万惠霖1938年11月20日出生于湖北汉口。1958年，考入中南矿冶学院（现为中南大学）。1959年，因表现优异被选派转入厦门大学化学系，研究生毕业后留校任教，1997年当选中国科学院院士。
万惠霖毕生致力于催化化学研究，在化学模拟生物固氮和合成氨催化剂的相关理论、轻质烷烃选择氧化等领域深耕不辍、潜心钻研，取得了一系列原创性重大研究成果，在国内外产生了深远的影响。
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