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在納米尺度上“造孔”(“咖”說科技)

趙東元
2026年09月21日08:13 | 來源:人民網-人民日報
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  基礎研究需要拋開功利之心,真正有價值的工作往往來自對科學問題本身的長期追問

  

  從沸石分子篩到活性炭,人類對多孔材料的探索已逾百年。孔徑小於2納米的微孔材料,在催化、吸附等領域大顯身手,但大分子的轉化與輸運,需要更大的孔道。孔徑介於2至50納米之間的多孔固體——介孔材料由此進入科學家的視野。它最突出的特征,是擁有極高的比表面積和規整的孔道結構,讓大分子得以自由“穿梭”。

  我們團隊與介孔材料打交道已經有30年了。早期研究多集中在無機介孔材料領域,一個長期未能突破的問題是:能否把介孔材料從無機拓展到有機高分子乃至碳材料?難點在於,高分子聚合與自組裝成有序介孔需要同時實現,因此該課題極具挑戰性。最終,我們另辟蹊徑,採用“分步法”,先自組裝再聚合,成功合成了介孔高分子,再進一步碳化得到介孔碳,由此提出了“有機—有機自組裝”的新路徑。如今回望,這個想法並非憑空而來,而是源於長期積累和對化學基本問題的持續思考。

  基礎研究處於科研鏈條起始端。基礎研究打得牢,成果轉化、生產應用的“大廈”才能建得高。介孔碳憑借其結構優勢,很快在能源領域找到了用武之地。以硅碳負極為例,硅在充放電過程中體積膨脹約4倍,容易導致電池“鼓包”。我們把介孔碳作為骨架負載硅,利用孔道為硅的膨脹預留空間,顯著提升了電池能量密度。在石油化工領域,我們與中石化合作開發的介孔—沸石復合催化劑,已實現千噸級生產,將重油和渣油轉化為高標號汽柴油,對保障國家能源安全具有重要意義。

  介孔材料的合成,目前仍談不上“精確”。與原子級精細的晶體材料相比,介孔材料在原子尺度上相對“粗糙”,存在表面缺陷。如何實現既有原子晶體精細結構又有介孔大比表面積材料的“精確合成”,是當前主要的挑戰。我們還在繼續探索合成具有原子級精度的晶態介孔材料,以及在生物體系中構建可呼吸、可塑、具有生物相容性的介孔材料,用於細胞培養、藥物篩選乃至模擬生命過程。這些探索距離應用還很遠,卻正是基礎研究的魅力所在。

  獲得2026未來科學大獎“物質科學獎”,是對我和團隊30年來工作的認可,也讓我越發體會到,基礎研究需要拋開功利之心,真正有價值的工作往往來自對科學問題本身的長期追問。當前科研環境中一些“唯論文”“唯帽子”傾向,給青年科研人員帶來不小的壓力。這就需要進一步優化創新環境,讓他們潛心鑽研。特別要在一些前沿領域,為他們提供更寬鬆、更長周期的支持。化學是創造物質的重要科學,我們期待更多年輕人投身其中,追尋科研目標、實現人生價值。

  (作者為中國科學院院士、復旦大學教授,2026未來科學大獎“物質科學獎”獲得者,谷業凱、呂澤瀅採訪整理)

  《 人民日報 》( 2026年09月21日 19 版)

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(責編:邢鄭、孫娜)

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