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对话赵东元院士:科学研究一定要批判,一定要质疑,想想改变一下会怎样?

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搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第162期,对话中国科学院院士、复旦大学智能材料与未来能源创新学院院长赵东元。

嘉宾简介:

赵东元,中国科学院院士、复旦大学智能材料与未来能源创新学院院长。研究兴趣包括:新型有序介孔材料的界面组装、合成,结构和应用。纳米材料的合成、结构,以及在电池、超级电容器、太阳能转化等领域的应用。有序纳米孔材料的合成组装,生长及物化性质研究。微孔分子筛的结构、合成设计和应用。纳米结构的多孔材料在光催化、生物医学和水处理方面的应用。


  • 介孔材料的比表面积和孔体积,按照理论计算是最大的。现在做出来的介孔材料,比表面积最大可以达到3000平方米每克。

  • 科学其实很枯燥的,真正的科学是一种思想,是一个灵魂的创造,要坐得住“冷板凳”。

  • 基础研究一定是无用的——无用之用。别去想着功利,别去想着有用。我们是在创造新知识、探索新规律、探索自然。

  • 至少到目前为止,AI正在造福人类,节省我们的时间和劳力。

出品|搜狐科技

作者|周锦童 郑松毅

2026年未来科学大奖揭晓,中国科学院院士、复旦大学教授赵东元获得“物质科学奖”。颁奖词写道:表彰他对介孔材料的开创性贡献,包括合成控制、机制理解和工业应用。

“接到获奖通知电话时,我正在吃午饭,还以为是推销电话,差点挂掉。”赵东元笑着回忆道。

赵东元被称为“造孔之人”,在介孔材料领域,他发表的论文数与引用率位列全球第一。他领衔完成的项目“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”荣获国家自然科学奖一等奖,并创造出20余种以“ FDU”(复旦大学)命名的介孔材料。

近日,搜狐科技对话了赵东元院士,听他解读介孔材料的奥秘、产业化落地现状,以及他坚守三十年的科研哲学。


孔材料背后的思想与灵魂

“多孔材料大伙并不陌生。”赵东元解释道,“像我们俗语说的‘无孔不入’,其实很多有空间、有实体的材料,都是多孔材料。”

他举了几个日常例子:食品干燥剂、泡沫塑料、沸石分子筛,甚至连水瓶也算。“你把它挖一个洞,不就是孔吗?里边可以装水、装任何东西。在化学里,它就是反应器,可以把分子吸附到里边。”

多孔材料有两个重要特征:比表面积大、孔体积大。“你挖一个洞之后就增加了一部分表面积,所以挖洞越多,表面积越大。干燥剂之所以能吸水,就是因为孔洞把空气中的水分子吸进去、凝聚成水。”

按国际惯例,多孔材料依据孔径大小分为三类:小于2纳米的叫微孔,大于50纳米的叫大孔,介于2到50纳米之间的,就叫介孔。

至于为什么要专门做介孔,赵东元称这是因为介孔材料的比表面积和孔体积,按照理论计算是最大的。现在做出来的介孔材料,比表面积最大可以达到3000平方米每克。

而且介孔材料的优势不止于表面积,它的孔径也恰到好处。分子可以在孔道里自由穿梭,这让它在蛋白质转化、重油转化、大分子催化等领域具有独特的应用前景。

其实,大多数科学家对多孔材料的研究都集中在无机材料上,比如沸石、氧化硅、矿物质等等。但赵东元一直在思考一个问题:有机高分子能不能也做成介孔材料?

“硅和碳在元素周期表里属于同一个主族,硅能形成四面体,碳也能形成四面体。硅能做成介孔材料,碳为什么不能?”

赵东元的想法很直接,但实行起来却极其困难。因为高分子要形成多孔材料,既要发生聚合反应,又要完成自组装,这两个过程需要同时进行,难度非常大。国际上有很多课题组都尝试过,但都难以突破。

最终,他们终于找到了一条路,就是把复杂的过程分解成小的、简单的过程。先让高分子聚合一点点,然后自组装,组装完了再继续聚合。

赵东元称之为“有机-有机自组装思想”,最后把高分子烧一下(碳化),得到了介孔碳,这个方法不仅创造了介孔高分子材料,还打开了介孔碳的大门。

“只要没有氧,碳可以稳定到1400度,是最稳定的介孔材料。”赵东元补充道。

如今,赵东元团队已经创造了20多种以复旦大学命名的介孔材料。“科学其实很枯燥的,你说有什么故事和趣闻也不多见。真正的科学是一种思想,是一个灵魂的创造,要坐得住冷板凳。”


“无用之用”如何改变世界?

在对话过程中,赵东元有一个鲜明的观点令人印象深刻,那就是基础研究要先抛开“有用”的念头。

“基础研究一定是无用的——无用之用。别去想着功利,别去想着有用。我们是在创造新知识、探索新规律、探索自然。先别考虑应用,一定要抛开实用。”

他分享了自己的故事:“我们都知道氧化硅是最常见、最惰性的材料,可能也没什么功能,我们做基础研究就要创新,我就想能不能赋予它功能?氧化硅不可能有磁性,这是本质问题。但我们可以在中间放一个磁铁,外面生长一层氧化硅,这样不就是有磁性的氧化硅了吗?”

正因如此,赵东元和团队发明了“壳核结构”的介孔材料。

“所以你看,刚开始其实是一点用都没有的,完全是拍脑袋、凭空想象。但后边真正解决了重油的转化、渣油的转化,都是靠这个方法。”赵东元如是说。

而如今,这些“无用”的材料已经走进了现实,在能源、化工、传感等多个领域展现出巨大的应用价值。

最先突破的,是石油化工领域。中国每年消费约7亿吨原油,其中约50%是难以利用的渣油。赵东元团队与中石化合作,开发了介孔与沸石复合的催化剂,在齐鲁石化平稳运行了七八年。他们还提出了“单颗粒级配”新思路,一个颗粒上同时具有大孔、介孔和微孔,实现了沸腾床炼制,在镇海建立了200万吨的应用。

不止于“炼油”,材料也同样应用在新能源领域。传统石墨负极的理论容量只有372毫安时每克,而硅的理论容量是4200。但硅有个致命问题,就是充放电时会膨胀,电池就“鼓包”了。赵东元的方案是:“把硅放在介孔碳的孔道里,为它的膨胀提供空间,从负极的角度,能量密度可以从150提升到500,至少提升两到三倍,这样手机充一次电能用更长时间。

而在令人期待的半导体领域,尽管介孔半导体材料表面存在一定缺陷,但凭借其巨大的比表面积和孔体积,它对气体分子展现出极强的吸附能力。赵东元团队发现,这类材料能够极其灵敏地检测硫化氢、甲醇、甲醛等有害气体,甚至可以捕捉到食品腐烂过程中释放的微量分子,在环境监测和食品安全领域前景广阔。


科学研究一定要批判,一定要质疑

当搜狐科技问及目前AI在研究中的应用情况时,赵东元也分享了他的看法。

“现在AI已经深入社会各个领域,科学家也在积极地拥抱它,像吴淞实验室就已经建立了全自动化的AI平台,用于优化实验条件,参与AI for Science和AI for Material的探索。”

不过,在赵东元看来,目前AI本质上仍是辅助工具,因为现阶段还是人类主导着对世界的认知,AI的发现必须经过人类理解和验证,其理性和意识与人类有着本质的不同,还远远未达到与科学家“平等参与”的程度。

而且对于物质科学来说,AI的应用也面临巨大挑战。“元素周期表有118个元素,它们的排列组合构成了广阔的世界,构成了我们地球,AI没法理解这种复杂性的数据,所以对我们创造新材料来说,最大的问题就是数据问题。”

尽管困难重重,但赵东元和团队还是通过自行设计的简化AI模型,成功优化了多个实验条件,的确会比之前节约时间。他称未来如果能将实验数据标准化,并建立可被AI识别的数据库,AI的能力将远超辅助范畴。

“至于AI是不是会取代人类,前景是不可预测的,但至少到目前为止,AI正在造福人类,节省我们的时间和劳力。”赵东元如是说。

在对话中,赵东元还提到一个词:批判。

“科学研究一定要批判,一定要质疑,你做的不仅是证实和证伪,还要适应边界,想想如果改变一下会怎样?这样你就能提出问题,找到突破的方向。”

他坦言,自己这一生最成功的选择,就是在90年代末义无反顾地从美国回到祖国。“当时很多人想留在外边,外边工资高、条件好。但那里不是自己的祖国。我是中国人,我想回来踏踏实实做点科研。”

如今,他加入复旦大学已将近30年了,除了踏踏实实做研究外,他还坚持给本科生上普通化学课,这一坚持就是23年。

在赵东元看来,上课是本职工作,是天大的事,不能迟到,也不能推课。

当然,这也让他收获颇丰。他称自己最大的收获就是心态上变年轻了,学生们渴望知识的眼神和异想天开的问题总是让他充满活力。而另一个重要收获是教学倒逼他夯实了化学基础,面对竞赛背景的学生,他必须要梳理逻辑、吸收最新进展,这种严谨的训练也让他对基础化学知识极其自信,同时也为他的科研思考提供了坚实的支撑。

对于年轻科研工作者,他的建议也很中肯:“我常告诫学生们,40岁之前别做应用,潜心地做基础研究,你一定要坐得住‘冷板凳’,耐得住寂寞,等40岁之后有了一定的创造力,这个时候我们去做一些实在的工作,接触工业化,把自己的研究成果进行转化。”

谈及大学生选专业的问题,赵东元表示:“化学是创造物质的科学,是中心科学。五颜六色的变化,就像魔术师一样,把两个无色的东西放到一起,‘啪’就变成有色。同时它也是交叉科学的基石,化学能为污染问题、能源问题、生物问题等人类重大挑战提供根本性方案,前景非常广阔。”

至于科普,赵东元也有着自己的理解:“科普不一定要让大众理解每一个细节,我们需要传播的是科学的本质、科学的精神,要实证、要批判、要质疑。如果每个人都能学会质疑,这个社会就不会出现那些原始可笑的东西了。”




运营编辑 | 曹倩 审核|孟莎莎




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