近来,在复旦大学化学系官网,学术讲座和前沿论坛资讯占据了首页显眼位置,高峰时一天可达数场。用学术活动纪念化学学科百年,以促进科学研究,无疑是最具分量的纪念方式。

这些讲座与论坛聚焦的都是“基础研究的事”,而这正是复旦化学学科绵延百年的最重要内核。

一百年来,从民族危亡之际研制炸药的“国防化学”,到斩获国家自然科学奖一等奖的介孔材料;从手搓实验仪器,到拥有多个国家级科研平台……复旦化学学科走出了一条清晰的“化学反应”之路:以基础研究为“反应物”,以家国情怀为“催化剂”,持续释放服务国家、改变世界的“能量”。

化学的本质,是创造。而创造的原点,是追问。百年复旦化学学科史印证着:抓住基础研究这个“源头”和“总机关”,就抓住了创新的命脉。

【从最急迫的需求中凝练科学问题】

复旦化学学科的基础研究基因,从诞生之初就与国家命运紧密相连。

1930年,正值民族危亡,化学系在国内率先筹办“国防化学专科”,研制炸药、试验防毒面具等,直接支援了淞沪抗战等军事行动。这是中国化学教育史上一次重要的“应用基础研究”实践——从国家最急迫的需求中凝练科学问题。


复旦化学系在国内率先筹办“国防化学专科”,研制炸药、试验防毒面具等

这种“为国而研”的传统,在新中国成立后赓续发扬。1959年,化学系主任吴征铠带领李郁芬等青年骨干,创建了原子能系(物理二系),为“两弹一星”培养了一批急需的核科学人才。从“救国”到“强国”,变的是时代命题,不变的是自觉将基础研究瞄准国家战略需求的担当。

改革开放之初,高校科研经费匮乏,复旦化学系不得不向世界银行贷款添置仪器。为尽可能节省经费,邓景发带着博士生包信和等人,自己动手创建了表面化学实验室,硬是“手搓”组装了表面分析能谱仪等大型仪器。他们还研制出一台高精度的X射线光电子能谱仪,仅花了10万美元和10余万人民币,而当时买一台现成的至少要40-50万美元。

“邓老师对我的影响非常之深。”复旦大学未来能源高等研究院院长、中国科学院院士包信和回忆。邓景发不仅手把手教学生做实验,更带着他们下工厂,把实验室的电解银催化剂成果用到企业生产线上,一待就是十几天。这段经历,让包信和很早就体悟到,基础研究既要顶天、也要立地。

【“静”与“动”的辩证法】

新时代,复旦化学人诠释了“静”与“动”的辩证法。

“静”,是甘坐“冷板凳”,敢于在无人区自由探索。

中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元,带领团队“二十年磨一剑”开创的有机介孔材料,获2020年度国家自然科学奖一等奖,这是上海科学家时隔18年再次问鼎这一殊荣。

“我喜欢做和别人不一样的科学。”赵东元说。2001年前后,整个业界的介孔材料局限于无机材料,他却突发奇想:能不能造出更轻更软的有机介孔材料?最初4年,实验几乎没有任何实质性进展,“就像在一个黑箱子里乱撞。”但他不急不躁,经常连续十几个小时泡在实验室里,终于在2005年原创性提出有机材料自组装的新思想,首次将介孔材料从无机扩展到有机,从“跟跑”跃升为“领跑”。

这正是基础研究的魅力:从纯粹的好奇心出发,那些看似“无用”的探索,最终却打开了通往新世界的大门。

“动”,是把论文写在祖国大地上,敢于直面产业真问题。

维生素H曾是我国在21世纪之前唯一不能生产的天然维生素,关键生产技术被瑞士罗氏公司垄断近半个世纪。中国工程院院士陈芬儿从基础研究入手,以工业废弃物氯霉胺为立体模板,运用计算机模拟等手段,发现新型催化剂。这一新技术使生产成本下降80%,产品售价从每吨5000万元降至300万元。

“静”与“动”正构成了从基础研究到产业应用的创新全链条。

【倡导本科新生进实验室】

在复旦化学学科百年“化学反应”之路释放的“能量”中,人才培养无疑是颇为出彩的部分。

赵东元在北京获颁国家自然科学奖一等奖后,第二天一早,手拎帆布袋出现在了本科生《普通化学》课堂上。这张照片上了热搜,“布袋院士”称号由此传开。


刚上完课的赵东元脸色红润。周桂发 摄

这张照片之所以打动人,是因为这门课赵东元已连续讲了二十余年。即便出差,他也总是尽量连夜赶回来。“迟到5分钟就是教学事故。”他说。每次上课他都要雷打不动地备课,PPT不知改过多少版本,不时更新着国际最新科研成果。2023年,这门课入选国家级一流本科课程。2024年,赵东元入选全国教书育人楷模。

现在上大学到底来学什么?作为全校首批试点,复旦化学系推出本博融通培养方案,学生一入学就按8年培养周期来规划学业,同时设置灵活的“匝道”,供学生动态进入或分流。

为让本科生尽早接触真实的科研,化学系倡导一年级学生就进实验室。“从去年开始,我们要求英才班(本博融通)和强基班的学生必须完成一个科创项目,这就意味着他们必须进入某位导师的课题组。”复旦大学化学系副主任乔亮介绍,系里为此开设了科研先导课程“化学前沿专题”,每学期邀请30多位教师轮流介绍自己的课题组方向,帮助学生在低年级就找到感兴趣的领域。近三年,化学系已有5名本科生获得国家自然科学基金青年学生基础研究项目的资助。

研究生培养同样经历深刻变革。“从2027年起,我们全面转为专业硕士培养。”复旦大学化学系主任周鸣飞介绍。此外,化学系还推出工程博士项目,在招生时会明确应用导向:要求导师有企业横向合作项目,鼓励合作企业的技术骨干带着产业真问题来攻读博士学位。

改革的另一维度,是教师评价体系的转向。化学系是全校最早突破“非升即走”、形成“绩优则留”的院系之一。当制度给教师“松绑”,教书育人的初心方能回归本位。

站在下一个百年的新起点,复旦化学系已布局“十五五”前沿基础研究方向,将在有机合成化学、化学生物学、材料化学、低碳能源化学、生命分析化学、化学理论与机制六大重点学科方向持续深耕,推动化学学科与材料、能源、生物医学及人工智能等领域深度交叉融合,深耕基础科学研究,以基础研究原始创新赋能产业技术革新。

百年积淀的“化学反应”仍在继续。追问不止,创造不息。

原标题:《一场持续百年的“化学反应”,靠什么持续释放“能量”|科创观察员》

本文作者:解放日报 黄海华

题图来源:黄海华 摄

图片来源:除署名图片,由复旦大学化学系提供