层次结构起源于古希腊语单词“εραρχα”，是一种在不同系统中把一组单项排列成“高于”、“低于”或“同水平”的性质。这些项目可以是诸如原子，分子，粒子，物体等的物理物质，也可以是诸如名称，值，类别等的抽象无形实体。虽然我们没有认真地认识到它的存在，但它是一个重要的概念，在生命科学、材料科学、计算机科学、哲学、数学、物理、化学、生物、地理、地形学、组织理论、系统理论、建筑、城市建设、工业过程和社会科学等各个领域都是如此。

有鉴于此，武汉理工大学苏宝连教授和陈丽华研究员等人，提出了一种基于广义默里定律建立等级孔属性与等级孔材料性能之间定量关系的设想。

本文要点

1）从自然界到社会，层级无处不在，从生命系统(从简单的单细胞生物到更复杂的器官，如肺、血液循环、肾脏、树木和硅藻)，到生态系统(河流支流)，到社会和家庭组织。应用于世界的每一种组织体系都是层次化的。生命系统及其等级组织不仅经过数亿年的选择来发展和优化，而且具有持久的适应能力，并且能够适应其外部环境，进行自我修复，为生物提供保护和移动性，有助于感知环境并执行许多其他高度复杂的功能。由于生物的层次性，为了生存和繁殖，生物以极高的效率实现物质和能量的扩散、转移、交换、吸收、储存和转化。河流以树状结构的支流排列而发展。非常有趣的是，支流的这种排列遵循一阶，二阶和更高阶的层次结构，其中一阶支流通常尺寸最小，以实现优化的水流。

2）默里定律是用以定量描述人体血液循环等自然界中的等级结构。但是这个经验定律没有考虑物质传输中质量的变化。所以这个定律没能在材料设计、工业反应过程中得到很好的应用。基于广义默里定律，已经开发出了具备高物质传输和扩散性能的等级孔大孔-介孔-微孔ZnO材料，该材料在液相-固相、气相-固相和电催化体系中均展现出优异的性能。在短时间内，广义默里定律已被广泛用于等级孔材料的设计合成和应用，例如具备快速水传输的薄膜材料、具备超强电子传输的MOF气体感应材料、具备高效物质传输的Co-N-C电催化材料和具备优异催化性能的分子筛材料等。

3）在广义默里定律的指导下，结合自然界中众多最优化的等级孔生物结构和先进的人工智能技术，能够将经验性的原理和规则转换成定量的公式，根据孔道结构的属性，例如孔径、孔的结构和形状、孔的表面性质和不同层级孔之间的相互作用等，来定量地设计、合成、应用所需的等级孔材料。这种“应用需求-理论设计-定向合成”的思路将有望实现对等级孔材料的可控合成和性能最优化。

参考文献：

Li-Hua Chen et al. Hierarchy in materials for maximized efficiency. National Science Review, 2020.

DOI: 10.1093/nsr/nwaa251

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa251