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2025 06.18

金属所等揭示固态电解质纳米尺度失效机制

全固态锂电池通过以固态电解质替代易燃的有机电解液，并兼容高容量锂金属负极，有望实现远超传统液态锂离子电池的安全性和能量密度，并实现在极低温、高温等极端环境下的应用。然而，目前固态电解质本身的锂离子传输稳定性及析锂（锂离子在电解质内部得电子被还原）引发的短路问题，仍是制约全固态电池发展的关键瓶颈之一。然而，到目前为止，受限于光学显微镜、扫描电镜和同步辐射X成像等技术的空间分辨率限制，固态电解质短路失效的纳米尺度起源尚不明确。近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心王春阳研究员联合加州大学尔湾分校忻获麟教授、麻省理工学院李巨教授，在全固态电池失效机制研究方面取得重要突破。研究团队利用原位透射电镜技术首次在纳米尺度揭示了无机固态电解质中的软短路—硬短路转变机制及其背后的析锂动力学，研究成果以“Nanoscale Origin of the Soft-to-Hard Short-Circuit Transition in Inorganic Solid-State Electrolytes”为题于5月20日发表在《美国化学会会刊》（Journal of the American Ch
2025 05.21

苏州纳米所在铜单原子调控氧空位促进光热催化二氧化碳转化方面取得进展

5月6日，2025年度冶金工程前沿研讨会在赣州顺利召开。中国科学技术大学、重庆大学、中国科学院过程工程研究所等多家单位青年学者及中国科学院赣江创新研究院党委书记齐涛、科学技术处负责人高新强、胡国平研究员等50余人参加会议。利用太阳能驱动CO2转化为高附加值燃料与化学品，为能源与环境领域的可持续发展提供了可行途径。其中，C1化学在推动碳循环进程中发挥关键作用，但CO2分子的高热力学稳定性限制了其实际应用。相较于传统催化过程，光热催化通过协同光催化与热催化的优势，能够降低能耗并提升反应活性，因而受到广泛关注。目前，尽管光热效率与太阳能-化学能转换能力已得到提升，但如何通过精准设计与构筑催化活性位点，开发高效且稳定的光热催化剂仍面临挑战。表面与界面工程策略（如异质原子掺杂、空位构筑、异质结调控等）被证实能有效提升催化效率，其中金属氧化物中氧空位的引入可显著促进CO2吸附活化并增强光热效应。然而，贵金属掺杂虽能改善H2活化能力，其高昂成本限制了实际应用，而单原子位点工程凭借独特的原子级调控优势为新型催化剂设计提供了新思路。近日，中国科学院苏州纳米所李逸凡高级工程师与中国科学技术大学苏州高等研究
2025 05.20

长春应化所自主研制的AI-电化学家实现重大技术突破

近日，中国科学院长春应用化学研究所周敏研究员团队自主研制的AI-电化学家（新能源新材料智慧实验室）在人工智能赋能新能源新材料研发领域取得重要进展，成功实现全流程智能化贯通。该实验室专注于新能源新材料的前沿研究，深度融合人工智能技术与高通量实验方法，突破了传统材料研发中的低效率和筛选难题。实验室实现了单日研发高达200组材料的效率，将原本需要50年才能完成的实验任务缩短至一周以内。实验室自主设计了12个核心材料工作站，涵盖了独创的高通量材料设计与优化、合成与制备、筛选与预测等模块，并创新性地开发了AGV机器人智能作业系统与任务调度平台，形成了从材料设计、合成、制备、表征、筛选到预测的全流程智能化闭环研发体系。在应用领域，AI-电化学家在电催化、光电催化、电池与电解液等方面取得了多个创新突破，为新能源新材料研究提供了创新解决方案，并大幅提升了科研成果转化效率。该研究成果已服务于国家AI重大专项，并被央视《新质生产力》专题报道，获得了科技部、基金委以及吉林省委、长春市委领导的高度认可。此外，实验室的高通量先进材料合成工作站已广泛应用于全国100余家科研机构。同时，团队在尖端电化学表征技术方面
2025 05.20

金属所：可漂浮有机-无机杂化TiO₂材料大幅提升光催化重整塑料效率

塑料凭借其低制造成本与高耐用性，在医疗、航空航天、包装等诸多领域占据重要地位。然而，随着塑料的广泛应用，废弃塑料问题日益严峻。目前，全球累计废弃塑料量已飙升至64亿吨，而中国作为全球塑料生产和消费的第一大国，塑料制品行业年累计量超6000万吨，废弃塑料量高达4300万吨。这些废弃塑料对环境、生态系统以及人类健康构成了威胁。在此背景下，光催化重整塑料技术应运而生，该技术通过太阳光激发半导体材料将塑料分解转化为高值化学品，兼具固废再利用与能源转化的双重意义。TiO₂是经典的半导体光催化材料。当太阳光照射TiO₂晶体，光生空穴将与吸附的水分子反应，生成的羟基自由基如同“分子剪刀”，能够精准切断塑料的碳链骨架。然而，羟基自由基仅有约10ns的寿命，其迁移距离被限制在10-100纳米范围，短寿命的自由基，难以跨越反应中微米级以上的相界面。故不得不借助腐蚀性强酸或强碱溶液预处理塑料，以增强光催化材料与塑料的界面接触，但这个工序占据了整个流程近85%的成本。针对上述挑战，中国科学院金属研究所刘岗研究团队另辟蹊径，发展了“漂浮策略”和“维度定制”相结合的新策略，通过在二维TiO₂表面形成纳米级碳氮疏水
2025 05.20

苏州纳米所：基于可重构谐振腔的超宽色域电致变色器件

当今社会，智能手机、电脑到广告屏幕和电视，显示器无处不在，已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。显示器占消费电子产品耗电量的很大一部分，对全球能源资源和环境造成了相当大的压力，提高显示器的能效已成为全球可持续发展的关键问题之一。近年来，非发光型电致变色（EC）显示器因其低能耗、低功耗的特点引起了工业界和学术界的极大关注。然而，电致变色显示器在发展过程中面临着巨大挑战，例如色域窄、色彩质量不足等，严重制约了其在显示领域的应用和发展。中国科学院苏州纳米所赵志刚研究员团队提出了一种新策略：通过电致变色电极表面的原位电驱动光学谐振腔重构技术，成功研制出具有宽谱可调特性的新型电致变色器件。该方法制备的器件可在单一器件中实现从黄色、橙色、红色、紫色、蓝色、青色到绿色等多种颜色转变，几乎覆盖整个可见光谱（色调变化Δhue 接近360°）。除超宽色调可调性外，器件还具有工作电压窗口小（0.2–1.8 V）、优异的双稳态保持性（8 h）、极低功耗（~2.3 mW cm-2）以及良好的循环稳定性（1000次循环后衰减率~4.3%）。图1. 电化学可重构谐振腔型电致变色电极结构图图2. MnO2可逆电沉积过
2025 05.20

悟空号探测到次级宇宙线硼核能谱新结构

近期，暗物质粒子探测卫星“悟空”号国际合作组利用卫星前八年观测数据，在国际上首次获得了TeV/n能区最精确的次级宇宙线硼核能谱，并发现了能谱新结构。相关研究成果于2025年5月13日以《Observation of a Spectral Hardening in Cosmic Ray Boron Spectrum with the DAMPE Space Mission》为题发表在《Physical Review Letters》（《物理评论快报》）。宇宙线的起源和传播是物理和天文领域重要的前沿科学问题。在宇宙线中，硼原子核主要是碳核、氧核等原初核素在传播过程中和星际物质发生碰撞后产生的次级粒子，其能谱反映了宇宙线扩散传播过程的重要信息。近年来的直接观测实验（如AMS-02、CALET等）发现宇宙线硼核能谱在百GeV/n以上能区存在拐折的迹象，但因测量精度的限制无法对这一结构给出确切的探测结果，也不能有效地检验现有的宇宙线传播模型。“悟空”号是我国发射的第一颗用于空间高能粒子观测的天文卫星，其核心科学目标除了通过对电子宇宙线和伽马射线的观测来间接探测暗物质粒子，还包括通过探测宇宙线核素
2025 05.20

长春应化所研制的仿生合成橡胶航空轮胎成功完成飞行验证

2025年5月12日，由中国科学院长春应用化学研究所研制的仿生合成橡胶航空轮胎在某试飞基地成功完成装机飞行验证，标志着我国在航空轮胎关键材料与技术领域取得重大突破。此次完成飞行验证的航空轮胎是为某大型固定翼无人机专门研制，该轮胎全部采用仿生合成橡胶材料，改变了航空轮胎只能使用天然橡胶制造的历史。在轮胎产品开发过程中，科研团队依托自主研发的Tire数字轮胎工业软件，最大程度地平衡了该型航空轮胎对使役工况、重量、寿命和可靠性等方面的苛刻要求，充分利用仿生合成橡胶作为工业产品的质量参数稳定性，实现了航空轮胎正向设计，框定了设计边界。在满足使役工况和保障可靠性的条件下，通过台架模拟实验证明，该轮胎与竞品相比使用寿命提升了数倍。仿生合成橡胶航空轮胎相关技术源自中国科学院C类先导专项等支持，本次装机试飞检验了仿生合成橡胶航空轮胎的实际应用性能和研发团队的全链条技术创新能力，标志着该技术已由实验室走向应用，为后续推广生产奠定了坚实基础。团队将在此次飞行验证的基础上，进一步夯实原始创新能力，掌控关键核心技术，扩大应用验证领域，不断拓宽我国航空轮胎自主创新之路。
2025 05.20

科学岛团队在基于多尺度天气过程改善臭氧污染精准预测方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院安光所谢品华研究员团队在国际环境领域TOP期刊《环境科学与技术》（Environmental Science Technology）上发表文章（ “以中国华北平原与长三角为例，建立区域气象过程和臭氧浓度日际变化的映射模型”）。科研人员基于可融合天气过程时空演变特征的序列卷积长短期记忆网络框架（CNN-LSTM），建立了华北平原和长三角地区臭氧浓度日际变化预测模型，为臭氧污染预警提供了新的技术手段。近地面臭氧是我国夏季主要大气污染物，其高浓度污染常与高温、低湿等局地气象条件相伴出现。然而，臭氧浓度与温度并不总是呈现正相关关系，还受到大气环流、太阳辐射、边界层高度及云量等多因素综合影响，区域天气过程对臭氧污染形成至关重要。目前，机器学习臭氧预测研究往往忽略天气过程的时空演变特征，而数值模式预测则存在计算成本高、对臭氧重污染事件预测能力不足等局限，提高臭氧重污染事件的预测准确性已成为环境管理部门的迫切需求。针对这些问题，研究团队基于气象预报数据和CNN-LSTM框架，建立了多尺度天气过程与臭氧浓度日际变化的精准映射模型，设计了涵盖多个时空尺度的气象场数据训练场景
2025 05.20

广州能源研究所在城市车网互动（V2G）项目规划与投资决策领域取得新进展

近日，中国科学院广州能源研究所黄玉萍正高级工程师团队在面向城市级车网互动 (V2G, Vehicle-to-Grid ) 项目规划与投资的决策分析研究中取得突破。当前，大规模V2G落地仍面临用户参与不确定、电池与基础设施受限、调度复杂、市场与监管机制不完善等多重挑战，加大了政府和投资者的决策难度。在此背景下，该研究团队提出构建了“价值网络＋系统动力学”模型（图1），首次在同一体系下整合投资方、电网、聚合商和车辆用户四大主体，揭示了城市 V2G 生态下价值创造、传递与反馈机制（图2）。通过动力学仿真，研究捕捉了市场需求波动、用户参与意愿、补贴政策和技术反馈等因素的时序耦合，增强了模型对现实场景的适应性。图1 城市V2G项目价值创造动力学因果关系图图2 城市V2G 项目价值创造的系统流图该研究解析了投资—收益—风险全链路，量化了政府及社会资本、配电网、聚合商与用户在 V2G 系统中的多向价值流动，可为政策制定者和投资者提供了可操作的决策支持工具（图3）。图3 城市V2G项目的投资决策优化流程研究结果揭示了城市V2G生态系统中的关键价值创造机制。通过对三个不同城市背景的案例研究，针对性的补
2025 05.20

金属所在核量子效应促进金属钌表面水分解机制研究领域取得重要进展

水在固体表面的吸附与解离行为直接影响着材料表面的稳定性、腐蚀防护、光催化水分解和电化学制氢等诸多关键过程。然而，由于固-水界面相互作用以及水中氢键网络的相互竞争，导致金属表面的水分子构型十分复杂。比如金属钌表面的水是以分子态吸附还是解离态存在，学术界长期存在争议。实验手段因受限于时空分辨率，难以捕捉水的动态构型，导致了部分结果支持金属钌表面水以分子态吸附，而另一些实验则支持水以解离态吸附。针对这一科学难题，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料设计与计算研究部陈星秋、刘培涛团队发展了升级版矩张量机器学习势模型，通过模拟退火并结合遗传算法优化矩张量缩并路径，使得非等价中间张量数量及缩并次数最低，实现了精度与效率兼顾，不但在计算精度方面接近密度泛函理论精度，能准确捕捉界面水复杂的结构和氢键的微妙变化，而且计算效率也大幅度提升，为复杂体系的跨尺度原子模拟提供了新手段。研究团队利用自己开发的计算工具，通过路径积分分子动力学模拟，首次在亚微秒（几百纳秒）时间尺度上模拟揭示了氢质子量子隧穿的动态过程，不仅捕捉到氢原子的量子离域特性，还揭示了金属钌(0001)表面水分子通过量子协同机制分解

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