研在合工大 | 遙感、化學等領域新進展

目錄

1.紅外遙感圖像處理研究領域

2.仿生晶態多孔材料組裝及手性藥物分離領域

3.低碳比污水脫氮領域

01

紅外遙感圖像處理研究領域

儀器科學與光電工程學院劉羽教授團隊在紅外小目標檢測研究方向取得新進展。相關研究成果發表在遙感領域頂級期刊《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》（IF：12.2）上。

紅外小目標檢測是低空偵察、戰略預警和高精度導航等遠距離態勢感知系統中的關鍵技術。受探測距離限制，目標多呈現像素有限、信雜比低、紋理稀缺及邊緣模糊等特點。同時，背景雜波往往具有強熱輻射響應，容易將目標信號淹沒，使得該任務極具挑戰。近年來，紅外小目標檢測方法取得了顯著進展，但多數方法仍依賴由可學習線性映射和固定激活函數構成的MLP范式。然而，在檢測過程中，從圖像到掩碼的映射常涉及目標強度、空間結構與上下文信息等多因素之間的強非線性關系。受限于函數表達能力，傳統MLP方法難以充分刻畫上述映射關系，從而制約了模型在復雜場景下的檢測性能。

圖1 SP-KAN總體框架示意圖

針對上述問題，團隊提出了基于稀疏正弦感知的科爾莫戈洛夫-阿諾德網絡SP-KAN，將該任務建模為由稀疏非線性模塊驅動的全局上下文調制問題：提出模式互補模塊PCM，將符號化表示的通道映射與結構化表示的局部空間統一建模，增強目標與雜波的可分性；引入稀疏正弦感知層SPKAL在像素層面感知原始非線性空間與高維正弦潛空間，建立神經元間細粒度關系。實驗結果表明，SP-KAN在檢測精度、魯棒性和泛化能力方面優于主流方法。該項研究提出的紅外小目標檢測方法能夠為復雜場景下紅外小目標魯棒檢測與智能感知提供理論方法和關鍵技術支撐，對遠距離態勢感知系統建設具有重要意義。

圖2 稀疏正弦感知層的內部結構

合肥工業大學為論文的第一完成單位。儀器科學與光電工程學院博士后袁帥為論文的第一作者，劉羽教授和西安電子科技大學延翔副教授為論文的共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金（62576132、U23A20294）和教育部基礎學科和交叉學科突破計劃（JYB2025XDXM109）等項目的資助。

論文鏈接：

02

仿生晶態多孔材料組裝

及手性藥物分離領域

化學與化工學院朱成峰、吳祥教授團隊聯合德州農工大學王焜昱、周宏才教授團隊在仿生晶態多孔材料組裝及手性藥物分離領域取得突破性進展。相關研究成果發表于國際化學領域頂級期刊《美國化學會志》。合肥工業大學為論文第一完成單位，23級碩士生馬曉玉、24級碩士生王夢雅以及普林斯頓大學李文軒為論文的共同第一作者。

手性是自然界的基本屬性，光學純手性藥物與人類的生命健康息息相關。上世紀五十年代，沙利度胺外消旋體藥物的不當使用導致上萬名“海豹”畸形胎兒誕生，成為醫藥史上的重大悲劇，也讓光學純手性藥物及其中間體的制備成為全球醫藥與化學領域的研究焦點。然而手性藥物分子的一對對映體的物理與化學性質在非手性環境下高度相似，如何高效分離外消旋體以制備光學純手性分子，成為制約手性制藥行業發展的核心難題之一。

受真菌非特異性過氧酶中大孔腔結構與手性識別功能的啟發，研究團體首先以天然L-苯丙氨酸為手性源，設計合成了一種兼具C3對稱性、結構剛柔相濟且富含肽鍵功能位點的手性配體。然后利用手性配體與鋅離子間的穩定配位作用、以及配體分子間的N-H???O氫鍵、C-H???π等多重非共價相互作用，成功組裝出一種結構新穎的手性金屬-有機框架（MOF）晶態材料（圖1）。該材料擁有一個尺寸為2.2 nm× 3.1 nm的超大手性空腔，且空腔內壁密集修飾了42個苯丙氨酸殘基，構建出模擬生物酶蛋白的復雜手性微環境；同時，手性空腔通過其3.3 nm的三角形開放窗口相互貫通，形成連續的手性分子傳輸孔道。該組裝策略既突破了柔性氨基酸難以直接構筑大孔腔仿生晶態材料的技術瓶頸，也有望解決傳統微孔仿生材料分離手性物質適用范圍窄的問題。

圖1 手性MOF的組裝及其孔腔結構

研究團隊通過動態吸附實驗和蒙特卡洛理論計算表明，該仿生手性MOF用作固相吸附材料時能對氧化苯乙烯（SO）、苯基縮水甘油醚（GPE）和三苯甲基縮水甘油醚（GTE）這三種手性藥物中間體實現高選擇性識別與吸附，精準捕捉其S-構型的對映體，展現出媲美生物酶空腔的手性識別能力（圖2）。在實際手性分離應用中，該手性MOF材料還能拆分一系列電子效應、空間位阻各異的22種外消旋環氧化物，對映體過量值（ee）高達99.9%，表現出優異的底物普適性（圖3）。

圖2 手性MOF的對映選擇性吸附性能

圖3 手性MOF分離外消旋手性環氧化物的性能

研究團隊發現，相較于傳統微孔手性MOF材料的較為單一對映體分離功能，所組裝的仿生手性MOF憑借其寬敞的內部分子傳輸孔道與豐富的手性識別位點，分離范圍實現大幅拓展，并能以ee值高達99.9%的選擇性高效分離β-硝基醇（2a-d）、扁桃酸甲酯（3a-d）、α-苯乙醇（4a-e）、吲哚啉酮（5a-d）以及α-苯乙胺和檸檬烯等多種官能結構、分子尺寸迥異的手性藥物合成中間體（圖4），還首次實現了分子尺寸超2.0 nm的手性仲醇的高選擇性分離（ee=99.1%，4e），表明了其對手性大尺寸分子的分離潛力。針對結構更加復雜、尺寸更加龐大的萘普生、奧美拉唑、托吡卡胺、益康唑等市售手性藥物（6a-d），該仿生手性MOF材料同樣能實現高效拆分，制備出光學純度高達99.9%的手性藥物，充分彰顯了其在醫藥領域的實際應用價值。這讓其也成為迄今已報道的最為優異的對映選擇性與底物普適性兼具的晶態多孔手性分離材料之一。

圖4 手性MOF分離的外消旋藥物分子及中間體

為考察該仿生手性MOF材料的工業化應用潛力，研究團隊將其與聚偏二氟乙烯（PVDF）復合，制備出手性混合基質膜，也實現了氧化苯乙烯、1-苯乙醇等手性分子的連續分離。該膜在10分鐘內可獲得光學純度為99.1%的氧化苯乙烯，30分鐘內可獲得光學純度為97.1%的1-苯乙醇（圖5），為手性藥物的連續化、規模化制備提供了新途徑，展現出良好的工業應用前景。

圖5 晶態手性MOF混合基質膜的分離性能

綜上，該研究團隊開發了一種大孔腔仿生手性分離材料的有效組裝策略，實現了手性藥物的高選擇性、廣譜性分離，為后續設計開發新型手性分離、手性傳感和手性催化等功能仿生材料提供了重要的理論指導和技術參考。研究工作得到了國家自然科學基金的資助以及合肥工業大學分析測試中心、國家蛋白質科學研究（上海光源）設施等平臺的大力支持。

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03

低碳比污水脫氮領域

土木與水利工程學院王偉教授團隊在低碳比污水脫氮領域取得新研究進展，相關研究成果在自然指數（Nature Index）期刊《Water Research》在線發表。

光驅動生物混合系統作為有前景的新興污水脫氮技術，其性能卻受電子轉移效率制約。團隊合成了三種異質結光催化劑，并與厭氧氨氧化細菌耦合構建光驅動生物混合系統，通過增強光生電子轉移實現氨氮與硝態氮同步去除。由特殊異質結構建的耦合系統展現出最優異的電荷分離與氧化還原能力，在無需曝氣和有機碳的間歇光照下實現94.8%的總氮去除率。進一步通過實驗證實了光刺激電子轉移效率的提升和微生物脫氮相關基因豐度的增加。該研究結果突破了低碳氮比條件下的電子供體限制，顯著降低了污水處理過程的能耗與碳排放。這些發現深化了生物-非生物混合界面電子傳遞機制的認識，更為實現低碳氮比污水高效光驅動脫氮提供了新見解與技術支撐。

合肥工業大學為該研究的第一完成單位和通訊單位，博士研究生楊靖為論文的第一作者，王偉教授擔任論文的通訊作者。本研究得到了中央高校基本科研業務費專項資金（JZ2024HGTG0304）和安徽省生態環境廳科研項目（2023hb0003）的支持。

論文鏈接：

來源 | 儀器科學與光電工程學院 化學與化工學院

土木與水利工程學院

封圖｜李戌

編輯 | 尤心怡

責編 | 衛婷婷 袁夢

投稿郵箱 | hfutxcb404@163.com

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