李玉良（无机化学与碳材料化学）院士｜我国二维碳同素异形体“石墨炔”的开创者与奠基人#

1. 研究方向#

李玉良院士长期致力于以无机化学为基础的交叉科学研究。他聚焦于低维碳基和富碳分子基材料的定向合成、多维大尺寸聚集态结构的分子设计，以及这些新型碳材料在催化、储能、光电等领域的自组装生长和自组织方法学。他致力于攻克传统碳同素异形体（如石墨烯）因无本征带隙而限制其在半导体器件中广泛应用的瓶颈问题。他通过原创性的化学合成手段，开辟了全碳二维材料从化学合成到物理应用的全新路径，构建了具有我国完全自主知识产权的石墨炔基新型功能材料体系。

2. 标志性成果#

• 二维全碳新材料“石墨炔”（$\text{Graphdiyne}$）的首次成功制备与命名：长期以来，化学界普遍认为全碳材料无法通过传统湿化学法低温常压大面积合成。在 $2010$ 年，李玉良团队在铜箔表面作为生长衬底和催化剂，以六炔基苯（$\text{hexaethynylbenzene}$）为单体，利用交叉偶联反应在国际上首次合成了具有本征带隙、由 $\text{sp}$ 和 $\text{sp}^2$ 杂化碳原子共同组成的二维碳同素异形体——石墨炔（$\text{GDY}$）薄膜。该成果彻底结束了人类无法用化学合成方法大面积获得本征半导体性质二维碳材料的历史。石墨炔具有特殊的二维层状共轭骨架和富炔天然大孔隙结构，室温电导率达 $2.516 \times 10^{-4}\text{ S}\cdot\text{m}^{-1}$，本征带隙处于 $0.45\text{ - }1.30\text{ eV}$ 之间且可实现厚度与形貌的精准调控，成为公认由我国科学家率先发现、命名并持续引领的碳材料全新研究领域。

• 石墨炔在单原子电催化与新能源储能领域的理论突破与示范应用：李玉良深入发掘了石墨炔富含炔健、天然微孔均匀及高化学稳定性的微观优势。他提出并证实了石墨炔作为新型配体和锚定骨架，可通过其“炔-炔”微孔结构原位稳定捕获过渡金属低价/零价单原子（如 $Fe$、$Ni$ 等）。该成果成功构筑了高载量、大面积零价过渡金属单原子催化剂，在电催化析氢反应（$\text{HER/OER}$）以及光电固氮反应（$\text{NRR}$）中表现出了大幅优于传统贵金属材料的催化活性和工作寿命。此外，他还利用石墨炔原子级的二维层状孔隙，成功开辟了其在锂/钠离子电池超快离子传输、锂硫电池“穿梭效应”抑制以及钙钛矿太阳能电池添加掺杂层等重大领域的储能应用研究。

• 低维无机/有机半导体异质结共生长及富勒烯低维生长方法学：针对纳米科学中两种晶格失配材料难以相容组装共生长这一世界性瓶颈难题，李玉良建立了无机/有机半导体异质结自组装生长方法学，为实现大面积、高度有序纳米异质结构的形貌及性质微观调控提供了普适的化学自组装方案，被国际公认为低维异质结生长的经典范式之一。此外，他还在国际上率先发展了富勒烯（$\text{C}_{60}$）等大分子的低维结构多维定向控制合成策略，制备出了高有序性、大面积的富勒烯纳米管/线阵列，开创了富勒烯聚集态结构物理特性的宏观探测与应用新途径。

3. 学术地位与影响#

李玉良院士是国际低维富碳聚集态结构和石墨炔领域的奠基人和开拓者，也是首批将单原子催化和超分子自生长设计完美融入全碳体系的交叉学科领军人物。他的研究使全碳材料研究在世界上首次烙上了“中国创造”的科学印记，打破了美、日等国在富勒烯、碳纳米管、石墨烯领域对基础科学和专利的垄断。凭借在二维碳石墨炔研发中的开创性贡献，他领衔的“二维碳石墨炔”研究集体荣获 $2021$ 年度中国科学院杰出科技成就奖。他至今已发表学术论文 $600$ 余篇，多次入选全球“高被引科学家”名录，显著提升了我国在碳基功能分子、物理化学、固态化学及多相催化领域的国际话语权与前沿话语引领力。

1. 教育背景#

• $1972.04 - 1975.12$：北京化工学院（现北京化工大学）基本有机合成专业，本科毕业（在那个特殊的教育时代，他以优异成绩毕业并直接投身国家基础化学研究，此后通过数十年的科研实践在没有高学历背景的前提下成长为国际顶尖科学家）

2. 工作履历#

• $1975.12 - 1986.09$：中国科学院化学研究所，研究实习员

• $1986.09 - 1992.12$：中国科学院化学研究所，助理研究员

• $1987.03 - 1989.10$：荷兰阿姆斯特丹大学有机化学实验室，访问学者（开展分子功能体系的研究）

• $1992.12 - 1996.12$：中国科学院化学研究所，副研究员

• $1995.12 - 至今$：中国科学院化学研究所（有机固体重点实验室），研究员、博士生导师（于 $2015$ 年 $12$ 月正式当选为中国科学院院士）

• $1998.10 - 1999.03$：香港大学化学系，访问教授（开展配位化学及超分子光化学合作研究）

• $1999.09 - 2000.02$：美国圣母大学（$\text{University of Notre Dame}$）放射实验室，访问教授

• $2007.06 - 2016.12$：作为首席科学家，两次主持科技部国家重大科学研究计划项目（原“$973$”项目）

• $2016.03 - 至今$：黑龙江大学特聘教授、山东大学讲席教授（兼任山东大学前沿交叉科学青岛研究院物质创制与能量转换科学研究中心主任）

1. 国家级/省部级奖项#

• 国家级科技奖项：

  • 国家自然科学奖二等奖（$2014$ 年度，第一完成人，获奖项目：“若干分子基材料的自组装、聚集态结构和性能”）

  • 国家自然科学奖二等奖（$2005$ 年度，第四完成人，获奖项目：“具有特殊浸润性（超疏水/超亲水）的二元协同纳米界面材料的构筑”，第一完成人：江雷）

  • 国家自然科学奖二等奖（$2002$ 年度，第二完成人，获奖项目：“$\text{C}_{60}$ 的化学和物理若干基本问题研究”，第一完成人：朱道本）

• 科学院级科技奖项：

  • 中国科学院杰出科技成就奖（$2021$ 年度，作为“二维碳石墨炔”研究集体领衔人）

  • 中国科学院自然科学奖二等奖（$1999$ 年度，主要完成人）

• 省部级科技奖项：

  • 北京市科学技术奖（自然科学）一等奖（两项，主要完成人）

2. 其他重要荣誉#

• $2017$ 年：荣获首届“全国创新争先奖”

• $2017$ 年：荣获何梁何利基金“科学与技术进步奖”（化学奖）

1. 学术期刊任职#

• 国际顾问与编委：现任或曾任多个国际顶尖材料化学及二维科学期刊的编委、顾问编委、以及环太平洋化学会分会主席

2. 重要社会与学术兼职#

• 学术团体及兼职：

  • 中国化学会首批会士（$\text{FCCS}$）

  • 中国化学会无机化学专业委员会委员、有机固体专业委员会委员

  • 亚洲纳米科学和技术大会主席

• 国家级及校内重点创新平台：

  • 中科院化学研究所学术委员会主任

  • 山东大学前沿交叉科学青岛研究院物质创制与能量转换科学研究中心主任

  • 国家自然科学基金委员会重大研究计划项目指导专家组成员（$2008 - 2019$ 年）