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已有樣品/n使用有機電荷轉移分子F4TCNQ與MoS2結合形成范德華界面，通過F4TCNQ與MoS2之間的電荷轉移來降低溝道內無柵壓情況下的載流子濃度。MoS2晶體管的開啟電壓（Von）從負數十伏被調制至0伏附近，F4TCNQ并未導致MoS2晶體管包含遷移率在內的任何電學性能的下降，其亞閾值擺幅（SS）反而明顯提升。團隊成員通過第一性原理計算以及掃描開爾文探針顯微鏡表征證實了范德華界面處電荷轉移的存在性，并研究了F4TCNQ對Mo

成果介紹以國家需求為導向，通過醫(yī)工結合，系統(tǒng)研究了多種重要納米材料的毒理學效應與機制、構建了納米生物安全性評價與研究的新方法。技術創(chuàng)新點及參數1、傳統(tǒng)毒理學評價程序基本適用于對納米材料的毒理學評價，但必須在材料制備、分散、表征、尺寸、結構、修飾、暴露方式等方面予以約定；2、率先構建了基于秀麗線蟲、用于納米材料急性、慢性、神經、生殖毒性等毒理學評價與研究替代模型；3、基于納米材料的修飾改性及與生物界面相互作用原理，原創(chuàng)性設計了基于氮摻雜碳納米管、過氧化物酶及其底物識別的高靈敏度納米生物傳感器。市場前景建立納米生物安全性評價體系實施條件1、酶、熒光小分子和量子點標記的新型納米生物探針；2、了環(huán)境污染健康效應生物標志檢測信號放大新原理新方法；3、基于石墨烯的多種蛋白質和DNA損傷檢測傳感器，并用于環(huán)境污染致DNA損傷的快速檢測。

本項目以天然氣轉化和二氧化碳資源化利用為背景，從應用過程對膜材料及膜的要求出發(fā)，運用材料化學工程的基礎理論，開展膜材料的設計、膜材料及膜的制備、膜反應過程的設計及機理研究以及氧分離器的設計四個方面的研究工作。基于膜反應過程，通過研究氧傳輸機理和膜反應機理、膜材料及膜微結構成形機理和控制方法、反應過程與膜分離過程的匹配理論以及膜微結構在反應條件下的演變規(guī)律，建立面向反應過程的膜材料設計與制備的理論基礎；提出天然氣轉化、二氧化碳利用的創(chuàng)新流程，為膜反應過程的工程應用奠定基礎。

新材料、有色金屬研究、家居設計等領域

納米氮化硼材料兼具氮化硼和納米材料的雙重優(yōu)勢，廣泛應用于航空航天、高端電子散熱材料、吸附劑、水凈化、化妝品等領域。項目團隊開發(fā)出一種能夠實現形貌和尺寸均一且具有超大比表面積多孔氮化硼納米纖維的規(guī)模化制備技術，目前市場尚未實現規(guī)模化生產。該技術合成工藝簡單可控、成本低、過程綠色環(huán)保，處于國際領先地位。 1 產品的應用領域 圖2 高性能氮化硼納米纖維粉體 圖3 氮化硼納米纖維粉體微觀形貌

研究利用天然植物多酚化合物木犀草素與微量營養(yǎng)元素金屬錳離子成功合成了一種具有類酶活性的材料（Lu-Mn納米酶），該材料具有良好的生物相容性和生物安全性，在微酸性條件下（腫瘤微環(huán)境）可高效地將H2O2轉化為具有腫瘤細胞清除能力的·OH，能夠有效殺死腫瘤細胞，抑制腫瘤生長，為癌癥治療提供了一種新的策略。

本項目聚焦于鋰電池管理系統(tǒng)在智能化監(jiān)測與預測中的關鍵痛點，尤其擬面向電池容量衰減預測、SOC/SOH估計不準、電池剩余時間不準確、MAP/SOP估算等方面。通過引入人工智能算法，構建融合機器學習與深度學習的電池狀態(tài)預測模型，擬實現高精度SOC（荷電狀態(tài)）與SOH（健康狀態(tài)）估計的優(yōu)化，提升電池管理系統(tǒng)的智能水平與安全性。 解決方案方面，項目基于實地檢測磷酸鐵鋰電池充放電數據構建訓練集，采用輕量級線性回歸模型及改進型人工神經網絡進行建模優(yōu)化，并結合特征工程技術提高預測精度。同時，設計適用于邊緣計算的部署方案，使模型可在BMS嵌入式硬件平臺實時運行，降低對計算資源的依賴。 在競爭優(yōu)勢方面，項目成果具備算法輕量化、部署便捷、預測準確度高、兼容性強等特點，特別適用于電力儲能、電動汽車等對安全性和可靠性要求高的場景。相比傳統(tǒng)BMS方案，該AI算法可顯著提升電池使用效率與壽命，精準估算SOC/SOH，降低維護成本。 目前項目成果已在合作企業(yè)內部儲能設備中開展應用測試，初步反饋表明荷電狀態(tài)預測準確度提升40%左右，電池健康度準確度提升40%左右，系統(tǒng)響應及時，具備較高實用性和推廣價值。專家評審一致認為，該項目在智能電池管理系統(tǒng)方向具有較強的創(chuàng)新性和實際應用前景。

當今凝聚態(tài)物理研究中最重要的問題之一是揭示磁性材料中的高溫超導機制。帶有自旋的電子常被認為是局域在磁性離子實周圍的，而形成電流的電子則被視為在晶格中巡游。但事實上這兩者均為同一粒子。因此，這對立的兩面如何共同協(xié)助超導形成，是一個非常有趣的問題。這種“非常規(guī)”的機制與銅基超導體、鐵基超導體以及重費米子超導體都密切相關。 在具有多個電子軌道的體系，例如鐵基超導材料中，電子自旋和軌道自由度的相互作用使得這個問題更為復雜。李源研究員與合作者之前的研究報道已經揭示了自旋-軌道耦合對材料的磁性性質有非常重要的影響。他們的實驗同時還表明鐵基超導材料中的磁性具有巡游與局域的雙重特性。這并不是一個完全意外的結果，因為已有的一些理論研究也說明鐵基超導體可以被所謂“洪德金屬”的模型描述。不過自旋-軌道耦合以怎樣的方式影響鐵基材料中的超導機理，依然是一個未知的問題。Figure 1. (a-c) Imaginary part of dynamic spin susceptibility measured at different temperatures. (d) Imaginary part of dynamic spin susceptibility integrated over 4-8 meV based on the data in (a) and (b). 現在，李源研究組及合作者采用基于飛行時間原理的中子散射譜學技術，發(fā)現在一種鐵基超導材料中，有一類特定的磁激發(fā)對超導的形成至關重要，其作用機理與材料中的自旋-軌道耦合效應密切相關。這項工作于2019年1月4日發(fā)表在《物理評論快報》上。 這項研究針對的是近年來發(fā)現的空穴摻雜的“122”體系鐵基超導材料中新奇四重對稱性磁相。在傳統(tǒng)的二重對稱性磁相中，電子自旋指向在晶體的ab面內，而在這種新發(fā)現的磁相中電子的自旋指向沿晶體的c方向。有這種四重對稱性磁相的晶體中超導溫度也被壓制。該項研究旨在探索超導的壓制與四方磁相中探測到的譜學特征的聯(lián)系。基于這一目的，研究組瞄準了Sr1-xNaxFe2As2這一種有魯棒性的四方磁相，且較易制備大單晶的鐵基超導材料。Figure 2. (a-b) Constant-Q cuts measured at (0.5, 0.5, 1) and (0.5, 0.5, 3), with background subtracted. (c-d) Intensity difference between 6 K and 20 K at L = 1 and 3. 實驗發(fā)現，在材料發(fā)生從二重對稱性（圖1a, T = 80 K）轉化為四重對稱性（圖1b, T = 20 K）的相變后，低能的自旋激發(fā)發(fā)生了顯著的變化。根據中子散射截面與散射幾何的關系，在L = 1處測量到的信號中c方向的磁激發(fā)有更大的比重，而在L = 3處則可探測到更多的ab面內的磁激發(fā)。圖1d顯示，當溫度從80 K降到20 K后，由于自旋的方向發(fā)生偏轉到了c方向，在低能激發(fā)中將難以沿c方向時自旋的長短發(fā)生改變，因此低能磁激發(fā)中c方向的自旋激發(fā)被抑制。實驗還發(fā)現了重要的一點：超導相（圖1c, T = 6 K）的自旋激發(fā)相對非超導相的自旋激發(fā)有輕微的改變，這說明材料超導與的磁性質相關聯(lián)。進一步的分析（圖2）發(fā)現，這種改變主要發(fā)生在L = 1的位置，這說明在四重對稱性磁相中，盡管c方向的磁激發(fā)被抑制，但它們仍然是與超導關系最密切的磁激發(fā)。這項結果揭示了在多軌道序洪德金屬中實現高溫超導的一個“兼容性”要求：局域的磁矩必須能夠為巡游電子提供后者在實現超導配對過程中所需的磁激發(fā)。由于在四重對稱性磁相中，該要求恰好不被滿足，所以超導溫度被抑制。 量子材料科學中心博士研究生郭見青和岳莉為該項工作的共同第一作者。相關的中子散射實驗是由日本的MLF, J-Parc用戶實驗項目支持完成的。這項工作由量子材料科學中心李源研究組和張焱研究組合作完成。研究課題得到了中國自然科學基金委和科技部項目的資助。References:[1] C. Wang et al., Phys. Rev. X 3, 041036 (2013).[2] M. Ma et al., Phys. Rev. X 7, 021025 (2017).[3] Z.P. Yin et al., Nat. Mater. 10, 932 (2011).[4] J. Guo, L. Yue et al., Phys. Rev. Lett. 122, 017001 (2019).

在具有多個電子軌道的體系，例如鐵基超導材料中，電子自旋和軌道自由度的相互作用使得這個問題更為復雜。李源研究員與合作者之前的研究報道已經揭示了自旋-軌道耦合對材料的磁性性質有非常重要的影響。他們的實驗同時還表明鐵基超導材料中的磁性具有巡游與局域的雙重特性。這并不是一個完全意外的結果，因為已有的一些理論研究也說明鐵基超導體可以被所謂“洪德金屬”的模型描述。不過自旋-軌道耦合以怎樣的方式影響鐵基材料中的超導機理，依然是一個未知的問題。Figure 1. (a-c) Imaginary part of dynamic spin susceptibility measured at different temperatures. (d) Imaginary part of dynamic spin susceptibility integrated over 4-8 meV based on the data in (a) and (b). 現在，李源研究組及合作者采用基于飛行時間原理的中子散射譜學技術，發(fā)現在一種鐵基超導材料中，有一類特定的磁激發(fā)對超導的形成至關重要，其作用機理與材料中的自旋-軌道耦合效應密切相關。這項工作于2019年1月4日發(fā)表在《物理評論快報》上。 這項研究針對的是近年來發(fā)現的空穴摻雜的“122”體系鐵基超導材料中新奇四重對稱性磁相。在傳統(tǒng)的二重對稱性磁相中，電子自旋指向在晶體的ab面內，而在這種新發(fā)現的磁相中電子的自旋指向沿晶體的c方向。有這種四重對稱性磁相的晶體中超導溫度也被壓制。該項研究旨在探索超導的壓制與四方磁相中探測到的譜學特征的聯(lián)系。基于這一目的，研究組瞄準了Sr1-xNaxFe2As2這一種有魯棒性的四方磁相，且較易制備大單晶的鐵基超導材料。Figure 2. (a-b) Constant-Q cuts measured at (0.5, 0.5, 1) and (0.5, 0.5, 3), with background subtracted. (c-d) Intensity difference between 6 K and 20 K at L = 1 and 3. 實驗發(fā)現，在材料發(fā)生從二重對稱性（圖1a, T = 80 K）轉化為四重對稱性（圖1b, T = 20 K）的相變后，低能的自旋激發(fā)發(fā)生了顯著的變化。根據中子散射截面與散射幾何的關系，在L = 1處測量到的信號中c方向的磁激發(fā)有更大的比重，而在L = 3處則可探測到更多的ab面內的磁激發(fā)。圖1d顯示，當溫度從80 K降到20 K后，由于自旋的方向發(fā)生偏轉到了c方向，在低能激發(fā)中將難以沿c方向時自旋的長短發(fā)生改變，因此低能磁激發(fā)中c方向的自旋激發(fā)被抑制。實驗還發(fā)現了重要的一點：超導相（圖1c, T = 6 K）的自旋激發(fā)相對非超導相的自旋激發(fā)有輕微的改變，這說明材料超導與的磁性質相關聯(lián)。進一步的分析（圖2）發(fā)現，這種改變主要發(fā)生在L = 1的位置，這說明在四重對稱性磁相中，盡管c方向的磁激發(fā)被抑制，但它們仍然是與超導關系最密切的磁激發(fā)。這項結果揭示了在多軌道序洪德金屬中實現高溫超導的一個“兼容性”要求：局域的磁矩必須能夠為巡游電子提供后者在實現超導配對過程中所需的磁激發(fā)。由于在四重對稱性磁相中，該要求恰好不被滿足，所以超導溫度被抑制。

本研究設計并合成了無定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒，將其應用于二氧化碳電還原反應中 （圖 1 ） 。 該研究工作首先通過溶劑熱法制備了 AgBiS 2 納米棒，并將其在空氣中煅燒處理，得到了組成為 Ag 0.95 BiS 0.75 O 3.1 的雙金屬硫氧復合物納米棒。在進一步電化學還原預處理后，該復合物被轉化為無定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒。這種新型二氧化碳電還原催化劑在僅有 450 mV  的過電位下，實現了高達 94.3% 的甲酸法拉第效率和 12.52 m A/ cm 2 的甲酸部分電流密度。通過與 AgBiS 2 、 Bi 硫氧復合物及 Bi 2 S 3 參比樣品進行對比，發(fā)現在電化學還原預處理過程中，金屬硫化物中的 -2 價硫會轉化為 H 2 S 并離開電極表面，只有金屬硫氧復合物中被氧化為 +6 價的硫能保留在催化劑中。后續(xù)實驗表明 ，這一部分硫能促進水的解離，而甲酸形成過程中所需的 H + 正是來自于 H 2 O 。因此，甲酸的生成被極大程度地促進。另一方面， Ag-Bi-S-O 修飾 Bi 0 納米顆粒中的 Ag ，有利于電荷在電極中傳遞，提高了催化劑的電流密度。在過電位為 450 mV  時，更大的電流密度可以提高陰極附近的局域 pH ，而更大的局域 pH 能進一步提升硫促進水解離的效用，同時抑制氫析出反應的發(fā)生。因此，無定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒可以在極低的過電位下將二氧化碳高活性、高選擇性地轉化為甲酸。