速覽！近期清華SIGS科研創新“硬核”捷報！

當學科邊界在交叉中重塑

當創新靈感在融合中迸發

清華SIGS的科研圖景變得愈發遼闊

在基礎研究的深水區破浪前行

于產業應用的浪潮中驅動變革

近期，多個團隊的研究成果

在國際舞臺上熠熠生輝

讓我們一同速覽

來自創新前沿的“硬核”捷報吧！

(按新聞在清華大學深圳國際研究生院官網發布的時間順序排列)

張正華團隊綜述基于納米限域效應的高級水處理技術的研究進展

李星輝團隊在高動態范圍結構光圖像智能感知領域、原子級精密定位技術、跨尺度結構混合光刻制備技術領域取得進展

范遠超團隊合作在地球工程對中國水資源分布研究方面取得新進展

陳振、彭樂樂團隊合作在超快充鋰離子電池研究中取得新進展

劉碧錄團隊開發出一類化學鍵合金屬性界面的同源金屬材料家族和一種無離聚物近零間隙催化劑橋接膜電極制氫器件

丁文伯、周光敏團隊合作在磁驅動柔性電池集成機器人上取得新進展

鄭博課題組合作揭示未來全球野火排放的健康和氣候效應

吳乾元、王文龍團隊在電催化合成雙氧水研究中取得新進展

雷鈺團隊在二維材料缺陷工程用于表面增強拉曼散射領域取得新進展

林楠團隊綜述新污染物1,4-二噁烷全球排放激增與污染重心轉移格局

吳乾元團隊合作在二氧化碳資源化利用研究領域取得新進展

雷鈺團隊在二維材料缺陷工程用于表面增強拉曼散射領域取得新進展 耿子涵團隊合作在高密度低串擾光電計算領域取得新進展

何宏輝、何永紅團隊與合作者提出光學斯格明子偏振態探針引領復雜偏振像差校準與偏振測量革新

譚春燕團隊合作在細胞器與組織雙光子成像領域取得新進展

劉碧錄、丁文伯團隊合作開發出用于建筑安全長期監控的形變感存算一體系統

康飛宇、賀艷兵團隊與合作者破解固態電池“快充”難題

張正華團隊綜述基于納米限域效應的高級水處理技術的研究進展

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張正華團隊系統考察了基于納米限域效應的高級氧化過程（Advanced oxidation processes, AOPs）技術領域的最新進展，聚焦于分散相體系及膜集成系統，總結了構建各類多維空間限域催化反應器的策略。本研究還對納米限域AOPs體系作用機理進行了深度且全面的探討，在辨析多種AOPs反應路徑的同時揭示了納米限域條件誘導下對氧化體系產生的獨特效應。在評估操作參數對納米限域AOPs系統性能影響的基礎上，本工作首次對實驗條件-反應效率關聯性進行了量化分析。基于以上歸納討論，文章進一步提出了納米限域AOPs領域存在的關鍵爭議問題與核心前沿方向，以期為未來研究提供啟示。

相關研究工作以“基于納米限域效應的高級水處理技術”（Nanoconfinement-based catalysis for advanced water treatment）為題，在線發表在國際期刊《應用催化：環境與能源》（Applied Catalysis B: Environmental and Energy）上。

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李星輝團隊在高動態范圍結構光圖像智能感知領域、原子級精密定位技術、跨尺度結構混合光刻制備技術領域取得進展

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李星輝團隊與鵬城實驗室合作提出了一種基于深度學習的HDR結構光三維重建網絡——高動態范圍結構光網絡（HDRSL-Net）。該研究工作以“HDRSL-Net基于高動態范圍成像的高精度結構光三維重建”（HDRSL-Net for Accurate High Dynamic Range Imaging-based Structured Light 3D Reconstruction）為題，發表在中科院一區、計算機領域期刊《IEEE圖像處理》（IEEE Transactions on Image Processing, T-IP）上。

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李星輝團隊在光柵干涉儀應用于原子級精密定位技術領域進行了全面綜述。文章詳細綜述了光柵干涉儀作為一種重要的定位技術，如何滿足原子級制造中對于精度和穩定性的高要求，并對光柵干涉儀的未來發展進行了展望。相關成果以“光柵干涉儀：原子級及近原子級制造中的主導定位技術”（Grating interferometer: The dominant positioning strategy in atomic and close-to-atomic scale manufacturing）為題在線發表于《制造系統》（Journal of Manufacturing Systems）。

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李星輝團隊提出融合絕對編碼的混合光柵方案，在同一基底上集成反射式增量編碼區域與透射式絕對編碼區域，以實現亞納米級精度的絕對式測量。本研究為復雜光學元件的高精度制造提供了有效路徑，具有良好的工程應用前景和重要的研究價值。相關成果以“納米級定位跨尺度結構混合光刻加工”（Cross-Scale Structures Fabrication via Hybrid Lithography for Nanolevel Positioning）為題發表在《自然》旗下期刊《微系統與納米工程》（Microsystems & Nanoengineering）上。

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范遠超團隊合作在地球工程對中國水資源分布研究方面取得新進展

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范遠超團隊及其合作者利用挪威地球系統模式（NorESM1-ME），在高排放情景（RCP8.5）背景下模擬了三種SRM方案實施后的氣候與水文響應，并以中等減排情景（RCP4.5）作為輻射強迫控制的參照目標。該研究系統揭示了不同SRM地球工程方案對中國“南澇北旱”水文格局的潛在影響，指出赤道位置平流層氣溶膠注入（SAI）可能通過調節南北半球間及赤道北極間溫度梯度影響大氣環流，緩解中國長期存在的南北水資源不平衡問題，為統籌全球氣候干預策略與區域水安全提供了關鍵科學依據。

相關研究成果以“氣候干預對中國水資源南北分異的差異化影響”（Divergent impacts of climate interventions on China’s north-south water divide）為題發表在Nature系列期刊《通訊-地球與環境》（Communications Earth & Environment）上。

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陳振、彭樂樂團隊合作在超快充鋰離子電池研究中取得新進展

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陳振、彭樂樂團隊團隊通過創新設計二維垂直梯型聚合物正極材料，成功破解了離子傳輸效率低下這一制約電池快充能力的核心難題。該技術不僅實現了秒級閃充和創紀錄的功率密度，更在超低溫極寒環境下展現出卓越性能，有望重塑下一代儲能設備的應用場景，在低空飛行或極地探險等特殊應用領域展現出潛力。

相關研究成果以“錯流結構設計實現超快充的二維聚合物正極”（Ultrafast charging of two-dimensional polymer cathodes enabled by cross-flow structure design）為題，以研究論文形式發表在《自然化學》（Nature Chemistry）上。

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劉碧錄團隊開發出一類化學鍵合金屬性界面的同源金屬材料家族和一種無離聚物近零間隙催化劑橋接膜電極制氫器件

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劉碧錄團隊通過金屬源擴散引發的界面鍵合策略，成功開發了一類具有化學鍵合金屬性界面的同源金屬材料。團隊實現了同源金屬材料的通用合成，共計4類20余種材料，形成了一個材料家族體系，并結合原位光學偏振成像技術實現了可放大生產和高通量篩選。以大電流電解水制氫應用為例，同源金屬材料所組裝的陰離子交換膜水電解槽在大電流密度超千小時運行下的衰減率僅1.06 μV h-1，是迄今為止報道的高電流密度下的最低水平，優于美國能源部2040年的目標。相關研究成果以“一類化學鍵合金屬性界面的同源金屬材料家族” (A family of homologous metal heteromaterials with chemically bonded metallic interface)為題發表在《國家科學評論》（National Science Review）上。

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劉碧錄團隊開發了一種無離聚物、近零間隙的催化劑橋接膜電極（GCB-MEA），通過限域定向沉積策略構建了結構緊密、界面牢固的MEA結構。該GCB-MEA中的陰離子交換膜與氣液擴散層通過催化劑層橋連，使得膜電極界面接觸電阻小、活性位點暴露多、傳質動力學快及界面結合力強。相關研究成果以“無離聚物近零間隙催化劑橋接膜電極用于高性能純水陰離子交換膜電解槽”（An Ionomer-Free Gapless Catalyst-Bridging Membrane Electrode Assembly for High-Performance Pure Water-Fed Anion Exchange Membrane Electrolyzer）為題發表于《先進材料》（Advanced Materials）期刊上。

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丁文伯、周光敏團隊合作在磁驅動柔性電池集成機器人上取得新進展

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丁文伯所在的智能感知與機器人（Smart Sensing and Robotics, SSR）課題組與副教授周光敏課題組合作提出了一種磁驅動柔性電池集成機器人。該機器人集成的抗形變柔性電池，在機器人固有磁場增強下表現出優異性能，在200次循環后的容量保持率具有57.3%。這種柔順電池可在機器人本體上實現44.9%的大面積部署，并通過與合理設計的柔性混合電路進行垂直集成，在保持可變形性的同時將額外剛度降至最低。這種執行器–電池–傳感器的柔性垂直集成方法最大化了功能區域的利用率，并在仿鰩魚軟體機器人中得以實現，從而構建了一個具備感知、通信和穩定供能能力的無束縛平臺。該系統在水下環境中展示了具身智能，包括擾動修正、避障和溫度監測等多樣化功能，并通過本體感知與環境感知實現了磁驅動運動過程中的實時決策。

該成果以“磁場增強的垂直集成實現無繩軟體機器人的具身智能”（Magnetic field–enhanced vertical integration enables embodied intelligence in untethered soft robots）為題，發表在國際期刊《科學進展》（Science Advances）上，并被遴選為當期封面（Front Cover）論文。

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鄭博課題組合作揭示未來全球野火排放的健康和氣候效應

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當前對全球野火排放未來變化趨勢、健康影響及氣候效應的科學認識仍存在較大不確定性，成為野火風險應對的重要制約因素。鄭博課題組與張強課題組聚焦這一關鍵科學問題，聯合國內外研究團隊，在前期構建的全球野火排放與環境健康效應評估方法學框架基礎上，研發了基于機器學習模型的野火排放預測技術，并融合多源遙感觀測、再分析資料與地球系統模式模擬數據，引入時空動態驅動因子表征野火發生發展過程的多維反饋機制，實現了對未來不同氣候情景下野火發生發展與排放的模擬和歸因分析；進一步結合大氣化學傳輸模型和健康效應模型，揭示了氣候變化背景下未來全球野火排放的健康和氣候效應。

該合作研究成果“全球變暖加劇野火健康負擔并重塑不平等格局”（Global warming amplifies wildfire health burden and reshapes inequality），以“加速預覽”文章（Accelerated Article Preview）的形式在《自然》（Nature）期刊在線發表。

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吳乾元、王文龍團隊在電催化合成雙氧水研究中取得新進展

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針對可再生間歇能源導致的電合成雙氧水（H2O2）效率與穩定性問題，吳乾元、王文龍團隊通過界面工程調控，成功構筑了一種雙位點催化劑。該催化劑利用異質團簇誘導氧空位與內建電場，有效促進水電解和自由基生成，實現了陰極與陽極的雙氧水同步電合成。

該成果以“柯肯達爾效應驅動的界面工程促進水分解實現陰陽極雙氧水雙位點電合成”（Kirkendall Effect-Driven Interface Engineering Facilitates Water Dissociation for Dual-Site H2O2 Electrosynthesis Simultaneously at the Anode and Cathode）為題，發表在國際期刊《德國應用化學國際版》（Angewandte Chemie International Edition）上。

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雷鈺團隊在二維材料缺陷工程用于表面增強拉曼散射領域取得新進展

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雷鈺團隊開發了一種等離子體處理二維材料引入缺陷的通用方法，通過等離子體處理在單層二硫化鎢（WS2）中引入納米孔，顯著增強分子吸附能力。同時，納米孔濃度的變化引起了WS2的光致發光光譜從紅移到藍移的轉變，藍移WS2與待測分子形成更好的帶隙匹配，極大地提高了電荷轉移效率，實現更低濃度的分子檢測。

相關成果以“在單層二硫化鎢中設計納米孔用于原子級平整二維表面的單分子成像”（Engineering Nanopore in monolayer WS2 for single molecule imaging on the atomic-scale flat 2D surfaces）為題發表于《科學進展》（Science Advances）。

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林楠團隊綜述新污染物1,4-二噁烷全球排放激增與污染重心轉移格局

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林楠團隊整合多介質監測、產業統計與市場數據，全面梳理了該污染物的全球排放來源、時空賦存特征及監管差異，提出全球排放量估算與“遺留污染+新興污染”并存的全球污染格局，并構建了排放-污染-監管協同分析框架。該綜述為理解1,4-二噁烷的全球排放格局、時空遷移與監管差異提供了系統證據，亦為新污染物治理、健康風險評估與國際標準協調提供了可操作的政策參考。

相關成果近日以“1,4-二噁烷的科學現狀：排放源、全球污染與監管差異”（State of the science on 1,4-dioxane: Emission sources, global contamination, and regulatory disparities）為題，發表在《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）上。

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吳乾元團隊合作在二氧化碳資源化利用研究領域取得新進展

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甲酸（鹽）在實現高效電合成方面，面臨催化劑性能和產物分離等多重挑戰。吳乾元團隊與合作者在該領域取得重要進展，成功開發出一種新型復合催化材料，并構建了配套電解裝置，實現甲酸（鹽）的高效、綠色合成，為解決催化劑性能與產物分離難題提供創新性解決方案。

該研究成果以“硅酸氧鉍用于高效電催化二氧化碳還原及無電解質甲酸溶液生產”（Bismuth Silicate Catalyst for Efficient Electrocatalytic CO2 Reduction and Electrolyte-Free Formic Acid Production）為題，在《先進科學》（Advanced Science）上發表。

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耿子涵團隊合作在高密度低串擾光電計算領域取得新進展

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耿子涵團隊聯合鵬城實驗室等單位，創新提出一種基于級聯微環諧振器的光電神經網絡架構，團隊通過器件結構創新與系統級的優化設計，實現了高消光比與窄帶寬，顯著提升了系統的光譜密度與計算密度。結合特殊設計的光電信號調制及探測電路，成功攻克因光強非負性而難以實現負權重表達的難題。在手寫數字識別與細胞邊緣提取、分類等任務中均展現出優異性能，為高密度光電計算芯片的研究與發展奠定基礎。

該研究成果以“級聯微環諧振器實現低串擾高密度光子卷積計算”（Cascaded Micro-Ring Resonators for Low-Crosstalk High-Density Photonic Convolutional Computing ）為題發表在國際期刊（Laser & Photonics Reviews），文章被選為當期封面文章之一。

何宏輝、何永紅團隊與合作者提出光學斯格明子偏振態探針引領復雜偏振像差校準與偏振測量革新

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何宏輝、何永紅課題組與牛津大學合作，在偏振光學領域實現突破。團隊創新性地利用光學斯格明子結構光場，開發出一套針對復雜偏振像差的高精度表征與校正方案，為生物醫學成像與文物材料分析等應用提供了新途徑。

研究成果以“利用光學斯格明子評估復雜像差下矢量自適應光學系統性能的新方法”（Using optical skyrmions to assess vectorial adaptive optics capabilities in the presence of complex aberrations）為題，發表在《科學進展》（Science Advances）。

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譚春燕團隊合作在細胞器與組織雙光子成像領域取得新進展

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譚春燕課題組聯合深圳職業技術大學副教授許乃寒，設計并合成了一系列基于4-硝基聯苯衍生物的細胞器靶向雙光子光激活熒光探針（PhoRh-Mito, PhoRh-ER, PhoRh-Lyso）。該系列探針通過引入特定靶向基團（如三苯基膦靶向線粒體、苯磺酰胺靶向內質網、嗎啉環靶向溶酶體），實現了在活細胞中對線粒體、內質網和溶酶體的高特異性標記。研究團隊系統評估了探針的光物理性質、細胞相容性、光激活效率及其在多種生物樣本中的成像性能。

相關研究成果以“雙光子光激活熒光探針用于活細胞和組織水平的細胞器成像”（Two-Photon Light-Activatable Fluorophores for Organelle Imaging in Living Cells and Tissue-Level Imaging）為題，發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。

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劉碧錄、丁文伯團隊合作開發出用于建筑安全長期監控的形變感存算一體系統

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劉碧錄、丁文伯團隊合作開發一套能夠實現實時、全覆蓋的建筑形變監測系統，已成為迫切需求。劉碧錄教授團隊和丁文伯副教授團隊以及合作者在這一領域取得進展，研發出一種全自驅動建筑形變感存算一體系統。該系統利用摩擦電器件將建筑形變信號轉化為電信號，并直接驅動二維憶阻器單元，實現了傳感、計算與存儲的一體化。

相關成果近日以“基于二維材料的折紙式自供能近傳感計算系統用于形變監測”（Origami self-powered near-sensor computing system using 2D materials for deformation monitoring）為題發表在《器件》（Device）上。

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康飛宇、賀艷兵團隊與合作者破解固態電池“快充”難題

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康飛宇教授、賀艷兵教授、呂偉副教授、侯廷政助理教授團隊聯合天津大學楊全紅教授團隊開展了系統性研究，創新性地提出了“塑性富無機SEI”的設計理念，開發出兼具優異機械性能、鋰離子傳輸性能和梯度親鋰/疏鋰特性的新型塑性SEI，大幅度提升了固態電池在大電流密度下和低溫下的循環穩定性。研究團隊從SEI結構和模型進行源頭創新，摒棄傳統SEI“唯強度論”的結構模型和設計理念，將“塑性”特征作為新型SEI組分篩選的核心指標。團隊構建出具有“外柔內剛”梯度結構的SEI，既保證了在低溫和大電流密度條件運行過程中界面層的結構完整性，又實現了高效的離子傳輸并抑制了副反應。該工作突破了傳統SEI聚焦追求“堅硬”的設計理念，開創性地將“塑性”作為特征指標，提出了一條從固態電解質組分設計到理想界面的精準構建路徑，為解決固態電池的界面失效問題提供了全新策略，并為新型界面層設計提供了重要的理論依據，對實用化固態電池的研發具有重要實用價值。

相關研究成果以“用于固態電池的塑性固態電解質界面”（A ductile solid electrolyte interphase for solid-state batteries）為題在線發表于《自然》（Nature）期刊。這是清華大學深圳國際研究生院今年發表的第四篇《自然》文章成果。

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共繪電池行業未來新藍圖！

清華SIGS主辦2025第五屆先進電池產業集群論壇

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本期來源|材料研究院 數據與信息研究院 環境與生態研究院 生物醫藥與健康工程研究院

編輯|吳鴻瑤

鳴謝|科研處 教工辦

審核|聶曉梅 林洲璐 葉思佳

排版|胡靜雯