西湖大学孙立成院士:人工光合作用国际著名学者,巧夺天工的“匠人”


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  深耕人工光合作用领域的著名学者

中国粉体网讯


1院士小传

 

孙立成,1962年8月生于黑龙江省东宁县,物理化学家,人工光合作用领域专家,瑞典皇家工程院院士,欧洲化学会会士,中国科学院外籍院士,瑞典国家杰出教授,瑞典皇家工学院讲席教授、“全球高被引科学家”。

 

 

孙立成院士分别于1984年、1987年和1990年获大连理工大学精细化工学士、硕士和博士学位;1992-1993年在德国马普辐射化学研究所作博士后;1993-1995年在德国柏林自由大学作洪堡学者;1995-1999年在瑞典皇家工学院作助理教授;1999-2004年在斯德哥尔摩大学作副教授,2004年受聘瑞典皇家工学院分子器件讲席教授。2017年当选瑞典皇家工程院院士,2019年当选中国科学院外籍院士。2020年3月全职回国加盟西湖大学讲席教授。

 

2研究方向

 

孙立成院士长期从事太阳能燃料与太阳能电池科学前沿领域应用基础研究,在人工光合作用关键科学问题既高效水氧化催化剂设计合成、氧-氧键形成机理,以及光解水制氢功能器件设计与材料制备等领域取得了瞩目的科研成果。

 

其课题组专注于研究人工光合作用,包括太阳能电池与太阳能燃料,期望通过可再生能源转换与仿生催化取代矿物燃料,实现人类与自然和睦相处。

 

3学术影响力

 

孙立成院士是人工光合作用研究领域最具影响力的科学家之一,在知名期刊发表SCI论文及评述600余篇,论文他引60000余次,h-index为118,连续多年入选全球“高被引学者”。获瑞典皇家科学院沃尔玛克奖、国际先进材料协会智能能源技术奖、中华人民共和国国际科技合作奖等国际奖项,入选浙江省首批鲲鹏行动计划,2021年度世界化学家排名第54,瑞典排名第1,中国(包括港澳台)排名第4。

 

4深耕人工光合作用,一朝功成名就

 

2017和2018这两年,对孙立成来说,有着特殊的意义。在瑞典,他被国家研究理事会评为瑞典国家杰出教授(VR Rådsprofessor),成为迄今为止化学化工领域唯一一位获此殊荣的学者,当选为世界上最古老的工程科学院——瑞典皇家工程院建院百年来第1775号院士;在中国,他荣获了中华人民共和国国际科技合作奖。

 


瑞典人工光合作用中心开拓者 (左起:Björn Åkermark, Peter Lindblad, Licheng Sun, Leif Hammarström, Villy Sundström, Stenbjörn Styring。

 

前者是对他过去30年在基础研究上的肯定,后者则是对他过去20年不遗余力地推动中国与瑞典两国间科技合作交流的褒奖。1999年,大连理工大学向孙立成发出邀请。当时,身在瑞典的他,已经在人工光合作用、太阳能燃料领域做出了一些出色的科研成果。

 

大连理工大学是孙立成的母校,他的本科、硕士、博士阶段都在那里完成的。来自母校和祖国的召唤,他觉得义不容辞。于是,在他的努力促成下,“大连理工大学-瑞典皇家工学院分子器件联合研究中心”成立。他在其中投入了大量精力,取得一系列重要科研成果,也为国家培养、锻炼和输送了一大批优秀的科研人才,提升了中国在该领域的国际影响力。

 

“从二十年前开始,人工光合作用与清洁能源概念一年比一年热,瑞典在这方面的研究起步特别早,在全球也处于领先地位,我当然想推动中国尽快加入这场竞争,实现源头创新、抢占未来高科技领域制高点。”孙立成在想,自己有幸踩准了这个点,“如果能利用自己所学为祖国作出一点贡献,那是很有意义的事。”


厚积薄发。20年的来回奔走,20年的所见所闻,早已在无形之中影响着他。

 

5催化水-氧,巧夺天工

 

人工光合作用,就是人类去模拟这一大自然鬼斧神工的可再生能量循环体系:如何利用太阳能,将地球上最丰富的水资源和温室气体二氧化碳,转换为可以存储的化学能,比如氢能或甲醇。简单来说,太阳光+水+二氧化碳=可再生清洁能源。



孙立成团队的研究,涉及到的就是光反应阶段水分解的核心催化剂:锰簇(下图,左)。 它由锰钙氧Mn4CaOx构成,形状看上去像一把扭曲的椅子,但正是这种扭曲的结构,可能预示着它的不稳定性,容易和水发生作用。

 

 

神奇的是,锰簇催化剂需要经历大致5个状态(即S0, S1, S2, S3, S4态)的变化,才能最终创造氧气,这就如同大自然设置了一套非常严格的密码装置。锰簇在S4态释放出氧气后,再回到S0态,整个过程称为S态循环,实现水的催化氧化。

 

6辞别瑞典,回归中国

 

2020年初,孙立成向瑞典皇家工学院、瑞典国家研究理事会提出了加盟西湖大学的想法。距离他获评瑞典国家杰出教授仅两年,这个决定令人意外。

 

他的回答是:“西湖大学是中国第一所社会力量举办的大学,我非常认同她小而精、研究型的办学理念,也被这种探索和挑战所吸引,希望自己能参与到这个过程中。”寻找下一个新挑战并跻身其中,这大概是他身为科学家的本能。

 

7加入西湖大学,建设中国人工光合作用科研平台

 

2020年,孙立成如愿回国。不久,他便组建起了西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心,主要致力于太阳能燃料与太阳能电池科学前沿领域关键科学问题的基础研究和瓶颈应用技术的突破。

 

西湖大学孙立成团队

 

目前,该科研中心目前由4位PI,1位中心工程师,3位行政助理,15位博士后,14位博士生,4位科研助理及3位访问学生组成。下设孙立成院士牵头的太阳能燃料与太阳能电池实验室,张彪彪博士牵头的分子催化与分子材料实验室,王涛博士牵头的理论催化与材料智能设计实验室和杨汶醒博士牵头的时间分辨光谱与光电化学实验室。

 

信息来源:凤凰新闻网、西湖大学、大连理工大学等

 

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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作者:昧光

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