中国科学院院长白春礼院士谈化学

   2011-05-16 中国化工报辛晓

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     白春礼 现任中国科学院院长,中共十五届、十六届、十七届中央委员会候补委员。中科院院士、发展中国家科学院院士、美国国家科学院外籍院士、英国皇家化学会荣誉会士、俄罗斯科学院外籍院士、印度科学院荣誉院士。1953年出生,辽宁丹东人。1978年毕业于北京大学化学系,1985年在中科院获博士学位。1958~1987年在美国加州理工学院作博士后和访问学者,1991~1992年为日本东北大学客座教授。


    先后从事过晶体结构、分子力学和扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)等方面的研究工作。从20世纪80年代中期开始转入扫描隧道显微学的研究,主要集中在扫描探针显微技术、分子纳米结构和纳米技术的研究。在国内外出版多部中英文著作,获国家和省部级科研成果奖励10余项。兼任中国微纳协会名誉理事长、国家纳米科技指导协调委员会首席科学家、中国科学院研究生院院长等。国家“十二五”国民经济社会发展规划专家组成员,国家科技奖励委员会副主任委员。
 

      化学是现代科学的中心,是发现和创造的科学,是支撑国家安全和国民经济发展的科学。化学在解决粮食与能源问题、战胜疾病、改善环境、提供国家防御与安全所需尖端新材料等方面起着不可替代的关键作用。展望未来,化学在应对能源、环境以及资源挑战的同时,将不断为人类的可持续发展、创造美好生活提供有力的支撑。


    记者:为什么说化学是开启物质世界中“取之不尽”资源宝库的钥匙?


    白春礼:化学是研究物质的结构、性能和转化过程的科学,更是创造新物质、探索新应用的学科。百年化学的发展表明,它在创造奇妙的新物质方面起到了核心作用,是开启物质世界中“取之不尽”的资源宝库的钥匙;同时,化学科学的发展与人类社会的发展同行,对于科学与社会的进步和人类物质生活质量的改善与提高,发挥了无可替代的作用。2008年12月30日,联合国第63届大会通过议案,将2011年作为联合国“国际化学年”,其主题是“我们的生活,我们的未来”,以纪念和表彰化学对于知识进步和经济发展作出的重要贡献。


    回顾化学的发展历史,19世纪化学各种学说的提出推动化学继往开来,如1811年“分子”概念的引入成为整个化学的基础和发展源泉;1869年门捷列夫在批判和继承前人工作的基础上,发现元素周期率,把化学元素及其化合物纳入一个统一的理论体系,对于化学和其他自然科学的发展起了重大指导作用。近百年的化学也是如此,一方面化学的理论不断完善与发展,另一方面,在这些理论的指导下,化学家对组成分子的化学键本质、催化机理、分子间相互作用等的认识逐步系统和深入,以此为基础使得化学在发现与创造新物质的征程上更加如鱼得水,并逐步渗透到国民经济发展、人类生活改善以及国家安全保护的各个方面。


    记者:作为渗透于各种新兴、交叉学科的中心科学,未来化学将朝什么方向发展?


    白春礼:化学作为一门与社会与国民经济各个领域息息相关、密不可分的基础科学,还担当着承上启下、渗透于各种新兴、交叉学科的中心科学的角色,其未来的发展应该特别注重加强在资源的有效合理开发、无害化使用、再生和循环利用方面的工作,要为经济的可持续发展提供物质保障,为改善人类的生活环境、提高生活质量提供更加绿色、更为质优价廉的衣食住行条件,要不断加强科学积淀以促进学科自身发展,而不要在学科交叉中迷失。为此,强化基础研究将始终是发展化学科学之根本,取得新进展与成果、提出新理论与观点、开发新材料与性能、创造新方法与工艺、建立新技术与装备将是学科发展的强大驱动力,而服务于社会和国民经济发展则是化学工作者须臾不可忘的历史使命。我认为化学学科的发展有以下三方面趋势:一是化学将向更广、更深层次的方向延伸;二是绿色化学将引起化学化工生产方式的变革,让我们迈向清洁和可持续发展;三是社会发展不断对化学学科提出新的需求。


    记者:未来化学的触角将延伸到哪些领域?


    白春礼:首先,对原子/分子层次的认识将更为深入。由于技术能力和仪器设备研发能力的不断进步,空前准确和灵敏的仪器不断被创造和应用,使得科学家不仅能在原子、分子甚至电子层次观察并研究微观世界的性质,而且能够对其物质结构和能量过程进行操控。


    其次,多层次分子间相互作用、复杂化学体系的研究更为系统。超分子体系是分子结构与宏观性能的关键纽带,是产生更高级结构的基础。化学研究将更注重探索和认识大分子、超分子、分子聚集体及其高级结构的形成、构筑、性能以及分子间相互作用的本质,同时更注重对复杂化学体系中的尺度效应和多尺度化学过程,更加注重对复杂生命体系的理解、模拟及调控的研究。


    此外,在创造新分子、新材料的基础上,将更加注重功能性。未来化学不仅可以设计和合成分子,而且能将这些分子组装、构筑成有特定功能的材料。


    记者:绿色化学将引起化学化工生产方式的变革,这对于我们实现清洁和可持续发展具有怎样的意义?


    白春礼:从科学角度看,绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展;从环境角度看,它是从源头上消除污染、与生态环境协调发展的更高层次的化学;从经济角度看,它要求合理地利用资源和能源、降低生产成本,符合经济可持续发展的要求。


    绿色化学不仅涉及对现有化学过程的改进,更涉及新概念、新理论、新反应途径、新过程的研究。未来化学将会更加注重绿色产品设计的理念,如果一个产品本身对环境有害,仅仅降低其成本和改进其生产工艺来减轻对环境的影响是不够的。未来化学将更加注重经济、高效、环境友好的途径来制备与人类生活息息相关的物质,合成我们可持续的未来。同时,未来化学不仅需要创造新一代绿色、可持续化学产品,也需要变废为宝,将今天的废弃物变为明天的有用资源。


    记者:化学在未来人类面临的种种挑战中扮演怎样的角色?


    白春礼:首先是能源问题。能源问题是世界各国面临的重大挑战,新能源将为世界经济可持续发展提供不竭动力。未来化学应致力于开发太阳能利用的新原理、新材料、新结构、新方法,纳米结构和量子效应的研究有望为解决太阳能电池发展中的核心问题提供新的途径。


    第二是环境问题。化学是把双刃剑,在创造更加美好生活的同时,引起的环境污染问题日益受到关注。由于认识的滞后与局限以及经济基础、技术条件的限制,发达国家的环境治理无一例外,走的都是“先污染后治理”之路。因此,未来化学应更加注重开发经济、高效的污染控制及修复技术,应更加注重从源头上消除污染的设计理念。


    第三是资源问题。资源问题是可持续发展的保障,人类要实现可持续发展,仅仅注重资源开发是远远不够的,还必须做到合理、高效地使用资源和实现资源的综合利用。同时,要有前瞻考虑,应更加注重开发稀缺资源的替代利用研究,如后石油时代的资源综合利用等,未来化学在这方面必定会发挥更为重要的作用。


    另外,在材料领域,新材料的研发水平及成果转化规模正成为衡量一个国家经济发展和科技进步的重要标志。随着化学研究水平的提升,理论与实验的结合将更为密切,使得化学家预测、裁剪、设计分子的能力更为突出,揭示组成-结构-功能之间的关系更为有效,这为材料进一步发展提供了坚实基础。材料的发展将更加注重由结构材料向功能材料、多功能材料并重的方向发展,更加注重向智能材料方向发展。


    探索生命奥秘需要化学。研究生命的调控机制、生命的起源与进化、疾病的发生机制和药物的作用机制,探索人脑工作的奥秘、智能的产生等,是科学家孜孜不倦致力研究的热点领域。未来化学将在分子和细胞水平上认识和研究生命过程中生物活性物质的结构和功能,以及动态相互作用的机制,这将具有十分重要的意义。


    社会公共安全问题呼唤化学。社会公共安全已成为全球关注的一个重要问题,其中不确定性和应急性是公共安全突发事件的重要特征。从化学的角度来说,防患于未然以及处理已经发生的危机,是化学家义不容辞的责任和义务。化学将为构建和谐社会和国家的长治久安作出贡献,如化学将会在食品安全检测、化学事故处理救援、炸药与毒品等危险品的检测及处置、建筑阻燃与消防安全、人身防护材料等方面发挥至关重要的作用。


    记者:面对这样一门发现与创造的科学,化学家应该重点关注哪些问题?


    白春礼:我国近代化学发展虽晚于西方,但在百年的发展中也开展了一些有影响的工作,特别是经过近30年的发展,已进入世界化学大国的行列。在强调科学发展、可持续发展的今天,化学家应关注更广、更深层次的化学问题,应更加注重低能耗、低排放直至零排放、资源的可再生和循环与综合利用、开发新型能源和绿色产品等一系列目标的实现。我相信,化学作为一门“中心科学”,它的贡献应该而且必将会得到更加极致的体现。

航空、航天、火箭、导弹、潜艇等急需的特种材料有赖于化学科学提供新的制备和加工方法。此外,化学科学还为食品安全、空间探测和国土安全等提供关键的检测技术。许多危害公共安全的毒品、******、易燃物等的检控需要化学科学的原理和技术。在遏制恐怖主义和预防传染病方面,化学科学在研究建立快速灵敏的分析方法与预警系统方面将发挥不可替代的作用。

作为化学科学的重要内容,化学工程科学支撑了我国制造业产值的50%,涉及资源、能源、化工、冶金、环境、制药、化肥、食品等众多行业。实现核心技术的源头创新、节能降耗,创建高效、清洁、节能及安全、经济的物质转化工艺、过程和系统,从而调整产业结构,需要化学工程科学的指导。


    进入21世纪,化学工程科学以化学过程工程和化学产品工程的面貌出现,正在向更为宏观的过程生态系统和更为微观的原子/分子和纳米微米尺度延伸,并致力于建立跨尺度的统一理论体系和方法,以进一步满足传统化学工业产业结构的调整和以生物、纳米、信息和材料为代表的高新技术产业的迅速发展的重大需求。

化学合成创制的新物质代替了传统或稀缺的物质,赋予材料光、电、声、磁等物理性能和化学反应性能,给我们带来半导体材料、光学材料、磁性材料、超导材料、超高温耐热材料、超硬材料等。


    化学科学为信息技术产业提供了新型材料和新的概念,发展了一大批存储材料、导电材料、显示材料等。例如有机发光二极管以及有机液晶材料已经广泛应用于各类照明、大屏幕显示以及数码产品的显示器中,然而基于单晶硅片生产大规模集成电路器件的技术已不能满足要求,新的化学方法将为超大规模集成电路提供新的物质基础,开发和研制分子纳米器件已成为当今分子电子学领域的重大课题。

 

 

 


 煤、石油、天然气等化石能源,储量有限且不能再生。因此,具有重要战略意义的新能源的开发,太阳能、生物质能、核能、天然气水合物及氢能和燃料电池等次级能源,均急需化学家提出新思路、创造新概念、发展新方法。

化学在开发高效肥料、高效农药、农膜,特别是环境友好的生物肥料、绿色农药和生物可降解的农用材料及开发新型生产资料等方面发挥了巨大作用。


    在不远的将来,通过综合利用各种先进手段,科学家还有望揭示光合系统高效吸能、传能和转能的机理,建立反应中能量转化的动力学模型和能量高效传递的理论模型,从而达到高效利用太阳能为农业增产服务的目的。

 时代和社会的发展赋予了化学科学工作者重要责任。人的所有生命过程都包含着复杂的化学过程,人类的生活质量也取决于天然的及合成的化学物质。目前,对于这些复杂生物过程的研究正处于分子水平的关键阶段,亟须化学家和其他科学工作者共同努力,设计合成新的疾病诊断、治疗与预防的药物和医用材料,以减轻各种疾病给人类带来的痛苦,促进生命科学、医学的发展。

 

 

在降低污染物排放,修复污染环境、改善生态环境和保障人类健康等方面,化学科学不仅可以提供在线的高灵敏度环境监测方法,同时还可以提供控制、治理环境污染的手段和途径。例如通过发展可持续发展的绿色有机化学与有机化工,开发低毒试剂、原子经济型反应、无溶剂反应、高效催化反应等,可以从源头上预防和降低化工过程对环境污染的风险。

  
 
 

 
 
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