高山讲堂 | 郭林院士：从微观到宏观，解码非晶纳米材料

长期以来，非晶纳米材料的制备难以实现结构与形貌精准调控，制约了非晶纳米材料研究的发展和应用。郭林院士及团队立足合成方法学，构建起一套系统的制备规则形貌的无机非晶微纳米材料可控合成体系，突破了传统制备的技术瓶颈。

团队发展了配位竞争、空间限域、配体诱导、原位转化等机制，相当于在微观尺度为原子立下了规矩，实现了三维、二维、一维非晶材料的精准制备，并成功地推广到15种规则形貌的稀土氢氧化物纳米笼状产物的合成，实现了尺寸、壁厚与形貌的灵活调控。在二维非晶材料的可控合成方面，攻克单原子层非晶碳、非晶金属纳米片的制备难题，通过氮、硫等杂原子掺杂优化电子结构，填补了单原子层非晶碳材料的研究空白。在一维非晶纳米材料的普适性合成方面取得重要进展，实现直接制备与非晶化双路径的高效合成。

这些成果形成了普适的、可拓展的“非晶材料百宝箱”，为后续性能研究与应用开发奠定坚实基础，让原本难以驾驭的无序结构可精准设计合成。

非晶材料表面存在大量不饱和配位原子，这意味着表面许多没找到“搭档”的活跃原子极易与其他物质发生反应。这一结构特性使其成为催化反应的理想载体，为能源存储、电催化固氮、尿素合成等关键领域提供全新解决方案。

在能源存储领域，郭林院士及团队构筑的单分子层非晶氢氧化镍纳米片，突破传统材料的单电子储能限制，实现双电子储能，相当于让每个活性位点能搬运双倍的电量，为高容量电极材料开发开辟了新方向。在析氧反应（OER）中，通过钴掺杂与氧空位调控，清晰揭示了催化活性位点的动态演变规律。

面向绿色合成，他们聚焦主族金属非晶催化剂，通过对主族元素p轨道电子态的调控，解决氮气吸附难、析氢副反应剧烈等痛点。在非晶氧化铋中引入锑元素，优化C-N耦合路径，尿素合成法拉第效率高达78.36%，处于国际领先水平。此外，通过非晶化调控稀土铈的4f电子态，大幅提升掺硼氧化铈对二氧化碳的还原能力，在低浓度二氧化碳环境下仍保持高效转化，为低碳技术提供新支撑。

在基础研究突破上，郭林院士及团队通过应用落地满足国家需求。团队将非晶材料的结构优势与实际应用深度结合，在钠离子电池、仿生牙釉质等领域实现产业化落地，让前沿科技走进大众生活。

在能源领域，针对钠金属化学活性高、机械强度低且难以减薄加工等痛点，团队构建非晶/晶态杂化人工界面层，成功制备50微米、仅相当于较细头发丝直径厚度的超薄钠箔，研制出能量密度达195.2Wh/kg的软包电池，指标为目前钠金属电池的最高值，为钠离子电池的规模化应用提供了关键支撑。

在生物医疗领域，团队模拟天然牙釉质晶体与非晶协同的多级结构，兼顾了坚硬与韧性，研发出高性能仿生牙釉质材料，具备高硬度、高刚度、高粘弹性等优势，综合性能超越天然牙釉质。该材料免烧结、易加工，未来有望实现椅旁快速修复，大幅降低治疗成本与时间。“我们的目标是让世界的牙疾患者用上我们研制的仿牙材料，让科学技术的发展惠及更多人。”郭林院士表示。

郭林院士的报告得到了实验室科研人员的积极回应。在现场，科研人员针对非晶材料的表征分析、实际应用等方面的问题和郭林院士进行了深入交流。

“万物并作，吾以观复”，面对微观原子无序世界，郭林团队三十年深耕，从中理出规律，从破解调控难题到赋能产业落地，每一步都是科研突破的硬核支撑：料要成材，材要成器，器要好用。这便是材料科学的远征，也是科学家对美好未来的承诺与践行。

期间，郭林院士参观了甬江实验室展厅、先进结构陶瓷创新中心等，与科研人员深入交流，详细了解团队建设、科研进展及成果转化情况。