陈永胜（功能有机高分子与碳纳米材料）中国科学院院士｜我国小分子有机太阳能电池奠基者与“太空海绵”石墨烯材料开拓者#

1. 研究方向#

陈永胜院士长期致力于功能有机高分子与碳纳米材料在能源转化与存储领域的基础与应用前沿研究。他的研究深度聚焦于两大科学难题：一是高效有机太阳能电池活性层材料的分散、结晶调控与器件构筑；二是三维交联石墨烯材料的结构精密设计、室温/极端条件力学性能解析。他不仅在国际上系统奠定了“小分子/寡聚物活性材料”在有机光伏领域的学术主导地位，更拓展了石墨烯从分子水平、微观形貌到宏观尺度的一体化多维结构-性能规律，为我国新能源科技与先进战略材料的发展做出了突出贡献。

2. 标志性成果#

• “受体-给体-受体”（A-D-A）架构寡聚物有机光伏材料体系的设计与发明：

  • 在 $21$ 世纪初，由于常规高分子聚合物活性材料存在分子量多分散性大、批次差异明显等缺陷，全球有机光伏（$\text{OPV}$）研究陷入能量转化效率难以突破 $5\%$ 的低谷。

  • 陈永胜院士独辟蹊径，果断摒弃了传统聚合物路线，在国际上首次系统提出了“受体-给体-受体”（$\text{A-D-A}$）型高纯度、可溶液加工的寡聚物有机光伏活性层材料设计理念。他设计合成了一系列具有确定分子结构和精确分子量的分子体系（如以绕丹宁、茚满二酮等单元为端基的双键桥连分子），并精确调控了活性层薄膜的分子晶格填充和能级微调。

  • 他领衔制备出的单节及叠层有机太阳能电池相继数次刷新当时世界纪录。其中，联合国家纳米科学中心等多家单位制备的溶液加工两端叠层器件，实现了高达 $17.3\%$ 的光电转换效率，并将此记录推升到 $20\%$ 以上。该成果发表于《$\text{Science}$》期刊，极大增强了国际学术界和产业界对有机光伏走向商业化应用的信心。

• 三维交联石墨烯材料与耐高温抗极寒“太空海绵”的创制：

  • 常规高弹性三维多孔材料的弹性与力学性能极易受到温度干扰，无法在外太空等极端冷热环境中保持服役品质。

  • 针对此瓶颈，陈永胜团队联合美国莱斯大学，在国际上首创了单层石墨烯片层无序排列并由共价键化学交联而成的宏观三维交联石墨烯体相材料。

  • 经过多级变温力学表征，该材料被证实具有优异的温度不变性（杨氏模量在宽温域下不发生漂移、高回复的超级弹性以及近零泊松比）。它在 $4\text{ K}$（约 $-269\text{ }^\circ\text{C}$，液氦温度）的深低温至 $1273\text{ K}$（约 $1000\text{ }^\circ\text{C}$）的高温超宽区间内，均展现出卓越的结构力学稳定性和抗疲劳性能。这一研究发表于《$\text{Science Advances}$》，在航天装备和特殊工程制造等领域被称为具有重大战略应用前景的“太空海绵”。

• 宏观直接“光驱动”石墨烯物理现象的首次发现：

  • 在三维交联石墨烯的形貌与光物理反应交叉探索中，陈永胜团队与物理学院田建国教授团队深度协同，创制出一种对光源极具机械响应活性的宏观石墨烯块体。

  • 研究发现，该材料在真空环境中接受普通激光、氙灯，甚至是户外自然太阳光等微弱光源的照射，便能瞬间产生明显的水平或数分米尺度的位移，所获得的驱动推力达到传统光子“光压”的千倍以上。该工作在线发表于《$\text{Nature Photonics}$》，并作为“我国研制出世界首个光驱动新材料”荣登中央电视台《新闻联播》专题播报。这一发现打破了对常规无燃料飞行器的物理理论设计，开辟了利用光发射高能电子产生大推力机械动能的新型推进设想。

3. 学术地位与影响#

陈永胜院士是全球高分子及碳纳米材料领域极具盛誉的战略化学家。他提出的“$\text{A-D-A}$”型活性材料不仅从本质上解决了有机光伏器件产业化中的材料均一性瓶颈，更使我国始终牢牢掌握着有机光伏效率的世界制高点。陈永胜自 $2014$ 年起，连续 $11$ 年（至 $2025$ 年当选院士）蝉联科睿唯安全球高被引科学家，其发表学术论文 $400$ 余篇（包括《$\text{Science}$》、《$\text{Nature Photonics}$》、《$\text{J. Am. Chem. Soc.}$》、《$\text{Adv. Mater.}$》等），被引用共计 $9$ 万余次，其学术 $\text{H}$ 因子高达 $130$。他两度作为首席科学家承担国家重点研发计划，实现了实验室基础理论向绿色储能与柔性器件产业的技术转化。

1. 教育背景#

• $1980$ 年 $09$ 月－$1984$ 年 $07$ 月：郑州大学化学系，获理学学士学位。

• $1984$ 年 $09$ 月－$1987$ 年 $07$ 月：南开大学化学学院，获理学硕士学位。

• $1993$ 年 $10$ 月－$1997$ 年 $06$ 月：加拿大维多利亚大学（$\text{University of Victoria}$）化学系，获理学博士学位。

• $1997$ 年 $07$ 月－$1999$ 年 $07$ 月：美国加州大学洛杉矶分校（$\text{UCLA}$）和肯塔基大学（$\text{University of Kentucky}$），开展博士后及研究员工作。

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）。

• $2004$ 年 $04$ 月至今：南开大学化学学院高分子化学研究所，特聘教授、讲席教授、博士生导师（兼任南开大学纳米科学与技术中心主任，南开大学卓越工程师学院研究生导师）。

• $2010$ 年 $06$ 月至今：美国德克萨斯大学达拉斯分校（$\text{UT Dallas}$），客座/讲座教授。

• $2002$ 年 $03$ 月－$2004$ 年 $04$ 月：美国加州大学圣地亚哥分校（$\text{UCSD}$）国家超算中心（$\text{SDSC}$），高级研究员。

• $1999$ 年 $08$ 月－$2002$ 年 $02$ 月：美国 $\text{Cymer}$ 公司（后被 $\text{ASML}$ 公司并购），高级研究员。

• $1987$ 年 $07$ 月－$1993$ 年 $09$ 月：北京科技大学化学系，助教、讲师（任教，并为该校化学学科建设做出了历史贡献）。

1. 国家级与省部级顶尖奖项#

• $2018$ 年度国家自然科学奖二等奖（获奖项目：“面向能源转化与存储的有机和碳纳米材料研究”，作为第一完成人）；

• $2010$ 年度天津市自然科学一等奖（获奖项目：“碳纳米材料制备及其性质研究”，作为第一完成人）。

2. 国家级及省部级重磅称号#

• 国家级学术带头人；

• $2024$ 年度天津市优秀教师；

• $2019$ 年度天津市优秀科技工作者标兵；

• $2017$ 年度首批天津市杰出人才；

• $2015$ 年度天津市劳动模范；

• 第五届中国侨界（创新成果）贡献奖（$2014$ 年）；

• 汤森路透/科睿唯安全球高被引科学家（自 $2014$ 年起持续至今入选）。

1. 重要学术平台及期刊任职#

• 南开大学纳米科学与技术中心 主任；

• 《$\text{Science China: Chemistry}$》、《$\text{Science China: Materials}$》、《$\text{Carbon}$》、《$\text{Energy Storage Materials}$》及《$\text{2D Materials}$》 等核心期刊 编辑、副主编或编委；

• 南开大学功能高分子材料教育部重点实验室 学术骨干。

2. 重要社会与学术兼职#

• 国家重点研发计划、原“九七三（$973$）”项目 首席科学家；

• 国家自然科学基金委员会 重点及重大项目评审专家；

• 中国化学会高分子学科专业委员会 委员。