科創(chuàng)中國·成果

26.1%光電轉換效率的鈣鈦礦電池誕生

近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員潘旭和田興友團隊與國內外科研工作者合作，首次發(fā)現(xiàn)陽離子分布不均勻是影響鈣鈦礦太陽能電池性能的主要原因，并成功制備出“均勻化”鈣鈦礦太陽能電池，獲得26.1%的光電轉換效率，認證效率為25.8%。11月2日，相關成果在線發(fā)表在《自然》雜志。

研究團隊對鈣鈦礦薄膜晶相分布進行了深度剖析，通過掠入射X射線衍射與薄膜截面的透射電鏡分析，證明了在薄膜底部存在面間距較小的晶相，并且在薄膜底部顯示出與富Cs鈣鈦礦相關的特征信號。這些實驗充分說明，陽離子面外方向的梯度不均勻分布。這也是首次可視化驗證了鈣鈦礦薄膜的陽離子組分在面外不均勻分布。

研究團隊進一步分析了這種梯度不均勻分布的原因，發(fā)現(xiàn)不同陽離子在結晶及相轉變過程中的速率差過大是導致組分不均勻的主要原因。進而，團隊設計制備出均勻化的鈣鈦礦薄膜。這種陽離子組分均勻分布的鈣鈦礦薄膜極大地提升了載流子壽命及擴散長度，加強了載流子界面抽取。利用上述策略制備的反式鈣鈦礦太陽能電池獲得了26.1%的最高光電轉換效率，認證效率為25.8%。此外，經(jīng)2500小時最大功率電追蹤后仍保持了可靠運行穩(wěn)定性。

我國首次在民船上采用核動力設計

12月5日，第21屆上海國際海事會展在浦東新國際博覽中心拉開帷幕，當天，中國船舶集團有限公司旗下江南造船（集團）有限責任公司正式發(fā)布全球首型2.4萬標準箱（TEU）核動力集裝箱船的船型設計，并獲得挪威船級社（DNV）的原則性認可證書。

據(jù)悉，該船型安全性高，反應堆高溫低壓運行，在原理上規(guī)避堆芯融化，具備防擴散與固有安全特征。相比低硫油和各種替代能源方案，該船型可實現(xiàn)更短的船長、更多的箱位，空間利用率與能源利用率都得到了提高。該船型還采用方便快捷的換“電池”方案，每15至20年更換一次“電池”，不用擔心綠色燃料價格波動以及加注等問題。

據(jù)了解，這是我國首次在民船上采用核動力設計。江南造船利用核能這一清潔能源，采用國際上先進的第四代堆型熔鹽反應堆解決方案，提出了超大型核能集裝箱船船型設計，以在該型船運營周期內真正實現(xiàn)“零排放”。

全球首座第四代核電站商運投產(chǎn)

12月6日，我國具有完全自主知識產(chǎn)權的全球首座第四代核電站——華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程商運投產(chǎn)，標志著我國在高溫氣冷堆核電技術領域處于全球領先地位。

高溫氣冷堆是國際公認的第四代核電技術先進堆型，是世界核電未來發(fā)展的重要方向。華能石島灣高溫氣冷堆示范工程是世界首座球床模塊式高溫氣冷堆，位于山東省榮成市。由中國華能牽頭，聯(lián)合清華大學、中核集團共同建設。建設過程中，團隊攻克高溫氣冷堆特有的調試運行六大關鍵核心技術、大體積雙模塊化反應堆回路強度密封及升溫技術等一批“卡脖子”關鍵技術，研制出2200多套世界首臺套設備，設備國產(chǎn)化率達93.4%。

依托該示范工程，我國系統(tǒng)掌握了高溫氣冷堆設計、制造、建設、調試、運維技術，培養(yǎng)了一批具備高溫氣冷堆建設和運維管理經(jīng)驗的高素質專業(yè)人才隊伍，形成了一套可復制、可推廣的標準化管理體系，并建立起以專利、技術標準、軟件著作權為核心的自主知識產(chǎn)權體系，鞏固了我國在高溫氣冷堆先進核電技術領域的全球領先地位，將為我國優(yōu)化能源結構、保障能源供給安全、實現(xiàn)“雙碳”目標提供強大動力。

西湖大學首次揭示無膜細胞器分層奧秘

11月17日，西湖大學理學院特聘研究員張鑫團隊在《自然—化學生物學》發(fā)文，借助新型環(huán)境敏感型熒光分子，系統(tǒng)性地揭示了微觀極性對于生物凝聚體分層結構的關鍵性控制作用。這項工作為理解細胞內多層無膜細胞器的形貌和功能調控提供了全新分子機制層面的理論。

張鑫團隊把目光聚焦在無膜細胞器能“凝聚”成液滴并形成分層的“底層邏輯”——從細胞微環(huán)境的極性角度，尋找突破口。他們開發(fā)了極性敏感型熒光分子SBD，有了極性敏感型熒光分子，就有了捕捉極性環(huán)境的利器。他們發(fā)現(xiàn)，不同蛋白質液滴的極性差距決定了液滴是否分層，并且蛋白質液滴極性的相對大小，決定了其在分層結構的相對位置。這些發(fā)現(xiàn)為理解生物聚集體的分層機制提供了重要的物理化學依據(jù)。并且，他們在真實細胞中的實驗同樣發(fā)現(xiàn)，微觀極性決定了無膜細胞器分層的相對排布。

張鑫團隊的這項研究首次揭示了極性在控制多層無膜細胞器分層現(xiàn)象上的決定性作用，其歸納的化學規(guī)律對于理解乃至干預體內分層無膜細胞器的調控提供了直接理論依據(jù)。無膜細胞器內獨特的微觀環(huán)境對其在生命活動中的作用有著極其重要的影響，其微環(huán)境的異常也被證實與多種神經(jīng)退行性疾病和癌癥相關。因此，靶向無膜細胞器，從而調節(jié)其微環(huán)境的分子也是相關藥物研發(fā)的重要方向。

國內首次可復用火箭的復用飛行

12月10日，北京星際榮耀空間科技股份有限公司研制的雙曲線二號可重復使用液氧甲烷驗證火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心圓滿完成第二次飛行試驗任務，實現(xiàn)了國內首次可復用火箭的復用飛行。

該火箭于11月2日圓滿完成了首次垂直起降飛行試驗。首飛完成后，試驗團隊在20天內完成了火箭的重復使用維護檢測工作，再次轉場執(zhí)行重復使用飛行任務。本次試驗飛行高度為343.12米，飛行時間63.15秒，目標橫向位移50米，著陸位置精度約0.295米，著陸速度為1.1米每秒，著陸姿態(tài)角約1.18度，滾動角約4.4度，火箭著陸平穩(wěn)精確，狀態(tài)安全恢復，飛行試驗任務取得圓滿成功。

本次任務驗證了全尺寸液氧甲烷火箭一子級的快速重復使用能力，低空返回和著陸技術可靠性，火箭復用極簡檢測流程、規(guī)范和標準，各系統(tǒng)及單機重復飛行可靠性和復雜環(huán)境適應性，簡維護、短周期、高頻次重復飛行的可行性，火箭回收區(qū)處理系統(tǒng)的適應性。

雙曲線二號驗證火箭同一產(chǎn)品連續(xù)圓滿完成兩次垂直起降飛行任務，意味著中國商業(yè)航天在液體運載火箭的可重復使用技術能力上取得了重要突破。

最新研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代玉米有兩個“祖先”

12月1日凌晨，《科學》雜志在線發(fā)表了華中農業(yè)大學作物遺傳改良國家重點實驗室嚴建兵團隊與美國加州大學戴維斯分校研究團隊的一項合作研究成果。他們發(fā)現(xiàn)了兩份完全不同的大芻草——小穎大芻草亞種和墨西哥高原大芻草亞種，它們同為現(xiàn)代玉米的“祖先”。該研究證明了墨西哥高原大芻草亞種對現(xiàn)代玉米表型變異的重要貢獻，修正了玉米單一起源于小穎大芻草亞種的假說，提出了一個新的玉米起源模型，即初始馴化玉米單起源于墨西哥西南部低海拔地區(qū)，后在人類活動影響下進行了第一次擴散。

該研究為理解人為機制對作物馴化起源的影響提供了良好范例，并為利用野生資源進行作物遺傳改良奠定了重要理論基礎。