光激發(fā)誘導(dǎo)化學(xué)鍵合實現(xiàn)半導(dǎo)體量子點3D納米打印

清華大學(xué)精密儀器系孫洪波教授、林琳涵副教授課題組提出了利用光生高能載流子調(diào)控納米材料的表面化學(xué)活性，實現(xiàn)基于化學(xué)鍵合的納米粒子三維激光裝配新技術(shù)。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》（Science）。利用化學(xué)合成可以實現(xiàn)豐富多彩（不同尺寸、形貌、成分）納米粒子的制備與精確裁制，并且這些納米材料的晶體質(zhì)量高、表面質(zhì)量好，光、電、磁等多方面性能優(yōu)越。然而這些化學(xué)合成的納米粒子缺乏有效的器件化制備工藝，這成為其廣泛應(yīng)用的技術(shù)瓶頸?；谶@項技術(shù)，研究團(tuán)隊展示了多種不同納米粒子的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了超越光學(xué)衍射極限的高精度激光微納制造，為微納功能器件的制備提供了新思路。

硅襯底上單層WS2二次諧波高效定向性發(fā)射研究

中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心劉新風(fēng)團(tuán)隊與北京大學(xué)、北京理工大學(xué)研究團(tuán)隊合作，通過將原子級薄的二硫化鎢（WS2）薄膜與硅孔陣列耦合形成法布里-珀羅（F-P）腔，實現(xiàn)增強的二次諧波定向發(fā)射。相關(guān)成果發(fā)表于《ACS納米》（ACS"Nano）。使用微納結(jié)構(gòu)增強單層二維過渡金屬硫化物（TMDs）材料中光與物質(zhì)相互作用，提高二次諧波轉(zhuǎn)換效率。二次諧波方向性出射的實現(xiàn)，可以提高遠(yuǎn)場光束的利用率，使其能更好地應(yīng)用在硅基超薄倍頻器件、集成光子學(xué)等領(lǐng)域。研究利用硅基微結(jié)構(gòu)與單層二維過渡金屬硫化物（TMDs）材料耦合，實現(xiàn)定向發(fā)射的高效二次諧波產(chǎn)生，推動了硅基微結(jié)構(gòu)在非線性領(lǐng)域的發(fā)展。

全鈣鈦礦疊層太陽能電池研究進(jìn)展

四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院趙德威教授與蘇州大學(xué)李孝峰教授等合作，提出了限域退火方法制備高質(zhì)量鈣鈦礦結(jié)晶薄膜的策略，并且這一方法對于不同組分鈣鈦礦薄膜具有普適性，最終實現(xiàn)了效率超過25%的全鈣鈦礦疊層太陽能電池。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·能源》（Nature"Energy）。構(gòu)建基于鈣鈦礦材料的疊層太陽能電池，突破單結(jié)光伏器件效率極限，是提升鈣鈦礦光伏效率的有效途徑。全鈣鈦礦疊層太陽能電池包含不同帶隙的鈣鈦礦吸光材料，由于不同組分會影響鈣鈦礦材料的結(jié)晶過程和特性，造成薄膜生長過程不可控及結(jié)晶質(zhì)量較差等問題。相關(guān)研究開發(fā)了一種具有普適性的鈣鈦礦薄膜結(jié)晶調(diào)控方法，表現(xiàn)出良好的效果。

磺化超微孔膜實現(xiàn)高效率且多形式的鹽差能發(fā)電

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系徐銅文、楊正金團(tuán)隊在用于鹽差能發(fā)電的離子交換膜方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy"amp;"Environmental"Science）?，F(xiàn)階段缺乏能同時實現(xiàn)高功率密度和高轉(zhuǎn)換效率的膜材料，從工業(yè)廢水等其他水源中提取能源的研究很少?；诖?，文章報道了一種磺化的超微孔聚氧雜蒽基（SPX）離子膜，揭示了軟物質(zhì)限域下的離子傳遞特性，利用膜內(nèi)亞納米的親水微孔實現(xiàn)了極高的離子選擇性，提高了鹽差能發(fā)電的效率。這一離子膜材料的設(shè)計理念也將鹽差能發(fā)電的概念從海水-河水體系，拓展到無濃差鹽溶液，甚至工業(yè)廢水體系。

高熵超高溫陶瓷基復(fù)合材料研究

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所董紹明院士團(tuán)隊將高熵超高溫陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料概念相結(jié)合，首次制備并報道了高熵超高溫陶瓷基復(fù)合材料。相關(guān)成果發(fā)表于《復(fù)合材料B部分：工程》（Composites"Part"B："Engineering）。“高熵”是近年來出現(xiàn)的新的材料設(shè)計理論，其概念最初由高熵合金發(fā)展而來。隨著高熵合金研究的不斷深入，高熵的概念逐漸拓展到其他材料體系中。由于高熵效應(yīng)的存在，高熵超高溫陶瓷具有很多新奇的性能，使其成為超高溫陶瓷領(lǐng)域的研究熱點和重要發(fā)展方向。研究為耐極端高溫陶瓷基復(fù)合材料及熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計制備提供了全新的思路和解決方案。

促血管內(nèi)皮化生物材料研究

華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院劉潤輝教授課題組通過聚合物策略實現(xiàn)了選擇性促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生長和促快速內(nèi)皮化功能。相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced"Materials）。血管內(nèi)皮層作為血管的內(nèi)部屏障，在許多生理和病理過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。然而，人工血管和血管支架植入等造成的內(nèi)皮層損傷會導(dǎo)致平滑肌細(xì)胞的過度增殖、血小板活化等問題，最終引發(fā)內(nèi)膜增生及血栓形成。因此，選擇性促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生長和促快速內(nèi)皮化是維持血管長期通暢的最有效策略之一。相關(guān)研究設(shè)計和發(fā)現(xiàn)了一種新的聚合物策略，實現(xiàn)了對內(nèi)皮細(xì)胞顯著的選擇性和優(yōu)異的促快速內(nèi)皮化功能。

用于室溫二維磁性半導(dǎo)體的超薄鐵氧體納米片

武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院何軍教授課題組報道了有關(guān)室溫二維磁性半導(dǎo)體的最新研究成果。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature"Communications）。當(dāng)前報道的二維鐵磁半導(dǎo)體的種類相當(dāng)有限，且大多具有遠(yuǎn)低于室溫的居里溫度和較差的環(huán)境穩(wěn)定性，極大地限制了它們在自旋電子器件中的實際應(yīng)用。因此，探索具有本征室溫鐵磁性的二維半導(dǎo)體材料及其簡便可控的合成方法，對領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。這項工作基于限域范德華外延技術(shù)，通過引入動力學(xué)生長來實現(xiàn)高質(zhì)量二維鐵氧體單晶的制備，其厚度最薄可至單個晶胞，具有遠(yuǎn)高于室溫的居里溫度和優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性，表現(xiàn)出厚度依賴的半導(dǎo)體特性和磁特性。

具有快充性能的新型電極材料

北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院龐全全團(tuán)隊與國內(nèi)外科學(xué)家合作，在快充熔融鹽鋁電池領(lǐng)域取得重要突破。相關(guān)成果發(fā)表于《自然》（Nature）。文章報道了一種高安全不可燃、超低材料成本、可實現(xiàn)快充的熔融鹽鋁電池。研究團(tuán)隊通過使用一種低熔點的無機(jī)氯化物熔融電解質(zhì)，成功替代了當(dāng)前的離子液體，實現(xiàn)鋁電池的高倍率運行、低電壓極化及高能量效率；同時熔融鹽電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性高，不可燃，使得電池體系具有高安全性，解決了大規(guī)模集成系統(tǒng)安全性方面的疑慮。另外，這一電池體系使用元素豐富的硫作為正極，在較低的溫度——110℃下運行，表現(xiàn)出了高比容量及超快充特性。

全球變暖影響氣候系統(tǒng)新認(rèn)識

北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院楊韻等人聯(lián)合中國海洋大學(xué)、國際南半球海洋研究中心（CSHOR），以及中國科學(xué)院海洋研究所合作者，報道了全球變暖減弱大西洋尼諾/尼娜變率的最新研究成果。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·氣候變化》（Nature"Climate"Change）。大西洋尼諾/尼娜是發(fā)生在大西洋的厄爾尼諾/拉尼娜現(xiàn)象，表現(xiàn)為夏季（6月至8月）赤道大西洋東部的海表溫度（SST）異常增暖/變冷。大西洋尼諾事件不僅能夠調(diào)節(jié)局地降雨，還能通過大氣遙相關(guān)過程導(dǎo)致印度季風(fēng)區(qū)雨量減少，并激發(fā)太平洋拉尼娜事件。大西洋尼諾/尼娜極大程度地影響著全球氣候系統(tǒng)和人類社會與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

科學(xué)風(fēng)險管理歷經(jīng)10年重大工程實踐檢驗

中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所蘭恒星課題組與合作者首次提出適用于電網(wǎng)重大工程的基于動力學(xué)的滑坡風(fēng)險管理框架，具有動態(tài)性、交互性和可定制化特征。相關(guān)成果發(fā)表于《工程地質(zhì)》（Engineering"Geology）。風(fēng)險管理是進(jìn)行安全防控和重大決策的有效手段，當(dāng)前的滑坡風(fēng)險管理在考慮動力學(xué)過程方面存在不足。這一風(fēng)險管理框架在國家重大工程“川藏聯(lián)網(wǎng)”的災(zāi)害風(fēng)險管理中得到應(yīng)用?！按ú芈?lián)網(wǎng)”是我國首個進(jìn)藏的特高壓電網(wǎng)工程，可以實地驗證風(fēng)險評估結(jié)果，制定風(fēng)險控制措施，有效避讓和緩解滑坡風(fēng)險。2012年至今，滑坡風(fēng)險管理框架支持了“川藏聯(lián)網(wǎng)”重大工程建設(shè)和運營的“零死亡、零傷殘、零缺陷”。

中國生態(tài)系統(tǒng)管理對減緩氣候變化的貢獻(xiàn)

中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室傅伯杰院士團(tuán)隊評估了中國生態(tài)系統(tǒng)管理對減緩氣候變化的貢獻(xiàn)。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·氣候變化》（Nature"Climate"Change）。通過保護(hù)、恢復(fù)和管理森林、草地、濕地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，可以增加固碳和減少溫室氣體排放，從而提升生態(tài)系統(tǒng)的凈碳匯能力。通過對過去20年（2000—2020年）生態(tài)工程及措施實施的范圍、規(guī)模、速度、效率進(jìn)行系統(tǒng)性評估，對未來10年（2020—2030年）和未來40年（2020—2060年）生態(tài)系統(tǒng)管理各路徑可實施的最大規(guī)模（考慮農(nóng)田紅線、樹木存活率等限制因素）及其減緩潛力進(jìn)行了估算，并估計了不同成本閾值內(nèi)可以實現(xiàn)的最大緩解潛力的比例。

溫室氣體減排是來自結(jié)構(gòu)效應(yīng)還是技術(shù)效應(yīng)？

大連理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院孫曉華教授等人基于經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）國家細(xì)分工業(yè)行業(yè)數(shù)據(jù)，采用指數(shù)分解方法對各國工業(yè)溫室氣體（GHG）排放的影響因素進(jìn)行了比較分析。相關(guān)成果發(fā)表于《生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)》（Ecological"Economics）。在過去20年中，作為世界經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，OECD在促進(jìn)綠色增長方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，并在節(jié)能減排方面取得了豐富的經(jīng)驗。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)OECD整體的溫室氣體排放減少主要來自結(jié)構(gòu)效應(yīng)，具體各國溫室氣體排放變化的驅(qū)動因素存在異質(zhì)性。此外，嚴(yán)格的環(huán)境監(jiān)管與較高的研發(fā)強度有利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)進(jìn)步，而可再生能源消費則具有非線性影響。

我國清潔空氣行動的碳減排協(xié)同效益

清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系（以下簡稱“地學(xué)系”）張強課題組報道了2013—2020年中國清潔空氣行動的二氧化碳減排協(xié)同效益。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature"Communications）。文章回顧和梳理了2013年《大氣污染防治行動計劃》實施以來，中國清潔空氣行動中落后產(chǎn)能淘汰、工業(yè)燃煤鍋爐整治、民用散煤清潔化替代、“散亂污”整治，以及淘汰黃標(biāo)車及老舊車輛這5項協(xié)同減排措施。研究在自主研發(fā)的中國多尺度排放清單模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)建措施級別協(xié)同減排效應(yīng)評估技術(shù)，并根據(jù)各省實際落實情況量化了各項協(xié)同減排措施帶來的能源供應(yīng)和消費結(jié)構(gòu)變化，最終核算出清潔空氣行動產(chǎn)生的碳減排協(xié)同效益。

鹽堿地變綠對地表溫度影響的遙感多尺度評估

中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所于靈雪等人以吉林省西部大安市為研究區(qū)，利用衛(wèi)星圖像和無人機(jī)圖像，獲得了鹽堿地和水田地表溫度的多尺度數(shù)據(jù)，分析了鹽堿地和水田在一年中不同月份和一天中不同時間的地表溫度變化特征，并采用“空間代時間”的方法評估了鹽堿地種稻對局地地表溫度的影響。相關(guān)成果發(fā)表于《遙感》（Remote"Sensing）。鹽堿地種稻導(dǎo)致的反照率減小和升溫效應(yīng)與蒸散增強引起的降溫效應(yīng)的權(quán)衡決定了鹽堿地種稻對地表溫度影響的季節(jié)差異；水稻田蒸散的日變化特征和夜晚稻田的蓄熱作用是鹽堿地和水稻田地表溫度晝夜差異的主要原因。

塔里木河流域農(nóng)業(yè)能源消費碳排放研究

中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所陳亞寧研究員團(tuán)隊基于“人水關(guān)系”定量評估了1989—2018年塔里木河流域農(nóng)業(yè)能源消費碳排放的發(fā)展趨勢，并從不同時期探究了農(nóng)業(yè)能源消費碳排放的主要驅(qū)動因素，預(yù)測了未來農(nóng)業(yè)能源消費碳排放的發(fā)展趨勢。相關(guān)成果發(fā)表于《應(yīng)用能源》（Applied"Energy）。節(jié)水措施有助于減少能源消費碳排放并降低氣溫增高風(fēng)險。依據(jù)預(yù)測結(jié)果，塔里木河流域農(nóng)業(yè)能源消費碳排放量將在2030年前后達(dá)到峰值。雖然塔里木河流域農(nóng)業(yè)能源消費碳排放量逐年增加，但隨著水資源利用效率的不斷提升，以及經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的解耦效應(yīng)，農(nóng)業(yè)能源消費碳排放將實現(xiàn)碳達(dá)峰，并在合理調(diào)控下實現(xiàn)碳中和。

疏勒河中下游土地荒漠化敏感性評估

中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院王振亭研究員團(tuán)隊集成多源GIS與遙感數(shù)據(jù)，識別荒漠化敏感區(qū)，引入變異系數(shù)法確定荒漠化敏感性的主要影響因素。相關(guān)成果發(fā)表于《中國沙漠》。疏勒河中下游地處極端干旱區(qū)，有限的水資源構(gòu)成了自然環(huán)境極端脆弱的綠洲-荒漠生態(tài)系統(tǒng)，這一生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性低且對外界干擾反應(yīng)敏感。近幾十年來受氣候變化和人類活動影響，荒漠化日益加劇，對當(dāng)?shù)鼐用竦纳婧桶l(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響。研究表明，從綠洲內(nèi)至綠洲外荒漠化敏感性逐漸升高，大致呈層狀分布，表明人類活動對荒漠化影響顯著，建議加強和鞏固綠洲外圍的防護(hù)體系建設(shè)。

（本欄目責(zé)編：黃雪霜）