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杜瓦出生于苏格兰法夫地区的科因卡丁(Kincardine)，这是位于福斯湾北岸的一座小镇，在家里是六兄弟中年幼的一位，父母在他15岁时双双离世。他进入道勒学院（Dollar Academy)学习，后考入爱丁堡大学，在莱昂·普莱费尔指导下进行研究，毕业之后成为普莱菲尔的助手，还曾到根特大学，在凯库勒的指导下学习过。
科学研究编辑
1867年詹姆斯·杜瓦提出了几种苯（化学式为C6H6）的结构设想，他认为较合理的结构就是凯库勒之前提出的。之后科学家发现了苯的一种同分异构体，把它以杜瓦命名，称作杜瓦苯，有趣的是，杜瓦苯的结构并不在杜瓦所提出的几种结构中。
1875年他成为剑桥大学教授，是剑桥大学彼得学院的一员。他和乔治·道宁·利维因（George Downing Liveing）合作，通过光谱来分析物质的组成。期间与诺曼·洛克尔就太阳的组成发生了争论。1877年他成为英国学会会员。
气体液化编辑
他主要的工作是在气体液化和低温物理的研究上。1878年他在学会介绍了Louis Paul Cailletet和Raoul Pictet的工作，在英国*次引进了cailletet的通过焦耳-汤姆逊实验液化气体的装置。1880年左右他开始研究液氧，1884年他又在学会介绍了Karol Olszewski和Zygmunt Florenty Wróblewski液化氧气的工作。1885年通过改进工艺他可以集齐1瓶液氧。1891年他提出了可以生产工业级产量液氧的生产过程。
1890年代初期，他奉命组建了学会戴维-法拉第实验室，继续自己液化氢气的目标。1892年他发现了以他名字命名的真空容器－杜瓦瓶用于低温现象的研究，后被德国公司Thermos商业化为现在的保温瓶。1899年他成功液化了氢气，并可以获得-260摄氏度的低温，为后人研究低温现象提供了条件。杜瓦曾尝试继续液化氦气，但由于所需的氦气量不够，使得海克·卡末林·昂内斯首先完成对氦气的液化。

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1904年他与皮埃尔·居里一同研究镭衰变成氦的过程，同年被授予爵士。他与别人共同研究金属的电阻在零下200摄氏度到200摄氏度温度范围内的变化情况，预言接近零度时，金属的电阻会变为零。1905年他发现把椰子壳烧成的木炭冷却到零下185度时，木炭非常容易吸收空气，从而可以产生真空，这一技术在原子物理的实验中非常有用。他还和阿贝尔一起发展了无烟。*次世界大战期间，他发明的无烟起到了很大作用，但是他的低温学研究却因为资金缺乏而终止，他开始转向气泡表面张力研究。1923年，他在伦敦离世，享年79岁。
荣誉与获奖编辑
杜瓦曾多次获得诺贝尔奖提名，却未曾得奖。他曾获得过英国学会的Rumford奖章、戴维奖章和科普利奖章。1904年他被封为爵士，并获得了法国科学院的拉瓦锡奖章，他是*个获此荣誉的英国人。

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