速览！近期清华SIGS科研创新“硬核”捷报！

当学科边界在交叉中重塑

当创新灵感在融合中迸发

清华SIGS的科研图景变得愈发辽阔

在基础研究的深水区破浪前行

于产业应用的浪潮中驱动变革

近期，多个团队的研究成果

在国际舞台上熠熠生辉

让我们一同速览

来自创新前沿的“硬核”捷报吧！

(按新闻在清华大学深圳国际研究生院官网发布的时间顺序排列)

张正华团队综述基于纳米限域效应的高级水处理技术的研究进展

李星辉团队在高动态范围结构光图像智能感知领域、原子级精密定位技术、跨尺度结构混合光刻制备技术领域取得进展

范远超团队合作在地球工程对中国水资源分布研究方面取得新进展

陈振、彭乐乐团队合作在超快充锂离子电池研究中取得新进展

刘碧录团队开发出一类化学键合金属性界面的同源金属材料家族和一种无离聚物近零间隙催化剂桥接膜电极制氢器件

丁文伯、周光敏团队合作在磁驱动柔性电池集成机器人上取得新进展

郑博课题组合作揭示未来全球野火排放的健康和气候效应

吴乾元、王文龙团队在电催化合成双氧水研究中取得新进展

雷钰团队在二维材料缺陷工程用于表面增强拉曼散射领域取得新进展

林楠团队综述新污染物1,4-二噁烷全球排放激增与污染重心转移格局

吴乾元团队合作在二氧化碳资源化利用研究领域取得新进展

雷钰团队在二维材料缺陷工程用于表面增强拉曼散射领域取得新进展 耿子涵团队合作在高密度低串扰光电计算领域取得新进展

何宏辉、何永红团队与合作者提出光学斯格明子偏振态探针引领复杂偏振像差校准与偏振测量革新

谭春燕团队合作在细胞器与组织双光子成像领域取得新进展

刘碧录、丁文伯团队合作开发出用于建筑安全长期监控的形变感存算一体系统

康飞宇、贺艳兵团队与合作者破解固态电池“快充”难题

张正华团队综述基于纳米限域效应的高级水处理技术的研究进展

▲ 点击图片查看原文

张正华团队系统考察了基于纳米限域效应的高级氧化过程（Advanced oxidation processes, AOPs）技术领域的最新进展，聚焦于分散相体系及膜集成系统，总结了构建各类多维空间限域催化反应器的策略。本研究还对纳米限域AOPs体系作用机理进行了深度且全面的探讨，在辨析多种AOPs反应路径的同时揭示了纳米限域条件诱导下对氧化体系产生的独特效应。在评估操作参数对纳米限域AOPs系统性能影响的基础上，本工作首次对实验条件-反应效率关联性进行了量化分析。基于以上归纳讨论，文章进一步提出了纳米限域AOPs领域存在的关键争议问题与核心前沿方向，以期为未来研究提供启示。

相关研究工作以“基于纳米限域效应的高级水处理技术”（Nanoconfinement-based catalysis for advanced water treatment）为题，在线发表在国际期刊《应用催化：环境与能源》（Applied Catalysis B: Environmental and Energy）上。

论文链接:

李星辉团队在高动态范围结构光图像智能感知领域、原子级精密定位技术、跨尺度结构混合光刻制备技术领域取得进展

▲ 点击图片查看原文

李星辉团队与鹏城实验室合作提出了一种基于深度学习的HDR结构光三维重建网络——高动态范围结构光网络（HDRSL-Net）。该研究工作以“HDRSL-Net基于高动态范围成像的高精度结构光三维重建”（HDRSL-Net for Accurate High Dynamic Range Imaging-based Structured Light 3D Reconstruction）为题，发表在中科院一区、计算机领域期刊《IEEE图像处理》（IEEE Transactions on Image Processing, T-IP）上。

论文链接：

▲ 点击图片查看原文

李星辉团队在光栅干涉仪应用于原子级精密定位技术领域进行了全面综述。文章详细综述了光栅干涉仪作为一种重要的定位技术，如何满足原子级制造中对于精度和稳定性的高要求，并对光栅干涉仪的未来发展进行了展望。相关成果以“光栅干涉仪：原子级及近原子级制造中的主导定位技术”（Grating interferometer: The dominant positioning strategy in atomic and close-to-atomic scale manufacturing）为题在线发表于《制造系统》（Journal of Manufacturing Systems）。

论文链接：

▲ 点击图片查看原文

李星辉团队提出融合绝对编码的混合光栅方案，在同一基底上集成反射式增量编码区域与透射式绝对编码区域，以实现亚纳米级精度的绝对式测量。本研究为复杂光学元件的高精度制造提供了有效路径，具有良好的工程应用前景和重要的研究价值。相关成果以“纳米级定位跨尺度结构混合光刻加工”（Cross-Scale Structures Fabrication via Hybrid Lithography for Nanolevel Positioning）为题发表在《自然》旗下期刊《微系统与纳米工程》（Microsystems & Nanoengineering）上。

论文链接：

范远超团队合作在地球工程对中国水资源分布研究方面取得新进展

▲ 点击图片查看原文

范远超团队及其合作者利用挪威地球系统模式（NorESM1-ME），在高排放情景（RCP8.5）背景下模拟了三种SRM方案实施后的气候与水文响应，并以中等减排情景（RCP4.5）作为辐射强迫控制的参照目标。该研究系统揭示了不同SRM地球工程方案对中国“南涝北旱”水文格局的潜在影响，指出赤道位置平流层气溶胶注入（SAI）可能通过调节南北半球间及赤道北极间温度梯度影响大气环流，缓解中国长期存在的南北水资源不平衡问题，为统筹全球气候干预策略与区域水安全提供了关键科学依据。

相关研究成果以“气候干预对中国水资源南北分异的差异化影响”（Divergent impacts of climate interventions on China’s north-south water divide）为题发表在Nature系列期刊《通讯-地球与环境》（Communications Earth & Environment）上。

论文链接：

陈振、彭乐乐团队合作在超快充锂离子电池研究中取得新进展

▲ 点击图片查看原文

陈振、彭乐乐团队团队通过创新设计二维垂直梯型聚合物正极材料，成功破解了离子传输效率低下这一制约电池快充能力的核心难题。该技术不仅实现了秒级闪充和创纪录的功率密度，更在超低温极寒环境下展现出卓越性能，有望重塑下一代储能设备的应用场景，在低空飞行或极地探险等特殊应用领域展现出潜力。

相关研究成果以“错流结构设计实现超快充的二维聚合物正极”（Ultrafast charging of two-dimensional polymer cathodes enabled by cross-flow structure design）为题，以研究论文形式发表在《自然化学》（Nature Chemistry）上。

论文链接：

刘碧录团队开发出一类化学键合金属性界面的同源金属材料家族和一种无离聚物近零间隙催化剂桥接膜电极制氢器件

▲ 点击图片查看原文

刘碧录团队通过金属源扩散引发的界面键合策略，成功开发了一类具有化学键合金属性界面的同源金属材料。团队实现了同源金属材料的通用合成，共计4类20余种材料，形成了一个材料家族体系，并结合原位光学偏振成像技术实现了可放大生产和高通量筛选。以大电流电解水制氢应用为例，同源金属材料所组装的阴离子交换膜水电解槽在大电流密度超千小时运行下的衰减率仅1.06 μV h-1，是迄今为止报道的高电流密度下的最低水平，优于美国能源部2040年的目标。相关研究成果以“一类化学键合金属性界面的同源金属材料家族” (A family of homologous metal heteromaterials with chemically bonded metallic interface)为题发表在《国家科学评论》（National Science Review）上。

论文链接：

▲ 点击图片查看原文

刘碧录团队开发了一种无离聚物、近零间隙的催化剂桥接膜电极（GCB-MEA），通过限域定向沉积策略构建了结构紧密、界面牢固的MEA结构。该GCB-MEA中的阴离子交换膜与气液扩散层通过催化剂层桥连，使得膜电极界面接触电阻小、活性位点暴露多、传质动力学快及界面结合力强。相关研究成果以“无离聚物近零间隙催化剂桥接膜电极用于高性能纯水阴离子交换膜电解槽”（An Ionomer-Free Gapless Catalyst-Bridging Membrane Electrode Assembly for High-Performance Pure Water-Fed Anion Exchange Membrane Electrolyzer）为题发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。

论文链接：

丁文伯、周光敏团队合作在磁驱动柔性电池集成机器人上取得新进展

▲ 点击图片查看原文

丁文伯所在的智能感知与机器人（Smart Sensing and Robotics, SSR）课题组与副教授周光敏课题组合作提出了一种磁驱动柔性电池集成机器人。该机器人集成的抗形变柔性电池，在机器人固有磁场增强下表现出优异性能，在200次循环后的容量保持率具有57.3%。这种柔顺电池可在机器人本体上实现44.9%的大面积部署，并通过与合理设计的柔性混合电路进行垂直集成，在保持可变形性的同时将额外刚度降至最低。这种执行器–电池–传感器的柔性垂直集成方法最大化了功能区域的利用率，并在仿鳐鱼软体机器人中得以实现，从而构建了一个具备感知、通信和稳定供能能力的无束缚平台。该系统在水下环境中展示了具身智能，包括扰动修正、避障和温度监测等多样化功能，并通过本体感知与环境感知实现了磁驱动运动过程中的实时决策。

该成果以“磁场增强的垂直集成实现无绳软体机器人的具身智能”（Magnetic field–enhanced vertical integration enables embodied intelligence in untethered soft robots）为题，发表在国际期刊《科学进展》（Science Advances）上，并被遴选为当期封面（Front Cover）论文。

论文链接:

郑博课题组合作揭示未来全球野火排放的健康和气候效应

▲ 点击图片查看原文

当前对全球野火排放未来变化趋势、健康影响及气候效应的科学认识仍存在较大不确定性，成为野火风险应对的重要制约因素。郑博课题组与张强课题组聚焦这一关键科学问题，联合国内外研究团队，在前期构建的全球野火排放与环境健康效应评估方法学框架基础上，研发了基于机器学习模型的野火排放预测技术，并融合多源遥感观测、再分析资料与地球系统模式模拟数据，引入时空动态驱动因子表征野火发生发展过程的多维反馈机制，实现了对未来不同气候情景下野火发生发展与排放的模拟和归因分析；进一步结合大气化学传输模型和健康效应模型，揭示了气候变化背景下未来全球野火排放的健康和气候效应。

该合作研究成果“全球变暖加剧野火健康负担并重塑不平等格局”（Global warming amplifies wildfire health burden and reshapes inequality），以“加速预览”文章（Accelerated Article Preview）的形式在《自然》（Nature）期刊在线发表。

论文链接：

吴乾元、王文龙团队在电催化合成双氧水研究中取得新进展

▲ 点击图片查看原文

针对可再生间歇能源导致的电合成双氧水（H2O2）效率与稳定性问题，吴乾元、王文龙团队通过界面工程调控，成功构筑了一种双位点催化剂。该催化剂利用异质团簇诱导氧空位与内建电场，有效促进水电解和自由基生成，实现了阴极与阳极的双氧水同步电合成。

该成果以“柯肯达尔效应驱动的界面工程促进水分解实现阴阳极双氧水双位点电合成”（Kirkendall Effect-Driven Interface Engineering Facilitates Water Dissociation for Dual-Site H2O2 Electrosynthesis Simultaneously at the Anode and Cathode）为题，发表在国际期刊《德国应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition）上。

论文链接：

雷钰团队在二维材料缺陷工程用于表面增强拉曼散射领域取得新进展

▲ 点击图片查看原文

雷钰团队开发了一种等离子体处理二维材料引入缺陷的通用方法，通过等离子体处理在单层二硫化钨（WS2）中引入纳米孔，显著增强分子吸附能力。同时，纳米孔浓度的变化引起了WS2的光致发光光谱从红移到蓝移的转变，蓝移WS2与待测分子形成更好的带隙匹配，极大地提高了电荷转移效率，实现更低浓度的分子检测。

相关成果以“在单层二硫化钨中设计纳米孔用于原子级平整二维表面的单分子成像”（Engineering Nanopore in monolayer WS2 for single molecule imaging on the atomic-scale flat 2D surfaces）为题发表于《科学进展》（Science Advances）。

论文链接：

林楠团队综述新污染物1,4-二噁烷全球排放激增与污染重心转移格局

▲ 点击图片查看原文

林楠团队整合多介质监测、产业统计与市场数据，全面梳理了该污染物的全球排放来源、时空赋存特征及监管差异，提出全球排放量估算与“遗留污染+新兴污染”并存的全球污染格局，并构建了排放-污染-监管协同分析框架。该综述为理解1,4-二噁烷的全球排放格局、时空迁移与监管差异提供了系统证据，亦为新污染物治理、健康风险评估与国际标准协调提供了可操作的政策参考。

相关成果近日以“1,4-二噁烷的科学现状：排放源、全球污染与监管差异”（State of the science on 1,4-dioxane: Emission sources, global contamination, and regulatory disparities）为题，发表在《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）上。

论文链接：

吴乾元团队合作在二氧化碳资源化利用研究领域取得新进展

▲ 点击图片查看原文

甲酸（盐）在实现高效电合成方面，面临催化剂性能和产物分离等多重挑战。吴乾元团队与合作者在该领域取得重要进展，成功开发出一种新型复合催化材料，并构建了配套电解装置，实现甲酸（盐）的高效、绿色合成，为解决催化剂性能与产物分离难题提供创新性解决方案。

该研究成果以“硅酸氧铋用于高效电催化二氧化碳还原及无电解质甲酸溶液生产”（Bismuth Silicate Catalyst for Efficient Electrocatalytic CO2 Reduction and Electrolyte-Free Formic Acid Production）为题，在《先进科学》（Advanced Science）上发表。

论文链接：

耿子涵团队合作在高密度低串扰光电计算领域取得新进展

▲ 点击图片查看原文

耿子涵团队联合鹏城实验室等单位，创新提出一种基于级联微环谐振器的光电神经网络架构，团队通过器件结构创新与系统级的优化设计，实现了高消光比与窄带宽，显著提升了系统的光谱密度与计算密度。结合特殊设计的光电信号调制及探测电路，成功攻克因光强非负性而难以实现负权重表达的难题。在手写数字识别与细胞边缘提取、分类等任务中均展现出优异性能，为高密度光电计算芯片的研究与发展奠定基础。

该研究成果以“级联微环谐振器实现低串扰高密度光子卷积计算”（Cascaded Micro-Ring Resonators for Low-Crosstalk High-Density Photonic Convolutional Computing ）为题发表在国际期刊（Laser & Photonics Reviews），文章被选为当期封面文章之一。

何宏辉、何永红团队与合作者提出光学斯格明子偏振态探针引领复杂偏振像差校准与偏振测量革新

▲ 点击图片查看原文

何宏辉、何永红课题组与牛津大学合作，在偏振光学领域实现突破。团队创新性地利用光学斯格明子结构光场，开发出一套针对复杂偏振像差的高精度表征与校正方案，为生物医学成像与文物材料分析等应用提供了新途径。

研究成果以“利用光学斯格明子评估复杂像差下矢量自适应光学系统性能的新方法”（Using optical skyrmions to assess vectorial adaptive optics capabilities in the presence of complex aberrations）为题，发表在《科学进展》（Science Advances）。

论文链接：

谭春燕团队合作在细胞器与组织双光子成像领域取得新进展

▲ 点击图片查看原文

谭春燕课题组联合深圳职业技术大学副教授许乃寒，设计并合成了一系列基于4-硝基联苯衍生物的细胞器靶向双光子光激活荧光探针（PhoRh-Mito, PhoRh-ER, PhoRh-Lyso）。该系列探针通过引入特定靶向基团（如三苯基膦靶向线粒体、苯磺酰胺靶向内质网、吗啉环靶向溶酶体），实现了在活细胞中对线粒体、内质网和溶酶体的高特异性标记。研究团队系统评估了探针的光物理性质、细胞相容性、光激活效率及其在多种生物样本中的成像性能。

相关研究成果以“双光子光激活荧光探针用于活细胞和组织水平的细胞器成像”（Two-Photon Light-Activatable Fluorophores for Organelle Imaging in Living Cells and Tissue-Level Imaging）为题，发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。

论文链接：

刘碧录、丁文伯团队合作开发出用于建筑安全长期监控的形变感存算一体系统

▲ 点击图片查看原文

刘碧录、丁文伯团队合作开发一套能够实现实时、全覆盖的建筑形变监测系统，已成为迫切需求。刘碧录教授团队和丁文伯副教授团队以及合作者在这一领域取得进展，研发出一种全自驱动建筑形变感存算一体系统。该系统利用摩擦电器件将建筑形变信号转化为电信号，并直接驱动二维忆阻器单元，实现了传感、计算与存储的一体化。

相关成果近日以“基于二维材料的折纸式自供能近传感计算系统用于形变监测”（Origami self-powered near-sensor computing system using 2D materials for deformation monitoring）为题发表在《器件》（Device）上。

论文链接：

康飞宇、贺艳兵团队与合作者破解固态电池“快充”难题

▲ 点击图片查看原文

康飞宇教授、贺艳兵教授、吕伟副教授、侯廷政助理教授团队联合天津大学杨全红教授团队开展了系统性研究，创新性地提出了“塑性富无机SEI”的设计理念，开发出兼具优异机械性能、锂离子传输性能和梯度亲锂/疏锂特性的新型塑性SEI，大幅度提升了固态电池在大电流密度下和低温下的循环稳定性。研究团队从SEI结构和模型进行源头创新，摒弃传统SEI“唯强度论”的结构模型和设计理念，将“塑性”特征作为新型SEI组分筛选的核心指标。团队构建出具有“外柔内刚”梯度结构的SEI，既保证了在低温和大电流密度条件运行过程中界面层的结构完整性，又实现了高效的离子传输并抑制了副反应。该工作突破了传统SEI聚焦追求“坚硬”的设计理念，开创性地将“塑性”作为特征指标，提出了一条从固态电解质组分设计到理想界面的精准构建路径，为解决固态电池的界面失效问题提供了全新策略，并为新型界面层设计提供了重要的理论依据，对实用化固态电池的研发具有重要实用价值。

相关研究成果以“用于固态电池的塑性固态电解质界面”（A ductile solid electrolyte interphase for solid-state batteries）为题在线发表于《自然》（Nature）期刊。这是清华大学深圳国际研究生院今年发表的第四篇《自然》文章成果。

论文链接：

共绘电池行业未来新蓝图！

清华SIGS主办2025第五届先进电池产业集群论坛

2025全球前2%顶尖科学家榜单揭晓！清华SIGS入选人数创历史新高！

上百颗“火种”诞生！这场大赛如何促成产学研用“最佳CP”？

本期来源|材料研究院 数据与信息研究院 环境与生态研究院 生物医药与健康工程研究院

编辑|吴鸿瑶

鸣谢|科研处 教工办

审核|聂晓梅 林洲璐 叶思佳

排版|胡静雯