吳雪

在第五期浦江科學(xué)大師講壇上，中國科學(xué)院院士趙東元以《“孔”中看世界》為題，侃侃而談。攝影/戚心茹

“如果我把保溫杯里的化學(xué)物質(zhì)倒入大海，過一周后再把海水撈上來，還能找到保溫杯里原有的化學(xué)物質(zhì)嗎？”

2023年12月28日，在上海市政協(xié)科技和教育委員會、復(fù)旦大學(xué)等單位舉辦的第五期浦江科學(xué)大師講壇活動中，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、復(fù)旦大學(xué)相輝研究院首任院長趙東元以“孔”中看世界，侃侃而談。他帶著一個保溫杯走上講臺，既能喝水解渴，又能隨手拿出來給大家普及科學(xué)常識。

趙東元一向以備課認(rèn)真著稱。為了這場講座，他花了一周時間準(zhǔn)備了148頁的幻燈片，既有化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，也有創(chuàng)新的科學(xué)思維，還有未來的學(xué)科發(fā)展?！盎瘜W(xué)沒有數(shù)學(xué)那么‘精確’，也沒有物理那么‘高大上’，很多時候也看不見摸不著。”趙東元說，僅僅為了弄清楚空氣的組成，化學(xué)家們花了300多年的時間。

這讓記者回憶起2021年，趙東元的一張照片曾火遍全網(wǎng)。照片中的他笑瞇瞇地站在復(fù)旦大學(xué)教學(xué)樓前，手上提著一個布袋子，里面裝著前一天剛從北京領(lǐng)回的2020年度國家自然科學(xué)獎一等獎證書?！巴潞蛯W(xué)生們要看，我就帶來了?！?趙東元從北京的頒獎會場匆忙趕回上海，第二天一早就提著布袋子去給本科生上課。也因此，他被親切地稱為“布袋院士”。

當(dāng)天演講結(jié)束，趙東元接受了《新民周刊》專訪，談及做科研最重要的是什么，趙東元的答案只有一個字：愛。

趙東元告訴《新民周刊》，面對科學(xué)研究，好奇心是人的一種本能。每個人都有好奇心，但真正能夠在科研上有所作為，最重要的就是“愛”。

這個“愛”絕對不僅僅是興趣和本能，更是從內(nèi)心生發(fā)的理性思考，這種驅(qū)動力強(qiáng)烈到你愿意為它付出所有。

化學(xué)是一門非常古老的學(xué)科，其起點(diǎn)最早可溯源至中世紀(jì)的煉金術(shù)。在論壇現(xiàn)場，趙東元結(jié)合甲骨文與杜甫詩句，揭示了“化”字所蘊(yùn)含的變化之意——“造化鐘神秀，陰陽割昏曉”。在他看來，大自然創(chuàng)造了萬物，通過事物與事物之間的相互變化，造就了大千世界。

1963年，趙東元出生于沈陽的一個普通工人家庭，盡管沒有接受過什么特別的訓(xùn)練，但從小就顯露出走上科研之路的潛質(zhì)。他喜歡刨根問底，夢想著長大成為一名科學(xué)家。從本科到博士畢業(yè)，趙東元都在吉林大學(xué)度過。他常說“我是一名土生土長的博士”，直到工作之后，才獲得了出國做博士后的機(jī)會。

趙東元告訴《新民周刊》，他對化學(xué)的熱愛，早在中學(xué)時期就萌芽了。初三期中考試，經(jīng)過大學(xué)生哥哥的輔導(dǎo)，趙東元的化學(xué)竟考了100分。從此以后，他對化學(xué)的興趣越來越濃，高考填報志愿時更是全部選擇了化學(xué)專業(yè)。

趙東元2021年因北京領(lǐng)獎回來第二天就提著布袋去給本科生上課而出圈，被親切地稱為“布袋院士”。攝影/周桂發(fā)

1998年，在海外完成博士后研究工作后，35歲的趙東元決定回國加入復(fù)旦大學(xué)。當(dāng)時，趙東元獲得了第一筆3萬元科研經(jīng)費(fèi)，買了一臺電腦，義無反顧地坐進(jìn)簡陋的辦公室。就這樣，趙東元帶著5名本科生，一心撲到了介孔材料研究之中。

介孔材料，一種表面分布著直徑在2至50納米之間小孔的材料。這些排列規(guī)則的小孔，不僅大大增加了材料的表面積，還因為尺寸大小和材料性質(zhì)不同而發(fā)揮催化、吸附、分離等功能。而趙東元的科研方向，就是在不同材料上打出一個個經(jīng)過精心設(shè)計的小孔。

趙東元自稱“造孔之人”，“看到任何一個東西，我總是在想‘能不能造孔’”。剛回國那陣，他幾乎每周工作80個小時，連續(xù)十多個小時泡在實驗室里早已是家常便飯。但他也同樣清楚地認(rèn)識到，科學(xué)研究的突破不僅需要“工作狂”，更需要“破常規(guī)”。

“傳統(tǒng)介孔材料全部都是無機(jī)非金屬和金屬基材料，我就想，能不能創(chuàng)造出一種以有機(jī)高分子或碳為骨架的介孔材料?！痹谥蟮恼?年里，趙東元和他的團(tuán)隊像是行走在一條看不到光的道路上，直到一位本科生大膽地提出了一種反常規(guī)的實驗方法，才打開了研究思路。

2005年，趙東元在《德國應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表文章，在有機(jī)—無機(jī)自組裝的基礎(chǔ)上首次提出有機(jī)—有機(jī)自組裝的新思想，并將實驗方法公之于眾。至今已經(jīng)吸引60多個國家/地區(qū)的1500余家科研機(jī)構(gòu)跟蹤研究。國際學(xué)術(shù)界評價這項研究的貢獻(xiàn)為“先驅(qū)”“里程碑”“突破”“重要進(jìn)展”等。

2008年，趙東元及團(tuán)隊創(chuàng)造性地提出了表面活性劑輔助界面組裝新方法，合成出具有中心發(fā)散介孔孔道的功能性核殼有序介孔二氧化硅，因其操作簡單、重復(fù)性好，被譽(yù)為制備殼—核結(jié)構(gòu)介孔材料的經(jīng)典方法。也是這一年，趙東元被《科學(xué)觀察》列為介孔材料領(lǐng)域發(fā)表論文及引用率世界第一位。

過去20多年里，趙東元及其團(tuán)隊深耕介孔材料研究，開發(fā)大量介孔材料的合成方法，創(chuàng)制一系列全新的介孔材料，而他所創(chuàng)造出的新材料，全部以FDU（復(fù)旦大學(xué)）命名。

什么是偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)？關(guān)于這個問題，趙東元一直在思考。

在他看來，真正偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，可能不只是發(fā)在《科學(xué)》《自然》上的論文，而是要給人類社會帶來進(jìn)步，比如，相對論之于愛因斯坦，萬有引力之于牛頓，電磁感應(yīng)理論之于法拉第，這些都是偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

至于電磁感應(yīng)的論文發(fā)表在哪里，沒有人在意。趙東元深知，化學(xué)作為離工業(yè)最近的一門基礎(chǔ)學(xué)科，很多研究成果都能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，然而從實驗室走向產(chǎn)品，從來都不是一件一蹴而就的事情?！盎A(chǔ)研究是從0到1，意味著突破和創(chuàng)新。有了1，從1到10則是創(chuàng)新加速，只有完成全過程，才是真正意義上的科技創(chuàng)新?！?/p>

2008年，中國科學(xué)院院士、時任國家自然科學(xué)基金委員會副主任姚建年交給趙東元一項任務(wù)：你們做的基礎(chǔ)研究非常好，今后能不能做應(yīng)用？接下這項任務(wù)后，趙東元開啟了與中石化長達(dá)10年的合作。

彼時，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國原油加工量逐年攀升，對外依存度遠(yuǎn)超警戒線，嚴(yán)重威脅我國的能源和資源供應(yīng)安全。在原油煉制中，有近30%是難以利用和轉(zhuǎn)化的重/渣油，這是煉化行業(yè)公認(rèn)的“硬骨頭”。 趙東元首創(chuàng)的殼—核結(jié)構(gòu)的微孔—介孔復(fù)合分子篩催化劑，實現(xiàn)了千噸級生產(chǎn)，并成功應(yīng)用于劣質(zhì)石油資源加氫裂化工業(yè)。

在齊魯石化年產(chǎn)56萬噸重油裝置上，趙東元團(tuán)隊的核殼結(jié)構(gòu)介孔分子篩催化劑，真正實現(xiàn)了千噸級生產(chǎn)與工業(yè)化應(yīng)用。穩(wěn)定運(yùn)行5年來，與國外催化劑相比，中間餾分油收率提高了1.5%，每年增產(chǎn)上百萬噸優(yōu)質(zhì)油。

基于這樣的目標(biāo)，趙東元團(tuán)隊合力攻關(guān)，在材料合成、催化、儲能等多個研究方向持續(xù)突破。除了滿足已有的應(yīng)用需求，還做了應(yīng)用需求的增量。

過去20多年里，趙東元及其團(tuán)隊深耕介孔材料研究。攝影/成釗

比如，趙東元團(tuán)隊開發(fā)的一種介孔材料打破了傳統(tǒng)的質(zhì)量對稱分布結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出酷似羽毛球的形狀——頭部是質(zhì)量重心所在，尾部由多孔高分子材料組成?！霸囅胍幌?，在頭部放上磁鐵，尾部包裹藥物。我們就可以用外部磁場引導(dǎo)它在身體內(nèi)移動到病灶，實現(xiàn)藥物精準(zhǔn)遞送?！壁w東元說，團(tuán)隊正在尋求將該材料與醫(yī)療企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

多年來，他們積極推動介孔高分子和碳材料規(guī)?；苽浜蛻?yīng)用。使用了介孔材料的超級電容器，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，此外，相關(guān)介孔材料還在環(huán)境處理、電子材料等諸多方面得到廣泛應(yīng)用。

但趙東元也坦言，對于研究成果的落地，目前在市場和資金層面，仍存在現(xiàn)實困境?！懊鎸ψ兓媚獪y的市場，我們不能只追求成本便宜，還要堅守我們的核心技術(shù)和材料的特點(diǎn)，這是未來我們努力的方向?！?/p>

“做科研不要總是問‘有什么用’，只有先回答好基礎(chǔ)問題，才可能圍繞已有的科研成果，實現(xiàn)更為廣泛的應(yīng)用。”趙東元告訴《新民周刊》，“基礎(chǔ)研究的翅膀一旦插上了應(yīng)用的鉛砣，就難以高飛遠(yuǎn)舉了。不管干什么，多動腦子，腦子越用越活，一開始我們解決的是小問題，但是把幾個小問題連起來，解決的就是人類的大問題了。”

在論壇現(xiàn)場，趙東元還分享了一張經(jīng)典照片——玻爾祖孫三代在一塊黑板前討論科學(xué)。他說，“化學(xué)沒有圣杯。我的哲學(xué)氣質(zhì)不在于為解答大疑問做研究，而是在于在美麗的化學(xué)庭院里研究很多小的問題，將目光放在它們之間的關(guān)系上”。

他最后借1981年諾獎得主羅爾德·霍夫曼的話勉勵大家，做科研不能好高騖遠(yuǎn)，而要腳踏實地。

面向未來，思考和記憶的化學(xué)基礎(chǔ)是什么？怎樣能夠探索全部元素的可能組合？趙東元認(rèn)為，這些議題是化學(xué)基礎(chǔ)研究亟需解答的問題。

而面對生成式人工智能的興起，趙東元也感受到了緊迫感?！艾F(xiàn)在，我們利用AI可以在短時間內(nèi)設(shè)計出上百種新材料，放在以前，人們要不斷試錯，花掉10年甚至更長時間?！蹦壳八趲ьI(lǐng)團(tuán)隊致力于將人工智能與傳統(tǒng)化學(xué)研究相結(jié)合。

2023年11月，復(fù)旦大學(xué)成立相輝研究院，趙東元受聘為首任院長。該研究院聚焦攻關(guān)前瞻性、挑戰(zhàn)性、高價值的關(guān)鍵科學(xué)難題，著力營造寬容、開放、活躍、自由的學(xué)術(shù)環(huán)境，為人才“十年磨一劍”提供制度保障。

從“布袋院士”的照片里，公眾看到了趙東元對個人名利的淡泊，而與取得頂尖科學(xué)成就相伴的，是趙東元連續(xù)20年堅持面向自然科學(xué)大類本科生講授專業(yè)基礎(chǔ)課普通化學(xué)，該課程獲上海市教學(xué)成果一等獎，廣受學(xué)生喜歡。

自2003年起，趙東元一周上兩次本科生普通化學(xué)課，幾乎從未間斷，出差就連夜趕回，生病做手術(shù)也要為上課“讓路”。作為全校的通識課程，這門課程概念多、內(nèi)容抽象，但趙東元總能把課程講得詼諧有趣、深入淺出，并結(jié)合材料科學(xué)最新進(jìn)展給大家講解元素的性質(zhì)，把普通化學(xué)課變得不普通。

他所帶的團(tuán)隊有一個不成文的規(guī)定，每次趙東元獲獎拿到的獎金，有20%到30%用來資助年輕學(xué)者發(fā)展。

復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系博士生田泳在本科時上的第一門課就是普通化學(xué)，他記得，課堂上，趙老師講了許多有趣的科研經(jīng)歷，例如，用很簡單的化學(xué)原理就能做出有序介孔材料。

讀了研究生，加入趙東元的課題組后，田泳才知道，精彩課堂背后，是趙東元20年如一日的精心準(zhǔn)備。“即使工作再忙，他也會空出整個下午，至少三四個小時，在辦公室逐頁梳理課件，遇到重難點(diǎn)的時候還會喊來我們，變著法地講幾遍，讓我們從學(xué)生角度挑一種最好理解的?！?/p>

“從基礎(chǔ)知識拓展到最新的科研進(jìn)展，學(xué)生不一定都懂，但我希望能激發(fā)他們產(chǎn)生好奇心，鼓勵他們思考、自由討論，讓他們按照自己的理解找出一條新路?！痹谶@位耕耘多年的教師看來，比教授知識更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

師生對坐，趙東元會說，“咱倆在科學(xué)面前是平等的，你能說服我，就按照你的來做，我要能說服你，就按我的來做”。在他看來，這樣才能激發(fā)學(xué)生內(nèi)心深處對化學(xué)的喜愛。也因此，趙老師每次課程一上線就“秒沒”。

趙東元還特別支持青年人發(fā)展，一直保留著學(xué)生的實驗筆記和裝幀的畢業(yè)論文。他所帶的團(tuán)隊有一個不成文的規(guī)定，每次趙東元獲獎拿到的獎金，有20%到30%用來資助年輕學(xué)者發(fā)展?！凹词顾夭幌嘧R的學(xué)生給他發(fā)郵件請教科學(xué)問題，他都來者不拒，有時還邀請人家過來當(dāng)面討論?！睆?fù)旦大學(xué)化學(xué)系青年副研究員劉玉普說。

關(guān)于創(chuàng)新，趙東元有自己的思考?！氨弧ú弊印瘹w根結(jié)底還是創(chuàng)新不夠，需要提高全民創(chuàng)新意識?！彼e了個例子，中國是陶瓷大國，玻璃是燒制陶瓷的一個副產(chǎn)品，但玻璃并不是我們發(fā)現(xiàn)的。“創(chuàng)新就是要多提問題，如果無解，說不定是研究的新方向?！壁w東元說，創(chuàng)新沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，現(xiàn)在的大學(xué)生創(chuàng)新意愿強(qiáng)，要鼓勵他們提出問題。

提到未來我國的科學(xué)發(fā)展，趙東元呼吁大家多點(diǎn)耐心：“科學(xué)誕生于歐洲，與其文化同源的美國，經(jīng)歷了從重視應(yīng)用到重視基礎(chǔ)的階段，花費(fèi)了三四十年才出現(xiàn)諾貝爾獎級的科研成果，而日本這一階段花費(fèi)了近80年的時間?！?/p>

“我國改革開放40多年，科技論文數(shù)量就已實現(xiàn)國際領(lǐng)先，現(xiàn)在到了質(zhì)變的時候，要去解決一些富有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題。我相信，如果我們能沉下心來，再過三四十年，一定會產(chǎn)出更多原創(chuàng)性成果?！壁w東元笑著對《新民周刊》說，“因為，我們不是為了諾獎而諾獎，是為了科學(xué)而科學(xué)?！?/p>