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2024 05.20

中科院金属所等离子体CVD技术构筑金刚石-石墨材料取得新进展

共价金刚石-石墨材料，集合了金刚石和石墨的性质优势，能够实现超硬、极韧、导电等优越性能组合，在超硬和电子器件领域极具研究和发展价值。由于金刚石-石墨共价界面能高，目前主要通过高温高压方法来活化碳原子，实现该材料的构筑。等离子体化学气相沉积（CVD）是金刚石面向功能应用的主要发展方向，借助CVD技术构筑共价金刚石-石墨材料，并探索金刚石和石墨两相界面的新奇物性受到研究人员的关注。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心黄楠研究员团队与国外学者合作，利用等离子体CVD技术制备了共价金刚石-石墨材料，并基于该材料开展了限域双电层电容（Advanced Energy Materials 2023,13,2300716）和高效电催化（Advanced Energy Materials 2023,13,2301749）研究。近期，该团队进一步揭示了等离子体CVD构筑共价金刚石-石墨材料的生长机理，数值仿真结果表明，设计的限域陶瓷样品台促使等离子体电子密度增加至1.46 × 1017m-3，为原来的2.7倍，为活化碳原子并以石墨形式与金刚石共价连接提供能量。透射电子显微镜表明金刚石()面和石墨(
2023 12.21

墨子巡天望远镜发现首批近地小行星

2023年11月22日，国际小行星中心（MPC）发布公告确认墨子巡天望远镜（WFST）新发现两颗近地小行星——2023 WX1和2023 WB2，这是墨子巡天望远镜发现的首批近地小行星。近地小行星2023 WX1和2023 WB2均是11月18日首次观测到，发现时的视亮度分别为20.8等和21.0等，视运动速度分别为0.513度/天和1.006度/天。累积了多个观测站的观测数据后，2023 WX1和2023 WB2的初轨已经确定，分别为Apollo和Amor型近地小行星，其中2023 WX1与地球的最小轨道交会距离为0.0416天文单位，预估直径约170米，是一颗潜在威胁小行星（PHA）。图1 近地小行星实测图像（方框中为近地小行星，左：2023 WX1，右：2023 WB2）墨子巡天望远镜是中国科学技术大学“双一流”学科平台建设项目，是中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台联合研制的大视场光学成像望远镜，已于2023年9月17日发布首光图像，是冷湖天文观测基地第一个投入运行并开展天文观测研究的大型设备。太阳系天体普查是墨子巡天望远镜的主要科学目标之一，墨子巡天望远镜在首光后开展了太
2023 12.21

中国科学院紫金山天文台发布近邻宜居行星巡天计划（CHES）仿真平台

中国科学院紫金山天文台科研团队围绕空间探测任务近邻宜居行星巡天计划（Closeby Habitable Exoplanet Survey, CHES）开展了先期研究，搭建了一个基于Python的仿真平台，其中包含行星轨道参数反演、卫星观测视场仿真、观测策略与方案仿真等内容。相关研究成果作为封面论文（图1）发表在Research in Astronomy and Astrophysics(RAA)。近邻宜居行星巡天计划（CHES）由紫金山天文台领衔的科研团队提出。该计划将发射一个1.2米口径的空间望远镜, 通过微角秒级的相对天体测量方法探测围绕100颗近邻类太阳型恒星（距太阳系约 32 光年）的宜居带类地行星。该计划是具有原创性技术路线的“中国方案”，相关研究将回答“地球是否唯一”及“行星如何成为生命摇篮”等重大科学问题。随着天文学的发展，高精度的天体测量技术及时空基准的建立对于基本天文学研究尤其重要。国际天文联合会（IAU）在对于时间、空间、坐标系、地球姿态等问题进行了多次的定义、讨论与统一后，发布了多项决议以协调解决相关问题，为天文学家在基本天文学研究中所需要的各项参数提供了关键算法
2023 11.30

中国科学院科学岛团队在超痕量汞细胞生物传感器的研发方面取得新进展

近日，中国科学院合肥物质院吴李君团队与皖南医学院陈少鹏团队合作在超痕量汞细胞生物传感器研发方面取得新进展，相关研究成果发表在环境期刊Environmental Science Technology上。环境中超痕量的汞即可通过食物链富集影响人们的健康。传统的超痕量汞的检测方法依赖于大型分析仪器，成本高、费时费力，且需要在专门的实验室由专业的人员操作。汞的全细胞生物传感器操作简便，但灵敏度低（ppb级）、特异性差且检测时间长。针对以上问题，该合作团队运用定向进化技术，对汞生物传感器感知模块的核心元件-汞响应蛋白（MerR）进行改造，通过高通量筛选，获得高性能的MerR突变体。该突变体特异性的感知超痕量的汞（ppt级），并迅速启动下游报告基因GFP的表达，产生可检测的荧光信号，大大提高了汞细胞生物传感器的性能。为了摆脱对大型分析仪器的依赖，简便现场的检测方法，该合作团队串联报告基因模块，并对其上游5’端非翻译区序列进行改造，产生了荧光信号更强的可视化全细胞生物传感器2GC。该传感器可以通过肉眼观察，定性的检测汞的污染。结合手机成像和图像处理软件，2GC全细胞生物传感器完成了对海产品、土壤、
2023 11.30

中国科学院科学岛团队在过氧化氢电合成及生物质升级方面取得新进展

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环境与能源纳米材料中心团队在常温常压电催化合成过氧化氢及生物质氧化升级方面取得新进展，制备了负载在碳纳米纤维上的氧配位Fe单原子/团簇催化剂（ FeSAs/ACs-BCC），实现高效电催化两电子氧还原反应合成过氧化氢，并与电芬顿反应偶联实现乙二醇的氧化升级。相关成果发表在Angewandte Chemie International Edition上。过氧化氢（H2O2）是全球100种最重要的化学品之一，在环境、能源以及医疗健康等领域中得到了广泛应用。传统的工业生产H2O2主要是通过能源密集型的蒽醌循环工艺，该过程需要投入大量能源并且会产生有机废物。而电催化两电子氧还原反应（2e-ORR）合成H2O2可在常温常压下进行，且以水和氧气作为原料，被认为是一种绿色、高效的H2O2合成技术。尽管具有这些优点，但该技术仍然需要高活性、高选择性的电催化剂来活化氧分子，并通过抑制4e-ORR的竞争反应来获得高的H2O2产率。此外，目前对电催化合成的H2O2的原位利用也缺乏有效手段。在电芬顿反应中，阴极产生的H2O2在酸性条件下可以与Fe2+反应
2023 11.30

中国科学院苏州纳米所黄洁副研究员等CEJ：生物3D打印构建乳腺癌-血管-骨共培养模型用于体外研究乳腺癌骨转移和药物敏感性

乳腺癌骨转移是晚期乳腺癌最常见的并发症之一，乳腺癌骨转移后常伴随着骨疼痛、脊神经压迫和病理性骨折等并发症，进一步加重患者的病情，但是传统的2D细胞模型和实验动物模型都难以真实模拟乳腺癌细胞通过血管转移至骨的全过程，导致临床前药物筛选的准确率较低。近期，中国科学院苏州纳米所黄洁副研究员等为了模拟和深入考察原发肿瘤通过血管到达骨微环境的动态转移过程，采用“一步法”生物3D打印技术构建了由肿瘤、中空血管和骨组织组成的三维仿生共培养转移模型，并且将其应用于抗肿瘤药物的药效测试评估（图1）。图1.“一步法”生物3D打印构建乳腺癌-血管-骨转移模型科研人员利用甲基丙烯酰基明胶分别和乳腺癌细胞（MDA-MB-231）、人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和成骨细胞（h-OB）混合后进行载细胞生物3D打印构建了乳腺癌-血管-骨共培养模型。该共培养模型高度模拟了原生肿瘤的转移微环境；在中空血管结构的管腔中形成了致密的血管网络并且血管网络能够延伸至相邻的肿瘤和骨组织中，重现了血管化组织的形成过程（图2）；再现了乳腺癌细胞从原发部位通过血管向骨组织的动态侵袭行为（图3）。此外，血管化共培养模型能够进一步促进肿瘤
2023 11.10

《自然》杂志发表，科学岛团队破解钙钛矿电池寿命基因难题

中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所、中国科学院光伏与节能材料重点实验室潘旭研究员和田兴友研究员团队与韩国成均馆大学Nam-Gyu Park教授、华北电力大学戴松元教授合作，成功在反式钙钛矿太阳电池研究方面取得新突破。研究团队首次发现钙钛矿阳离子面外分布不均匀是影响电池性能的主要原因，并通过设计1-（苯磺酰基）吡咯（PSP）作为添加剂均匀化钙钛矿薄膜相分布，获得了26.1%的光电转换效率（PCE）。相关成果于2023年11月2日加速在线发表（AAP）在《自然》（Nature）杂志上。钙钛矿太阳电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于新概念太阳能电池，经过多年发展，传统的界面钝化及结晶调控方法很大程度上推动了电池效率的提升，但近年来相关研究中该电池效率的提升速度明显放缓，相关研究遇到了“瓶颈”。科研人员发现，钙钛矿薄膜内往往不可避免的会发生相分离现象，研究团队前期工作表明有效管理卤素相分离有助于提高器件性能（Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 2213932）。高效率钙钛矿材料往往通过采用纯碘体系下的阳离子掺杂组分获得，尤其是FA
2023 11.10

中国科学院合肥物质院科研成果入选共建“一带一路”科技创新合作十年成果展

11月6日至7日，首届“一带一路”科技交流大会在重庆举行。中国科学院合肥物质院副院长、等离子体所所长宋云涛应邀参加大会系列活动，等离子体所助力泰国建成并运行托卡马克实验装置入选共建“一带一路”科技创新合作十年成果展。本次大会以“共建创新之路，同促合作发展”为主题，围绕政府间科技合作、科技人文交流、产业创新发展等议题举办系列活动，来自80多个国家和国际组织的800余名嘉宾参会。作为大会重要活动之一，共建“一带一路”科技创新合作十年成果展同期举办。中国科学院合肥物质院等离子体所与泰国核技术研究所合作全面升级改造HT-6M装置，建成并运行泰国托卡马克1号装置的合作历程和创新成果，作为提高共建国家科学研究水平和创新能力的25项代表性案例之一，在“共同提升科研能力”展区以文字、图片、视频等形式全方位展示，受到与会党和国家领导人、政府官员、国际组织代表、国内外专家学者关注。泰国托卡马克1号装置的建成运行，是我国与共建“一带一路”国家深化科技往来、共同提升科研能力的一个缩影。未来，随着泰国托卡马克1号装置不断升级、改造，由此搭建起的科技创新平台会一步步推动泰国在核聚变应用领域的发展，促进其在开展学科
2023 11.10

中国科学院科学岛团队基于并联平板异质结策略构筑高效Sb2S3太阳电池

近日，中国科学院合肥物质院固体所王命泰研究员团队在新型太阳电池研究方面取得重要进展，提出了并联平板异质结（PPHJ）太阳电池策略，并创造Sb2S3太阳电池光电转换效率纪录（8.32%）。相关研究成果发表在Angewandte Chemie International Edition上，相关技术已申请国家发明专利。当前，太阳电池大规模应用的瓶颈仍在于缺乏低成本、高效及稳定的光电转换材料体系和器件。人们通常将两个独立工作的平板异质结（PHJ）器件进行串联来制备高效太阳电池。然而，现行串联电池中，上下两个次级电池间需插入透明的载流子复合层进行连接，大大增加了材料选择和器件制备的复杂性。鉴于此，研究团队提出了并联平板异质结（PPHJ）太阳电池策略。PPHJ策略保留了传统串联多层PHJ制备的便捷性，但消除了串联及并联串联PHJ体系中载流子复合层和多重电极制备的困难和复杂性。基于PPHJ策略，研究团队首次制备了Sb2S3基PPHJ电池，并创造了新的Sb2S3太阳电池光电转换效率纪录（8.32%）。该研究为低成本和高效的部分或全无机太阳电池提供了新的设计概念。该工作得到了审稿人的高度评价，他们一致认
2023 11.10

中国科学院紫金山天文台揭示红矮星周围类地行星的逆向自转机制

近期，中国科学院紫金山天文台季江徽课题组与合作者的研究揭示了围绕红矮星运行的类地行星逆向自转成因，评估了密近双星系统中类地行星自转轴翻转概率，该项研究为了解类地行星演化及宜居性提供了新的理论依据。相关结果已在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上发表。行星自转轴倾角θp是指行星赤道面与公转轨道面的夹角。在太阳系中，天王星的自转轴几乎躺在轨道平面上，倾角约为98°，而金星则是逆向自转，其自转轴倾角为177°。这些行星的高自转轴倾角为理解太阳系演化历史提供了关键线索，同时有助于深入了解行星物理特性与气候长期演变。类似地，可推测已发现的5500余颗系外行星亦可呈现复杂多样的自转状态，那么它们是否也会发生逆向自转？行星自转轴翻转的演化机制又是如何？在本项工作中，研究人员基于长期摄动与潮汐演化综合模型，利用数值模拟来研究系外行星自转轴倾角的长期演化。针对红矮星周围的类地行星，在广泛的参数空间中研究了Eccentric Kozai - Lidov（EKL）长期共振与平衡潮模型之间的耦合效应，发现在系统总角动量守恒的前提下，行星自转轴倾角θp会有两种演化情形。第一

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