“布袋院士”趙東元論“孔”

吳雪

在第五期浦江科學大師講壇上，中國科學院院士趙東元以《“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物質倒入大海，過一周后再把海水撈上來，還能找到保溫杯里原有的化學物質嗎？”

2023年12月28日，在上海市政協科技和教育委員會、復旦大學等單位舉辦的第五期浦江科學大師講壇活動中，中國科學院院士、復旦大學化學與材料學院院長、復旦大學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常識。

趙東元一向以備課認真著稱。為了這場講座，他花了一周時間準備了148頁的幻燈片，既有化學科學的發展，也有創新的科學思維，還有未來的學科發展。“化學沒有數學那么‘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。照片中的他笑瞇瞇地站在復旦大學教學樓前，手上提著一個布袋子，里面裝著前一天剛從北京領回的2020年度國家自然科學獎一等獎證書。“同事和學生們要看，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”。

當天演講結束，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，更是從內心生發的理性思考，這種驅動力強烈到你愿意為它付出所有。

化學是一門非常古老的學科，其起點最早可溯源至中世紀的煉金術。在論壇現場，趙東元結合甲骨文與杜甫詩句，揭示了“化”字所蘊含的變化之意——“造化鐘神秀，陰陽割昏曉”。在他看來，大自然創造了萬物，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練，但從小就顯露出走上科研之路的潛質。他喜歡刨根問底，夢想著長大成為一名科學家。從本科到博士畢業，趙東元都在吉林大學度過。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會。

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

趙東元2021年因北京領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

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旦大學。當時，趙東元獲得了第一筆3萬元科研經費，買了一臺電腦，義無反顧地坐進簡陋的辦公室。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不同而發揮催化、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過精心設計的小孔。

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識到，科學研究的突破不僅需要“工作狂”，更需要“破常規”。

“傳統介孔材料全部都是無機非金屬和金屬基材料，我就想，能不能創造出一種以有機高分子或碳為骨架的介孔材料。”在之后的整整5年里，趙東元和他的團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的實驗方法，才打開了研究思路。

2005年，趙東元在《德國應用化學》上發表文章，在有機—無機自組裝的基礎上首次提出有機—有機自組裝的新思想，并將實驗方法公之于眾。至今已經吸引60多個國家/地區的1500余家科研機構跟蹤研究。國際學術界評價這項研究的貢獻為“先驅”“里程碑”“突破”“重要進展”等。

2008年，趙東元及團隊創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、重復性好，被譽為制備殼—核結構介孔材料的經典方法。也是這一年，趙東元被《科學觀察》列為介孔材料領域發表論文及引用率世界第一位。

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

什么是偉大的科學發現？關于這個問題，趙東元一直在思考。

在他看來，真正偉大的科學發現，可能不只是發在《科學》《自然》上的論文，而是要給人類社會帶來進步，比如，相對論之于愛因斯坦，萬有引力之于牛頓，電磁感應理論之于法拉第，這些都是偉大的科學發現。

至于電磁感應的論文發表在哪里，沒有人在意。趙東元深知，化學作為離工業最近的一門基礎學科，很多研究成果都能實現轉化，然而從實驗室走向產品，從來都不是一件一蹴而就的事情。“基礎研究是從0到1，意味著突破和創新。有了1，從1到10則是創新加速，只有完成全過程，才是真正意義上的科技創新。”

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

彼時，隨著經濟發展，我國原油加工量逐年攀升，對外依存度遠超警戒線，嚴重威脅我國的能源和資源供應安全。在原油煉制中，有近30%是難以利用和轉化的重/渣油，這是煉化行業公認的“硬骨頭”。 趙東元首創的殼—核結構的微孔—介孔復合分子篩催化劑，實現了千噸級生產，并成功應用于劣質石油資源加氫裂化工業。

在齊魯石化年產56萬噸重油裝置上，趙東元團隊的核殼結構介孔分子篩催化劑，真正實現了千噸級生產與工業化應用。穩定運行5年來，與國外催化劑相比，中間餾分油收率提高了1.5%，每年增產上百萬噸優質油。

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

過去20多年里，趙東元及其團隊深耕介孔材料研究。攝影/成釗

比如，趙東元團隊開發的一種介孔材料打破了傳統的質量對稱分布結構，呈現出酷似羽毛球的形狀——頭部是質量重心所在，尾部由多孔高分子材料組成。“試想一下，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它在身體內移動到病灶，實現藥物精準遞送。”趙東元說，團隊正在尋求將該材料與醫療企業實現產業化。

多年來，他們積極推動介孔高分子和碳材料規模化制備和應用。使用了介孔材料的超級電容器，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，相關介孔材料還在環境處理、電子材料等諸多方面得到廣泛應用。

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，仍存在現實困境。“面對變幻莫測的市場，我們不能只追求成本便宜，還要堅守我們的核心技術和材料的特點，這是未來我們努力的方向。”

“做科研不要總是問‘有什么用’，只有先回答好基礎問題，才可能圍繞已有的科研成果，實現更為廣泛的應用。”趙東元告訴《新民周刊》，“基礎研究的翅膀一旦插上了應用的鉛砣，就難以高飛遠舉了。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。”

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

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，而要腳踏實地。

面向未來，思考和記憶的化學基礎是什么？怎樣能夠探索全部元素的可能組合？趙東元認為，這些議題是化學基礎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。“現在，我們利用AI可以在短時間內設計出上百種新材料，放在以前，人們要不斷試錯，花掉10年甚至更長時間。”目前他正在帶領團隊致力于將人工智能與傳統化學研究相結合。

2023年11月，復旦大學成立相輝研究院，趙東元受聘為首任院長。該研究院聚焦攻關前瞻性、挑戰性、高價值的關鍵科學難題，著力營造寬容、開放、活躍、自由的學術環境，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，而與取得頂尖科學成就相伴的，是趙東元連續20年堅持面向自然科學大類本科生講授專業基礎課普通化學，該課程獲上海市教學成果一等獎，廣受學生喜歡。

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

他所帶的團隊有一個不成文的規定，每次趙東元獲獎拿到的獎金，有20%到30%用來資助年輕學者發展。

復旦大學化學系博士生田泳在本科時上的第一門課就是普通化學，他記得，課堂上，趙老師講了許多有趣的科研經歷，例如，用很簡單的化學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，遇到重難點的時候還會喊來我們，變著法地講幾遍，讓我們從學生角度挑一種最好理解的。”

“從基礎知識拓展到最新的科研進展，學生不一定都懂，但我希望能激發他們產生好奇心，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。”在這位耕耘多年的教師看來，比教授知識更重要的是培養學生的創新精神。

師生對坐，趙東元會說，“咱倆在科學面前是平等的，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，這樣才能激發學生內心深處對化學的喜愛。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展，一直保留著學生的實驗筆記和裝幀的畢業論文。他所帶的團隊有一個不成文的規定，每次趙東元獲獎拿到的獎金，有20%到30%用來資助年輕學者發展。“即使素不相識的學生給他發郵件請教科學問題，他都來者不拒，有時還邀請人家過來當面討論。”復旦大學化學系青年副研究員劉玉普說。

關于創新，趙東元有自己的思考。“被‘卡脖子’歸根結底還是創新不夠，需要提高全民創新意識。”他舉了個例子，中國是陶瓷大國，玻璃是燒制陶瓷的一個副產品，但玻璃并不是我們發現的。“創新就是要多提問題，如果無解，說不定是研究的新方向。”趙東元說，創新沒有標準答案，現在的大學生創新意愿強，要鼓勵他們提出問題。

提到未來我國的科學發展，趙東元呼吁大家多點耐心：“科學誕生于歐洲，與其文化同源的美國，經歷了從重視應用到重視基礎的階段，花費了三四十年才出現諾貝爾獎級的科研成果，而日本這一階段花費了近80年的時間。”

“我國改革開放40多年，科技論文數量就已實現國際領先，現在到了質變的時候，要去解決一些富有挑戰性的科學問題。我相信，如果我們能沉下心來，再過三四十年，一定會產出更多原創性成果。”趙東元笑著對《新民周刊》說，“因為，我們不是為了諾獎而諾獎，是為了科學而科學。”