序言：未来的世界，是科技在改变生活；未来的中国，科技在重塑增长。2017年伊始，网易科技联合“未来论坛”推出“十大顶尖科学家预言未来”系列策划，独家专访了人工智能、生命科学、物理学、天文学、化学等近十大领域最顶尖的华人科学家，倾听他们对未来的预言。在这些预言的背后，他们凭借着自己的深厚学识，发出对人类未来的期盼之声。
“十大顶级科学家预言未来”的第七篇：专访无机化学专家、吉林大学教授、中国科学院院士于吉红女士。
她是谁？
她是“万人计划”首批科技创新领军人才，是英国皇家化学会会士，第三世界科学院院士；她是吉林大学化学学院教授、博士生导师，吉林大学未来科学研究中心主任、；她是中国最年轻的科学院院士之一；她的团队在纳米孔材料的设计构筑与开发方面有着重大贡献，开辟了功能导向多孔材料定向合成的新路径，使人们对多孔晶体的生成机理有了新的认识，她就是无机化学领域专家于吉红。
她的预言：
1、新型多孔材料的研发与应用显示出巨大的节能降耗与碳减排潜力；
2、借助计算机模拟与数据挖掘技术，结合高通量组合化学实验方法，有望在未来的5-10年间实现特定催化与吸附分离多孔功能材料的高效创制；
3、计算机技术与高通量组合实验方法将成为材料基础研究新的助力；
4、科学家必须缩短新材料的研发周期,以面对未来科学的巨大挑战。
5、搭建“高通量实验—高通量计算—数据库”集成的研发平台，建立“理论预测—实验验证”的系统研究模式，加速材料研发和产业化速度，引领材料科学创新发展，实现新材料“研发周期缩短一半、研发成本降低一半”的目标。
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作者：崔玉贤
策划：杨霞清、王真
内容产品：郭浩、王真
经济发展与环境污染治理如何平衡？雾霾下的北京是否会成为第二个伦敦？不可再生资源越来越少，我们能给后代留下什么？化石能源能更高效地利用吗？破坏的环境还可以再修复吗？对于这些影响我们当前的自然环境，说远了影响我们子孙后代生存的问题，一直是于吉红教授在着手研究的领域。
对于于吉红教授学生们都用“女神”、“优雅”、“谦和”、“知性”来形容。其实，对于女生来说，化学也许是一门非常枯燥的学科，但于吉红教授认为，世界需要科学，而科学需要女性。于吉红热爱这份科研工作，而且是她一生无悔的选择。
目前，于吉红教授正在开展多孔功能材料的材料基因工程研究。目前，新材料研发主要依据研究者的科学直觉和大量重复的“尝试法”实验,从实验室发现新材料到最终实现其工业化应用一般需要10-20年的时间。但于吉红教授所致力的材料基因工程研究，就像人类基因组计划一样，可以以更短的时间、更低的成本开发具有优异性能的新颖的功能材料。
从对人类生活和生产方面的影响来说，于吉红教授的研究通过开发高效催化与吸附分离材料，用以提高资源利用率、开发新能源、有效治理温室效应及大气污染等。
于吉红教授认为，在未来的5-10年间他们的研究有望实现特定催化与吸附分离多孔功能材料的高效创制。这些新材料将主要用于石油炼制、石化工业和精细化工等领域的催化剂、污水及放射性污染物的处理、气体分离与提纯等领域。
一、关于未来趋势
网易科技：可以分享一下您近期实验室研究的内容吗？
于吉红：我们目前正开展多孔功能材料的材料基因工程研究。新材料的发现与人类社会的进步密不可分。然而，目前新材料的研发模式仍然以经验指导实验的“尝试法”为主，消耗大量的人力与时间成本。近年来，计算机理论计算在材料研发领域的应用逐渐受到世界范围的广泛重视，由此催生了材料基因工程研究。与人类基因组计划类似，材料基因工程利用最先进的计算机技术，理论上尽可能多地预测出大量未知的功能材料，结合海量实验数据，建立功能材料组分、结构、形貌及性能的数据库，并利用信息学、统计学方法，通过数据挖掘探寻材料结构和性能之间的关系模式，并以此为指导，以更短的时间、更低的成本开发具有优异性能的新颖的功能材料。材料基因工程研究的重点是寻找影响材料功能的结构基元，不同数量、种类的基元通过相互组合形成具有不同功能的材料，而这样的组合可能成千上万。一旦我们明确了每一种基元在材料中作用，我们就可以像搭积木一样定制出具有特定功能的新材料。
我们的研究对象是以沸石分子筛为代表的多孔功能材料，这类材料具有大的比表面积、规整的孔道和可调控的活性中心，作为催化、吸附分离以及离子交换材料在石油化工、新能源与环境等与国家可持续发展战略相关的重要领域具有广泛的应用。为开发高效新颖多孔功能材料，我们基于材料基因工程思想，发展多元、跨尺度的理论模型和算法，开发高通量计算与实验制备技术，创制具有特定催化与吸附分离功能的新颖多孔功能材料，建立理论预测—实验验证—应用示范这一全链条的多孔功能材料研发新模式。
网易科技：这些研究内容目前进行到什么阶段？有什么挑战或者困境吗？
于吉红：我们自2000年起就率先在国内开展了相关方面的研究，在分子筛多孔催化材料的计算机设计与定向合成方面取得了国际瞩目的研究成果，例如：开发了基于“基因”思想高通量预测与筛选新型多孔催化剂的计算机方法；建立了多孔催化材料合成与结构的多个网络数据库，并利用计算机数据挖掘技术建立了多孔材料合成参数与结构属性的关联；创建了将计算化学与组合化学相结合指导定向合成的途径，成功合成出系列新型高效多孔催化与分离材料。
目前我们面临的挑战主要有两个方面：（1）多孔功能材料的结构非常复杂，其高通量理论计算、特别是其催化性能的理论计算，一直是国际公认的挑战课题；（2）沸石分子筛的晶化机理尚不明确，对目标结构的定向合成一直缺乏有效的途径。面对这些挑战，我们将在接下来的工作中建立高通量计算软件平台解决多孔材料的高通量计算问题；同时引入机器学习方法，利用计算机数据挖掘技术研究多孔材料的形成规律，为其定向合成提供理论指导。
网易科技：您目前着手的研究对人们生活方式有什么改变或影响吗？
于吉红：能源和环境是当今人类面临的两大重要问题。随着全球能源消耗的持续增长、不可再生能源的日益枯竭以及环境污染的日益严重(以大气污染为例，我国的二氧化碳排放量居世界第二位)，开发高效催化与吸附分离材料，用以提高资源利用率、开发新能源、有效治理温室效应及大气污染等，已成为维持国民经济可持续发展的重大需求。
多孔功能材料是目前工业上应用最广、用量最大的催化与吸附分离材料，新型多孔材料的研发与应用显示出巨大的节能降耗与碳减排潜力。例如，CHA类型沸石分子筛不仅可以用于CO2捕获,还能够高效催化甲醇制烯烃这一重要反应，而甲醇广泛存在于生物质及煤炭中，开发CHA类型的沸石分子筛将极大促进化石能源的高效利用、可再生能源的开发及环境的修复，改变我国对化石能源的依赖，对推动我国科技研发的跨越式进步及国民经济的可持续、绿色发展具有极其重要的战略意义。
网易科技：您一致是致力于无机多孔功能材料的合成与制备化学的研究，这些对环保和绿色节能有很重要的意义，您的这些研究多久可以在现实中应用，主要应用的领域是哪些？
于吉红：无论是美国政府于2011年发起的材料基因组计划还是我国刚刚启动的材料基因工程研究，都明确提出将传统新材料的研发周期缩短一半。我们预计，在材料基因工程思想的指导下，借助计算机模拟与数据挖掘技术，结合高通量组合化学实验方法，我们有望在未来的5-10年间实现特定催化与吸附分离多孔功能材料的高效创制。这些新材料将主要用于石油炼制、石化工业和精细化工等领域的催化剂、污水及放射性污染物的处理、气体分离与提纯等领域。
二、关于科学和化学
网易科技：目前，您研究的领域，中国在国际上的地位如何？
于吉红：我们研究团队长期从事分子筛多孔材料的计算机设计与定向合成研究。在国际上首次建立了基于限定禁区和基于电子密度图设计具有特定孔道结构分子筛的理论方法；开发了新型分子筛催化剂高通量预测与筛选的计算机方法；建立了多孔晶体材料合成与结构的多个网络数据库；首次揭示了羟基自由基对分子筛晶化的催化机制；提出了基于模板导向、杂原子取代以及数据挖掘为指导的定向合成途径，特别是建立了将计算化学和组合化学相结合指导定向合成的途径，成功制备出50余种新型多孔材料，并开发出系列具有优异MTO催化性能的分子筛。我们的这些相关研究成果均处于国际前沿。
网易科技：提到女性科学家，大家都感到很不可思议，尤其是您研究的化学领域，女性科学家更是少之又少，是什么勾起您对化学的研究，并且能够持续坚持下去的？
于吉红：我认为女性科研工作者和男性没有什么差别，也许两者思维方式有些不同，但都需要有智慧的头脑和辛勤的投入，需要有‘知其难而为之’的决心，女性一样可以成就非凡。科研对我来说，是一件很快乐的事，我们可以发现问题，并解决问题，这个过程会带给人很大的满足感。我1985年被保送进吉林大学化学系，之所以选择化学是觉得化学更为实用，可以创造新奇的物质。对科学真正有所感悟是在上大学后，在老师们的影响下，在学习的过程中真正培养出对科学追求的思想。四年后，我以全年级第一名的优异成绩被保送本校攻读研究生，导师徐如人院士对科学执着、奉献的精神和在科学方面做出的突出贡献，深深影响着我、激励着我。探索新事物是非常有趣的过程。这一次的实验失败了，从中获得的经验和启发，会带来下一次实验的成功。我一直认为，无论遇到了什么困难，只要保持对从事的研究领域的求知热情，就会坚持走下去。
网易科技：在您所研究的领域，您认为未来5-10年，会发生怎样革命性的变化？
于吉红：在科技发展日新月异、多学科日益融合的今天，在材料基因组工程思想的指导下，计算机技术与高通量组合实验方法将成为材料基础研究新的助力。目前,新材料研发主要依据研究者的科学直觉和大量重复的“尝试法”实验,从实验室发现新材料到最终实现其工业化应用一般需要10-20年的时间。这样的研发模式已不适应当前激烈的国际竞争和快速的经济发展,科学家必须缩短新材料的研发周期,以面对未来科学的巨大挑战。
材料基因工程的研究方法旨在突破传统材料科学研究中“经验指导实验”的研发模式，通过搭建“高通量实验—高通量计算—数据库”集成的研发平台，建立“理论预测—实验验证”的系统研究模式，加速材料研究和产业化速度，引领材料科学创新发展，实现新材料“研发周期缩短一半、研发成本降低一半”的目标。
于吉红教授的介绍：
于吉红，女，无机化学领域专家，吉林大学教授。1967年1月生于辽宁省鞍山市，籍贯山东肥城。1989年毕业于吉林大学化学系，1992年和1995年在吉林大学分别获硕士学位和博士学位；1996年至1998年，于吉红先后在香港科技大学和日本东北大学从事博士后研究，1999年晋升为吉大化学系教授，2001年被聘为博士生导师，同年获得国家杰出青年基金，2007年被聘为教育部长江学者特聘教授，2015年当选为中国科学院院士，2016年当选发展中国家科学院院士。曾任国家973项目首席科学家、国际分子筛协会理事会秘书长。现任英国皇家化学会《Chemical Science》杂志副主编。
未来论坛背景：未来论坛由科学界、教育界、互联网界、投资界领袖于2015年之初发起，商学跨界科学传播公益平台，是中国以民间资本激励科学突破的“推动人”。未来论坛至今已形成未来科学大奖、理解未来讲座、闭门耕研讨会和未来论坛年会等系列活动。微信号：Futureforum
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