孙立成（物理化学与人工光合作用）院士｜全球人工光合作用与催化分解水制氢领域的开拓者#

一. 基础信息概览#

姓名：孙立成 (Licheng Sun)
生卒年月： $1962$ 年 $8$ 月出生于黑龙江省东宁市（截至目前在世）
所属学部：中国科学院化学部
当选年份： $2019$ 年当选为中国科学院外籍院士， $2023$ 年恢复中国国籍并转为中国科学院院士；同时为瑞典皇家工程院（ $\text{IVA}$ ）外籍院士（ $2017$ 年当选）
主要研究领域：人工光合作用、光/电催化分解水制氢、分子催化氧化与成键机制、新型太阳能电池材料、阴离子交换膜（ $\text{AEM}$ ）电解水

二. 核心学术贡献#

1. 研究方向#

孙立成院士长期致力于太阳能转换及人工光合作用的基础和前沿交叉研究。他聚焦于攻克催化析氧（ $\text{OER}$ ）反应动力学极其缓慢、过渡金属分子催化剂稳定性差、光生电荷复合率高，以及质子膜电解水受制于贵金属催化剂等重大物理化学与工程学瓶颈。他围绕“高效分子催化水氧化与人工光合成燃料”这一核心科学主线，通过仿生学策略模拟植物绿叶中天然光系统 $\text{II}$ （ $\text{Photosystem II}$ ，简称 $\text{PSII}$ ）的放氧复合物结构，设计并创制出多类在国际上催化效率最高、稳定性极佳的重金属与非贵金属分子催化剂，系统阐明了放氧 $\text{O-O}$ 键形成的动态物理化学机制。近年来，他积极开展阴离子交换膜（ $\text{AEM}$ ）材料及电解水制氢研究，打通了从微观分子催化机理到大宗绿色氢能高效制造的产业应用闭环。

2. 标志性成果#

比拟天然放氧复合物的超高效分子催化剂创制与 $\text{O-O}$ 成键机制破译（攻克水氧化催化速率极限）：在催化水分解制氢和氧气中，最艰难、能垒最高的步骤是水氧化以及 $\text{O-O}$ 键的形成。孙立成在国际上率先系统合成了大批结构新颖的高效钌（ $\text{Ru}$ ）、锰（ $\text{Mn}$ ）、铁（ $\text{Fe}$ ）等多核配合物。在 $2012$ 年，他在 Nature Chemistry 上发表了里程碑式的成果，成功研制出一种水氧化催化速率达 $300\text{ s}^{-1}$ （后续优化突破至数千每秒）的单核钌分子催化剂。该催化效率首次赶上了自然界绿色植物天然放氧复合物（放氧活性为 $100\text{ - }400\text{ s}^{-1}$ ）的催化速率。他系统探究并阐明了该反应体系中 $\text{Ru(IV)}$ 高价活性中间体、基于水辅助的亲核进攻（ $\text{WNA}$ ）以及自由基耦合（ $\text{I2M}$ ）两种不同路径在放氧 $\text{O-O}$ 键形成过程中的主导动力学和热力学机制，为开发新一代廉价非贵金属水氧化催化材料奠定了系统的物理化学底层理论。
染料敏化与钙钛矿太阳能电池新型功能分子材料设计（拓宽电池吸光与空穴抽取谱带）：在高效、低成本第三代薄膜太阳能电池领域，如何通过调控共轭分子微观结构提升载流子抽取和迁移率，是该领域的国际竞争焦点。孙立成与国内外的合作者深入探讨了分子结构对器件物理行为的调控机制，合成了一系列兼具优良能级匹配、高电荷传输系数和抗光氧化特性的新型三苯胺、酞菁以及多维配位分子有机染料和空穴传输材料（ $\text{HTM}$ ）。他主导研发的一系列全有机敏化染料和无掺杂、溶液法加工的低成本空穴传输材料，极大拓宽了电池在可见及红外区域的谱带响应，并显著降低了电学复合迟滞效应，使染料敏化和新型钙钛矿太阳能电池的光电转换效率实现了跨越式发展。
高稳定低成本阴离子交换膜（ $\text{AEM}$ ）材料与高性能电解水制氢系统开发（西湖大学时期核心突破）：在全职加入西湖大学后，针对目前我国工业化碱性电解水效率低、质子膜电解水（ $\text{PEM}$ ）依赖昂贵铱/铂贵金属催化材料的卡脖子现状，孙立成院士带领团队向阴离子交换膜电解水（ $\text{AEM-WE}$ ）制氢技术的关键底座发起冲锋。他发明了具有完全自主产权的新型强碱耐受性、高电导率、无芳醚主链的高分子阴离子交换膜（ $\text{AEM}$ ）材料。通过设计和修饰纳米结构 $\text{Ni-Fe}$ 催化电极界面并将其与该自研膜高度集成，成功研制了高性能 $\text{AEM-WE}$ 兆瓦级/千瓦级高效电解槽。该系统不仅能完全免除贵金属催化剂的使用，还能提供与质子交换膜电解槽相媲美的超高电流密度和长周期稳定性，为可再生能源“绿氢”的规模化、低成本制造打下了厚实的产业转化基础。

3. 学术地位与影响#

孙立成院士是全球人工光合作用、水氧化分子催化及太阳能燃料领域极具学术声誉的领军科学家，也是致力于推动我国“绿氢”能源革命和光电转换前沿发展的核心学者。他系统构建的拟天然放氧分子模型，多次改写了国际配位催化关于水氧化成键动力学的理论上限。他至今在国内外顶尖学术期刊上公开发表学术论文 $800$ 余篇（包括多篇发表在 Nature、Nature Chemistry、Nature Communications、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. 等旗舰期刊上的文章），论文被他人引用累计超过 $5.3 \times 10^4$ 次， $H\text{-index}$ 高达 $106$ 。他自 $2014$ 年起连续十余年入选科睿唯安（Clarivate）全球“高被引科学家（Highly Cited Researchers）”名录。他曾获瑞典皇家科学院“沃尔玛克奖”（ $2016$ 年），中国政府授予的“中华人民共和国国际科学技术合作奖”（ $2018$ 年），显著确立了中国和瑞典在国际太阳能人工光合作用与氢能转换交叉领域的学术话语权与前沿引领力。

三. 教育与职业轨迹#

1. 教育背景#

$1980.09 - 1984.07$ ：大连工学院（现大连理工大学）化学工程系，本科毕业获工学学士学位
$1984.09 - 1987.07$ ：大连工学院（现大连理工大学）化学工程系，研究生毕业获工学硕士学位
$1987.09 - 1990.10$ ：大连理工大学化工学院，精细化工专业，博士研究生毕业获工学博士学位（其间在光敏与染料分子化学方向展现出卓越的领悟力）

2. 工作履历#

$1990.10 - 1992.08$ ：中国科学院感光化学研究所，博士后、助理研究员（开展高活性自由基与光化学基础研究）
$1992.08 - 1993.09$ ：德国马普辐射化学研究所（ $\text{Max-Planck-Institut für Strahlenchemie}$ ），博士后、访问科学家
$1993.10 - 1995.09$ ：德国柏林自由大学有机化学系，洪堡学者（ $\text{Alexander von Humboldt Fellow}$ ）
$1995.10 - 1997.09$ ：瑞典皇家工学院（ $\text{KTH}$ ）有机化学系，助理教授（ $\text{Research Associate}$ ）
$1997.09 - 1999.09$ ：瑞典皇家工学院，助理教授、高级研究员
$1999.09 - 2004.09$ ：瑞典斯德哥尔摩大学有机化学系，副教授（ $\text{Associate Professor}$ ）
$2004.10 - 2020.03$ ：瑞典皇家工学院（ $\text{KTH}$ ）化学系，分子器件讲席教授（ $\text{Chair Professor in Molecular Electronics}$ ）
$2006.11 - 至今$ ：大连理工大学精细化工全国重点实验室，分子器件联合研究中心（大连理工-瑞典皇家工学院联合中心）中方主任
$2017.01 - 2020.03$ ：瑞典国家研究理事会（ $\text{VR}$ ）杰出教授（ $\text{Distinguished Professor}$ ，获评瑞典国家杰出教授基金资助）
$2020.04 - 至今$ ：西湖大学理学院，化学讲席教授、西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心主任（ $2020$ 年疫情期间全职回国加盟西湖大学）

四. 主要荣誉与奖项#

1. 国际与海外级科技奖项#

国际前沿大奖：
- 获瑞典皇家科学院“沃尔玛克奖”（ $\text{Wallmark Prize}$ ， $2016$ 年度，表彰其在水氧化分子催化及太阳能电池领域的杰出贡献）
- 获瑞典化学会“阿伦尼乌斯奖章”（ $\text{Arrhenius Medal}$ ， $2014$ 年度，瑞典物理化学领域的顶级个人荣誉）
- 获瑞典乌普萨拉大学“乌拉与斯蒂格·霍姆奎斯特有机化学奖”（ $\text{Ulla och Stig Holmquist Prize}$ ， $2013$ 年度，全球有机手性及能源合成领域的重磅学术大奖）

2. 国家级及双边合作奖项#

双边科技最高奖：
- 荣获中华人民共和国国际科学技术合作奖（ $2018$ 年度，第一完成人/主要合作者）

3. 多国/地区最高学术会士与院士称号#

学术多国院士：
- 当选中国科学院院士（化学部，原于 $2019$ 年当选为外籍院士；后于 $2023$ 年恢复中国国籍，转为中国科学院院士）
- 当选瑞典皇家工程院（ $\text{IVA}$ ）外籍院士（ $2017$ 年度）
学术学会会士：
- 当选英国皇家化学会会士（ $\text{FRSC}$ ）
- 当选中国化学会首批会士（ $\text{FCCS}$ ）
- 当选欧洲化学出版协会会士（ $\text{Chemistry Europe Fellow}$ ）

五. 社会职务与学术服务#

1. 学术期刊任职#

副主编职务：
- 担任国际高水准交叉物理化学期刊《人工光合作用》（Artificial Photosynthesis）副主编（ $\text{Associate Editor}$ ）
- 长期担任《能源化学学报》（Journal of Energy Chemistry）副主编
学术顾问与编委：
- 曾任 Wiley 旗下著名材料学与能源期刊 ChemSusChem 编委会主席（ $\text{Editorial Board Chairman}$ ）
- 担任国内外多家重要催化、储能、二维材料期刊的顾问委员会成员（ $\text{IAB}$ ）或常务学术顾问。

2. 重要社会与学术兼职#

国家级及校内重点创新平台：
- 西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心主任、理学院化学讲席教授
- 大连理工大学-瑞典皇家工学院分子器件联合研究中心主任
学术团体及兼职：
- 中国电化学学会常务理事、中国化学会太阳能化学专业委员会委员
- 曾担任多个国际太阳能燃料、光/电催化反应等顶尖国际学术大会的主席或分会主席

六. 个人风格与格言#

孙立成院士在科研中推崇打破常规，极力提倡做“无人涉足”及“别人做不出来”的超一流基础工作。西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心（ $\text{CAP}$ ）的墙壁上，高悬着他与团队的核心座右铭：

“想别人不敢想的，做别人做不到的。如果你不做，我来做；如果你做了，我做得比你更好。”（ $\text{Think something different. You don't do, I do. You do, I do better.}$ ）

他在数十年的科研长跑中始终坚持在实验室和办公室第一线。针对国家绿色碳转型和“双碳”目标的实现，他时刻勉励年轻一代化学和材料学工作者要跨越纸面上的高分文章，把微观分子控制实落到造福老百姓和国家绿色氢能转化的物理样机上：

“人工光合作用是人类解决能源与生态危机的‘极点之梦’。我们在西湖大学不仅要追求分子催化成键在理论上的极限突破，更要把我们自研的、完全摆脱贵金属依赖的高稳定阴离子交换膜（ $\text{AEM}$ ）制氢电解槽，一步一个脚印地推上工业生产的‘货架’。在世界的绿色新能源轨道上写下我们中国人的‘新标准’，这就是我们科技自立自强的担当与底气。”