从矿泉水瓶实验到技术突围，复旦“85后”教授在纳米孔道里搭起“科学大厦”

走进复旦大学功能介孔材料展厅，如同步入一座微观世界的“建筑展”。从牙膏到航空煤油，一块块展品背后，都连接着同一个核心科技——介孔材料。

这是一种内部布满无数微小孔洞的固体“蜂巢”。它的孔洞直径在2到50纳米之间，比头发丝还要细上几万倍。然而，正是这些肉眼不可见的小孔，有着惊人的内表面积：将1克介孔材料的所有孔洞内壁展开铺平，总面积能超过一个标准篮球场。在化学工业里，约90%的过程都依赖催化剂，而介孔材料正是其中最重要的一类催化材料，堪称石油炼制、精细化工等领域的“芯片”。

在这个微观世界里，复旦大学的一位“85后”科学家和他的团队，已经埋头钻研了二十多年。他就是近日获评2025年度上海市科学技术奖青年科学技术杰出贡献奖的复旦大学化学系教授、博士生导师李伟。

一个矿泉水瓶点燃的科研火花

李伟与科研的缘分，始于一个看似简陋的矿泉水瓶。

2004年，考上黑龙江大学的大一新生李伟，除了上课，几乎把所有时间都“泡”在了实验室。当时实验室条件简陋，没有水热釜，李伟想了个土法子：将高温反应过程分步进行，在较低温度下利用寻常的矿泉水瓶作反应釜，竟然真的合成了结构新颖的氧化物纳米材料，并发表了2篇SCI论文。

2007年，中国科学院院士、复旦大学教授赵东元来李伟的学校做了一场关于“功能介孔材料”的学术报告。台下，李伟盯着台上千变万化的图像出神——那些排列有序的纳米小孔，像蜂巢、像花朵，也像一座座微型宫殿。这场报告就像一颗科学的种子，埋进了少年的心中。“我有没有可能去复旦，跟赵老师做科研？”一个近乎大胆的念头冒了出来。成绩优异的他毕业后如愿保研进入赵东元院士课题组。

然而，通往“科学大厦”的路并非坦途。进入复旦后的头两年，成了他最沉默的时光。实验做了近万次，结果却总不理想，直到2010年仍没能发出一篇文章。每一个深夜实验室的灯光见证了他的煎熬，也见证了他的坚守。

转机出现在一次组会上。导师赵东元对他说：“失败的实验，如果你能总结出经验，分析出问题和原因，那么这个实验对你工作的帮助更大。”这番话点醒了李伟，他开始追问自己：这一万多次的失败，我有没有真正追问过“为什么”？

用“乐高积木”颠覆传统合成路径

无数次失败的积淀，最终在一个日常瞬间化作突破的灵感。

一天，李伟看到儿子在办公室玩着乐高积木，看着一块块积木被拼成各种造型，一个念头突然闪过：“我们能不能像搭乐高一样，在微观世界里，把每一个微小的颗粒都作为一个组装模块？”

他盯上的这种“积木块”，学名叫“胶束”。可以把它想象成溶液中无数个微小的“胶束球”。过去，传统的“从上至下”方法好比“倒模”——先让大量“胶束球”自发排列成一个刚性模板，再往缝隙里填充材料，最后通过高温碳化等步骤将模板去除以获得介孔结构。这个过程就像拆掉脚手架后才能看到建筑，过程复杂且难以精准控制。而李伟提出的“单胶束基元定向组装”新方法，则是直接把“胶束球”变成一个个标准的乐高积木块。想搭什么样的“蜂巢”孔道，就可以按需设计、精准组装，实现了真正意义上的“从下至上”精准合成。

这一颠覆性的思路，让我国在纳米孔道里开始了真正的“自主建造”。这项成果入选2019年中国百篇最具影响国际学术论文，其被引率持续攀升，已被国内外近40个课题组采用和开展后续研究工作，成为该领域的经典文献。2020年，李伟作为第二完成人，凭借“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。

从实验室克级到工厂千吨级的跨越

近年来，李伟始终关注党和国家重大战略需求，将论文写在祖国大地上，努力将介孔材料应用于更多与国计民生相关的领域，发挥更大的价值。

过去，齐鲁石化一直使用昂贵的进口催化剂。有一天李伟团队接到了一个需求：能否做国产替代？将这些实验室里克级的样品，变成工厂里千吨级的产品，每一步都充满挑战。

在针对重油高效转化的研究中，李伟团队提出了“渐次催化”新概念，设计出具有梯度孔道和梯度酸性分布的微介孔复合分子筛催化剂。这是一个“从小到大”的艰难跨越。从实验室小试到中试放大，再到在工业装置上验证，团队每一步都如履薄冰。

最初，他们只替代1%的进口催化剂，然后是5%、10%，逐级放大，反复验证其活性和稳定性。2018年，团队研发的催化剂正式应用到一套56万吨/年的重油加氢裂化装置上，至今已稳定运行8年。相比进口产品，液体收率提高了2.3%，中油选择性提高了2.1%。据测算，相关技术全国推广后，每年可增产约150万吨航空煤油和柴油，为国家创收近百亿元，为国家能源安全的保障做出贡献。

如今，从新能源领域的储能设备，到5G通信的低介电材料，再到医药农药，李伟团队的介孔材料应用越拓越宽。

创新“沃土”，“催化”梦想

科研成果从实验室走向生产线，既需要科学家的坚守，也离不开区域创新生态的滋养。

“杨浦区近几年在科技创新成果转化方面下了非常大的功夫，营造了非常好的政策环境。”李伟说。比如杨浦与复旦大学共建的“未来谷C8创新源”等创新平台，为科技成果转化提供了有力支撑。当前，李伟团队面向国家“双碳”目标，正着手研发液体介孔材料，将塑料等废弃物催化转化为高附加值精细化学品，“变废为宝，同时减少碳排放”。与此同时，李伟也没有忘记把科学的种子播撒进更多年轻的心田。他参与创作的科普微电影《造孔的我们》，在新华社等客户端播放超200万次；科普绘本《多孔王国奇遇记》已销售5000余册。

身份在变，但那份久久为功的科研初心始终未变。因培养出2名教育部青年长江学者、10位博士后、15位博士生、5位硕士生的“85后”科学家，李伟所在团队入选2025年全国高校黄大年式教师团队。面对人工智能浪潮，李伟表示：“我们现在也在拥抱AI，探索用它赋能科研工作，但化学是一门需要动手和思考的科学，人的思考判断，AI替代不了。”

在比头发丝十万分之一还要细的纳米孔道里，李伟和团队用二十多年的思考与坚守，搭建起一座从基础研究通往国家战略需求的“科学之桥”。正如他常说的那句话：“久久为功，方能善作善成。”

文字：毛信慧

图片：毛信慧

编辑：奚宇轩

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