从秸秆、棉花、植物根叶，到动物肺脏、肾脏、血管，再到甲醛吸附剂、净水器滤芯，我们的世界“无孔不在”，如何在微观世界造孔？这对人类生活与社会发展有何作用？

12月28日上午于复旦大学相辉堂，复旦大学化学与材料学院院长、相辉研究院首任院长、中国科学院院士赵东元将主讲第五期“浦江科学大师讲坛”。

欢迎届时线上线下收看，一起跟随大师“孔中看世界”，探索无限的科学前沿。

科学是什么？在赵东元看来，科学就是质疑，是要问“为什么”。过去20多年里，他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。

那么，到底什么是“介孔”？

根据孔径大小，我们可以对多孔材料进行简单分类：孔径小于2 nm的为微孔（Microporous）材料，包括沸石和金属有机框架等; 孔径大于50 nm的为大孔（Macroporous）材料，主要代表有气凝胶和多孔陶瓷等。孔径介于2~50 nm之间的，则为介孔（Mesoporous）材料。

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。它的表面积可以达到3000 m²/g以上，2克介孔材料的表面积就比一个足球场还要大！因此，介孔材料的发现带来了多孔材料领域的一场革命。

自称“造孔之人”的赵东元院士，到底造了哪些不同类型的介孔，又各有什么用途？讲座开始前，小编提前带你一睹为快。

FDU-14/15/16

早在2006年，赵东元院士团队首次提出了“有机—有机自组装”新思想，基于酚醛树脂的挥发诱导自组装首次构筑有序介孔高分子材料。这些有序介孔高分子可以在多种空间结构之间进行调控，构建三维双连续孔、二维六方孔、面心立方等多种孔道结构，依次为FDU-14/15/16，经过多年攻关，逐步形成以复旦大学命名的20种新型介孔材料。这些新材料具有更高的比表面积和有序介孔结构，为吸附、储能、催化等领域的应用奠定了基础。

超薄介孔碳薄膜

石墨烯是一种性能优异的超薄碳材料，被认为是面向未来的革命性材料。赵东元团队通过低浓度界面组装策略，制备超薄介孔碳薄膜。这种超薄介孔碳薄膜二维平面长度可达十几微米，厚度却只有1nm。介孔碳材料薄膜拥有类似石墨烯的超薄、高度石墨化结构，同时还有介孔结构，这种介孔结构与超薄厚度的结合为储能相关应用提供了极大的便利。团队验证了这种材料在锂离子电池方面的潜力，在容量和性能方面具有较大优势。

“纳米水母”

随着合成技术的发展，赵东元带领团队利用界面效应，开始探索更丰富、更多维的介孔形貌，形成一批形态多元、特征显著、应用广泛的新型材料。2022年，赵东元院士团队通过“液—液”界面各向异性组装，构筑了全新的介孔聚多巴胺“纳米水母”。这是从一个“核心”延伸出的“介孔蘑菇”结构，形态与水母的头盖非常神似。这种具有开放孔道的介孔高分子在碳化形成介孔碳之后，可以用于制作具有高容量、高稳定性的钠离子电池，在储能方面有着极高的应用前景。

“介孔花生”

在大自然中，非对称性无处不在，许多生物和自然现象为科学创造提供了新的思路。2023年，赵东元团队开发了乳液定向诱导各向异性组装策略，制备出“介孔花生”。这种独特的非对称结构，由一个介孔氧化硅球和一个连接的介孔高分子半球组成，两个单元都有着均匀的发散介孔孔道。利用这样独特的双球双介孔结构，团队构筑了单颗粒级别的“生物质逻辑门”，为微纳尺度的逻辑信号传递体系构建奠定了基础。

“纳米羽毛球”

除自然界外，许多人类社会已创造出的物体也是科学研究可借鉴的方向。在体育运动中，羽毛球的飞行轨迹通常较为稳定，这种现象的背后是流体力学在发挥重要作用。羽毛球质量分布的特性所带来的运动行为，在许多领域都得到了应用。在微纳尺度，羽毛球背后的特性是否还能被印证？2023年，赵东元团队创造性地通过空间位阻选择性生长，合成介孔“纳米羽毛球”。这种微观世界中的“羽毛球”以四氧化三铁颗粒为“头”、以介孔高分子为“羽”，从形状和质量分布等方面模拟了日常生活中的羽毛球。经过团队验证，这样的纳米羽毛球也和宏观羽毛球一样，具有高度稳定的流体流动行为，这为材料开发与设计提供了全新的思路。

以上，只是介孔世界的冰山一角。作为介孔材料领域的世界领军科学家之一，如今，赵东元院士带领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，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。

还想了解更多精彩内容，欢迎关注12月28日第五期“浦江科学大师讲坛”，与赵东元院士面对面！

报告人：

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）

报告主题：

孔中看世界——无限的科学前沿

报告摘要：

讲座将结合近年来在功能介孔材料可控合成及应用方面的研究，以化学家的角度，深入浅出地介绍科学的定义、发展历程和现状以及化学学科的未来机会和挑战。从生活中无处不在的化学现象和化工产品举例，凸显化学的神秘与重要；结合“化学”一词中英文的来源，从文学、哲学、以及化学革命性的发展历程等角度，系统阐述化学这一自然科学的丰富内涵、透视化学科学蕴含的机会与挑战。

浦江科学大师讲坛

让顶尖科学家的思想，从上海向全球传播，向全球呈现科学之美、科学之光、科学之慧。“浦江科学大师讲坛”由上海市政协发起并主管，上海市政协科技和教育委员会、复旦大学、中共上海市科学技术工作委员会、上海市科学技术委员会、上海市科学技术协会、世界顶尖科学家协会共同主办，得到上海市科委科普项目资助，旨在打造全球顶尖科学家竞相展示科学思想的大平台、引领人类攀登科学高峰的大本营，让更多顶尖科学家的思想留在上海、汇聚在上海，成为上海强化创新策源功能、推进科创中心建设的重要平台。