新进展！新成果！

海水电解制氢

肿瘤光诊疗

钙钛矿太阳能电池研究

广工科研多点开花 成果频出

快跟着工仔

探索智慧与创新的魅力吧！

余林教授团队在直接海水电解制氢研究领域取得重要进展

近日，轻工化工学院余林教授团队在直接海水电解制氢研究领域取得重要进展。相关研究论文以 "An 'ice-like' water film for corrosion-proof seawater electrolysis"为题，发表于能源与环境领域的国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》（影响因子：30.8，中科院一区TOP期刊）。

随着可再生能源的快速发展，利用丰富的海水资源直接电解制取绿氢，是解决未来能源需求与实现“双碳”目标的重要路径。但海水中高浓度的氯离子会对电极催化剂造成严重腐蚀，导致催化性能快速衰减。传统研究多聚焦于构建"更强"的固态屏障来阻挡氯离子，但难以从根本上避免腐蚀发生。余林教授团队转换研究视角，从电极/溶液界面的双电层结构入手，设计了一种新型催化剂，在电解过程中诱导界面水分子重排，构筑了一层高度有序、类似冰结构的致密氢键网络水膜。

该“类冰状水膜”凭借其强大的共价O-H键和密集的氢键网络，形成了一道动态、自更新的物理屏障，能够有效阻挡氯离子向电极内亥姆霍兹平面（IHP）的迁移，从源头解决腐蚀问题。实验表明，基于该策略的催化剂在模拟海水和真实海水中均表现出优异的稳定性与催化活性，组装的电解槽在工业级条件下可稳定运行超1000小时，展现了良好的实际应用前景。该工作首次将催化剂动态演化与界面水分子结构调控相结合用于抗氯腐蚀电解海水，颠覆了传统钝化层的思维定式，为设计长效、稳定的海水电解催化剂提供了全新见解。

论文第一作者为2023级硕士研究生袁梓慧，通讯作者为轻工化工学院余林教授、华中科技大学刘友文教授等。广东工业大学为论文的第一完成单位。

郝春雁/栾天罡教授团队与张山青教授团队联合在环境健康与能源领域发表重要综述

锂离子电池产业正在推动全球清洁能源转型，但其背后的环境代价，特别是新兴污染物的潜在威胁，已成为关乎产业绿色发展的核心议题。近日，我校郝春雁/栾天罡教授团队联合张山青教授团队，以“A Critical Review on PFAS in Lithium-Ion Batteries: Application, Monitoring, Exposure and Health Risk”为题，在国际环境与能源领域的顶级期刊《Energy & Environmental Science》（五年平均影响因子：35.1，中科院一区TOP期刊）发表重要综述论文。系统总结了全氟和多氟烷基物质（PFAS）在锂离子电池生产与应用过程中的功能作用、环境释放途径、检测方法及其潜在暴露风险与相关毒性。广东工业大学生物医药学院为论文第一完成单位，席冠副教授为论文第一作者，郝春雁教授为论文唯一通讯作者。

本综述对锂电池产业中新兴PFAS的“应用—监测—暴露—健康风险”链条进行了系统性梳理与评估。聚焦了锂电池相关PFAS的释放、环境行为、全球分布，以及传统靶向分析向高分辨质谱非靶向筛查的检测分析演变趋势，并探讨了其通过职业暴露、膳食摄入及环境接触等途径进入人体的可能性，由此阐述了这类新兴PFAS对生态系统及人体健康潜在的毒性效应及相关风险。本文揭示了锂电能源产业作为环境中PFAS新污染源的严峻现实，旨在为相关风险管控、监测规范的制定、政策法规的完善，以及绿色替代材料的研发推广提供重要科学指引与依据。

IMT团队在金刚石FET超灵敏传感器制造与应用取得新进展

近日，广工高性能工具全国重点实验室、广东省微创手术器械设计与制造技术重点实验室的袁志山教授课题组金刚石超灵敏传感器制造与应用取得新进展，实现掺硼金刚石液栅场效应晶体管（BDD-SGFET）超灵敏生物传感器制造以基因突变检测验证。相关成果以论文形式在TOP期刊《Microsystems & Nanoengineering》（Q1, IF=9.9）在线发表。

基因突变（如碱基错配）的精准检测对于非小细胞肺癌（NSCLC）等重大疾病的分子水平分析、早期诊断和靶向治疗至关重要。然而，传统的测序和核酸扩增技术（如PCR）依赖复杂的样本预处理和昂贵的光学设备，难以满足即时检测（POC）的需求。此外，现有的场效应晶体管（FET）生物传感器多采用硅或金属氧化物作为沟道材料，在极端pH或电解液环境中面临易氧化腐蚀、背景噪音大及长期稳定性差等难题。此外，传统的平面型掺硼金刚石（BDD）传感器受限于比表面积，导致检测灵敏度受限 。

针对上述难题，在国家自然科学基金面上项目（基因突变检测金刚石纳米线双离子束刻蚀机理与工艺研究，No. 52175388）项目资助下，团队开展了金刚石场效应晶体管的微纳结构设计与可控制造研究。该研究设计了一种具有三维微米线结构的掺硼金刚石溶液栅极场效应晶体管（BDD-SGFET）生物传感器。利用TCAD仿真揭示了金刚石微米线尺寸对器件电学性能的影响规律，并通过微波等离子体化学气相沉积、光刻和等离子体刻蚀等极端制造工艺，成功制备了具有该三维微结构的BDD-SGFET超灵敏传感器。这一创新结构大幅增加了传感区域的比表面积并提高了栅极电容，有效降低了器件的阈值电压并显著提升了跨导性能，在此基础上实现了对10 pM浓度目标的极限检测，并精准辨识出表皮生长因子受体（EGFR）两个碱基对错配。

这项研究为高性能金刚石场效应晶体管的设计与制造提供了新思路，更为下一代无标记分子检测分析技术打造了一个快速稳健的平台。其优异的序列选择性、在复杂环境下的卓越抗干扰能力以及高稳定性，使其在基因变异分析、癌症早期诊断以及便携式即时检测等精准医疗领域中具有广泛应用前景，展示了微米级 BDD-SGFET 作为基因突变分析基础工具的巨大潜力。

以上工作以题为“Boron-doped diamond solution-gate field-effect transistor (BDD-SGFET) biosensor for gene mutation detection”于TOP期刊《Microsystems & Nanoengineering》（Q1，IF=9.9）上发表。IMT团队硕士生林泽龙、博士生郑昀、硕士生陈奕森和团队学术带头人王成勇教授为共同作者，袁志山教授为通讯作者 。

这项工作由国家自然科学基金面上项目（No.52175388）资助。

图 | 用于突变基因检测的 BDD-SGFET 生物传感器的结构和原理示意图

何军教授团队研究发现：给分子“拧个角度”，就能精准控制化学反应

近日，轻工化工学院何军教授团队在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》上发表重要研究成果。研究团队发现，通过调整MOF材料中一个微小结构——“连接体”的扭转角度，就能像旋钮一样精准控制活性氧的生成类型，从而实现高效、高选择性的有机合成。

活性氧是一类性质活泼的含氧物质，在我们的日常生活中并不陌生——切开的苹果放久了会变黄，就是活性氧在“工作”。在化学合成领域，科学家利用光和催化剂激活空气中的氧气，产生活性氧来驱动化学反应。这种方法绿色、可持续，前景广阔。但活性氧也有不同的“性格”：单线态氧和羟基自由基，氧化性非常强，像“散弹枪”一样，反应猛烈但容易“过度”，产生不必要的副产物；超氧自由基，氧化性适中，更像“精确制导导弹”，既能高效完成反应，又不会“伤及无辜”，是实现高选择性合成的理想选择。如何让反应按照我们的意愿，选择性地生成超氧自由基，而不是其他活性氧？

研究团队用“分子扭转角”作为调控手柄，设计了一对“分子双胞胎”——两种结构非常相似的镍基MOF材料。它们就像一个模子刻出来的，唯一的区别在于其中一个关键结构（连接体）的“扭转角度”不同：Ni-TTPz-α（连接体呈平面舒展的构型）和Ni-TTPz-β：（连接体呈扭曲锯齿的构型）。研究发现，平面型材料（Ni-TTPz-α） 能够高效生成超氧自由基，生成速率是扭曲型材料的15倍，而扭曲型材料主要生成单线态氧，且整体性能远不如前者。

在光催化苄胺氧化偶联生成亚胺的反应中（这是一类重要的化学反应，亚胺是合成药物和精细化学品的关键中间体），两种材料的差距一目了然：其中平面型MOF催化产率高达99%，并且表现出潜在的工业应用价值。

这一发现首次从分子层面揭示了“连接体扭一下角度”如何影响整个材料的性能，为设计新一代光催化剂提供了全新的思路。

广东工业大学为论文第一完成单位，轻工化工学院研究生周华群和胡洁颖作为第一作者，何军和韩彬为通讯作者。

张紫辉教授团队在实现紫外光到蓝光的可视化预警研究领域取得重要进展

近日，广工集成电路学院张紫辉教授团队在实现紫外光到蓝光的可视化预警研究领域取得重要进展。相关研究论文以“Making UV light visible by exciting polarization-gate phototransistor to achieve energy transfer into GaN-based blue emission”为题，发表于光学领域的国际顶级期刊《Light: Science & Applications》（影响因子：23.4，中科院一区TOP期刊）。

紫外光电探测器是监测紫外线强度的核心器件。目前，基于AlGaN材料的光电探测器因其高效的光电转换能力而被广泛应用。然而，传统紫外光探测器通常需要复杂的封装工艺或额外的栅极控制，增加了制造成本和操作难度。此外，紫外光本身不可见，如何快速、直观地感知其存在，一直是研究热点。近年来，研究者尝试将紫外光探测器与可见光LED单片集成，通过紫外光激发可见光发射，实现对紫外光的可视化检测。现有方案包括：利用多量子阱同时实现发射与吸收、将可见光LED模块与紫外探测器芯片封装集成、以及设计NPN结构实现无栅极控制等。然而，这些方案或需要复杂的栅极控制，或依赖反向偏置的PN结，难以兼顾高灵敏度和低功耗。因此，开发一种结构简单、响应迅速、易于集成的紫外光探测器件，成为领域内的重要挑战。

图 | (a)等效电路图及工作机理：(a1)305 nm的紫外光和(a2)Mini-LED产生的460 nm可见光的EL光谱；(a3)无305 nm紫外光激发时光晶体管关闭；(a4)有紫外光激发时光晶体管开启；(b)输入偏压、外部紫外光信号与可见光信号的逻辑关系示意图；(c)紫外激发光源的光功率随注入电流的变化关系；(d)不同紫外光功率下Mini-LED的电致发光光谱。

针对上述挑战，研究团队创新性地提出并研制了一种基于极化栅效应的单片集成光电器件。该器件由两部分组成：极化栅紫外光晶体管和InGaN/GaN基可见光Mini-LED，两者通过原位外延生长集成于同一蓝宝石衬底上。该光电集成器件最突出的创新在于其“极化栅”设计。与传统的三端光晶体管不同，该器件仅有两个电极。如图1所示，研究者利用u-GaN/AlGaN异质结界面的极化效应产生的负极化电荷，在u-GaN(L1)层中形成电子耗尽区，从而在无紫外光照射时自然夹断电子通道，使器件处于关闭状态，电流无法流向Mini-LED。这种设计完全摒弃了外部金属栅极沉积，降低了工艺复杂度。当305 nm的紫外光照射到光晶体管区域时，光生载流子会屏蔽极化电场，恢复u-GaN(L1)层中的电子通道。这使得电流得以流通，并注入Mini-LED的多量子阱中，激发出460 nm的可见蓝光。实验表明，在12.7 mW紫外光激发下，Mini-LED的输出光功率高达81.1 mW，实现了对紫外光的高效可视化转换。

当无紫外光照时，器件在10 V偏压下的正向电流低于1.4×10⁻⁴mA，确保了器件的低功耗和“常关”安全特性。当器件处于1.3 mW紫外光照条件下时，可将其放大为蓝色的可见光，实现高达32.7倍的光功率转换效率和49.8倍的光子数转换效率。这意味着即使是微弱的紫外光，也能被放大为人眼可见的明亮蓝光。研究团队指出，这一成果作为两端器件，便于转移至柔性衬底，为开发低成本、高集成度的可穿戴紫外光预警设备提供了全新的技术路径。此外，该技术还可拓展至紫外光通信和可见光通信领域。通过进一步优化材料生长和器件结构以缩短响应时间、提高灵敏度，这项技术将让看不见的紫外光真正变得“可见”，在个人健康防护、特殊环境预警等领域发挥重要作用。

图 | (a)不同正向偏压下的噪声功率密度；(b)不同紫外光功率下Mini-LED的光功率随偏压的变化；(c)不同紫外光功率下Mini-LED的外量子效率随偏压的变化；(d)可见光与紫外光光子数比随注入电流的变化；(e)可见光与紫外光功率转换效率随注入电流的变化。

广东工业大学楚春双副教授为论文第一作者，广东工业大学张紫辉教授为通讯作者。广东工业大学集成电路学院为论文第一完成单位。

半导体材料与器件团队在钙钛矿太阳能电池领域取得新进展

近日，材料与能源学院半导体材料与器件团队冯星教授、陈俊如副教授团队联合福建农林大学欧阳新华教授，在钙钛矿太阳能电池研究方面取得新进展。研究团队创新性地提出一类具有“天线效应”的新型芘基非掺杂空穴传输材料，在 n-i-p 结构钙钛矿太阳能电池中实现了 25.47% 的光电转换效率，并表现出优异的热、光和湿度稳定性。相关成果以 “Beyond the Sum of Its Parts: Alkyl-Chain Engineering Unlocks Dopant-free Pyrene-based Antenna Molecules for Efficient Perovskite Solar Cells” 为题，发表在《Angewandte Chemie International Edition》，广东工业大学为论文第一完成单位。

钙钛矿太阳能电池因具备高效率、低成本等优势，被认为是极具发展潜力的新一代光伏技术。近年来，其认证效率已由早期的 3.8% 快速提升至 27%以上。不过，在高效率背后，器件中常用的空穴传输材料通常需要借助锂盐、叔丁基吡啶等外加掺杂剂来提升导电性。这类添加剂虽然能够改善器件初始性能，却容易引发吸湿、迁移和界面副反应等问题，进而影响器件长期稳定性和应用前景。围绕这一关键瓶颈，开发无需掺杂、兼具高效传输与高稳定性的空穴传输材料，已成为领域内的研究热点和难点。

创新设计：“天线效应”+“烷基链工程”实现性能突破

研究团队从分子设计的源头出发，将芘的强荧光特性、大共轭结构与三苯胺的优异空穴传输能力相结合，通过精确调控烷基桥连链的长度，设计合成了一系列新型芘基天线分子（PyTPA-9C、PyTPA-10C、PyTPA-13C）。研究发现，这类分子不仅继承了前体材料的“天线效应”——即随着三苯胺单元增多，光吸收系数和荧光量子产率显著提升，更揭示了一个关键规律：烷基链的“奇偶效应”对分子构型、能级结构和电荷输运性能起着决定性作用。其中，具有偶数碳癸基链的PyTPA-10C，形成了独特的“梯型”构象，实现了：

更优的能级匹配：与钙钛矿层形成理想的能级排列，显著降低空穴提取能垒；

高效的电荷提取与输运：瞬态光电流测试表明，PyTPA-10C具有最快的空穴提取速度（0.67 μs）；

显著抑制电荷复合：其复合电阻高达26.8 kΩ，远优于对照材料；

优异的界面缺陷钝化能力：陷阱态填充电压降至0.242 V，有效减少非辐射复合损失。

最终，基于PyTPA-10C的非掺杂空穴传输层，在n-i-p结构器件中实现了25.47% 的光电转换效率，这是迄今为止非掺杂有机小分子空穴传输材料在n-i-p结构钙钛矿太阳能电池中的最高效率之一。

该研究不仅获得了一类性能优异的非掺杂空穴传输材料，更提出了一种具有推广意义的分子设计思路：在芘基“天线分子”体系中，通过精细调控烷基链长度及其奇偶效应，可实现分子构型、能级结构、载流子输运与界面稳定性的协同优化。 这一策略为开发兼具高效率与高稳定性的新型有机空穴传输材料，推动钙钛矿太阳能电池走向实际应用，提供了重要的理论指导和实验依据。

余林教授团队在质子交换膜电极电解水制氢研究领域获得新进展

轻工化工学院余林教授团队继在直接海水电解制氢领域取得重要研究成果后（An “ice-like” water film for corrosion-proof seawater electrolysis. Energy & Environmental Science, 2026, online），近日在质子交换膜电极电解水制氢（PEMWE）研究领域再获新进展。相关研究论文以 "Electrified interfacial oxygen-down water boosts efficient and durable electrolysis"为题，发表于Nature旗下期刊《Nature Communications》。广东工业大学为论文第一完成单位。

目前，利用可再生能源驱动的电解水被广泛认为是实现清洁高效制氢、推进碳中和目标的关键技术路径，但其效率长期受制于阳极析氧反应（OER）缓慢的动力学过程，而且在强酸环境下催化剂稳定性面临严峻挑战。针对以上难题，研究团队提出了一种创新性的“定向水分子构型”策略——直接优化界面水分子的排列方式。在具有边缘位错结构的RuO2催化剂中，研究人员成功诱导界面水分子形成有序的“氧端朝下”构型。这种特殊结构源于位错区域中压应力与拉应力的协同作用：压应力促进质子快速排出，而拉应力则增强对氧的吸引，从而驱动水分子有序排列。

实验与理论计算结果表明，有序的水分子结构不仅显著加快了水分子去质子化过程，还通过构建稳定的氢键网络，实现质子的快速“接力式”传输，有效避免局部酸性过强所引发的催化剂腐蚀。同时，预先定向的水分子可直接参与反应，省去传统体系中随机取向调整的步骤，使反应能垒降低约50%以上。性能测试显示，该催化剂在10 mA cm-2电流密度下仅需179 mV过电位，并可稳定运行超过1000小时。在实际运行的质子交换膜电解槽中，其在1 A cm-2条件下连续运行超过720小时，展现出优异的工业应用潜力。

该研究为打破电解水析氧过程中活性与稳定性此消彼长的固有矛盾提供了新思路，也为设计电解水高性能催化材料开辟了新方向。

论文第一作者为2023级博士生许盈盈，通讯作者为广东工业大学余林教授、华中科技大学刘友文教授以及海南大学王浩志教授。

林展教授团队在退役锂离子电池回收再利用领域取得重要进展

近日，轻工化工学院林展教授团队在退役锂离子电池直接回收再利用领域取得了原创性进展。团队聚焦于退役电池材料组分难以分离的关键科学问题，设计了一种兼容于正/负极的水溶性超分子粘结剂，利用粘结剂中的氢键和离子键键合作用，通过其在热水中的可逆解离，实现了活性材料组分的快速剥离、高效分离及直接再生利用。该设计着眼于退役电池材料组分的分离难题，颠覆了传统的电池结构体系，通过创新设计功能化粘结剂，实现了电池材料组分的“稳定服役—高效分离—直接回收利用”，简化了回收过程并节约了大量能耗。相关成果发表于Nature大子刊《Nature Sustainability》，广东工业大学为论文唯一署名单位，吴曙星副教授为论文唯一第一作者，林展教授为论文唯一通讯作者。

随着电动汽车产业的快速发展，全球锂离子电池装机规模持续扩大，并逐步进入集中退役阶段，电池资源高效回收与循环利用已成为能源与环境领域的重要课题。直接回收可保留并修复电极活性材料结构，被认为是退役电池回收的理想路径。然而，在实际电池体系中，粘结剂对电极组分的强粘附作用使活性材料难以有效分离，成为制约直接回收的关键因素。本研究从电池设计源头出发，开发了一种超分子水溶性粘结剂，可有效替代现有商业化粘结剂。该粘结剂对正/负极材料具有良好的兼容性，其内部构建的氢键和离子键键合相互作用可随温度升高发生解离，使其在热水中快速溶解，从而实现退役电池材料组分的高效分离和直接再生。这一工作突破了传统“先使用、后回收”的被动模式，使电池在诞生之初便具备高效再生循环利用属性，为破解锂离子电池闭环回收难题提供了关键的解决方案。

生物材料团队发表肿瘤光诊疗研究成果

近日，生物医药学院生物材料团队何燕副教授和刘旭杰副教授在药物化学领域国际权威期刊《Journal of Medicinal Chemistry》（IF：6.8）上在线发表题为“Triple-Modal Mitochondrial G-Quadruplex-Targeted Hemicyanine Photosensitizer SPNO for Imaging-Guided Tumor Phototheranostics”的研究论文。该研究成功设计并构建了一种靶向线粒体DNA G-四链体的新型近红外半花菁光敏剂SPNO，成功整合了荧光成像、G4稳定化和光治疗三模态功能，实现了成像引导的肿瘤协同治疗。

传统的单模式光治疗存在穿透深度有限、难以根除微转移灶等问题。本研究提出的分子设计策略，在线粒体靶向单元（三苯基膦）和苯并噻唑骨架基础上，通过引入甲氧基取代和扩展π桥，优化了分子的光物理性质，使其吸收/发射波长红移至近红外区（685 nm），实现了深组织穿透与实时肿瘤定位。该光敏剂SPNO能特异性识别并稳定线粒体DNA G-四链体，在无光照条件下即可通过诱导细胞周期G0/G1期阻滞抑制肿瘤增殖与转移；在近红外激光照射下，可高效产生I型与II型活性氧并具备优异的光热转换性能，协同光动力与光热治疗。在乳腺癌小鼠模型中，SPNO介导的诊疗一体化方案显著抑制了肿瘤生长，且未表现出全身毒性，展现出了良好的生物安全性。该成果不仅为克服单模式治疗的局限性提供了新策略，而且为基于G-四链体的精准癌症诊疗药物设计提供了全新范式。本研究从分子识别到功能输出的完整证据链，阐明了SPNO通过靶向线粒体能量代谢基因和凋亡通路发挥抗肿瘤作用的分子机制，深化了对G-四链体靶向光疗协同作用的理解，有望推动相关领域的发展。

本论文的第一作者为广东工业大学生物医药学院2022级硕士研究生董嘉鹏，生物材料团队何燕副教授、刘旭杰副教授为共同通讯作者。广东工业大学为论文的第一完成单位。

每一次突破皆源于深耕

每一项成果都承载初心

广工科研人

将怀揣热忱、勇毅前行

向科技前沿

不断迈进、不息探索

再创创新华章

学校新闻网

编辑| 黄淑芬 黄樱杭

运营| 学生新闻中心

责编| 王宇涵

初审| 李成瑶

复审| 杜清

终审| 张育广