郭林（无机化学与非晶纳米材料）中国科学院院士｜我国非晶微纳材料合成化学开拓者与无机复合材料增韧研究先驱#

1. 研究方向#

郭林院士长期致力于无机非金属材料化学、非晶微纳材料设计及合成方法学的基础与应用前沿研究。他的研究深度聚焦于三大核心科学难题：一是针对非晶材料由于长程无序、本征各向同性而极难诱导定向生长的瓶颈，探索规则形貌无机非晶微纳材料的可控合成方法学，确立非晶微纳材料的结构-特性构效关系理论；二是过渡金属及化合物微纳米材料的界面电子结构、缺陷调控与高能电化学储能（如锂二次电池、碱金属离子电池等）行为研究；三是基于仿生微观多级拼装理念，设计并制备轻质、高强、高韧的仿生多级微纳米复合材料（如新型生物自愈合牙修复材料等），推动新型工程防护与高性能结构材料的国产化应用。

2. 标志性成果#

• 非晶微纳材料化学合成方法学的建立与“单原子层非晶碳”可控合成突破：

  • 具有规则形貌和特定维度无机非晶材料的精密构筑一直是固体化学领域的国际公认难题。郭林院士攻克了传统无序成核的物理限制，系统发展了系列非晶纳米材料的普适性液相制备新策略。

  • 在二维非晶材料合成领域，他带领团队与合作者于 $2024$ 年在《$\text{Nature}$》发表了题为“$\textit{Nitrogen-doped amorphous monolayer carbon}$”的标志性成果。他们首次提出利用纳米尺度二维无机层状模板进行小分子聚合的限域液相合成新策略，在温和条件下成功制备出了具有高热力学稳定性的氮掺杂单原子层非晶碳材料。

  • 该工作填补了二维非晶材料在单原子层厚度下可控合成的空白，为其在微纳电子器件及能源催化等领域的应用提供了崭新的材料底座。他受邀出版了本领域首部英文学术专著《$\textit{Amorphous Nanomaterials}$》（$\text{2021, Wiley-VCH}$）并荣获优秀作者奖。

• 纳米孪晶金刚石复合材料微观协同增韧机制的发现与原位验证：

  • 超硬材料金刚石通常具有极高的硬度但伴随着极大的脆性，如何协同提高金刚石的硬度与韧性是材料科学的皇冠级瓶颈。

  • 针对此项难题，郭林院士团队与燕山大学田永君院士团队开展深度合作。通过控制前驱体分子在极高压力（$15\text{ GPa}$）与极端高温（$2000\text{ }^\circ\text{C}$）下的转变过程，成功构筑了由纳米孪晶金刚石和多种非立方相（非 $\text{3C}$）多型结构（如 $\text{2H}, \text{4H}, \text{9R}, \text{15R}$ 等）相互交织组成的非均匀级配结构金刚石复合材料。

  • 其团队利用先进的扫描与透射电镜搭建原位力学测试设备，通过原位单边切口梁弯曲实验系统探明了该材料的裂纹扩展机制。结果证实，该复合材料的断裂韧性高达 $26.6\text{ MPa}\cdot\text{m}^{1/2}$，达到传统合成金刚石的 $5$ 倍以上。该研究原位揭示了裂纹在穿过非 $\text{3C}$ 多型结构时因诱导相变及“之”字形起伏路径而极大地耗散断裂能量的协同强韧化物理机制，成果发表于《$\text{Nature}$》（$2020$ 年）。

• 高能二次电池纳米结构电极调控与仿生高强韧复合材料研发：

  • 在电化学储能领域，郭林院士立足于解决高比能、长循环寿命电极材料内部的应力失稳。他利用过渡金属氧化物微纳阵列调控机制，开发出多款集成同步辐射原位表征手段的高性能二次电池纳米结构电极材料。

  • 此外，他积极推动化学与生命医学交叉。通过模拟牙齿等天然矿化组织的多级多重界面特征，他承担了国家重点研发计划“变革性技术”专项，开发出具备优异生物相容性与超高力学刚性的“新型生物组装自愈合牙修复材料”，显著推动了仿生矿化材料在航天与医疗领域的应用。

3. 学术地位与影响#

郭林院士是我国无机固体化学、无机非晶微纳材料领域的开拓者与杰出领军科学家。他首次将无机非晶可控合成、微观相变协同增韧机制与国家大型能源及特种工业应用深度结合。他发表学术论文 $450$ 余篇（包括《$\text{Nature}$》、《$\text{Science}$》、《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Angew. Chem. Int. Ed.}$》等），被引用超过 $2.8$ 万次，授权国家发明专利 $46$ 项，连续多年入选科睿唯安与爱思唯尔“全球高被引科学家”名录。他作为第一完成人，其项目“过渡金属及其化合物纳米材料的微结构调控与特性研究”荣获 $2013$ 年度国家自然科学二等奖。他的成果获得了极高的国际学术声誉，在 $2024$ 年被英国皇家化学会授予国际材料领域重磅奖项——“$\text{Dalton Horizon Prize}$”（全球仅 $2$ 个团队入选）。

1. 教育背景#

• $1981$ 年 $09$ 月－$1985$ 年 $07$ 月：东北师范大学化学系化学专业，获理学学士学位。

• $1989$ 年 $09$ 月－$1992$ 年 $07$ 月：吉林大学化学系物理化学专业，获理学硕士学位。

• $1994$ 年 $09$ 月－$1997$ 年 $01$ 月：北京理工大学化学与化工学院应用化学专业，获工学博士学位。

2. 工作履历#

• $2025$ 年 $11$ 月至今：正式当选中国科学院院士（化学部）。

• $2020$ 年 $04$ 月至今：北京航空航天大学化学学院教授、一级学科带头人、仿生界面材料科学全国重点实验室副主任。

• $2008$ 年 $06$ 月－$2020$ 年 $04$ 月：北京航空航天大学化学学院，历任教授、副院长、常务副院长（其间协助江雷院士等创办北航化学学院，并主导了化学一级学科博士点和博士后流动站建设）。

• $2001$ 年 $06$ 月－$2008$ 年 $05$ 月：北京航空航天大学材料科学与工程学院，教授（其间：$2001$ 年受聘为北航首批校长直聘教授，并于 $2007$ 年获得国家杰出青年科学基金资助）。

• $2001$ 年 $08$ 月－$2003$ 年 $03$ 月：德国德累斯顿理工大学（TU Dresden）物理化学研究所，作为“洪堡学者”开展博士后研究。

• $1999$ 年 $03$ 月－$2000$ 年 $03$ 月：香港科技大学化学系，作为访问学者开展纳米电化学合作研究。

• $1998$ 年 $12$ 月－$2001$ 年 $05$ 月：北京航空航天大学材料科学与工程学院，副教授。

• $1997$ 年 $02$ 月－$1998$ 年 $12$ 月：中国科学院高能物理研究所核分析技术国家重点实验室，博士后、副研究员。

1. 国家级与行业顶尖奖项#

• 国家自然科学奖二等奖（$2013$ 年，获奖项目：“过渡金属及其化合物纳米材料的微结构调控与特性研究”，作为项目第一完成人）；

• 教育部自然科学奖一等奖（$2010$ 年，获奖项目：“过渡金属及其氧化物微纳米材料的可控合成及特异性质”，作为项目第一完成人）；

• 中国颗粒学会自然科学一等奖（$2024$ 年，作为项目第一完成人）。

2. 国际荣誉与行业重磅称号#

• 英国皇家化学会 Dalton Horizon Prize（$2024$ 年，表彰其在过渡金属及非晶纳米材料结构设计领域的创造性贡献）；

• 教育部长江学者特聘教授（$2011$ 年）；

• 国家杰出青年科学基金获得者（$2007$ 年）；

• 新世纪百千万人才工程国家级人选（$2009$ 年）；

• 英国皇家化学会会士（$\text{FRSC}$）；

• 中国化学会会士（$\text{CCS Fellow}$）；

• 科睿唯安全球高被引科学家 / 爱思唯尔中国高被引学者。

3. 其他重磅荣誉及先进称号#

• 全国优秀教师（$2024$ 年）；

• 北京市有突出贡献的科学、技术、管理人才（$2016$ 年）；

• 北京航空航天大学“立德树人卓越奖”（$2020$ 年，北航人才培养最高荣誉）；

• 北京市优秀研究生指导教师（$2022$ 年） / 全国优秀博士论文指导教师（$2012$ 年）；

• 享受国务院政府特殊津贴专家（$2013$ 年）。

1. 重要学术平台及期刊任职#

• 《$\text{Fundamental Research}$》（国家自然科学基金委员会主办） 编委；

• 《$\text{Renewables}$》、《$\text{Catalysts}$》 国际编委；

• 《物理化学学报》、《高等学校化学学报》 等国内核心期刊 编委；

• 仿生界面材料科学全国重点实验室 副主任。

2. 重要社会与学术兼职#

• 中国化学会 理事；

• 中国颗粒学会 理事；

• 中国化工学会 无机酸碱盐学会学科带头人；

• 科技部重点研发计划、国家自然科学基金重大项目 首席科学家与评审委员会专家。