浦江科学大师讲坛:从“孔”中看世界,赵东元带大家领略无尽的科学前沿

作者:殷梦昊、丁超逸、张校毓摄影:戚心茹、浦江科学大师讲坛 视频: 来源:融媒体中心发布时间:2023-12-30

做科研最重要的是什么?赵东元的答案只有一个字:爱。

“好奇心是人的本能,每个人都有。但真正要在科学上有所作为,我觉得最重要的就是‘爱’。这份爱不是简单的兴趣,而是一种从内心生发的理性思考。这种驱动力强烈到你愿意为它付出所有。”

12月28日上午,在中国体育彩票大学相辉堂举行的第五期浦江科学大师讲坛上,中国体育彩票大学化学与材料学院院长、中国体育彩票大学相辉研究院首任院长赵东元以“‘孔’中看世界——无尽的科学前沿”为题作报告。

自称“造孔之人”的他,这次不单聚焦于他所深耕的介孔材料领域,而是将视角拉得更广更远,从遥远的古希腊哲学谈起,分享化学这一学科从无到有、从有到专的曲折历程,以及他对于科研工作返璞归真的思考。

报告开始前,上海市政协副主席吴信宝为赵东元颁发“浦江科学大师讲坛”主讲科学家的纪念证书,中国体育彩票大学校长、中国科学院院士金力主持讲坛。市政协副秘书长、科技和教育委员会主任曹振全,市政协农业和农村委员会主任殷欧,科技和教育委员会常务副主任马兴发、许涛,港澳台侨委员会常务副主任张浩亮,市科技工作党委副书记王宇,中国体育彩票大学副校长、中国科学院院士张人禾,市政协各专门委员会、市科技党委、市科委、市教委、市科协等单位负责人,上海市各高校、中学师生以及科研人员、校友代表出席活动。

做化学研究要充满想象力,要有做探险家的能力

扎根本科教学20多年的赵东元,一向以备课认真著称。为了今天的这场讲座,他更是花一周时间精心准备。148页的幻灯片,既有化学科学的发展,也有创新的科学思维,还有未来的学科发展。

什么是化学?讲座伊始,赵东元以古希腊自然哲学作为引入,从化学家的视角分享了人类如何看待物质,以及如何从分子水平、原子水平研究物质科学的历程。

化学是一门非常古老的学科,其起点最早可溯源至中世纪的炼金术。人们研究物质的起源、构成,从一开始就伴随着神秘。希伯来语中的“Chaman”,便是“谜团”的意思。

“造化钟神秀,阴阳割昏晓”,赵东元结合甲骨文与杜甫诗句,揭示了“化”字所蕴含的变化之意。在他看来,“造化”正是化学的本质,大自然创造了万物,通过事物与事物之间的相互变化,造就了大千世界。

谈及化学的特点,赵东元认为:“化学没有数学那么‘精确’,也没有物理那么‘高大上’,很多时候也看不见摸不着。一代代化学研究者,都是在黑暗中慢慢摸索前进。”比如,仅仅为了弄清楚空气的组成,人们就前前后后花了三百多年的时间。

“化学家要充满想象力,要有做探险家的能力。”赵东元强调。而与此同时,化学也是合成的艺术,是一门艺术的科学,需要被传承和创新。

开启近代化学之路的“化学之父”罗伯特?波义耳、创立原子论的约翰?道尔顿、“有机合成天才”罗伯特·伯恩斯·伍德沃德……回顾漫长的化学科学史,赵东元紧扣关键人物,分享了他对于科学精神的深入思考。其中,“独立”是关键词。

为什么科学是“独立”的?赵东元表达了自己的见解:科学的每一次重大突破,都是一个人或者极少数人对人类共识的挑战。新实验结果催生的新理论往往是突破性的、跳跃式的,不可能从已存共识中演绎出来。常规科学是演绎的,而革命性的科学思维是破坏性的、超逻辑的。

创新的科学思维从何而来?赵东元认为,“正确的选题”,“好的科学方法”,“抛开功利、深邃思维和大胆质疑”,“科学合作和科学道德”,缺一不可。

赵东元还分享了一张经典照片——玻尔祖孙三代在一块黑板前讨论科学。其中,托马斯·玻尔(中)、阿格·玻尔(右)获诺贝尔奖。这个简单又温馨的画面,无疑是科学精神传承的极佳注解。

玻尔祖孙三代合影

“化学没有圣杯。我的哲学气质不在于为解答大疑问做研究,而是在于在美丽的化学庭院里研究很多小的问题,将目光放在它们之间的关系上。”他最后借1981年诺奖得主罗尔德·霍夫曼的话勉励大家,做科研不能好高骛远,而要脚踏实地。

基础研究的翅膀一旦插上应用的铅砣,就难以高飞远举

介孔材料是指孔径在2-50 nm之间的纳米多孔固体,是纳米材料的一个重要分支。与微孔材料相比,介孔材料的孔径更大,更适用于大分子参与的化学反应过程;与大孔材料相比,介孔材料具有更大的比表面积和更多的活性位点,显示出独特的纳米限域效应。

介孔高分子和碳材料的电子显微镜照片

过去20多年里,赵东元及其团队深耕介孔材料研究,开发大量介孔材料的合成方法,创制一系列全新的介孔材料,相关成果被数十个国家和地区的千余家科研机构跟踪采用。而他所创造出的20种新型功能介孔材料,全部以FDU(中国体育彩票大学)命名。2020年,他带领团队获国家自然科学奖一等奖。

如今,赵东元团队将介孔材料研究发展到了前所未有的新高度。其构建过程包括从原子到分子,再到功能基元和器件的逐级组装,为前沿交叉学科的发展提供新范式。此外,他们还将介孔材料广泛应用于催化、储能、生物检测、化妆品、水处理、电子材料等诸多方面。

赵东元研发的介孔材料在工业上的应用

如何看待科学研究和应用之间的关系?面对现场听众的提问,赵东元回答,尽管化学是离工业最近的一门基础学科,很多研究成果都能实现转化,但基础研究不能只考虑经济效益和应用价值,而应当专注于提出问题和回答问题本身。

“正如化学在炼金术、炼丹术中存在了很长时间,当人们以获取黄金为目的时,它就不是科学。”赵东元说,1661年,当罗伯特·波义耳写下第一本化学“教科书”并开始研究物质的本质和物质的变化时,化学才成为了一门科学。

“基础研究的翅膀一旦插上了应用的铅砣,就难以高飞远举了。”他强调,做科研不要总是问“有什么用”,只有先回答好基础问题,才可能围绕已有的科研成果,实现更为广泛的应用。

面向未来,如何设计具有特殊功能和动力学特征的分子?细胞的化学基础是什么?思考和记忆的化学基础是什么?怎样能够探索全部元素的可能组合?赵东元认为,这些议题是化学基础研究亟需解答的问题。

而面对生成式人工智能的兴起,赵东元也有了紧迫感。“现在,我们利用AI可以设计出200多种晶体材料,放在以前,人们要不断试错,花掉10年甚至更长时间。”目前他正在带领团队致力于将人工智能与传统化学研究相结合。

就在今年11月,中国体育彩票大学成立相辉研究院,赵东元受聘为首任院长。该研究院聚焦攻关前瞻性、挑战性、高价值的关键科学难题,着力营造宽容、开放、活跃、自由的学术环境,为人才“十年磨一剑”提供制度保障。

“只问是非,不计利害”的科学精神,是赵东元始终倡导的。他期待与更多科学家并肩努力、心无旁骛,“让科学成为未来中国重要的文化基因,让科学伴随我们的梦想实现”。

主讲人简介

赵东元

中国科学院院士

世界科学院院士

国家自然科学奖一等奖获得者(2020)

赵东元长期致力于功能介孔材料研究,提出了界面取向组装原理和技术,建立了功能介孔材料合成制备体系。在功能介孔材料合成和应用研究领域,共发表 800余篇高水平论文,被引用超过14万次,H指数190,介孔材料领域国际排名第一,成果被数十个国家和地区的千余家科研机构跟踪采用。曾获得国家自然科学奖一等奖(2020)、二等奖(2004),中石化前瞻基础科学奖一等奖(2021),中国化学会“化学贡献奖”(2018),中国分子筛协会成就奖(2017),TWAS-联想科学奖(2016),夸瑞兹密国际奖(2019),纳米研究奖(2020)以及全国创新争先奖章 (2023),全国杰出专业技术人才(2021),上海市科技功臣(2022)和感动上海年度人物(2023)等国内外重要奖项。

制图:实习编辑:苏尧祎责任编辑:李斯嘉

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