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赵东元：《深挖介孔材料潜力，助力能源转型战略》
2026-04-15 20:46:22
作者：赵东元（中国科学院院士，复旦大学化学与材料学院院长，教授）
介孔材料一直都以无机组成为主，有机介孔材料当时还鲜为人报道。自然界有机多孔材料往往在空气、水珠界面形成，无法控制其孔径。2000年初我们就设想创制一类有机介孔材料。我们使用一种称为“软模板”的方法。首先在溶液中将用于构筑有机高分子材料的前驱体与两亲性表面活性剂模板混合。反应完成后，把表面活性剂模板去除，剩下的就是多孔材料。其中的关键步骤是有机高分子单体与两亲性表面活性剂分子之间的相互作用，即有机-有机相互作用。通过精准控制这一步骤，我们就可以获得各种尺寸和形状的孔结构。所以我们提出了通过氢键、双重氢键、极性范德华相互作用等来调节有机-有机相互作用。最初，我们在选择适合聚合的高分子单体时遇到了一些困难，因为有太多有机分子可供选择。后来我们意识到，应该重点关注能够形成共价键网络的稳定的高分子材料，如酚/甲醛树脂等。这样我们巧妙地简化制备过程，先组装，后聚合。那么，这个反应过程就可以简单地通过加热来引发，成功地合成介孔高分子树脂材料，碳化后得到最稳定的介孔碳分子筛。
介孔材料具有孔大且均匀、表面积高等优点。因此，可以用作原油（分子特别大）的分子筛。我们目前正在和中石化合作，推进这些材料在炼油工业中的商业化。另一个重要的应用是，制造电池负极材料。传统的负极材料是石墨，由于缺乏孔隙率，电子传输相对较慢。现在我们团队正在开发具有介孔结构的碳/硅复合材料作为新型的负极材料。这项技术的产业化已经在进行中，工厂选址已经完成，我们的目标是建立最先进的介孔碳硅负极材料平台。其他的应用还包括电容器和水分解反应催化剂等。
化石燃料包括天然气、石油和煤。以这些原料为基础，我们建立了强大且经济的基础设施来发电和驱动交通，但我们付出的代价就是二氧化碳排放。1吨煤燃烧产生3.7吨二氧化碳。不断增加的二氧化碳在大气中引起温室效应并加剧了全球变暖。此外，从化学家的角度来看，碳是生命的基础，构成生物骨架。地球上的所有碳都需要循环利用。如果碳只向一个方向流动，从地下流向大气层，最终我们将耗尽生命。我们如何捕捉空气中的二氧化碳并将它回收是一个难题，主要不是在科学原理方面，而是在实现规模化方面缺乏实用方法。当前一个提议是吸收二氧化碳，然后压缩并注入地下。介孔材料可能是这个过程中的良好吸附剂，因为它们的大表面积可以高密度存储纯二氧化碳。这是一个物理过程，因为二氧化碳与其他物质之间不发生化学反应，所以这个过程可能具有高效性。例如，介孔分子筛和金属有机框架（MOF）就可用于这个目的。
作者介绍：
赵东元：中国科学院院士、第三世界科学院院士，复旦大学化学系教授、博士生导师，复旦大学化学与材料学院院长，智能材料与未来能源创新学院院长，复旦大学先进材料实验室主任，国家杰出青年科学基金获得者，入选“新世纪百千万人才工程国家级人选” ，教育部“跨世纪”人才。1984年毕业于吉林大学化学系；1987年、1990年先后获该校硕士、博士学位，博士毕业后进入沈阳化工学院精细化工系任教，先后担任讲师、副教授；1993年起，先后在以色列魏茨曼科学研究所化学物理系、美国休斯顿大学化学系、美国加州大学，从事博士后研究；1998年12月回国后进入复旦大学化学系担任教授、博士生导师。赵东元院士主要从事介孔材料合成、结构和机理的物理化学及其催化研究，发明SBA-15等介孔材料，采用三嵌段共聚物表面活性剂，通过调节嵌段共聚物的疏水和亲水的比例，合成17种三维孔穴结构的、大孔径的、立方相的介孔分子筛。主持承担了国家自然科学基金委员会国家杰出青年科学基金、重点基金项目，科技部863项目、973项目，上海市科委重大、重点基础研究项目等多项科研项目；获得美国专利6 项，中国发明专利 26项；在国内外重要学术刊物上发表论文260余篇，包括Science、Nature、Nature Materials、JACS、Angew.Chem.等，其论文被同行引用9500余次，单篇最高引用次数 1600余次；主编书籍1部，参加撰写专著4部章节。荣获国家自然科学一等奖、国家自然科学二等奖、何梁何利科学进步奖、中国化学会-化学贡献奖、中国分子筛成就奖、国际介观结构材料协会成就奖、Indian Chemical Council Rao Award、发展中科学院联想科学奖、Khwarizmi International Award、Nano Research Award、上海市科技功臣、陈嘉庚科学奖、全国教书育人楷模等奖励及荣誉。
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