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刘全兵教授课题组为高安全锌基电池设计与预警提供新的光学诊断策略

近日，广工轻工化工学院刘全兵教授联合挪威科技大学研究团队在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》发表重要研究成果。研究团队利用FBG光纤传感器，实现了镍锌电池在宽电压窗口下循环过程中应变与温度的原位、高同步监测，揭示了从双电层行为到不可逆副反应的多尺度演化规律，为高安全锌基电池的设计与预警提供了新的光学诊断策略。

在可充电镍锌电池中，电极相变、离子迁移与副反应（如析氢、锌枝晶生长）会直接影响电池的循环寿命与安全性能。然而，传统电化学表征方法难以同时捕捉电池内部的力学与热响应，限制了对关键失效机制的理解。FBG传感技术凭借其高灵敏度、抗电磁干扰与可原位集成的优势，为电池内部多物理场监测提供了理想的工具。

研究团队通过构建FBG原位监测系统，对镍锌电池在不同充电截止电压下的应变与温度演化进行了系统性分析。研究发现：1）在低电压区间（<1.86 V），电池表现出与双电层行为高度相关的可逆微小应变与温度变化，揭示了界面离子吸附与溶剂重排过程；2）在正常工作区间（1.86–1.875 V），应变与温度信号与锌的可逆沉积/溶出及正极相变过程高度同步，实现了对法拉第反应的精准追踪；3）在高电压过充区间（≥1.88 V），充电阶段应变与温度出现急剧、不可逆的上升，清晰地反映了材料的异常相变、析氢与锌枝晶生长等不可逆副反应的发生，为电池过充失效提供了早期预警信号。这一工作首次在镍锌电池中实现了从界面双电层行为到整体失效过程的多尺度原位监测，为高安全、长寿命锌基电池的机理研究与性能优化提供了全新的表征手段与设计思路。

广东工业大学为论文第一完成单位，轻工化工学院“青年百人”康天星为论文第一作者，刘全兵教授和挪威科技大学Steven Boles教授为论文通讯作者。

霍延平教授课题组在有机电致发光方面取得突破进展

近日，广工轻工化工学院霍延平教授课题组在国际顶级学术期刊《Advanced Materials》上发表了题为“Rationally Designed Multi-Resonance Emitters Achieving >42% EQE in Ultra-Green OLEDs”的重要研究论文。广东工业大学为第一完成单位。轻工化工学院陈文铖副教授、霍延平教授以及澳门科技大学唐建新教授为共同通讯作者。第一作者为2024届硕士优秀毕业生陈国威（目前在澳门科技大学攻读博士学位）。

随着超高清显示技术的快速迭代，人们对屏幕色彩的真实性、细腻度要求越来越高，而实现符合超高清标准的超高纯度绿发光材料，一直是有机电子领域的重大挑战——既要让发光光谱足够狭窄以保证色纯，又要兼顾高效的激子利用和高光提取效率，三者之间的相互制约，成为了阻碍有机发光二极管（OLED）显示技术向更高分辨率升级的关键技术瓶颈。

针对上述核心瓶颈，研究团队提出了“芴桥刚性锁定-近平行给体取向”的分子设计策略，通过刚性约束硼系多重共振发光核心基团并精准调控给体的空间排列，实现了发光颜色、激子利率与光提取效率的协同优化。该设计利用芴桥刚性锁定硼氮多重共振发光核心区域，显著增强了结构的刚性与平面性；同时引入平面的富电子基团，实现了给体平面与发光核心平面的近乎平行堆积。这种精细的空间结构不仅能有效抑制聚集猝灭，还实现了高达94%的优异水平偶极取向因子，大幅提升了光提取效率。此外，紧密堆积引发的空间电荷转移效应有效加速了反向系间窜跃过程，实现了极高效率的激子捕获与利用。

得益于上述多维度协同优化，该材料在OLED器件中展现出突破性的性能。其非敏化器件的最大外量子效率达到39.6%，发光峰位于516 nm，半峰全宽仅为27 nm，其色纯度符合国际电信联盟（ITU）制定的BT.2020超纯绿光标准。通过引入敏化剂构建的超荧光器件，更是刷新了目前已知绿光多共振材料器件的效率纪录，最大外量子效率高达42.2%，且在高亮度下表现出良好的效率稳定性。

该研究成功打破了传统有机电致发光材料在发光色纯度、激子利用与光提取效率之间的多重制约，为下一代超高清高色纯度显示材料的理性设计提供了新思路。

致谢：本研究得到了国家自然科学基金委区域创新发展联合基金重点项目等基金的资助，以及广东工业大学分析测试中心的技术支持。

何军教授团队在可解释机器学习赋能绿色制氢催化材料领域取得原创性突破

近日，广工轻工化工学院何军教授团队在可解释机器学习赋能绿色制氢催化材料领域取得原创性突破，相关研究成果正式发表于国际顶级化学期刊《Journal of the American Chemical Society（JACS）》。研究跳出传统“试错筛选”研发老路，以可解释人工智能破解羟基、氨基双官能团协同催化科学难题，精准定向开发出无外加助剂、超高活性MOF基光催化析氢新材料，为我国绿氢产业化关键催化剂自主可控提供全新研发范式。

太阳能光催化分解水制备绿氢是助力 “双碳” 战略、实现可再生能源规模化利用的核心技术路径，而高性能光催化剂是关键材料。传统MOF基催化剂研发长期依赖大量试错实验，科研人员依靠经验反复调配配体、金属组分，研发周期长、原料损耗大，极易困在局部性能瓶颈；目前，绝大多数机器学习预测模型是无法解释的“黑箱”，只能输出性能数据，找不到分子结构与催化活性的内在规律，难以指导分子精准设计，严重制约高效催化材料的精准创制。

针对行业共性痛点与基础科学难题，何军教授团队另辟蹊径，构建“数据库搭建—可解释 AI解构机理—虚拟高通量筛选—定向合成验证” 全闭环研发新范式。团队首先整合国内外文献与自主实验数据，搭建MOF光催化样本的高质量数据库，精细化拆分配体骨架、官能团、金属簇、反应条件四大类特征，提取200余项物化描述参数；选用 CatBoost 机器学习模型完成活性预测，依托SHAP、皮尔逊相关性等分析打破AI黑箱，首次从分子层面探明羟基（-OH）与氨基（-NH₂）协同调控催化的核心科学规律：羟基依靠吸电子诱导优化配位环境，氨基凭借共轭给电子调控电子分布，二者以特定配比协同平衡电荷分离与空穴复合效率，从根源厘清双官能团耦合提升产氢的微观机制。

在机理指引下，团队创新骨架导向遍历筛选法（SGES），基于数据库骨架衍生超13万种虚拟MOF分子库，快速锁定三羟基/三氨基配体和Fe₂Ni 双金属簇最优组合。按照AI给出的精准配比定向合成新型MOF催化剂，实测光催化析氢速率达73.7mmol·g⁻¹·h⁻¹，较基准样品提升 15.8%，预测与实测偏差仅4.18%，催化剂无需外加光敏剂与助催化剂。结合谱学与理论计算，完整阐明微观作用机理，实现 “AI预测—虚拟筛选—实验验证” 全闭环研发。

该成果立足国家对绿氢、新能源催化材料领域重大战略需求，打破传统试错研发模式，构建普适性新材料开发范式，可延伸至CO₂还原、环境治理等绿色催化领域，助力氢能关键材料精准创制，赋能绿色化工新质生产力发展。

本论文第一作者为硕士研究生秦海涵、博士后胡洁颖，何军教授、吴颖副教授、钟礼匡副教授为共同通讯作者，广东工业大学为论文唯一署名单位。

孙志鹏教授团队在金属有机框架基固态电解质储能领域取得重要原创进展

近日，广工材料与能源学院史晓艳副教授、孙志鹏教授团队在金属有机框架基固态电解质储能领域取得重要原创进展，相关观点成果正式发表于国际顶级化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》。研究精准实现MOF纳米孔道负电荷密度可控调控，破解孔道静电微环境与碱金属离子传输耦合机制难题，建立孔道负电荷-离子传导性能定量构效关系，为高性能MOF基固态电解质定向设计、下一代准固态储能电池开发提供全新研发范式。

固态电解质是下一代高安全、高能量密度储能电池核心材料，离子电导率偏低是制约产业化落地的关键瓶颈。MOF材料凭借规整纳米孔道、优良绝缘性成为固态电解质理想候选材料，调控孔道电荷微环境是优化离子传导性能的主流方向，但目前领域缺乏孔道负电荷密度精准合成策略，无法厘清电荷结构与离子传输内在关联，极大阻碍了储能电解质精准研发进程。

团队通过调控配体与金属节点化学计量比，构筑拓扑结构一致、孔道负电荷梯度变化的三类MOF材料，排除骨架结构干扰实现电荷微环境精准调控。实验证实中等负电荷M–MOF可实现离子解离与迁移最优平衡，30 ℃锂离子电导率可达1.56 mS·cm⁻¹，组装锂金属对称电池可稳定循环5500 h，全电池长循环、倍率性能优异，该调控策略同时适配钠离子储能体系，具备极强普适性。

该研究首次完成MOF孔道负电荷密度精准调控，阐明静电微环境对碱金属离子传输调控机理，确立新型固态电解质通用设计原则。成果突破传统经验化研发模式，可延伸至多项电化学领域，助力储能新材料技术迭代升级。论文学生第一作者为硕士研究生刘腾飞，史晓艳副教授、孙志鹏教授为共同通讯作者，广东工业大学材料与能源学院为论文唯一署名单位。

杨志峰院士团队在海陆热浪跨圈层迁移研究中取得重要进展

近日，广工生态环境与海洋学院杨志峰院士团队在海陆热浪跨圈层迁移研究中取得重要进展，研究成果以“Oceanic heat sources exacerbate continental heatwaves”为题发表于Cell子刊《One Earth》。广东工业大学生态环境与海洋学院为论文第一单位，生态环境与海洋学院王港博士后（合作导师为杨志峰院士）为论文第一作者。

成果简介：

由人类活动引起的气候变暖预计将使全球热浪加剧，这些热浪带来的令人担忧的后果已引起社会的密切关注。长期以来，公众与学术界主要关注在本地形成、发展和消退的热浪事件。然而，热浪实际可被视为大气中的“热团”，能够在高空环流等因素驱动下进行远距离迁移，其中海源热浪对陆地热浪的影响尚不明确，这种认知不足严重阻碍了对热浪的准确预测和对热浪危害的有效缓解。

本研究采用拉格朗日轨迹追踪方法，揭示了海源热浪与大陆热浪之间的联系，发现22%的陆地热浪和43%的沿海热浪起源于海洋上空，本研究将这些热浪定义为“登陆热浪”。在人为气候条件下，人为温室气体排放促使登陆热浪发生概率增加约9倍。值得注意的是，在共享社会经济路径SSP245（SSP370）情景下，相比于温升 2°C，将温升限制在工业化前水平以上1.5°C可避免17%（20%）的登陆热浪暴露，减少21%（32%）的人口暴露，并避免36%（42%）的经济影响。研究结果强调了海源热浪对陆地热浪的重要贡献，凸显了严格执行气候目标所带来的积极收益。

致谢：本研究得到了国家自然科学基金委水质风险控制工程学基础科学中心（52388101）、国家重点研发计划（2019YFA0606900）和中国博士后科学基金（2025T180861，2025M780302）等科研项目的资助。

张紫辉教授团队在实现交流驱动型深紫外光电器件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交流驱动型深紫外光电器件研究领域取得重要进展。相关研究论文以“Dual-functional ultra-wide-band-gap AlGaN material for making electrically self-protective deep-ultraviolet optoelectronic devices with improved frequency responsivity”为题，发表于光学、应用物理领域的国际顶级期刊《Laser & Photonics Reviews》（影响因子：10.5，中科院一区TOP期刊）。

超宽带隙AlGaN半导体是制备深紫外光电器件的核心材料，凭借可连续调控的禁带宽度，能够稳定输出~280 nm深紫外光。传统分立器件方案需外接保护电路，封装复杂、寄生参数大，不仅压缩调制带宽，还会降低系统可靠性。同时，常规深紫外LED反向耐压极低，交流工况下极易因反向漏电发生击穿失效，现有的外置防护结构又会进一步增加体积与损耗，难以满足高速紫外通信、长周期稳定工作的应用需求，因此，开发一种结构简单、易于原位集成的可AC直驱的大带宽深紫外发光器件，成为领域内的重要挑战。

针对上述挑战，本研究团队联合上海芯钬量子科技有限公司，依托联合开发的国产NUWA TCAD仿真平台开展器件理论建模与数值仿真分析；在此基础上，创新性地提出并研制了一种基于电容调制效应的单片集成光电器件。该集成器件由AlGaN基深紫外LED和SBD两大功能单元组成，两者通过原位外延生长技术集成于同一蓝宝石衬底上（见图1），可实现AC信号的直接驱动与控制。

图1 |（见原文Fig. 1）：(a)光电集成器件的2D结构和等效电路示意图；光电集成器件的(b1)3D结构示意图和(b2)光学显微俯视图；(c1)深紫外LED的p-EBL、有源区和部分n型区的TEM图；(c2)SBD台面边缘结构的TEM图；理论计算结果：(d)50 Hz条件下的AC驱动I-V特性图，(e1) +30 V时有源区中2D电子浓度分布，(e2) -30 V时有源区中2D电子浓度分布；(f)±30 V时有源区中1D电子浓度分布。

创新点一：构筑原位集成SBD器件调控电流的开关状态，实现深紫外LED交流驱动功能。原位集成的超宽禁带AlGaN基SBD结构为芯片赋予了反向防护能力，解决深紫外LED反向耐压不足的问题。测试结果表明，该集成器件可承受的反向击穿电压为49 V，远高于单颗深紫外LED的反向击穿电压；在-5 V反向偏压条件下，器件漏电流低至1.78×10-10A/cm2，即使反向偏压提升至-30 V，漏电流仍控制在3.8×10-3A/cm2以内，反向阻断性能优异。

如图2所示，在频率50 Hz、峰峰值60 V的正弦交流电压工况下，研究开展了20000次循环测试，经过上万次交变电压冲击，器件峰值电流始终稳定在80 mA左右，电流波形无畸变；不同测试阶段的反向漏电流也未出现明显恶化，展现出较强的动态工作稳定性。在交流驱动过程中，正半周LED正常发光，负半周SBD进入阻断状态，阻挡反向电压侵入发光单元，无需任何外接保护电路，即可实现交流直接驱动，完美适配民用交流供电场景，从根本上杜绝反向偏压导致的器件损毁问题。

图2 |（见原文Fig. 5）：(a)20000周期的AC信号电流波形图，插图为测试初始阶段、中间阶段和最后阶段的电流波形细节图；(b)-30 V时，测试初始阶段、中间阶段和最后阶段的漏电流统计图。

创新点二：提出了采用多子导电SBD集成器件的电容调制机制。超宽禁带Al0.65Ga0.35N材料本身介电常数低于常规GaN，同时单片集成架构采用多子导电，可有效减少了寄生电容，串联SBD结构使集成器件的电容进一步降低，因此所研制集成器件的电容均显著低于单颗深紫外LED。电容的降低有效减小RC时间常数，为调制带宽提升创造了核心条件。

图3的性能测试显示，集成光电芯片的-3 dB调制带宽达到300 MHz，相比同规格单颗深紫外LED（230 MHz）实现明显提升。在不同驱动电流下，器件均保持优异的频率响应特性；信噪比测试结果表明，集成SBD并未引入额外噪声，中低频段信噪比甚至优于分立的深紫外LED，信号传输质量更高。对应的星座图与比特分配数据证明，该器件信号线性度好、星座点分布集中，数据传输稳定性大幅增强。通过进一步减小SBD器件尺寸，一方面可进一步实现大尺寸深紫外LED电容的大幅降低，显著增加-3dB带宽；另一方面，突破“通过减小发光器件尺寸提高-3dB带宽”的传统技术路线，解决了微纳尺寸下发光器件侧壁缺陷诱导非辐射复合导致发光效率降低、漏电流显著、器件可靠性降低的技术问题。

图3 |（见原文Fig. 4）：测试得到的(a)单颗深紫外LED和(b)LED+SBD的频率响应特性；(c)单颗深紫外LED和LED+SBD在不同电流下的f-3dB值；(d)单颗深紫外LED和LED+SBD在不同频率下的信噪比；(e)单颗深紫外LED和(f)LED+SBD的比特分配和星座图；单颗深紫外LED和LED+SBD的(g)C-V和(h)C-F特性图；(i)不同尺寸不同波段的深紫外LED的f-3dB汇总图。

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。

党丽、李明德教授团队在主客体室温磷光新型发光机制研究领域取得新进展

近日，广工物理与光电工程学院党丽教授、李明德教授团队联合轻工化工学院籍少敏教授在主客体室温磷光新型发光机制研究中取得重要进展，研究结果以“Ultralong Room Temperature Phosphorescence of the Host in Host–Guest Doped Systems”为题发表在国际著名期刊《Angewandte Chemie International Edition》(中科院一区，IF =16.9)上，并被编辑选为热点论文（Hot Paper），凸显了该成果在当前备受关注的超长室温磷光快速发展领域中的重要性。党丽和李明德教授为论文通讯作者。

有机室温磷光材料凭借长寿命发光、大斯托克斯位移及环境响应特性，在信息加密、防伪识别、生物成像与光电器件等领域展现出重要应用前景。在主客体掺杂体系中，长寿命室温磷光通常由客体分子产生，主体多以刚性基质或能量供体的形式存在，其自身三重态发光往往因能量转移或电子转移过程而被淬灭。因此，如何将主体从“辅助基质”转变为“发光中心”，成为该领域亟待解决的关键科学问题。

针对这一挑战，研究团队提出基于三重态能级差调控的“反向三重态—三重态能量转移”策略。通过分子结构设计，将主客体间的三重态能级差精准控制在适宜范围，使两者的三重态能量转移形成动态热平衡，从而实现主体三重态激子的再布居，并促进其产生热激活延迟磷光。得益于这一独特机制，主体的室温磷光寿命从本征状态下的0.2ms显著延长至最高224ms，提升幅度达1120倍，有效激活了主客体掺杂体系中主体的超长室温磷光。更重要的是，该研究证实主体磷光性能可通过三重态能级差、温度及掺杂比例进行可预测调控。基于温度响应与时间分辨发光特征，研究团队进一步构建了多级动态信息加密模型，展现出此类材料在高安全性防伪与智能信息存储领域的应用潜力。

该工作突破了传统主客体掺杂室温磷光体系中“客体主导发光”的固有模式，揭示了三重态能级差对分子间激子动力学的关键调控作用，为设计主体发光型长寿命室温磷光材料提供了新的机制认识与新的设计范式。

致谢：本研究得到国家自然科学基金、粤港澳高校联合实验室、广东省自然科学基金等项目资助。

刘全兵教授课题组在锂硫电池催化转化与溶剂化调控领域取得新进展

近日，广工轻工化工学院刘全兵教授课题组联合新加坡国立大学单路通博士，在锂硫电池催化转化与溶剂化调控领域取得新进展。研究团队提出了“氧桥诱导自旋态调控”策略，设计构筑了蛋黄-蛋壳结构MoO3/Co3O4@C纳米反应器，通过界面Mo–O–Co氧桥的动态振动，激活Mo 4d–O 2p–Co 3d轨道相互作用通道，诱导Co活性中心由低自旋态向高自旋态转变，从而增强Co 3d轨道与LiPSs中S 2p轨道的杂化作用，有效突破溶剂化屏蔽对催化位点的阻碍。相关成果以“Oxygen Bridge-Induced Spin-State Engineering Enables Solvation-Barrier-Free Sulfur Redox Kinetics in Lithium-Sulfur Batteries”为题发表在国际著名期刊《Angewandte Chemie International Edition》，论文第一作者是硕士生田婧婧。

锂硫电池因具有高理论比容量和高理论能量密度，被认为是下一代高能量密度储能体系的重要候选。然而，LiPSs穿梭效应、硫氧化还原动力学迟缓以及溶剂分子对活性位点的屏蔽，严重限制了其实际应用。针对这一难题，研究团队构建的MoO3/Co3O4@C纳米反应器，不仅能够通过高自旋Co位点强化对LiPSs的化学吸附与催化转化，还可调控电解液溶剂化结构，促进溶剂分离离子（SSIPs）对向接触离子对（CIPs）/聚集体转变（AGGs），降低Li+去溶剂化能垒并均匀化离子通量。同时，蛋黄-蛋壳双层结构能够对可溶性中间体形成空间限域，抑制其外扩散，从电子结构调控、溶剂化工程和物理限域三个层面协同提升锂硫电池反应动力学。

实验结果表明，MoO3/Co3O4@C改性隔膜显著提升了锂硫电池的倍率性能、循环稳定性和高硫载量性能。电池在15 C的超高倍率下仍可输出352 mAh g−1的容量；即使在13.03 mg cm−2的超高硫载量下，仍实现了11.96 mAh cm−2的初始面积容量，并保持8.72 mAh cm−2的可逆容量，达到了目前锂硫电池研究的前沿水平。

该研究从“氧桥振动—轨道耦合—自旋态转变—溶剂化结构重构”的角度，揭示了高自旋活性中心突破溶剂化屏障并加速硫氧化还原反应的新机制，为高载硫、高倍率、长寿命锂硫电池的催化材料设计提供了新的理论依据和技术路径。

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编辑| 黄淑芬 周雯

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