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揭秘国家自然科学奖一等奖:在微观世界里“造孔”
前瞻经济学人APP资讯组 / 时间:2021-11-11 16:43:21

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前瞻网11月10日讯:近日,由中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元领衔完成的“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”获得2020年度国家自然科学奖一等奖。

在先容这项研究之前,先说说什么是“介孔”。根据国际纯粹与应用化学联合会的定义,孔径小于2纳米的孔称为微孔,大于50纳米称为大孔,而孔径介于2—50纳米之间的称为介孔。介孔材料,顾名思义,是指孔径为2—50纳米的多孔结构材料。

相比块体材料,介孔材料具有高的比表面积、大的孔径和孔容,可以搭载更多活性物质,实现更快的物质输运,在能源、环境、安全、生物医药等领域有广泛的应用。

据科技日报消息,1998年,赵东元回国任教于复旦大学化学系,带着5个本科生,开始了对功能介孔材料创制和合成的研究。

在那时,自组装合成的介孔材料都是无机非金属或金属组成,这种介孔材料存在脆性大、密度高、不易加工、不可降解等缺点。赵东元琢磨:整个介孔材料都局限于无机组成,能不能创造一种有机的高分子材料,又软又轻又好用,还能为国民经济创造价值?

实验初期,赵东元的科研团队屡战屡败。研究开始后三年内,团队在这方面进展缓慢。

2003年10月,终于迎来转机。一名本科生提出,在制作介孔高分子的过程中,把高分子先聚再合成,这一反常规的操作大大简化了实验步骤,成功获得了一组非常漂亮的数据。

2005年,赵东元团队在《德国应用化学》发表文章,首次提出有机—有机自组装的新方法,一种全新的介孔材料——有序介孔高分子和碳材料,由此诞生。

这项研究在高分子和碳材料领域掀起了一场革命。

据统计,赵东元团队提出的有机—有机自组装新思想及由此产生的介孔高分子和碳材料已被60多个国家和地区的1500余家科研机构采用和研究,共发表近4.2万篇论文,引领了国际介孔材料领域的发展。

基础研究之花也在应用中结出硕果。由于有序介孔高分子和碳材料具有轻、柔、易加工、可降解等优点,可应用于新能源、石油化工、环境治理、物质输运、电子器件、生物医学等领域,相关产品销售额已超过亿元。

赵东元表示,应用介孔材料的印刷电路板已投入生产,利用介孔材料超大表面积制作超级电容器的研究正逐步推进,介孔液体的创制也在紧锣密鼓进行中。项目主要完成人之一李伟称,团队还致力于精细化合成有序介孔高分子和碳材料,“希翼未来能像搭乐高一样随心所欲地在纳米材料上造形形色色的孔。”



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