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　　有這樣一種材料，作為催化劑可以提高重油轉化效率，有望每年為中石化增產150萬噸左右的高質量成品油；用于超級電容器中能夠點亮北京奧運會；用在電路板中可實現5G手機的工業化生產……這種神奇的材料叫做介孔材料，基于對該類材料的創新和應用，中國科學院院士、復旦大學化學系教授趙東元領銜的科研團隊日前獲得2020年度國家自然科學一等獎。

　　打造全新有機介孔材料

　　介孔材料是20世紀發展起來的材料體系，具有規則排列、大小可調的孔道結構以及高的比表面積和大的吸附容量。2001年以前，國際化學界的相關研究都局限在容易合成的無機介孔材料上。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。而作為材料另一重要組成的高分子和碳能否實現“造孔”，一直是鮮有人問津的“無人區”。

　　這是因為高分子和碳的形成是一個聚合的過程，在這樣的材料中造孔，很難控制。具體來說，高分子前驅體與模板相互作用弱，難以組裝形成有序介孔結構。同時，高分子前驅體和模板組成相似，難以去除模板形成介孔結構。此外，高分子前驅體熱穩定性差，存在難以轉化成有序介孔碳材料等難題。

　　趙東元團隊決心在該領域開展研究。但在實驗初期，科研團隊屢戰屢敗，研究開始后的3年內進展都很緩慢。2003年10月，終于迎來轉機。團隊成員提出，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，在有機—無機自組裝的基礎上首次提出了有機—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，也由此誕生。

　　引領介孔材料領域發展

　　這項研究在高分子和碳材料領域掀起了一場革命。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被60多個國家和地區的1500余家科研機構采用和研究，引領了國際介孔材料領域的發展。

　　此后，趙東元帶領團隊建立了體系化的合成方法學，創制了一系列不同孔徑、形貌、組成、孔道結構的有序介孔高分子和碳材料;提出了多元協同共組裝新策略，實現了介孔高分子和碳材料功能的精確調控，將多種功能普適性地引入高分子和碳材料中，創制了全新功能介孔復合材料。

　　在此基礎上，他們揭示了介孔獨特的物質輸運和界面反應規律，解決了微孔傳質限制和大孔活性位點少的難題，完成了高比容量、高功率和長循環穩定性電化學儲能器件，為獨特的新一代藥物合成催化劑、仿生離子通道、柔性微流控器件等的構筑奠定了基礎，創造了巨大的經濟效益。

　　據統計，趙東元團隊一共創造了19種新型介孔材料。這些新型介孔材料已經進行了千噸級生產，為國內外研究單位提供實驗試劑，在加氫裂化、蛋白質分離、固定化酶和生物玻璃補骨材料等應用方面，取得了較好效果。此外，他們圍繞有序介孔高分子和碳材料的創制和應用研究發表的8篇代表性研究論文，共被他引3825次。

　　基礎研究之花結出碩果

　　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。

　　以石油煉化為例，我國開采出來的原油通過蒸餾等方式只有約40%可用作柴汽油，剩下60%的渣油只能用作鋪路的瀝青等，轉化率較低。把介孔材料作為催化劑可將渣油轉化為汽油，提高重油轉化效率。

　　他們還將介孔材料用于制作超級電容器，在北京奧運會的LED路燈和上海世博會的電動汽車上都得到了示范性應用。此外，介孔材料還在生物檢測、環境處理、電子材料等方面得到廣泛應用，如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。他們還在繼續研究精細化合成有序介孔高分子和碳材料。

　　此外，研究人員還進行了未來的設想，如將介孔材料用作絕緣和隔熱材料應用到衣物上，既輕薄又保暖;用在醫療領域，或許能讓韌帶順著它重新生長;在介孔材料上做出離子通道，就能實現海水發電……