刘忠范（物理化学与纳米碳材料）院士｜我国低维碳材料领域的开拓者与石墨烯产业化的引领者#

1. 研究方向#

刘忠范院士长期深耕于物理化学与低维碳材料的交叉前沿领域，是我国和国际纳米化学及石墨烯领域的杰出领军学者。他聚焦于低维碳材料制备科学面临的高缺陷率、宏观表面均一性差等关键物理化学瓶颈。通过在原子与分子尺度上调控碳原子的结晶与取向行为，他系统研究了碳纳米管和高品质石墨烯的定向生长机制。他开辟了在非金属及熔融态玻璃等多种无机基底上直接大面积生长“超级石墨烯玻璃”和“蒙烯玻璃纤维”的低成本合成路径，致力于在材料基础理论探索、中试级器件集成以及实体工业生产之间构建高效、闭环的“研发代工”新型成果转化链条。

2. 标志性成果#

• 碳纳米管的控制生长、加工组装及纳电子器件基础：在分子电子学和纳米芯片发展初期，如何实现碳纳米管结构的多样性控制（如特定螺旋角单壁碳纳米管的定向生长）、表面精确加工和器件高度有序排布，是限制其走向大规模应用的技术难题。刘忠范系统开展了基于表面物理化学和针尖操作化学的控制生长研究。他提出了利用针尖近场效应和分子自组装微流控技术进行碳纳米管精细加工的方法，建立了实现碳纳米管宏观排布和空间组装的一系列底层模型，为构筑碳基纳电子材料提供了系统的工艺物理化学基础。该成果“用于纳电子材料的碳纳米管控制生长、加工组装及器件基础”荣获 $2008$ 年度国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。

• 低维碳材料的精密拉曼光谱学研究：低维碳材料如单壁碳纳米管和石墨烯的物性与其局域晶格畸变、微观应力及掺杂水平密切相关，而对其结构的原位、无损表征一直是核心瓶颈。刘忠范与合作者将高空间分辨率的拉曼光谱（$\text{Raman Spectroscopy}$）引入低维碳材料物理化学分析。他们系统揭示了碳基低维结构在电场、外加应力和缺陷调控下的拉曼光谱演化特征，构建了能够精确表征表面电荷转移、缺陷层级分布以及界面极化强度的定量分析法。该方向成果“低维碳材料的拉曼光谱学研究”荣获 $2017$ 年度国家自然科学奖二等奖（第二完成人）。

• “超级石墨烯玻璃”在非金属表面的 CVD 直接生长机制：传统的石墨烯在玻璃及复杂介电质上的应用，大多依赖从金属催化衬底上的化学剥离与贴合转移工艺。这极易引入分子残留并导致大面积破损，导致制备成本极其高昂。刘忠范在国际上率先提出了利用化学气相沉积法（$\text{CVD}$）直接在传统普通玻璃和耐高温玻璃表面生长石墨烯的学术路线。他通过对碳源气体浓度、流动动力学和生长温度进行精密调控，克服了非金属非晶态玻璃表面催化活性低、碳活性物种在基底迁移能力弱的难题。在熔融态玻璃各向同性表面上，他实现了尺寸、分布高度均匀的石墨烯单晶圆片成核及融合连续成膜。该技术成功发明并定义了“超级石墨烯玻璃（$\text{Super Graphene Glass}$）”。该材料不仅保持了玻璃本身的透光性，还赋予了其超高的导热、导电及表面疏水性能，研究成果被国际顶尖期刊 Nature Materials 以研究亮点（$\text{Research Highlight}$）形式重点报道。

• 蒙烯玻璃纤维复合材料开发与“研发代工”产业化实践：为了打破国防重点装备和高端复合新材料由于卡脖子短板受制于人的技术壁垒，他主导了将高品质石墨烯直接“编织”和高温生长在普通玻璃纤维表面的“蒙烯玻璃纤维”技术。利用该材料电热转化率高、发热均匀性好和抗拉拉伸极佳的优势，成功解决了我国兆瓦级风电叶片在低温环境下的快速除冰、电网大负荷融冰等工程工艺难题；并将其应用于动力电池极片涂布的高效快速烘干中（实现节能 $40\%$，电极干燥效率提升 $30\%$）。此外，他作为北京石墨烯研究院（$\text{BGI}$）的缔造者，在产业机制上首创了“研发代工（\text{R&D Foundry}）”合作机制，让专业学术研究机构直接承担行业巨头的定制化研发。该模式实现了基础前沿成果从“实验室样品”向“规模化产品”，最终走向“市场商品”的产学研大协同。

3. 学术地位与影响#

刘忠范院士是全球纳米化学、低维碳材料及石墨烯生长研究领域具有高度国际学术声誉的领军学者，也是我国先进二维材料科技自立自强的积极倡导者。他至今发表正式学术论文 $600$ 余篇，获授权中国发明专利 $130$ 余项，出版多部颇具行业影响力的专著。他多次连年入选全球“高被引科学家（$\text{Highly Cited Researchers}$）”目录，并荣获第八届纳米研究奖（$\text{Nano Research Award}$）及石墨烯行业终身成就奖等行业顶级荣誉。他领导筹建的北京石墨烯研究院已成为引领我国乃至全球石墨烯制备科学研究与产业转化的制高点基地，显著提高了中国科学家在国际新材料体系制备与工业规范标准制定中的核心话语权。

1. 教育背景#

• $1979.09 - 1983.08$：吉林工学院（现长春工业大学）化学工程系基本有机合成专业，本科毕业获学士学位

• $1983.08 - 1985.04$：东北师范大学留日日本语学校，接受出国前高强度日语及基础物理化学强化训练

• $1985.04 - 1987.04$：日本横滨国立大学工学部物质工学科，研究生毕业获工学硕士学位

• $1987.04 - 1990.04$：日本东京大学工学部合成化学科（光电化学专业），研究生毕业获理学/工学博士学位（师从国际光电化学泰斗藤嶋昭，在日攻读并产出多项优秀成果）

2. 工作履历#

• $1990.04 - 1991.09$：日本东京大学工学部光电化学专业，博士后研究员

• $1991.09 - 1993.06$：日本分子科学研究所物理化学专业，博士后研究员（在日深造及工作逾十载）

• $1993.06 - 1993.08$：北京大学化学与分子工程学院，副教授

• $1993.08 - 至今$：北京大学化学与分子工程学院（物理化学研究所），教授、博士生导师、现代物理化学研究中心主任（$1995.09 - 2002.12$）、物理化学研究所所长（$2006.09 - 2014.09$）

• $1997.09 - 至今$：北京大学纳米科学与技术研究中心，副主任、主任

• $1999.01 - 至今$：教育部首批“长江学者奖励计划”特聘教授、基金委“表界面纳米工程学”创新研究群体学术带头人（已在北大化学所潜心从事研究与教学逾 $30$ 年）

• $2011.12 - 至今$：当选为中国科学院院士（中国科学院化学部）

• $2015.11 - 至今$：当选为发展中国家科学院（$\text{TWAS}$）院士

• $2016.10 - 至今$：北京石墨烯研究院（$\text{BGI}$），创始人、首任院长、首席科学家

• $2018.01 - 至今$：北京市政协副主席

1. 国家级与省部级科技奖项#

• 国家级科技奖项：

  • 国家自然科学奖二等奖（$2008$ 年度，第一完成人，获奖项目：“用于纳电子材料的碳纳米管控制生长、加工组装及器件基础”）

  • 国家自然科学奖二等奖（$2017$ 年度，第二完成人，获奖项目：“低维碳材料的拉曼光谱学研究”，第一完成人：张锦）

• 省部级科技最高奖：

  • 获高等学校科学技术奖自然科学一等奖（主要完成人）

2. 国际与行业重大奖项#

• 国际与学术大奖：

  • 获第八届纳米研究奖（$\text{Nano Research Award}$， $2021$ 年获得，表彰其在低维纳米结构与石墨烯成长中的突出前沿贡献）

  • 获 $\text{IGA}$ 石墨烯行业终身荣誉奖（$2022$ 年）

  • 获中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖（$2012$ 年）

  • 获中国化学会京博科技卓越奖（$2022$ 年）

  • 获中国石墨烯产业领航人奖（$2023$ 年）

• 优秀教师荣誉：宝钢优秀教师奖特等奖（$2012$ 年度，全国教师个人重磅教学奖项）

1. 学术期刊任职#

• 学术顾问与编委：现任或曾任国际高水准纳米与物理化学期刊的学术顾问、顾问编委或编委会成员，积极支持和推动我国自办高影响力材料学分析期刊。

2. 重要社会与学术兼职#

• 国家级及校内重点创新平台：

  • 北京石墨烯研究院（$\text{BGI}$）院长、首席科学家

  • 北京大学纳米科学与技术研究中心主任、北京市低维碳材料科学与工程技术研究中心主任、北京大学纳米化学研究中心主任

• 学术团体职务：

  • 中国化学会副理事长

  • 中国化学会纳米化学专业委员会创始主任、电化学专业委员会主任

  • 曾任中国化学会副秘书长（$2003 - 2011$ 年，期间主导和推进了四届中国化学会年会的常态化组织，为中国化学会的壮大和管理作出了不可或缺的学术贡献）

• 政协及民主党派兼职：

  • 第十四届全国政协常委

  • 九三学社中央副主席、九三学社北京市委主委

  • 北京市政协副主席