关键科学难题，着力营造宽容、开放、活跃、自由的学术环境，为人才“十年磨一剑”提供制度保障。

上图：过去20多年里，赵东元及其团队深耕介孔材料研究。摄影/成钊

普通化学不普通

　　从“布袋院士”的照片里，公众看到了赵东元对个人名利的淡泊，而与取得顶尖科学成就相伴的，是赵东元连续20年坚持面向自然科学大类本科生讲授专业基础课普通化学，该课程获上海市教学成果一等奖，广受学生喜欢。

　　自2003年起，赵东元一周上两次本科生普通化学课，几乎从未间断，出差就连夜赶回，生病做手术也要为上课“让路”。作为全校的通识课程，这门课程概念多、内容抽象，但赵东元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，把普通化学课变得不普通。

　　复旦大学化学系博士生田泳在本科时上的第一门课就是普通化学，他记得，课堂上，赵老师讲了许多有趣的科研经历，例如，用很简单的化学原理就能做出有序介孔材料。

　　读了研究生，加入赵东元的课题组后，田泳才知道，精彩课堂背后，是赵东元20年如一日的精心准备。“即使工作再忙，他也会空出整个下午，至少三四个小时，在办公室逐页梳理课件，遇到重难点的时候还会喊来我们，变着法地讲几遍，让我们从学生角度挑一种最好理解的。”

　　“从基础知识拓展到最新的科研进展，学生不一定都懂，但我希望能激发他们产生好奇心，鼓励他们思考、自由讨论，让他们按照自己的理解找出一条新路。”在这位耕耘多年的教师看来，比教授知识更重要的是培养学生的创新精神。

　　师生对坐，赵东元会说，“咱俩在科学面前是平等的，你能说服我，就按照你的来做，我要能说服你，就按我的来做”。在他看来，这样才能激发学生内心深处对化学的喜爱。也因此，赵老师每次课程一上线就“秒没”。

　　赵东元还特别支持青年人发展，一直保留着学生的实验笔记和装帧的毕业论文。他所带的团队有一个不成文的规定，每次赵东元获奖拿到的奖金，有20%到30%用来资助年轻学者发展。“即使素不相识的学生给他发邮件请教科学问题，他都来者不拒，有时还邀请人家过来当面讨论。”复旦大学化学系青年副研究员刘玉普说。

　　关于创新，赵东元有自己的思考。“被‘卡脖子’归根结底还是创新不够，需要提高全民创新意识。”他举了个例子，中国是陶瓷大国，玻璃是烧制陶瓷的一个副产品，但玻璃并不是我们发现的。“创新就是要多提问题，如果无解，说不定是研究的新方向。”赵东元说，创新没有标准答案，现在的大学生创新意愿强，要鼓励他们提出问题。

　　提到未来我国的科学发展，赵东元呼吁大家多点耐心：“科学诞生于欧洲，与其文化同源的美国，经历了从重视应用到重视基础的阶段，花费了三四十年才出现诺贝尔奖级的科研成果，而日本这一阶段花费了近80年的时间。”

　　“我国改革开放40多年，科技论文数量就已实现国际领先，现在到了质变的时候，要去解决一些富有挑战性的科学问题。我相信，如果我们能沉下心来，再过三四十年，一定会产出更多原创性成果。”赵东元笑着对《新民周刊》说，“因为，我们不是为了诺奖而诺奖，是为了科学而科学。”记者｜吴雪