相田卓三

相田卓三（1956年5月3日出生於日本，世界著名高分子化學家。現任日本理化學研究所（RIKEN）新物質科學研究中心（CEMS）副主任，東京大學工學院化學與生物技術系教授，東京大學卓越教授。以其在超分子化學，材料化學和高分子化學等學科領域的突出貢獻聞名世界。相田卓三教授是超分子聚合概念的提出者，並對超分子聚合的理論闡述和推廣做出了先驅性的貢獻。同時，相田卓三教授著力倡導並領導解決不可降解的廢棄塑料和微塑料環境污染的問題。其研究團隊致力於開發與合成新型超分子聚合物及相關的軟物質材料，該類新型材料具有動態的化學結構，同時具有響應迅速，可自我修復等諸多特點，使其可應對由塑料引起的環境污染問題。

## 教育

相田卓三於1979年獲得橫濱國立大學工學系學士學位，之後分別於1981和1984年獲得東京大學工學系高分子化學學科碩士學位和工學博士學位。由東京大學井上祥平教授指導的博士論文「金屬卟啉的可控聚合」榮獲了井上青年科學家研究獎（Inoue Research Award for Young Scientists）。

## 職歷

1984年，相田卓三開始擔任東京大學合成化學系的助理教授。在他的早期的研究生涯，他致力於使用金屬卟啉配合物開發精密的大分子合成。1986年，相田卓三作為訪問學者赴美國IBM Almaden研究中心開展研究。1989年晉升為東京大學講師，1991年晉升為東京大學副教授，1996年起擔任東京大學化學與生物技術系的全職教授，2022年當選東京大學卓越教授。

1996年至1999年間，相田卓三教授擔任日本科學技術振興機構（JST）PRESTO Fields and Reactions Project研究員；2000年至2005年擔任JST ERATO AIDA Nanospace Project主任研究員；2005年至2010年擔任JST ERATO-SORST Electronic Nanospace Project主任研究員；2008年至2012年，擔任日本理化學研究所（RIKEN）先進科學研究所的主任； 2013年至今，擔任RIKEN新物質科學中心（CEMS）的副主任。

## 科研成果

相田卓三教授的研究著眼於具有獨特性能的超分子系統，並因其對超分子聚合概念的誕生和發展作出的開拓性貢獻而受到廣泛認可。他歷史上首次提出了非共價鍵聚合的概念: 一種可在水中自發形成一維界面組裝體的兩親性卟啉分子。基於這個全新的概念，相田卓三教授的研究團隊成功實現了:（1）納米管超分子聚合，（2）鏈增長（開環）聚合，（3）超分子嵌段共聚，（4）立體選擇性超分子聚合，（5）熱雙歧化（thermally bisignate）超分子聚合。同時，他的研究團隊在二維和三維鏈增長方面也做出了重要貢獻。相田卓三教授的研究成果突破了學界對超分子化學的傳統認知，通過把傳統聚合物與超分子聚合物創造性地關聯起來，以實現傳統高分子聚合物無法實現的性能。除了其在超分子系統的基本理論的闡述之外，相田卓三教授極大地推動了超分子聚合物在諸多領域的應用。相田卓三教授已發表的有關超分子聚合的歷史背景和進展的綜述文章有：

（1）相田，Meijer， Stupp著，「Functional Supramolecular Polymers」

（2）相田，Meijer著，「Supramolecular Polymers – We've Come Full Circle」

（3）Hashim，Bergueiro，Meijer，相田著，「Supramolecular Polymerization: A Conceptual Expansion for Innovative Materials」

1988年，作為東京大學助理教授的相田卓三博士在研究新型有機催化劑用於活性聚合（又稱作永活性聚合immortal polymerization）的過程中，首次提出了超分子聚合的概念。通過利用immortal聚合反應合成了帶有寡聚乙二醇側鏈的兩親性卟啉，並證實了其在水性介質中的一維超分子組裝。除了對超分子聚合的開創性貢獻外，相田卓三博士還首次研究發現了擠出聚合（extrusion polymerization）的機制，通過把催化劑固定在介孔二氧化矽的孔道內壁，成功製備高結晶度的聚乙烯纖維。相田卓三博士也首次發現了枝狀有機大分子在光激發的過程中，呈現出形態相關能量傳導（morphology-dependent energy funneling）現象。

1996年，在晉升為東京大學全職教授後，相田卓三博士重新梳理了其在超分子聚合領域的研究成果，通過利用環狀肽基作為手性單體，獲得了首個單一手性的（手性自組裝）超分子聚合物。通過超分子聚合兩親性的六苯並蒄（hexabenzocoronene），又被稱為「分子石墨烯（molecular graphene）」，首次獲得了具有導電性的超分子納米管。此外，基於上述納米石墨烯體系，還成功發現了放射狀和線狀的超分子嵌段共聚物。這一系列的開創性工作突破了學界對超分子聚合物的傳統認知。手性兩親性六苯並蒄的超分子聚合通過多數原則（majority rule）以單手螺旋方式進行。這項工作被進一步擴展到氧化還原活性低聚（鄰亞苯基）螺旋超分子結構的開發。通過和中國科學院化學研究所劉鳴華（Minghua Liu）教授合作，開發了由非手性成分組成的非鏡像對稱的螺旋超分子纖維狀結構（mirror-symmetry broken helical fibers），並進一步將其運用到了過渡金屬不對稱催化反應當中。2014年，相田卓三團隊利用具有氧化還原性質的二茂鐵為基礎的雙層四吡啶基作為單體，通過和金屬離子配位作用，獲得了一種金屬有機超分子納米管，並證明了該納米管中的二茂鐵基團氧化成三價後，可以打破納米管中層間超分子作用力，從而形成超大納米環。這些納米環能夠以附著在帶負電荷的雲母基底上，也可通過還原三價二茂鐵基團，然後以同軸組裝的方式，重新獲得納米管結構。

2015年，相田卓三研究團隊首次報導了鏈增長超分子聚合。碗狀含蒄單體（bowl-shaped, corannulene-based monomer）由於其分子內氫鍵作用無法實現超分子聚合。當在該體系中加入一種分子引發劑，該引發劑可以誘導碗狀含蒄單體分子內氫鍵轉變為分子間氫鍵，從而實現了碗狀含蒄單體一維超分子聚合。該超分子聚合物的分子量均勻，且可通過改變單體與引發劑的摩爾比進行調控。此外，利用這個體系，可通過順序加料聚合的方法，得到結構可控的嵌段共聚物。鏈增長超分子聚合也可以通過碗狀含蒄單體和引發劑的手性加以控制。向外消旋手性碗狀含蒄單體中引入單一手性的手性引發劑，只有具有優勢構象的碗狀含蒄單體會發生超分子聚合，外消旋單體的對映體分離率可以達到100％。這些研究成果突破了被學界廣泛認可的，超分子聚合始終遵循逐步增長機制的認識，並揭示了超分子聚合作為精密大分子合成工具的潛力。

2017年，相田卓三研究團隊報告了熱雙歧化超分子聚合這一全新概念。在此設計中，在高溫和低溫的條件下，超分子聚合均能發生並形成自組裝體。而當體系溫度介於兩者之間時，超分子聚合物解聚成單體。這項工作挑戰了學界對超分子聚合物動力學性質的傳統認知：即超分子聚合物在較低溫度下更穩定，而在加熱的條件下，它們則傾向於分解成單體。通常，高分子加工中最耗能且最昂貴的工藝之一是溶液加工，因為聚合物溶液由於高分子鏈纏結作用而變得粘稠。熱雙歧化超分子聚合為高分子加工中的這一普遍問題提供了巨大的應用前景。

2021年，相田卓三研究團隊首次提出了無溶劑條件下的自催化超分子聚合的概念。該成果報導了鄰苯二甲腈在加熱熔融的條件下聚合形成酞菁，聚合得到的酞菁作為模版，進一步催化鄰苯二甲腈的聚合，其產率高達80%。這一研究成果中的無溶劑化學合成和自催化將引領下一代綠色化學。

相田卓三為填補超分子聚合物與傳統（共價）聚合物之間的空白做出了重大貢獻。在擴展超分子聚合這一基本概念過程中，開發了一系列全新的超分子材料，極大地推動了超分子化學這一全新領域的進步和發展。其代表性的研究成果包括：

（1）「bucky gels」，通過離子液體物理交聯得到碳納米管凝膠網路。該技術後來被應用於將石墨剝離成石墨烯，製造首個不含金屬的可拉伸電子器件，製造用於生產移動式盲文設備的電池驅動的制動器等。

（2）「水材料」（aqua materials），一種水含量極高的水凝膠（有機物含量為僅0.1–0.2％且具有極低石化資源的依賴性）。這種水凝膠具有十分優異的機械強度、幾何各向異性等。

（3）生物分子機器——由伴侶蛋白組成的ATP響應納米管。

（4）非交聯光致驅動器。

（5）鐵電柱狀液晶。

（6）可自癒合的高分子玻璃。

（7）可自癒合的多孔有機晶體材料。

（8）具有「與」邏輯門運算功能的光電響應的核-殼結構柱狀液晶。

（9）首個彈性金屬有機晶體。

（10）超快水傳輸性質的由超分子堆疊而成的氟化納米孔道。

除了其對超分子聚合領域的前瞻性貢獻外，相田卓三還發表過一系列其它的開創性研究成果，例如，光碟機動手性分子鉗，水介質中鹽橋的亞納米級疏水控制以及首個氮化碳薄膜。

目前，相田卓三的研究團隊在東京大學和理化學研究所新物質科學中心（CEMS）的兩個實驗室開展跨學科研究。研究重點涵蓋了超分子材料的設計和應用，包括超分子聚合物和凝膠、液晶和生物分子組裝等。

## 榮譽

學術論文及技術顧問相田卓三已發表400餘篇經同行評審的研究論文、評論文章和書籍。他曾經的團隊成員中，有90多名在全球擁有終身教授或者研究員職位。

相田卓三曾於2004年至2006年期間，擔任英國皇家化學學會（RSC）Journal of Materials Chemistry副主編。2009年至今擔任美國科學促進會（AAAS）Science 雜誌編委。2014年至2021年，擔任美國化學學會（ACS）Journal of American Chemical Society顧問編委會，他還曾在超過15種期刊的國際諮詢委員會任職，其中包括愛思唯爾（Elsevior）Giant的執行諮詢編委會。

相田卓三於2010至2015年擔任日本三井化學（Mitsubishi Chemicals）的技術顧問，2017年以來擔任日本花王公司（Kao Cooperation）的技術顧問。他是香港大學分子功能材料研究所國際諮詢委員會的成員（2010-2018），日本國立材料科學研究所（NIMS）國際材料納米建築中心國際諮詢委員（2007-2017），現任中國華南理工大學軟物質科學技術研究院（AISMST）的國際學術進步理事會成員 (2017～)，德國馬克斯-普朗克聚合物研究所科學諮詢委員會委員（2020～)。

學術邀請報告和榮譽職稱相田卓三收到眾多世界知名大學，研究機構和企業的邀請學術報告和講座，包括：Rohm＆Haas Lecturer（伯克利，2007年），Bayer（匹茲堡，2009年；德克薩斯 A＆M，2012年），Stephanie Kwolek Lecture in Materials Chemistry（卡內基梅隆大學，2009年），Merck-Pfister Lecture in Organic Chemistry（麻省理工學院，2010年），Novartis Seminar in Organic Chemistry（伊利諾伊大學，2010年），東麗先端材料研討會（日本，2011年），Torkil Holm Symposium（丹麥，2012年），丹麥化學會（丹麥，2012年），International Institute for Nanotechnology Symposium（西北大學，2012年），Van't Hoff Award Lecture（荷蘭，2013年），Schmidt Lecture（以色列威茲曼科學院，2016年），Melville Lecture （英國劍橋，2017年），雪堂講座（中國清華大學，2017年），Peter Timms Lecture（英國布里斯托，2018年），大師論壇（中國上海交通大學，2019年），Dodge Lecturer (美國耶魯大學，2021)。

相田卓三多次應邀美國高登會議（Gordon Research Conference）自組裝和超分子化學（2013年和2019年）；人造分子開關和馬達（2015年和2017年）；仿生材料（2018年）做主旨演講。在2017年擔任Gordon Research Conference自組裝與超分子化學會議主席。應邀在2017年荷蘭舉辦的分子機器諾貝爾獎會議（Molecular Machines Nobel Prize Conference）和2018年以色列舉辦的沃爾夫獎（Wolf Prize）研討會做主旨演講，2021年美國化學會（ACS）春季會議的開幕主旨演講。

相田卓三於2013年成為印度化學學會的名譽會員，2018年起受邀擔任中國復旦大學國家重點實驗室高級訪問學者，2020年當選為荷蘭皇家藝術科學學院的外籍院士。

獲獎情況1988年 日本化學會青年化學家獎1993年 日本高分子學會獎1998年 基礎錯體光學研究會獎（SPACC）

1999年 Wiley高分子化學獎1999年 日本IBM科學獎2000年 名古屋有機化學銀獎章2001年 東京化工技術論壇金獎2005年 井上學術獎2008年 Molecular Chirality Award 2008年 配位化學貢獻獎2008年 日本化學會獎2009年 美國化學會高分子化學獎2010年 紫綬帶獎章2011年 洪堡研究獎2011年 藤原獎2012年 美國化學會Arthur K. Doolittle Award（PMSE）

2013年 范特霍夫獎Van't Hoff Award Lecture 2015年 江崎玲於奈獎2017年 手性獎章（Chirality Medal）

2018年 日本學士院獎2018年 高分子科學與工程全球傑出導師（Global Outstanding Student and Mentor Award in Polymer Science and Engineering）

2020年 市村卓越科學獎2021年 野利良治ACES獎2021年 荷蘭超分子化學獎。

## 個人生活

學生時代的相田卓三熱愛登山、籃球、網球等運動。現在，他喜愛溫泉、旅行、動物（尤其是貓咪）以及彈奏電子薩克斯（Roland Aerophone AE-10）。

## 基本資料

- 出生日期：1956年5月3日
- 出生地：日本大分縣佐伯市
- 國籍：日本
- 研究領域：化學 超分子化學、材料化學、高分子化學
- 機構：東京大學
- 母校：橫濱國立大學、東京大學
- 知名於：超分子聚合、高分子化學、分子自組裝、樹狀大分子、水材料