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2025 04.13

科学岛团队解析富锂锰基正极材料氧氧化还原反应机制为下一代高能量密度电池研发提供新思路

近期，中国科学院合肥物质院固体所赵邦传研究员团队与中国科学院深圳先进技术研究院钟国华研究员、青岛大学李强教授合作，通过自主研制的电池原位磁性测试装置，实现了富锂锰基正极材料在首次循环过程中电子/磁结构的动态追踪，揭示了氧氧化还原反应中的关键作用机制。相关研究成果发表在Advanced Materials上。随着电动汽车和低空经济的迅猛发展，高能量密度储能器件的需求持续攀升。富锂锰基材料凭借高比容量（250 mAh/g）、宽工作电压窗口和突出的成本优势，成为下一代高能量密度锂离子电池正极材料的有力候选。与传统层状氧化物材料不同，富锂锰基材料中的晶格氧能够参与氧化还原反应，突破了仅依赖过渡金属氧化还原反应的容量限制。然而，该材料体系在电化学反应过程中常伴随晶格氧释放、过渡金属迁移和结构不可逆演变等问题，导致循环过程中放电电压持续衰减和容量保持率显著下降，这些因素严重制约了其实际应用。因此，实时追踪材料循环过程中微观结构和电子态的瞬态变化，对阐明富锂锰基材料氧氧化还原反应机制至关重要。针对传统表征手段在电子结构演化研究中的局限性，研究团队创新性地在SQUID磁性测试系统中集成了电化学性能测试
2025 04.13

科学岛团队提出基于笼目量子磁体的自旋阀新机制

近日，中国科学院合肥物质究院强磁场中心低功耗量子材料研究团队屈哲研究员、许锡童项目研究员与组合显微测试系统孟文杰副研究员，及台湾成功大学张泰榕教授等合作，提出在块材笼目单晶中实现自旋阀效应的新机制，并成功演示了基于笼目量子磁体TmMn6Sn6的微自旋阀原型器件。相关成果发表于国际期刊Nature Communications。自旋阀器件广泛应用于磁性传感中，主要由铁磁层/非磁间隔层/铁磁层三层薄膜构成。该结构通过调控铁磁层间的相对磁取向改变自旋散射强度，从而实现巨磁阻效应（GMR）。然而，这种三明治结构的自旋阀器件需通过原子级平整的外延生长、溅射沉积，或范德瓦尔斯异质结的精确机械堆叠来实现，工艺复杂且对稳定性要求极高。针对上述问题，研究团队另辟蹊径，提出利用笼目螺旋磁体中的层间阻挫磁相互作用实现自体自旋阀效应的新机制：外加磁场可将笼目螺旋磁体调控到一种特殊的平行多畴态，从而实现类似于传统自旋阀中人工多层膜结构的磁畴构型。按照这一思路，研究团队构筑了基于笼目螺旋磁体TmMn6Sn6的介观器件，通过输运实验证实其具有超过160%的GMR效应。团队进一步利用稳态强磁场实验装置超导磁体SM2搭
2025 04.13

广州能源所提出胺法碳捕集溶剂的催化再生新路径

近日，中国科学院广州能源研究所廖玉河研究员联合比利时鲁汶大学和法国道达尔能源公司，报道了一种酸碱协同催化胺法碳捕集溶剂再生的新路径。该研究提出，固体ZrOxHy催化剂可显著提升胺溶液中二氧化碳（CO2）的脱附速率，在固定床反应器中表现出2.5倍的CO2脱附增强效果。相关成果以Proximity-independent acid-base synergy in a solid ZrOxHy catalyst for amine regeneration in post-combustion CO2 capture process为题，发表于《自然-催化》（Nature Catalysis）。胺溶液吸收捕获二氧化碳是成熟的碳捕集技术之一，当前有望广泛应用于燃煤电厂、水泥、钢铁等行业。但是，该技术脱附CO2以再生胺溶剂需要较高温度（120℃），导致溶剂再生过程能耗高（占整个碳捕集过程能耗的60%以上）和溶剂降解，且高温胺溶液腐蚀设备。针对上述问题和基于前期研究基础（ACS Catalysis，2022，12，11485-11493），该工作通过调控溶胶-凝胶合成方法的pH值，获得了富含桥联羟
2025 04.13

科学岛团队在CsPbBr3半导体X射线探测器关键技术方面取得新进展

近日，中国科学院合肥物质院安光所在下一代X射线探测器材料研究领域取得新进展，成功解决了CsPbBr3半导体材料在辐射探测应用中的关键难题，为开发更安全、更精准的安全检查、医学影像等X射线成像装备奠定了技术基础。相关成果相继发表于国际权威期刊Applied Physics Letters和Advanced Functional Materials。研究团队采用液氮制冷技术，成功将CsPbBr3单晶X射线探测器的检测限提升至0.054 nGyairs−1，这意味着该探测器能够捕捉到极其微弱的X射线信号。这一进展得益于液氮低温环境下CsPbBr3单晶中深能级缺陷的冻结，使材料电阻率提升了两个量级，显著降低了探测器的噪声水平。相关研究成果发表于Applied Physics Letters。安光所博士生赵啸为该论文第一作者，王时茂副研究员、孟钢研究员和方晓东研究员为该论文通讯作者。针对CsPbBr3材料易发生离子迁移的难题，研究团队与复旦大学方晓生教授团队合作开发出独特的晶界缺陷钝化技术。通过引入晶界修饰剂，成功将低温热压制备的CsPbBr3多晶材料的离子迁移激活能提高至0.56 eV，使探测
2025 04.13

科学岛团队研发低配位构型单原子锰纳米酶实现近红外成像导向高效肿瘤催化治疗

近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王辉研究员、健康所钱俊超研究员与澳门大学曲松楠教授合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）电子顺磁共振测量技术，基于课题组发现的“分子碳化-还原”策略，成功研发了一种新型的低配位构型单原子锰纳米酶，用于近红外成像导向的高效肿瘤催化治疗，相关研究成果已发表于国际期刊Advanced Science。目前，氮配位（M-Nx）的大多数金属单原子通常以稳定的M-N4的结构存在，但其活性位点数量有限且对底物吸附依赖性过强，易导致催化过程中间产物脱离活性位点，从而制约了整体催化效率。通过构建不饱和配位的单原子纳米酶有利于增强对底物的吸附能力，进而增强其催化活性。基于上述情况，研究团队采用“分子碳化-还原”策略，选择合适的配体（EDTA）与中心金属锰原子进行螯合，合成了具有低配位Mn-N2构型的单原子锰掺杂碳点（SA Mn-CDs）。超小尺寸的SA Mn-CDs具有原子分散的锰中心，赋予其良好的水溶性和生物安全性，并能够有效介导类芬顿反应。团队借助电子顺磁共振测量技术，研究证实其高效的类过氧化物酶活性，且在细胞和动物水平上表现出优异的成像能力，实现近红外荧光成像
2025 04.13

50分钟揪出致命病菌！苏州医工所宋一之研究员团队在病原微生物核酸检测领域取得进展

全球每年因细菌感染死亡人数超770万（《柳叶刀》数据），由金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎链球菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌感染导致的死亡人数占总死亡人数的一半。其中耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin-resistantStaphylococcus aureus, MRSA）因高耐药性和致病性成为食品安全与临床诊疗的“幕后黑手”。传统检测需依赖专业设备且耗时长达24小时以上，难以满足食品污染快速筛查与重症感染及时诊断的迫切需求。近日，苏州医工所宋一之研究员团队针对病原菌超低灵敏度快速检测需求成功开发了RPA-Cas12a-LFS检测方法。该方法具有以下特点：1. 免提核酸：创立细菌裂解、核酸扩增（RPA）和CRISPR特异性检测一体化反应体系，省去传统核酸提取步骤，杜绝气溶胶污染风险；2. 裸眼判读：搭载胶体金侧向流层析试纸条（SA-AuNP LFS），检测结果可通过试纸条显色直接判定，无需专业设备；3. 极速高敏：全部反应在37℃进行，可50分钟内检出奶制品、果汁等样品中低至10 CFU/mL的MRSA。灵敏性达到93.75%，特异性达到100%。这一研究成果可应用于乳制
2025 04.13

金属所在锂硫电池用单原子催化剂方面取得新进展

锂硫电池以硫转换反应为核心，具有高能量密度和成本优势，是下一代储能技术极具潜力的候选者之一。然而在实际运行过程中，硫转换反应的动力学通常较为缓慢，限制了电池的实际性能。单原子催化剂，尤其是新兴的高熵单原子催化剂能够有效提升硫转换反应动力学，但其背后的化学机制尚未明晰，常被简单归结为协同或熵增效应。这种模糊的认识极大地阻碍了单原子催化剂的设计与性能优化。中国科学院金属研究所先进炭材料研究部科研人员在前期研发高效锂硫电池催化剂的基础上（Nat. Commun.2017,8,14627;J. Energy Chem.2021,54,452;Energy Storage Mater.2022,51,890;Adv. Funct. Mater.2024,34,2308210.），采用第一性原理计算与实验方法相结合，揭开了这一“黑箱”，在单原子催化剂领域取得新进展。研究发现中心金属原子间的长程相互作用是影响催化性能的关键。基于这一新认知，研究团队实现了对高熵单原子催化剂元素种类和占比的精准定位，有效促进了硫转换反应，显著提升了锂硫电池性能。研究成果近期以“The Role of Long-Rang
2025 04.13

科学岛团队在高各向异性热导率和极端热稳定性SiC@SiO₂陶瓷纤维气凝胶方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院固体所王振洋和张淑东研究团队通过定向性仿生设计，开发出具有高各向异性热导率和极端热稳定性的SiC@SiO₂陶瓷纤维气凝胶材料。研究成果发表在国际期刊Advanced Science 上。许多天然生物材料具有特定有序微结构并表现出与方向相关的各向异性热管理行为。鉴于此，研究团队受天然生物材料有序结构（如木材导管、蚕茧层状结构）启发，结合静电纺丝与冷冻干燥技术，制备出具有高温热稳定性和优异化学稳定性的SiC纳米纤维，以此作为基元，在其表面构建非晶SiO₂壳层形成声子屏障，实现了纤维层内高度定向、层间有序堆叠的高取向性结构，成功开发出具有高各向异性SiC@SiO₂陶瓷纤维气凝胶。该各向异性气凝胶材料在垂直纤维方向热导率低至0.018 W/m·K，各向异性系数达5.08，显著优于同类材料；其径向弹性变形超60%，轴向比模量5.72 kN·m/kg，并展现卓越力学性能；在-196 ~ 1300℃环境中仍保持结构稳定性。上述研究工作得到了国家重点研发计划、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目、国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、安徽省自然科学基金等项目支持。论文链
2025 04.12

苏州纳米所团队在基于纳米通道多维调控的高性能柔性水伏离子传感器件方面取得进展

近年来，蒸发诱导的水伏效应（Evaporation-induced hydrovoltaic effect）为可持续能源开发及自供电离子传感开辟了新方向，其核心机制在于水流驱动的离子经过具有交叠双电层的纳米通道发生选择性迁移，进而在通道顶端差异化积累产生与离子浓度相关的电压信号。然而，固-液界面复杂参数对水伏传感器件性能的影响机制尚缺乏系统研究，具体包括通道结构影响的纳米通道流动阻力与离子选择性间的平衡效应问题；固-液界面动态相互作用中，材料导电性差异和电极选择等难以量化的因素，可能抑制或增强水伏性能，相关机制亟待揭示；此外，环境温湿度和风速、溶液特性等多因素耦合对水伏效应的影响缺乏系统性研究模型。因此，深入研究这些核心问题对于推动高性能水伏离子传感的发展和应用具有重要意义。针对上述问题，中国科学院苏州纳米所张珽团队创新地提出多维纳米通道调控策略构建高性能柔性水伏离子传感器件。通过浸涂-碳化工艺调控了纳米通道的尺寸、材料导电性及表面特性（图1），并系统揭示了固-液界面（包括结构、材料电导率、表面性能及环境因素）设计与高性能水伏离子传感器件之间的关联规律，并将其应用于可穿戴汗液电解质监测
2025 04.12

科学岛团队在钌基难溶合金的激光超快限域合成及电催化析氢性能研究方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院固体所纳米材料与器件技术研究部液相激光加工与制备团队在亚5nm难溶合金RuM(M = Cu、Rh、Pd)的激光超快限域合成及电催化析氢性能研究方面取得新进展，相关研究成果发表在Advanced Science 上。双金属合金纳米颗粒是一类关键的功能性纳米材料，已广泛用作可再生能源和可持续性应用领域的催化剂，例如析氢反应（HER）、析氧反应（OER）、二氧化碳还原，以及环境修复等。目前，以铂（Pt）基纳米材料主导的碱性水电解技术因其适合大规模工业应用而备受青睐。而钌（Ru）基合金纳米颗粒因其与Pt相当的氢吸附自由能、在碱性条件下比Pt更低的水解离能垒、更低的成本（Ru是铂族金属中最廉价的一种）、适中的氢键强度（≈65 kcal mol⁻¹）、耐腐蚀性以及显著增强的HER活性，成为析氢反应催化剂的高性价比替代品。RuCu合金的氢吸附吉布斯自由能值为0.1-0.2，介于RuRh（0.2-0.3）和RuPd（0-0.1）之间。该合金特别值得关注，因为非贵金属Cu的合金化能显著提升HER催化活性，同时降低材料成本，并且在碱性电解质中表现出低毒性和长期稳定性，符合可持续发

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