搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第162期，对话中国科学院院士、复旦大学智能材料与未来能源创新学院院长赵东元。
嘉宾简介：
介孔材料的比表面积和孔体积，按照理论计算是最大的。现在做出来的介孔材料，比表面积最大可以达到3000平方米每克。
科学其实很枯燥的，真正的科学是一种思想，是一个灵魂的创造，要坐得住“冷板凳”。
基础研究一定是无用的——无用之用。别去想着功利，别去想着有用。我们是在创造新知识、探索新规律、探索自然。
至少到目前为止，AI正在造福人类，节省我们的时间和劳力。
出品｜搜狐科技
作者｜周锦童 郑松毅
2026年未来科学大奖揭晓，中国科学院院士、复旦大学教授赵东元获得“物质科学奖”。颁奖词写道：表彰他对介孔材料的开创性贡献，包括合成控制、机制理解和工业应用。
“接到获奖通知电话时，我正在吃午饭，还以为是推销电话，差点挂掉。”赵东元笑着回忆道。
赵东元被称为“造孔之人”，在介孔材料领域，他发表的论文数与引用率位列全球第一。他领衔完成的项目“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”荣获国家自然科学奖一等奖，并创造出20余种以“ FDU”（复旦大学）命名的介孔材料。
近日，搜狐科技对话了赵东元院士，听他解读介孔材料的奥秘、产业化落地现状，以及他坚守三十年的科研哲学。
孔材料背后的思想与灵魂
“多孔材料大伙并不陌生。”赵东元解释道，“像我们俗语说的‘无孔不入’，其实很多有空间、有实体的材料，都是多孔材料。”
他举了几个日常例子：食品干燥剂、泡沫塑料、沸石分子筛，甚至连水瓶也算。“你把它挖一个洞，不就是孔吗？里边可以装水、装任何东西。在化学里，它就是反应器，可以把分子吸附到里边。”
多孔材料有两个重要特征：比表面积大、孔体积大。“你挖一个洞之后就增加了一部分表面积，所以挖洞越多，表面积越大。干燥剂之所以能吸水，就是因为孔洞把空气中的水分子吸进去、凝聚成水。”
按国际惯例，多孔材料依据孔径大小分为三类：小于2纳米的叫微孔，大于50纳米的叫大孔，介于2到50纳米之间的，就叫介孔。
至于为什么要专门做介孔，赵东元称这是因为介孔材料的比表面积和孔体积，按照理论计算是最大的。现在做出来的介孔材料，比表面积最大可以达到3000平方米每克。
而且介孔材料的优势不止于表面积，它的孔径也恰到好处。分子可以在孔道里自由穿梭，这让它在蛋白质转化、重油转化、大分子催化等领域具有独特的应用前景。
其实，大多数科学家对多孔材料的研究都集中在无机材料上，比如沸石、氧化硅、矿物质等等。但赵东元一直在思考一个问题：有机高分子能不能也做成介孔材料？
“硅和碳在元素周期表里属于同一个主族，硅能形成四面体，碳也能形成四面体。硅能做成介孔材料，碳为什么不能？”
赵东元的想法很直接，但实行起来却极其困难。因为高分子要形成多孔材料，既要发生聚合反应，又要完成自组装，这两个过程需要同时进行，难度非常大。国际上有很多课题组都尝试过，但都难以突破。
最终，他们终于找到了一条路，就是把复杂的过程分解成小的、简单的过程。先让高分子聚合一点点，然后自组装，组装完了再继续聚合。
赵东元称之为“有机-有机自组装思想”，最后把高分子烧一下（碳化），得到了介孔碳，这个方法不仅创造了介孔高分子材料，还打开了介孔碳的大门。
“只要没有氧，碳可以稳定到1400度，是最稳定的介孔材料。”赵东元补充道。
如今，赵东元团队已经创造了20多种以复旦大学命名的介孔材料。“科学其实很枯燥的，你说有什么故事和趣闻也不多见。真正的科学是一种思想，是一个灵魂的创造，要坐得住冷板凳。”
“无用之用”如何改变世界？
在对话过程中，赵东元有一个鲜明的观点令人印象深刻，那就是基础研究要先抛开“有用”的念头。
“基础研究一定是无用的——无用之用。别去想着功利，别去想着有用。我们是在创造新知识、探索新规律、探索自然。先别考虑应用，一定要抛开实用。”
他分享了自己的故事：“我们都知道氧化硅是最常见、最惰性的材料，可能也没什么功能，我们做基础研究就要创新，我就想能不能赋予它功能？氧化硅不可能有磁性，这是本质问题。但我们可以在中间放一个磁铁，外面生长一层氧化硅，这样不就是有磁性的氧化硅了吗？”
正因如此，赵东元和团队发明了“壳核结构”的介孔材料。
“所以你看，刚开始其实是一点用都没有的，完全是拍脑袋、凭空想象。但后边真正解决了重油的转化、渣油的转化，都是靠这个方法。”赵东元如是说。
而如今，这些“无用”的材料已经走进了现实，在能源、化工、传感等多个领域展现出巨大的应用价值。
最先突破的，是石油化工领域。中国每年消费约7亿吨原油，其中约50%是难以利用的渣油。赵东元团队与中石化合作，开发了介孔与沸石复合的催化剂，在齐鲁石化平稳运行了七八年。他们还提出了“单颗粒级配”新思路，一个颗粒上同时具有大孔、介孔和微孔，实现了沸腾床炼制，在镇海建立了200万吨的应用。
不止于“炼油”，材料也同样应用在新能源领域。传统石墨负极的理论容量只有372毫安时每克，而硅的理论容量是4200。但硅有个致命问题，就是充放电时会膨胀，电池就“鼓包”了。赵东元的方案是：“把硅放在介孔碳的孔道里，为它的膨胀提供空间，从负极的角度，能量密度可以从150提升到500，至少提升两到三倍，这样手机充一次电能用更长时间。
而在令人期待的半导体领域，尽管介孔半导体材料表面存在一定缺陷，但凭借其巨大的比表面积和孔体积，它对气体分子展现出极强的吸附能力。赵东元团队发现，这类材料能够极其灵敏地检测硫化氢、甲醇、甲醛等有害气体，甚至可以捕捉到食品腐烂过程中释放的微量分子，在环境监测和食品安全领域前景广阔。
科学研究一定要批判，一定要质疑
当搜狐科技问及目前AI在研究中的应用情况时，赵东元也分享了他的看法。
“现在AI已经深入社会各个领域，科学家也在积极地拥抱它，像吴淞实验室就已经建立了全自动化的AI平台，用于优化实验条件，参与AI for Science和AI for Material的探索。”
不过，在赵东元看来，目前AI本质上仍是辅助工具，因为现阶段还是人类主导着对世界的认知，AI的发现必须经过人类理解和验证，其理性和意识与人类有着本质的不同，还远远未达到与科学家“平等参与”的程度。
而且对于物质科学来说，AI的应用也面临巨大挑战。“元素周期表有118个元素，它们的排列组合构成了广阔的世界，构成了我们地球，AI没法理解这种复杂性的数据，所以对我们创造新材料来说，最大的问题就是数据问题。”
尽管困难重重，但赵东元和团队还是通过自行设计的简化AI模型，成功优化了多个实验条件，的确会比之前节约时间。他称未来如果能将实验数据标准化，并建立可被AI识别的数据库，AI的能力将远超辅助范畴。
“至于AI是不是会取代人类，前景是不可预测的，但至少到目前为止，AI正在造福人类，节省我们的时间和劳力。”赵东元如是说。
在对话中，赵东元还提到一个词：批判。
“科学研究一定要批判，一定要质疑，你做的不仅是证实和证伪，还要适应边界，想想如果改变一下会怎样？这样你就能提出问题，找到突破的方向。”
他坦言，自己这一生最成功的选择，就是在90年代末义无反顾地从美国回到祖国。“当时很多人想留在外边，外边工资高、条件好。但那里不是自己的祖国。我是中国人，我想回来踏踏实实做点科研。”
如今，他加入复旦大学已将近30年了，除了踏踏实实做研究外，他还坚持给本科生上普通化学课，这一坚持就是23年。
在赵东元看来，上课是本职工作，是天大的事，不能迟到，也不能推课。
当然，这也让他收获颇丰。他称自己最大的收获就是心态上变年轻了，学生们渴望知识的眼神和异想天开的问题总是让他充满活力。而另一个重要收获是教学倒逼他夯实了化学基础，面对竞赛背景的学生，他必须要梳理逻辑、吸收最新进展，这种严谨的训练也让他对基础化学知识极其自信，同时也为他的科研思考提供了坚实的支撑。
对于年轻科研工作者，他的建议也很中肯：“我常告诫学生们，40岁之前别做应用，潜心地做基础研究，你一定要坐得住‘冷板凳’，耐得住寂寞，等40岁之后有了一定的创造力，这个时候我们去做一些实在的工作，接触工业化，把自己的研究成果进行转化。”
谈及大学生选专业的问题，赵东元表示：“化学是创造物质的科学，是中心科学。五颜六色的变化，就像魔术师一样，把两个无色的东西放到一起，‘啪’就变成有色。同时它也是交叉科学的基石，化学能为污染问题、能源问题、生物问题等人类重大挑战提供根本性方案，前景非常广阔。”
至于科普，赵东元也有着自己的理解：“科普不一定要让大众理解每一个细节，我们需要传播的是科学的本质、科学的精神，要实证、要批判、要质疑。如果每个人都能学会质疑，这个社会就不会出现那些原始可笑的东西了。”
