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张希院士在第31届中国化学奥林匹克(决赛)暨冬令营上的讲话

来源:发表时间:2017-12-01 00:00:00

第31届中国化学奥林匹克(决赛)暨冬令营于2017年11月23日至29日在深圳市坪山区举行,共决出104枚金牌,136枚银牌和100枚铜牌。我们将中国化学会副理事长张希院士在会上的精彩讲话进行原文发布,希望能对中国的莘莘学子给予启迪。以下为讲话稿原文:

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张希院士在第31届中国化学奥林匹克(决赛)暨冬令营上的讲话

张希

清华大学化学系教授 中国科学院院士

中国化学会副理事长

各位同学、老师、来宾,大家好!

首先,我代表中国化学会,向第31届全国betway88体育官网的获奖同学们们表示热烈的祝贺!向培养你们的中学化学老师们致以崇高的敬意!感谢各省市化学会对中国化学会的大力支持和配合! 感谢深圳市科学技术协会、南方科技大学、深圳市化学化工学会为此次冬令营顺利召开所做的巨大努力和贡献! 感谢陶氏化学(中国)投资有限公司对此次活动的赞助支持!

今年是我连续第九次来到全国化学冬令营,每一次到来,我都欣喜地感受到,同学们对化学充满了兴趣和激情。在这里,我想请同学们和我一起回忆:是什么让我们开始喜欢化学,并持续热爱至今?关于这个问题,大家可能会给出不同的答案。我的答案是,化学是充满创造之美的学科。创造是化学的独特魅力,更是化学的终极追求。纵观化学的发展史,就是创造新分子和构建新物质的历史。化学家发挥天马行空的想象,施展出神入化的创造,构筑成今天这美轮美奂的世界。

化学的创造之美可以反映在概念之美、结构之美和功能之美。

概念创新是科学研究的圣杯。改写旧概念或创造新概念会带来研究上的突破,引领一个方向的发展。比如说,在有机发光领域,大多数荧光分子都具有典型的聚集淬灭效应,分子浓度越高,聚集程度越大,发光能力则越弱。2001年,唐本忠院士首次在国际上提出“聚集诱导发光”的概念。他们基于理性的结构设计,通过聚集抑制分子内化学键的自由旋转或振动,从而减少激发态能量的损失,实现了分子在聚集态的高效发光。这一概念开创了有机光电材料的新方向,并在有机电致发光、高灵敏度检测、生物成像等方面展现出广阔的应用前景。

物质结构是化学的核心之一。关于结构之美,相信大家能够想到很多,比如碳的各类同素异形体,从天然存在的石墨和金刚石,到人工合成的C60、碳纳米管、石墨烯等等,都具有高度对称的完美结构。那么,在此基础上,我们是否还能创造出新的具有结构之美的碳材料呢?答案是肯定的。2010年,李玉良院士首次通过化学合成的方法制备得到了石墨炔。如果说石墨烯是一片由sp²杂化的碳原子连成的海洋,那么石墨炔就是sp与sp²碳原子交织而成的新大陆。同样是规整的片层结构,石墨炔呈现出更为独特的二维排列方式,提供了更丰富的晶格结构和能带结构,使其有望成为新型的半导体材料和能源材料。

结构决定性质,性质衍生功能。化学家致力于缔造人工的自然界,不仅为了展现结构之美,更是为了创造功能之美。作为新能源的重要发展方向之一,有机太阳能电池可以利用太阳光来发电,因而备受瞩目,相关研究十分活跃。在全世界的共同努力下,有机太阳能电池的光电转换效率不断攀升。特别是近年来,中国化学工作者通过协作和合作,引领着非富勒烯聚合物太阳能电池的发展。他们结合分子结构的优化、微观形貌的调控以及加工工艺的完善,短短几年时间,已经将光电转换效率从4%提高至14%,创造了这一方向的世界纪录。

概念之美,结构之美,功能之美,都是创造之美。我期待同学们,在不久的将来,不仅懂得欣赏化学之美,还能创造出全新的化学之美,为之增添更绚丽的光辉。

化学不只出现在书本上,也不仅停留在实验室里,更与我们的社会和生活息息相关。大到国民经济的支柱产业,小到日常生活的衣食住行,化学始终与我们相伴。前不久,全球第二大安全气囊生产商,日本高田公司宣告破产,在行业内引起了巨大的震动。安全气囊的作用原理相信大家并不陌生,高田气囊使用硝酸铵作为化学推进剂,利用硝酸铵在撞击下产生气体,使气囊弹出,对人体进行缓冲和保护。值得注意的是,在高温和潮湿的环境下,硝酸铵很容易发生老化,从片剂碎裂成粉末。一旦受到猛烈撞击,硝酸铵粉末的引爆将会比片剂更加剧烈,从而导致原本设计的可控爆炸变成真正的爆炸,爆炸产生的金属碎片会对驾驶员造成严重的伤害。由此可见,高田公司使用硝酸铵作为安全气囊的成分是不严谨、不可靠的;而没有添加干燥剂对其进行保护,更是重大的技术失误,进一步酿成了致命的安全隐患。从2008年开始,世界各地先后出现了近200起高田气囊引发的人员伤亡事故。为此,高田公司不仅支付了巨额的经济赔偿,同时蒙受了信誉上的重大损失。在这双重影响下,终于难以为继,以致破产。这一事件发人深省,它不仅生动地诠释了化学原理的重要性,更深刻地反映出:在化学的世界里,细节常常会决定成败。严谨是科学工作者必备的素质之一。

同学们,当前的化学已经进入新的发展阶段,传统化学学科的界限越来越模糊,化学与其他学科间的联系也越来越紧密。一些新兴学科,如超分子化学、纳米化学和化学生物学已经应运而生,并蓬勃发展。化学不再只是实验科学,实验、理论和计算成为了化学发展的三大支柱。同时,化学也在走向精准化,从精准合成,精准组装,精准检测,到精准计算。此外,化学与化工在重新交叉和融合,为绿色和可持续发展提供科技保障。这些变化趋势告诉我们:未来的化学人才,不仅要有扎实的基础,还要有宽广的视野;不仅要善于利用化学的专长解决其他领域难以解决的问题,还要善于吸收其他学科的营养来丰富化学的内涵,拓展化学的外延。

关于如何实现绿色和可持续发展,这需要政治家的智慧,还需要化学工作者承担应有的责任,做出不可替代的贡献。化学工作者正在不断尝试,发明温和、高效的新型化学反应。温和不仅意味着安全,也有利于能耗的降低;高效则能够减少排放,促进原料的充分利用。除了从源头上减少和消除污染,化学工作者针对现存的污染问题,也在努力提供解决问题的方法和技术。例如塑料的白色污染,回收并循环利用是一个不错的办法。为此,国内外的化学工作者都在致力于发展新的催化体系,在降解废旧聚乙烯塑料的同时,将其转化成有用的柴油,实现高附加值的再利用。可见,创造新的化学,并善用化学,既能减少浪费,也能变废为宝。

师法自然,并超越自然,是化学工作者的夙愿。近年来,人工光分解水制氢逐渐成为了国内外的研究热点。从认识天然氢化酶的结构和性质开始,化学工作者尝试构建了多种高效的人工模拟酶系统,通过光解水制氢,达到太阳能转化为化学能的目的。光分解水产氢效率的纪录不断刷新,最高的效率已经达到天然氢化酶的一万余倍。不难预见,进一步优化人工氢化酶体系,提高能量转化效率,改善材料的稳定性及寿命,将产氢和产氧相结合,无疑是可持续发展的一条重要途径。

同学们,在刚刚落幕的党的十九大上,习总书记发出了“加快建设创新型国家”的指示,明确要求强化基础研究,加强应用研究,突破各种关键技术,建设科技强国。着力培养创新人才和创新团队,营造创新文化氛围,是实现创新型国家的关键。同学们生逢其时,责任重大。希望你们保持热情,专注科学,发现和创造更多的化学之美,用化学回馈社会,造福国家,惠及世界。

谢谢大家!