回顾：近期清华SIGS有哪些前沿成果？

格物致知，探微析理

时序更替，华章日新

回望即将过去的2025年

自强奋进的清华SIGSers

在学科交叉的土壤上深耕不辍

在科研的“无人区”不断攀峰

与国家发展需要丝丝相扣

将创新书写在服务国家社会需求的实践中

让我们一同回顾近期科研成果

感受SIGSers前沿探索的蓬勃脉动

（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）

• 王勇团队揭示深海“土著”微生物的季节性代谢规律

• 韩三阳团队与合作者在稀土电发光领域取得新进展

• 张一团队在中国超大城市车网互动潜力评估研究中取得新进展

• 孙波团队阐释多层结构器件中电子隧穿传热机理

• 干林课题组在氢电催化条件下铂纳米催化剂的真实表面结构和性质研究中取得重要进展

• 耿洪亚团队在跨尺度生物样本冷冻保存领域取得新进展

• 康飞宇、翟登云团队与合作者在普鲁士蓝正极材料的合成及其在离子电池的应用取得系列进展

• 曾龙团队合作在文本-3D场景生成技术领域取得进展

• 张灿阳团队在微针透皮给药领域取得新进展

• 耿洪亚团队在仿生力学水凝胶调控三维细胞浸润方面取得新进展

• 景路团队在颗粒流边界层动力学研究中取得进展

王勇团队揭示深海“土著”微生物的季节性代谢规律

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王勇教授团队利用自主研发的深海原位核酸采集系统，对南海一千米水深微生物群落开展环境基因组和转录组学的比较分析，发现了不同季节下基本一致的代谢活跃的“土著”微生物类群。该研究不仅揭示了深海存在季节稳定的活性微生物核心群体，也揭示了它们在基因表达层面具有明显的季节性代谢分工。这一发现突破了以往依赖DNA样本对深海微生物功能的推断偏差，确立了原位RNA采样在深海生态研究中的不可替代性。这一发现为理解深海碳循环和氮循环的季节动态提供了关键证据，也为建立更精准的全球海洋生物地球化学模型奠定了基础。

研究成果以“深海活跃微生物群落结构与代谢的季节性变化”（Seasonal variability in community structure and metabolism of active deep-sea microorganisms）为题，发表于《国际微生物生态学学会期刊》（The ISME Journal）。

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韩三阳团队与合作者在稀土电发光领域取得新进展

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针对镧系掺杂纳米晶电致发光中激子产生、输运和注入的根本性难题，韩三阳副教授团队联合黑龙江大学许辉、韩春苗教授团队和新加坡国立大学刘小钢院士团队，通过镧系掺杂纳米晶和有机半导体小分子杂化的策略，精确调控有机无机杂化体系的各组分能级结构，成功观测到电致激子在绝缘纳米晶界面处的自旋态高效转换和界面能量注入，进而在器件结构不改变的情况下实现了在可见乃至近红外区的电致发光。

相关研究成果以“捕获电生激子实现可调谐的稀土纳米晶体电致发光”（Electro-generated excitons for tunable lanthanide electroluminescence） 发表于《自然》（Nature）期刊。这是清华SIGS科研团队今年发表的第五篇《自然》文章成果。

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张一团队在中国超大城市车网互动潜力评估研究中取得新进展

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张一副教授团队建立了移动-V2G耦合分析框架，模拟了广东省深圳市48万辆私家电动汽车的出行和充放电行为，并详细分析了它们参与电网调节的效果。这项研究不仅为超大城市量化评估V2G潜力提供了开创性的分析工具，其结论也为政府制定高效、公平且用户友好的车网互动政策提供了关键的科学依据，避免了未来可能的盲目投资。

相关研究成果以“全面考虑真实行为因素的中国超大城市车网互动潜力评估”（Unlocking vehicle-to-grid potential of load shifting in China’s megacities considering comprehensive real-world behaviors ）为题发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。

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孙波团队阐释多层结构器件中电子隧穿传热机理

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孙波副教授团队在半导体器件热管理领域揭示了一种全新的电子隧穿传热机制，阐释多层结构器件中电子隧穿传热机理。该发现有助于解决现代电子设备面临的重大“热瓶颈”问题，为提升半导体器件的可靠性与稳定性开辟了一条热管理新途径。这意味着无需改变复杂的材料和结构，即可通过调控电学条件来实现高效散热。

相关成果以“电子隧穿提高金属-绝缘体-半导体结界面热导（Electron Tunneling Enhances Thermal Conductance through Metal-Insulator-Semiconductor Junctions）”为题，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

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干林课题组在氢电催化条件下铂纳米催化剂的真实表面结构和性质研究中取得重要进展

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干林副教授课题组在氢电催化条件下铂纳米颗粒表面原位生成氢化物及其自调控行为研究中取得重要进展。该工作揭示了在氢电催化相关电位下经历长期循环后，2纳米以下Pt纳米催化剂颗粒的表面原位形成1–3个原子层的铂氢化物，并系统阐明了其对氢氧化反应（HOR）和析氢反应（HER）活性与稳定性的影响机制，为深入理解Pt纳米颗粒在质子交换膜燃料电池及电解水体系中的真实表面结构与动态催化行为提供了关键科学依据。

相关成果以“亚2 nm Pt纳米颗粒原位生成表面氢化物及其自调控氢电催化”（Self-modulated hydrogen electrocatalysis on sub-2-nm platinum nanoparticles by in situ generated surface hydrides）为题，在线发表于《自然·通讯》（

Nature Communications

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耿洪亚团队在跨尺度生物样本冷冻保存领域取得新进展

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耿洪亚助理教授团队在前期研究抗冻多肽和抑冰-光热纳米冻存剂的基础上，设计了一种具有雪人状结构的Janus纳米杂化材料（VPF）。从“抑冰–升温”两条主线同步展开，通过结构设计、界面调控与能量耦合策略，实现了在微观与宏观尺度上均极具突破性的抑冰与超快均匀复温能力。

相关成果以“Janus纳米杂化材料实现跨尺度冻存的超快复温与高亲和抑冰效应”（Janus Nanohybrids Enable Superflash Warming and High-Affinity Ice Confinement for Cross-Scale Cryopreservation）为题，以研究论文形式发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。

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康飞宇、翟登云团队与合作者在普鲁士蓝正极材料的合成及其在离子电池的应用取得系列进展

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康飞宇教授、翟登云副教授团队与华中科技大学冯光教授团队合作，在普鲁士蓝正极材料的合成与结构设计方面取得系列进展。团队针对普鲁士蓝结构中的阴离子空位存在形式及其调控开展研究。通过解析锰基普鲁士蓝在合成生长过程中空位的潜在形成机制，提出了一种基于反应物价态调控的策略，实现了结构型空位的可控生成。此外，团队创新性地提出了间接性还原的方法，使得材料在过渡金属保持低价态的情况下，仍能遵循空位电荷平衡机制，进一步提高了结构中空位的含量。

相关成果分别以“一种具有高容量、快充性能、用于锂离子电池负极的层状普鲁士蓝材料的开发”（A layered Prussian blue analogue as fast-charging negative electrode material for lithium-ion batteries）和“揭示锰基普鲁士蓝正极材料的结构型空位对电化学储能的影响”（Unveiling the role of structural vacancies in Mn-based Prussian blue analogues for energy storage applications）为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）和《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。

另外，团队提出了多种可规模化制备的普鲁士蓝正极材料的合成方法，并申请了专利。并且，针对钾离子电池铁基普鲁士蓝不可控的[Fe(CN)6]4-空位和结晶水问题，团队提出了一种反应环境定制的合成策略。

相关成果分别以“利用机械化学法规模化制备具有高容量的钾离子电池锰基普鲁士蓝正极材料”（Scalable mechanochemical synthesis of high-quality Prussian blue analogues for high-energy and durable potassium-ion batteries）和“利用可循环使用的高浓反应液制备高结晶度、低缺陷的钾离子电池铁基普鲁士蓝正极材料”（Reaction Environment-Tailored Synthesis of High-Quality Prussian Blue Analogues for Ultra-Stable Potassium Ion Batteries）为题，发表在《能源与环境科学》（

E

nergy & Environmental Science

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曾龙团队合作在文本-3D场景生成技术领域取得进展

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曾龙副教授课题组与合作者联合攻关，研究搭建一个3D场景布局系统，能在给定某个高质量的3D资产库的情况下，从文本或图像输入下，即可生成自然、细致且逻辑连贯的3D场景布局。

相关成果以“Imaginarium：视觉引导的高质量3D场景布局生成”（Imaginarium: Vision-guided High-Quality 3D Scene Layout Generation）为题，被计算机图形学领域顶会SIGGRAPH Asia 2025接收，并同时发表在《美国计算机协会图形汇刊》（ACM Transactions on Graphics）期刊上。

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张灿阳团队在微针透皮给药领域取得新进展

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张灿阳副教授团队研发了一种可溶气泡微针贴片（DBMNPs），实现了多种亲/疏水药物的空间分隔负载与时序控制释放，成功破解了可溶微针共负载和共递送亲/疏水药物，同时实现杀菌与抑制炎症的难题。该研究为微针技术的多功能化提供了新的思路，尤其适用于需亲疏水药物协同给药的皮肤病、及个性化医疗场景，也为其他需要多药物协同治疗的皮肤疾病提供了可行的技术路径。

相关成果以“可溶气泡微针贴片用于疏水和亲水药物的共同递送以改善寻常性痤疮的治疗”（Dissolved Bubble Microneedle Patches for Co-Delivery of Hydrophobic and Hydrophilic Drugs to Improve Acne Vulgaris Therapy）为题，发表在期刊《微系统与纳米工程》（Microsystems & Nanoengineering）上。

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耿洪亚团队在仿生力学水凝胶调控三维细胞浸润方面取得新进展

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耿洪亚助理教授团队基于在低温生物工程和控冰技术方面的积累，开发了一种具有仿生天然细胞外基质的“负应力”效应的胶原蛋白水凝胶（F-gel），该材料能在外力压缩时，沿加载方向产生主动的牵引力（负应力），而非传统材料被动的抗压阻力（正应力），从而成功模拟天然ECM的牵引力信号，显著促进了神经细胞定向排列与深度浸润。

研究成果以“水合介导的负应力水凝胶用于三维细胞深层浸润”（Hydration-Mediated Negative Stress Hydrogel for 3D Cell Infiltration）为题，发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。

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景路团队在颗粒流边界层动力学研究中取得进展

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景路副教授团队通过离散单元法数值模拟和颗粒流理论分析，对不同斜面粗糙度条件下的均匀稳定颗粒流进行了深入剖析。研究发现，只有底部粗糙度达到某个阈值以上时，颗粒流速度分布才符合经典的拜格诺标度率；斜面光滑或一般粗糙时，颗粒流底部会形成剧烈滑移和碰撞主导的稀疏边界层，极大改变颗粒流的运动特性。

研究成果以“光滑与粗糙斜面颗粒流底部边界层：运动、滑移和流变”（Basal layer of granular flow down smooth and rough inclines: kinematics, slip laws and rheology）为题发表在《流体力学期刊》（Journal of Fluid Mechanics）上。

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速览！近期清华SIGS科研创新“硬核”捷报！

以废治废、变废为宝！清华SIGS“绿色实验室”里的“产研密码”

清华SIGS年度第5篇Nature：为稀土穿上“能量转换外衣”

来源|生物医药与健康工程研究院 材料研究院 海洋工程研究院 未来人居研究院 数据与信息研究院

编辑|吴鸿瑶

鸣谢|科研处

审核|聂晓梅 林洲璐 叶思佳

排版|曹芷若