科研进展--中国科学院广州分院

近日，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室刘利峰研究员团队联合湖南大学马超教授及中国科学院物理研究所刘淼研究员团队合作开发出一种晶态–非晶异质结构氧氯化物固态电解质LiAl0.5Ga0.5Cl2.5O0.75（LAGCO）。该材料以无定形Li–M–Cl–O（M = Al、Ga）网络为主体，嵌入LiCl等纳米晶相，在25 ℃下实现了0.822 mS cm-1的离子电导率和2.612 GPa的杨氏模量。以LAGCO为固态电解质、NCM811为正极活性材料的全固态电池在0.5 C倍率下可循环1000次后保持86.02%的初始容量；同时，LAGCO体系降低了对昂贵稀有金属卤化物的依赖，其原料成本估算约为40.80美元 kg-1。研究表明，通过晶相与非晶相协同调控离子迁移、机械形变和界面稳定性，可为兼顾性能与成本的下一代固态电解质提供新的结构设计路径。相关成果以“A cost-effective crystalline-amorphous heterostructured oxyhalide electrolyte for high-performance all-solid-state lithium batteries”为题发表于领域内知名期刊《Energy Storage Materials》。全固态锂电池以固态电解质替代传统易燃液态电解质，被认为有望进一步改善电池安全性并拓展高比能电极的使用空间，但其实际性能受到离子输运、界面化学、固-固接触及制造成本等多因素制约。聚合物电解质通常面临室温离子传输与力学强度之间的冲突；氧化物体系往往需要较高温度烧结，并面临较大的晶界阻抗和固–固接触问题；硫化物具有较高离子电导率，但氧化稳定性和环境耐受性仍需进一步改善。相较之下，卤化物及氧卤化物电解质兼具较好的高电压正极适配性和机械可加工性，近年来受到广泛关注。从结构角度看，晶态氧卤化物通常具有较明确的骨架和结构稳定性，但可能受到各向异性离子通道及晶界阻抗限制；非晶氧卤化物则可提供更连续、各向同性的Li⁺传输网络和较好的可塑性，但其在长循环过程中仍可能发生结构松弛和界面接触劣化。针对这一“传输–力学–稳定性”协同难题，研究团队首先以LiCl、AlCl3和GaCl3为前驱体，通过高能机械球磨和热处理获得Li–Al–Ga–Cl中间体；随后引入Sb2O3作为氧源，经研磨并在惰性气氛下于250 ℃进行低温热处理，在SbCl3挥发后形成目标Li–Al–Ga–Cl–O固态电解质。成分筛选表明，组成为LiAl0.5Ga0.5Cl2.5O0.75的LAGCO表现出较优的综合性能：25 ℃离子电导率为0.822 mS cm-1、电子电导率为2.72×10-9 S cm⁻¹、离子迁移活化能为0.41 eV（图1）。其杨氏模量为2.612 GPa，低于LAGC前驱体（5.635 GPa）和商业Li3InCl6（LIC，5.745 GPa），展现出更好的机械顺应性；变压阻抗测试也表明，LAGCO在约45 MPa时阻抗趋于稳定，而LIC需至约100 MPa，进一步说明其更易建立稳定的固–固接触。图1. LAGCO晶态–非晶异质结构的合成路线、输运特性及成本–性能比较。多尺度结构表征进一步揭示了LAGCO的晶态–非晶异质特征（图2）。采用KBr内标的Rietveld定量分析表明，LAGCO中非晶相占78.9 wt.%，晶相占21.1 wt.%；其中晶相部分主要由LiCl（占晶相的93.5 wt.%）构成，并含少量LiAl0.5Ga0.5Cl4（LAGC，占晶相的6.5 wt.%）。HRTEM与HAADF-STEM元素分布证实纳米晶均匀分散于非晶基体中。XAS、MAS-NMR、XPS和TOF-SIMS进一步表明，引入氧后Al、Ga形成Cl/O混合配位的无序Li–M–Cl–O网络。综合来看，占主导的非晶相为 Li+提供连续、各向同性的迁移环境，并有利于减弱晶界传输瓶颈，分散的纳米晶相与非晶基体共同构成晶态–非晶异质结构，有助于兼顾离子传输与局部结构稳定性，从而形成离子传导与机械支撑相协同的异质结构。理论分析显示，非晶LAGCO的最大自由球直径Df约为4.0 Å，较晶态LiAlCl4（3.43 Å）或LiGaCl4（(3.46 Å）增大约18%，说明氧诱导的无序结构可拓宽Li+迁移通道，为较快的离子输运提供了结构基础。图2. LAGCO的相组成与局域配位表征在电池验证中，团队采用Li–In合金负极，并在负极侧引入Li5.3PS4.3ClBr0.7 (LPSCB)缓冲层，以LAGCO同时作为主体固态电解质和NCM811复合正极中的离子导体（图3）。在NCM811活性物质载量为8.91 mg cm-2时，电池在0.1 C下的初始放电比容量达到167.67 mAh g-1。0.5 C循环100次后，以LAGCO作为电解质的固态电池保持初始容量的98.56%，而LIC对照体系为90.87%。LAGCO电池（NCM811活性物质载量为5.35 mg cm-2）在25 ℃，0.5 C下循环1000次仍保持86.02%的容量，基于正极材料质量计算的能量密度为455.8 Wh kg-1。图3. LAGCO全固态电池的电化学性能表现动力学与界面表征进一步揭示了LAGCO体系的循环稳定机制（图4）。GITT、DRT及XRD结果表明，LAGCO可改善复合正极中的Li+传输与界面动力学，并减小NCM811充放电过程中的晶格变化。结合Raman和SEM观察到的电解质结构稳定性及较完整的固–固接触，表明LAGCO较好的机械顺应性有利于适应正极体积变化、维持界面接触和连续离子传输，从而支撑稳定循环。图4.LAGCO全固态电池的Li+输运动力学与界面稳定性研究该研究以晶态–非晶异质结构为核心，在氧氯化物电解质中协同调控Li+传输、机械顺应性和高镍正极界面稳定性。实验与模拟结果表明，占主导的非晶Li–M–Cl–O网络为Li+提供连续、较宽的迁移通道，并赋予材料适中的力学模量；分散的纳米晶相与非晶基体共同构成异质结构，有助于维持局部结构完整性。在此基础上，LAGCO全固态电池获得了良好的放电比容量与循环稳定性。结合40.80美元 kg-1的原料成本估算，该工作为兼顾离子输运、机械性能、界面稳定性与材料经济性的固态电解质设计提供了新的结构思路。该工作由松山湖材料实验室、中国科学院东莞材料科学与技术研究所、中国科学院物理研究所和湖南大学合作完成。松山湖材料实验室/湖南大学联培博士生曾金凤、中国科学院物理研究所博士后芦腾龙为论文共同第一作者，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室刘利峰研究员、松山湖材料实验室/中国科学院物理研究所刘淼研究员和湖南大学马超教授为论文通讯作者。研究工作得到科技部海外高层次人才引进计划、松山湖材料实验室启动经费以及松山湖材料实验室开放课题等项目支持。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2026.105543来源：新能源材料研究部

2026-10-08

电极多维度原位动态测试推动固体聚合物水电解膜电极稳定化研究取得进展

固体聚合物水电解膜电极传统表征多依赖离位测试，现有方法难以捕捉电极在工作状态下的真实过程。针对该问题，中国科学院广州能源研究所先后开发了可视化电流分布成像、局域离子动态监测和扫描电化学显微镜-石英晶体微天平联用（SECM-QCM）等原位测试方法，利用搭建的电极“局域离子-质量-微区电化学-气泡可视化”多维度原位动态测试平台，为电解水膜电极的活性表达与失活机制研究提供了新的技术手段。固体聚合物水电解膜电极传统表征多依赖离位测试，现有方法难以捕捉电极在工作状态下的真实过程。针对该问题，中国科学院广州能源研究所先后开发了可视化电流分布成像、局域离子动态监测和扫描电化学显微镜-石英晶体微天平联用（SECM-QCM）等原位测试方法，利用搭建的电极“局域离子-质量-微区电化学-气泡可视化”多维度原位动态测试平台，为电解水膜电极的活性表达与失活机制研究提供了新的技术手段。研究将pH传感微电极介入SECM构建了电极界面局域离子动态测试平台，在实现原位工况下测试基础上获取离子的空间分布信息，为膜电极局域环境调控设计提供更丰富且真实的信息。科研团队开展了水裂解催化层调控OER阳极局域碱性环境研究，抑制OER过程中局部酸化对非贵金属催化剂的腐蚀问题，在纯水单槽测试中稳定运行1500小时以上。平台将SECM耦合QCM模块，实现了界面离子浓度变化与电极质量变化的同步采集，能够区分催化剂溶出、离聚物溶出与催化剂再沉积等不同过程。通过开展膜/催化层界面中间层的再沉积捕获作用研究，研究揭示具有高氧化还原电位的载体（如MnO2、PbO2）可有效捕获溶液中金属离子。该方法结合高效催化剂开发与膜电极稳定化修饰，实现了非贵金属AEM水电解器单槽电压＜1.8 V@2 A cm-2，并在60℃、1~2A/cm2下稳定运行超2400小时。上述研究得到中国科学院国际伙伴计划支持。近日，项目通过验收。验收专家一致认为，项目对固体聚合物膜电极稳定化机制进行了深入探索，验证器件性能优异，达到了项目预期目标。水裂解层阳极局域pH调控膜电极稳定化研究

2026-09-30

国家重点保护植物紫花红豆高压繁殖成功

广东罗浮山省级自然保护区管理处联合中国科学院华南植物园和广州林芳生态科技有限公司研究人员对国家重点保护植物紫花红豆（Ormosia purpureiflora）枝条高压繁殖取得了成功。红豆属（Ormosia）属于豆科（Fabaceae），全球约有130种，分布于亚洲、澳洲、美洲和非洲的热带亚热带地区，呈特殊的亚洲——美洲间断分布形式，这一分布形式对于了解植物的起源和演化具有重要意义。我国约有红豆属植物37种，2021年我国将该属所有物种列为国家重点保护野生植物。广东省是红豆属植物主要分布区，有17种，其中博罗红豆（O. boluoensis）、紫花红豆和锈枝红豆（O. ferruginea ）为广东省特有。紫花红豆是一种极危物种，目前仅在广东罗浮山省级自然保护区和广东龙门南昆山省级自然保护区内有发现，分布的地理位置在东经113°49′-114°2′，北纬23°15′-23°38′之间，经度跨度13′，纬度跨度23′，范围非常狭窄。紫花红豆分布的海拔高度在400-720 m之间，其中，最低海拔分布点在罗浮山保护区内，最高点在南昆山保护区内。紫花红豆在不同分布点呈间断的零星分布特征，各分布点紫花红豆植株数量差异较大，其在南昆山保护区内总株数约200株；而罗浮山保护区内的分布点位于不同的山体，个体数量从30到1000株不等，总数量约1944株。野外紫花红豆植株个体存在隔（几）年才开一次花的现象，因此，并非每年都有种子产生。在开花和结实期间，其花和果实易受病虫害侵扰，导致健康的种子数量较少。成熟后的紫花红豆种子传播、扩散能力差，坚硬厚实的种皮又不利于其萌发。加之其幼苗生长缓慢，也易受病虫害影响，竞争力弱，使得紫花红豆自然更新速度慢，种群小。除此，当前气候变化加剧了它们野外受威胁的程度，使它们处于濒危状态。因此，自然状态下，通过紫花红豆种子繁育来维持其种群长期稳定和健康发展很困难，只有通过人工辅助繁殖方式，才能促进种群个体数量扩大，以利于它们种群更新和复壮。中国科学院华南植物园王峥峰研究员，作为广东省野生动植物保护协会植物保育专业委员会主任委员，介绍说紫花红豆枝条高压繁殖成功为其扩繁提供了新方法，有利于这一珍稀濒危植物的种群保护、恢复和利用，建立保护和利用的良性循环机制。保护区管理处保护管理科科长林伟通表示，罗浮山保护区将依托该项研究成果，持续做实做细珍稀濒危植物保护工作，多举措保证它们的种群稳定，促进它们的数量提升。图1. 紫花红豆生殖生长期间受到的病虫害。A）花苞受到丝状物质侵害；C-D）果荚/种子受到啃食和感染图2. 紫花红豆枝条高压繁殖。A-B）准备高压繁殖基质；C）进行高压繁殖操作；D-F）高压繁殖枝条生根；G-I）剪下高压繁殖枝条；J）高压繁殖枝条种植在育苗器中

2026-09-30

东莞材料所 | 感算一体范德华异质结实现图像预处理与动态识别

范德华材料及其异质结构具有强大的栅极可调性，可在可编程光电探测器中实现多级和极性可切换的光响应态，从而支持传感器内编码与计算。然而，目前的栅极可编程光电探测器通常依赖于陷阱介导机制，其中电荷捕获与释放会导致非线性的权重调制以及缓慢的瞬态响应。因此，在保持快速光响应的同时实现光响应权重的线性调制仍是一个挑战。近日，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室林生晃研究员与湘潭大学郝国林教授、中山大学沐浩然副教授等人提出了一种由栅极调制界面内建电场主导的Te/MoTe2可重构光电探测器。在零漏极偏置下，短路光电流可从负值连续调节至正值，从而在Vgs从−44至−14 V的范围内实现线性双极性响应度调制，决定系数（R²）为0.99，并包含31个实验上可区分的双极性光响应态。在栅极编程的极性切换过程中，器件仍保持3 µs的快速瞬态响应。3×3器件阵列进一步展现出响应度调制和响应速度的像素间可重复性，可支持基于卷积核的图像处理与事件驱动运动识别。本工作提出了一种内建电场主导的栅极编程策略，可用于面向传感内计算的低功耗、快速且线性可重构光电器件。图1. 陷阱介导光调控与栅电场调制界面的可重构光电响应示意图为突破传统陷阱介导光调控在非线性与慢响应上的限制，图1首先对比了陷阱介导机制与栅电场调制界面机制，提出以Te/MoTe2异质结界面内建电场为核心的可重构策略。该图进一步展示，栅压编程可实现正/负光电流切换、微秒级瞬态响应，并利用线性可编程权重完成图像处理与运动识别，为后续实验勾勒出总体技术路线。图2. Te/MoTe2异质结可重构光电探测器的结构与电学表征基于上述设计，研究人员首先通过3×3阵列光学照片、Raman、AFM和TEM确认Te与MoTe₂形成了洁净、高质量的垂直范德华异质结，厚度分别约26和54 nm。随后电学测试表明，Te为高迁移率p型半导体（618 cm2 V-1 s-1），MoTe2呈双极性，异质结具有明显栅调制能力和约5×102整流比，从而为可重构光响应提供了材料与器件基础。图3. Te/MoTe2栅控双向自供电光响应在高质量异质结基础上，研究人员在638 nm光照和零漏偏压下考察其栅控光响应，发现短路光电流随栅压跨过约−27 V发生极性反转，并在−44至−14 V范围内实现R²=0.99的线性双极性响应度调制，包含31个实验可区分态。与此同时，3×3阵列统计验证了像素间可重复性，正、负光响应时间分别约5和3 µs，−3 dB带宽约82.1和85 kHz，说明器件在保持快速响应的同时可完成极性切换。图4. Te/MoTe2的自供电光电性能在确认可重构光响应后，进一步评估其作为光电探测器的性能，发现器件暗电流低至8.63×10-14 A，最大光电流达1.02 µA，0和1.5 V偏压下最大响应度分别为33.9和235.2 mA/W。更重要的是，器件同时具备109 dB线性动态范围、约1.01×106光开关比、5.42×1010 Jones比探测率和6.42×10-14 W Hz-1/2 NEP，并在长期循环测试中保持约7%的波动，展现出高灵敏与稳定工作能力。图5 Te/MoTe2双极性可重构器件的响应机制为阐明上述双极性光响应的来源，结合KPFM与光电流映射发现，Te表面电势较MoTe2高约93.2 mV，接触后形成由n型MoTe2指向p型Te的内建电场，驱动光生载流子分离并产生正短路光电流。施加−60 V栅压后，MoTe2费米能级移动使异质结由p-n转为p-p，界面电场反向，暗态输出与光电流映射共同证实极性反转；变栅压KPFM进一步显示两者仍保留费米能级差（由27.2 mV降至11.25 mV），足以维持反向内建电场。低频噪声中未出现明显随机电报噪声，表明正、负光电流态均源于界面内建电场驱动的载流子分离，而非缓慢的陷阱充放电过程。图6 Te/MoTe2双极性可重构器件用于传感器内图像处理的模拟得益于上述线性可编程权重与快速双极性响应，构建3×3卷积核并实验实现边缘检测、浮雕和锐化，结果与软件仿真一致。随后，利用正/负权重矩阵进行视频帧差处理，抑制静态背景并提取动态像素，在六类人体动作识别中少于3个训练周期即达100%准确率，80%高斯噪声下仍保持80.7%的识别精度，最终展示了该器件在传感内计算中的应用潜力。本研究通过在Te/MoTe2范德华异质结中引入栅极调控的界面内建电场，突破了传统陷阱介导机制在非线性与慢响应方面的限制，实现了R²=0.99的线性双极性响应度调制、约3 μs的快速极性切换以及31个可区分编程态。基于此，在3×3阵列上验证了像素级一致的可重构光响应，并成功演示了卷积核图像预处理与事件驱动运动识别。该工作为低功耗、快速、线性可重构的传感内计算光电器件提供了一种界面场工程策略。本文中，张世伟和何建贤为论文共同第一作者；中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室林生晃研究员与湘潭大学郝国林教授、中山大学沐浩然为论文共同通讯作者。该工作得到了松山湖材料实验室开放研究基金（2023SLABFK08）、国家自然科学基金（62574140、12674098）、广东省基础与应用基础研究基金（2026A1515011650、2024A1515010350）等项目的重点支持。文献链接：https://www.doi.org/10.1002/lpor.71930来源：电子信息材料与器件研究部

2026-09-30

东莞材料所 | 纳米塑料扰动细胞膜引发混合物“旁观者摄取效应”

随着全球塑料产量的激增，环境中微/纳米塑料的分布已成为备受关注的环境科学问题。纳米塑料（<100 nm）可通过食物链等途径进入生物体，其与生物屏障的界面相互作用机制是环境毒理学研究的重要方向。然而，在复杂的生物基质中，生物大分子聚集体容易被误判为纳米塑料，从而影响生物累积与毒性评估的准确性。为了排除复杂生物基质与细胞内信号网络的干扰，探究纳米塑料在最基本的生物界面——细胞膜上的本征物理相互作用显得尤为迫切。近日，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室元冰、晏洋团队联合华南师范大学刘鸿教授、浙江师范大学杨恺教授，在环境毒理与膜生物物理交叉领域取得新进展。研究团队采用“自下而上”的严谨策略，将人工模型细胞膜（支撑脂双层 SLBs 和巨型单层囊泡 GUVs）的介观热力学表征与活细胞动力学实验相结合，系统揭示了 25 nm 聚苯乙烯纳米塑料（PS25）通过物理膜扰动驱动大分子“旁观者摄取效应（Bystander Uptake）”的作用机制。相关研究成果以“Polystyrene Nanoplastics Perturb Cell Membranes and Induce Bystander Uptake of Diverse Cargos”为题发表于环境科学领域权威期刊《Journal of Hazardous Materials》上。PS25通过物理膜扰动驱动“旁观者摄取”效应的示意图。研究发现，相较于较大尺寸的 PS50 颗粒，PS25 表现出更高的细胞内化效率，并能更显著地引发线粒体去极化、细胞凋亡及迁移抑制。模型膜实验进一步揭示了其微观物理基础：尽管存在静电排斥，PS25 仍能高密度地物理吸附于脂质膜表面。在带负电的 SLB 体系中，PS25 的吸附产生了“物理钉扎”效应，使可移动脂质比例从 96.9% 降至 67.2%，限制了膜的侧向流动性；在 GUV 体系中，这种不对称的物理插入诱发了宏观的膜拓扑形变，导致囊泡出芽/管状化比例从 18% 增至 85%，且未引起细胞膜的急性穿孔渗漏。基于上述膜物理重塑现象，研究团队进一步探究了其对共存惰性粒子的“旁观者摄取”效应。活细胞成像与流式细胞术结果表明，PS25 施加的局部曲率应力与脂质堆积状态的改变，促使细胞启动了高度依赖胆固醇的巨胞饮与脂筏内吞通道。在这一大尺度流体动力学过程中，PS25 能够像“入胞促进剂”一样，将通常不易穿透细胞膜的多种物质（包括金属纳米颗粒、牛血清白蛋白、多肽及脂质纳米颗粒等）的内化效率协同提升 2 至 6 倍。这一发现表明，纳米塑料在环境中可以扮演共存污染物的“进入促进剂”角色，这为在真实环境中建立包含“鸡尾酒效应”（Cocktail effects）的复合污染物风险评估模型提供了物理化学理论依据。本项关于纳米塑料纯物理扰动验证的工作，是该研究团队长期围绕“软物质生物界面的曲率重塑调控纳米物质细胞内化”主题所开展的系列研究之一。自 2019 年大分子跨膜的“旁观者摄取效应”被发现和定义（Nat. Commun. 2019, 10, 3646）以来，团队已相继揭示了功能化纳米粒子诱导的跨尺度信号耦合（Nanoscale 2021, 13, 9626），双向功能化体系的效率增强（J. Phys. Chem. Lett. 2026, 17, 5503），以及形状熵介导的动力学路径选择机制（ACS Nano 2026, 20, 533）。本工作进一步证实了，即使剥离物质的生化靶向特异性，单纯依靠非生物活性高分子的物理力学重塑，亦足以触发大规模的旁观者摄取效应。该系列研究将底层物理化学机制与细胞代谢表型相统一，为全面评估复杂环境污染物的复合暴露风险提供了机制学参考。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389426022831来源：生物医用材料研究部

2026-09-15

东莞材料所 | 成功研制基于纳米晶合金的20kW新能源汽车无线充电器，效率高达98.51%

近日，国际权威学术期刊《Nature Communications》在线发表了由中国科学院东莞材料科学与技术研究所与香港城市大学、剑桥大学、中国科学院物理研究所等单位合作完成的最新研究成果。研究团队基于前期开发的高性能Fe基纳米晶合金材料及后处理工艺基础，通过应力退火精准调控磁各向异性，成功研制出20kW级高性能电动汽车无线充电系统，AC-AC效率高达98.51%，体积功率密度达9.55 kW/L，为自动驾驶时代的自动化充电提供了全新的材料解决方案。未来基于中国科学院东莞材料所自研的高性能JSN系列纳米晶带材，后续有望持续优化充电性能，进一步推高充电效率。随着电动汽车向高阶智能化和完全自动驾驶方向加速演进，车辆正从单纯的交通工具转变为能够自主决策与服务的移动智能空间。大规模商用部署自动驾驶汽车的关键前提之一，是实现完全自动化的充电解决方案，即车辆能够自主完成停车、对准、充电的全过程，无需人工干预。感应式无线充电（Inductive Power Transfer, IPT）被认为是实现自动化充电的理想技术路线。然而，当前主流的铁氧体磁芯方案面临着效率、功率密度和热稳定性的“不可能三角”：铁氧体材料饱和磁密较小，为了保证安全必须设计得较为厚重，导致功率密度受限；同时，铁氧体在高频高磁密条件下损耗较大，并且热稳定性较差，长时间高功率运行容易过热，必须降额使用。如何在保证高效率的同时大幅提升功率密度和热稳定性，成为无线充电技术走向大规模应用的核心瓶颈。研究团队通过系统的电磁仿真与实验验证发现，对于无线充电系统而言，过高的磁导率反而会导致磁通分布不均、局部磁通密度过高，不仅无法提升整体磁耦合效率，还会增加损耗和漏磁风险。研究团队通过磁路优化，设计出高架桥磁芯结构，并且通过在退火过程中沿纳米晶薄带方向施加可控的拉伸应力，通过应力-热双场耦合作用诱导产生单轴磁各向异性将磁导率调控至合适区间。在85 kHz、0.2 T条件下远优于传统铁氧体材料。更重要的是，该材料展现出优异的热稳定性：在25°C至100°C宽温范围内，损耗密度变化率低于20%，完全满足车载无线充电的长期高温运行需求。图1. 基于纳米晶合金的电动汽车全自动无线充电系统整体架构最终制成的磁芯条尺寸为440 mm × 330 mm × 4 mm，厚度仅为传统铁氧体方案的一半，却能承载更高的功率密度。基于优化后的应力退火纳米晶材料，研制了完整的20kW无线充电系统。实测结果表明：在约20 kW输出功率下，系统AC-AC效率达到98.51%，且在整个功率范围内（1~20 kW）耦合器效率曲线保持几乎完全水平，展现出优异的宽负载适应性。与已报道的同类研究相比，该系统在仅4 mm厚的磁芯层上实现了20 kW功率传输，体积功率密度达9.55 kW/L（含线圈、磁芯及补偿网络），同时保持98.51%的高效率，综合性能处于国际领先水平。损耗分析表明，纳米晶磁芯的磁损耗仅为156.53 W，相比传统铁氧体方案降低了63%，为系统的高功率密度和高热稳定性奠定了材料基础。该研究提出的"材料-系统协同设计"理念，突破了传统无线充电系统中材料与电气设计相互脱节的瓶颈。基于高性能纳米晶合金的超薄、高效、高可靠无线充电系统，不仅可应用于自动驾驶电动汽车的全自动泊车充电，还可拓展至轨道交通、工业AGV机器人、低空飞行器等多个领域，为电动化与智能化融合发展提供关键材料支撑。中国科学院东莞材料所非晶材料研究部将持续推进该技术的产业化落地，推动高性能软磁材料在新能源领域的规模化应用。图2. 20kW无线充电系统实物与性能对比相关成果以“Inductive Charging Systems Empowered by Stress-annealed Nanocrystalline Alloys with High Induced Magnetic Anisotropy”为题发表于《Nature Communications》。王一博（香港城市大学博士，洛桑联邦理工大学博士后）、李雪松（中国科学院东莞材料所副研究员）、周靖（中国科学院东莞材料副研究员）为论文共同第一作者，白海洋（中国科学院物理研究所研究员）、江朝强（香港城市大学副教授）、龙腾（剑桥大学教授）为共同通讯作者。该工作由中国科学院东莞材料科学与技术研究所联合香港城市大学、剑桥大学、中国科学院物理研究所等单位合作完成，并得到国家重点研发计划、香港研究资助局项目和国家自然科学基金重大项目的项目支持。文章链接：https://www.doi.org/10.1038/s41467-026-78003-z来源：非晶材料研究部

2026-09-29

南海海洋所 | 研究揭示细胞色素P450氧化酶催化4-咪唑烷酮生物合成新机制

近日，中国科学院南海海洋研究所和厦门大学合作在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）发表了题为 “A Cytochrome P450 Enzyme-Catalyzed Acetyl Migration in Cyanogramide Biosynthesis” 的研究论文，报道了海洋放线菌来源生物碱cyanogramide生物合成途径中P450氧化酶催化酰基迁移形成4-咪唑烷酮的新机制。4-咪唑烷酮是一类广泛存在于天然产物及药物分子中的重要活性基团。海洋放线菌源生物碱cyanogramide (1) 具有独特的氧化吲哚螺环吡咯并[1,2-c]咪唑烷酮骨架，能有效逆转肿瘤细胞的耐药性。前期研究中，团队基于基因缺失和前体喂养等实验推导了cyanogramide的生物合成途径（图1），阐明了P450氧化酶CyaH催化形成氧化吲哚螺环的新机制（Angewandte Chemie International Edition，2020, 59, 14065），揭示了甲基转移酶CyaF催化吲哚N-甲基化及其底物宽泛性机制（Journal of Natural Products, 2025, 88, 715），并全面总结了氧化吲哚螺环生物碱发现、活性及生物合成进展（Natural Product Reports, 2026, 43, 650），但cyanogramide中关键药效基团4-咪唑烷酮的酶促形成机制仍不清楚。图1 生物碱cyanogramide的生物合成途径研究人员首先通过体内基因重组和体外酶学实验证明，P450氧化酶CyaI负责催化环化形成4-咪唑烷酮，同时能够催化底物的氧化脱甲基和脱乙酰基反应（图1）。通过¹³C同位素标记实验进一步证实，CyaI催化的环化过程涉及分子内C→N乙酰基迁移（图1）。结合CyaI与底物3复合物的晶体结构和点突变分析，研究人员阐释了对催化活性至关重要的疏水氨基酸残基，发现P450酶中高度保守的T245可调控CyaI的反应方向，促进酰基转移生成4-咪唑烷酮（图2A）。图 2 细胞色素P450氧化酶催化C→N乙酰基迁移生成4-咪唑烷酮机制基于底物与产物的结构特征及P450催化基团迁移的反应规律，研究人员提出了两条可能的酰基迁移路径：由FeIII-OO-起始，经Baeyer-Villiger中间体（Route A）；由FeIV = O (Cpd I) 起始，经两性离子中间体的催化路径（Route B）。随后，通过合成Baeyer-Villiger中间体并进行体外酶学测试，结合化学计算排除了Route A的可能性。最后，通过元动力学（Metadynamics）模拟获得了具有反应活性的近端构象（图2B），该构象有利用生成两性离子中间体，随后依次发生1,2-C→C酰基迁移和1,3-C→N酰基迁移，最终经自发环化生成4-咪唑烷酮（图2C）。本研究不仅拓展了P450酶的催化谱系，也为开发新型生物催化剂奠定了基础。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。文章信息：Yiguang Zhu, Yongchao Wang, Liping Zhang, Chunyan Fang, Youhua Yong, Ruijie Chen, Jiahai Zhou, Qingbo Zhang, Binju Wang, Changsheng Zhang. A Cytochrome P450 Enzyme-Catalyzed Acetyl Migration in Cyanogramide Biosynthesis. Angewandte Chemie International Edition, 2026, e7360177.文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.7360177

2026-09-18

南海海洋所 | 研究揭示颗粒微环境介导的浮游生物跨域多样性耦合机制

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室冷泉生境协同研究中心在海洋浮游生物多样性研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Networks and genome-resolved analyses reveal persistent particle-mediated coupling between prokaryotes and eukaryotic plankton”为题发表在Microbiome期刊上。论文的共同第一作者为副研究员马骁和硕士研究生罗佳，通讯作者为研究员李超伦。海洋浮游生物群落是海洋生态系统的基石，原核生物与真核生物之间的相互作用驱动群落演替并影响关键生物地球化学过程。以往研究多聚焦藻华等极端事件，对于自然季节变化下二者耦合关系是否持续存在及其驱动机制尚缺乏系统认识。为此，研究团队对南海近岸海域开展为期一年的季节性采样，综合运用关联网络分析和宏基因组解析，揭示了颗粒微环境介导原核与真核生物多样性持续耦合的生态机制。研究揭示了真核浮游生物与附着型原核生物多样性之间存在一种持续且稳定的耦合关系，即：附着型原核生物的多样性变化与真核浮游生物高度同步，相关性显著强于自由生活型原核生物群落，说明真核生物不仅是有机质载体，更是促进原核生物共存、协同和生态分工的重要界面。在机制层面，宏基因组结果显示，附着型原核生物群落相较于自由生活型原核生物群落表现出更强的碳氮代谢、能量获取和次级代谢物合成能力。研究团队还从宏基因组数据中重建获得120个高质量原核生物基因组，发现附着型原核生物的基因组相较于自由生活型原核生物普遍更大，并携带更多与趋化运动、生物膜形成、分泌系统、复杂有机化合物利用、能量代谢、氧化还原灵活性及解毒功能相关的基因。这说明生活在颗粒微环境中的微生物，长期受到复杂、竞争性强且资源高度异质的生境选择压力，逐步演化出一套适应颗粒表面环境的互动工具箱。该研究从网络结构和基因组特性两个层面，建立了浮游生物生态系统中颗粒微环境持续驱动原核与真核浮游生物多样性耦合的新解释框架，为理解海洋浮游生物群落演替、微食物网结构以及海洋物质循环过程提供了理论依据。这一发现将有助于预测真核浮游生物群落变化如何影响原核生物的组成和功能，也为评估生态系统稳定性提供了重要科学支撑。原核生物与真核浮游生物之间相互作用的示意图该研究获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室项目等资助。论文信息：Xiao Ma, Jia Luo, Yihong Wu, Sheng Dai, MinXiao Wang & Chaolun Li*. Networks and genome-resolved analyses reveal persistent particle-mediated coupling between prokaryotes and eukaryotic plankton. Microbiome (2026). https://doi.org/10.1186/s40168-026-02528-0原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-026-02528-0

2026-09-18

华南植物园联合研究发现：全球陆地热浪正来得更早、发展得更快

近年来，极端高温已成为全球气候风险治理的重要议题。2024年，联合国秘书长古特雷斯发布《极端高温行动呼吁》（Call to Action on Extreme Heat），呼吁国际社会加强对极端高温的协同应对。2026年7月31日，古特雷斯再次就全球极端高温发出警示，指出地球升温的速度正在超过人类采取应对行动的速度，并强调加强热健康行动计划和早期预警。今年夏季，欧洲多地遭遇严重高温，西欧经历了有记录以来最热的6月，多国局地气温超过40摄氏度，极端高温及其健康风险再次受到广泛关注。在全球持续变暖背景下，热浪不仅变得更加频繁、强烈和持久，是否也正在来得更早、发展得更快？中国科学院华南植物园研究团队联合国内外科研机构开展的最新研究发现，自1979年以来，全球陆地热浪开始时间显著提前、结束时间显著推迟，热浪季节明显延长；进入21世纪以来，发生快速起始型首次热浪的陆地面积占当年热浪影响区面积的比例显著增加。科研人员基于1979年至2023年全球气候数据，系统分析了全球陆地热浪开始时间、结束时间、热浪季节长度及每年首次热浪起始速度的长期变化，并利用多个独立气候数据集对结果进行了交叉验证。结果显示，全球陆地首次热浪发生时间平均每10年提前约3.3天，过去45年总体提前约2周；最后一次热浪结束时间平均每10年推迟约5.4天，45年间总体推迟约24天；热浪季节平均每10年延长约8.7天，45年间总体延长约39天。从空间范围看，全球72.0%的陆地区域呈现热浪提前发生趋势，79.6%的区域呈现热浪推迟结束趋势，92.1%的区域呈现热浪季节延长趋势，其中干旱地区的变化总体更为明显。研究团队进一步根据每年首次热浪从开始到温度峰值所经历的相对时间，将其划分为快速、中等和缓慢三种起始类型。结果发现，2001年至2023年，快速起始型首次热浪的陆地面积占当年热浪影响区面积的比例呈显著上升趋势，表明近年来全球陆地首次热浪呈现向快速起始转变的趋势。这意味着，刻画高温风险不仅需要关注“热到什么程度”和“持续多久”，还需要关注“何时到来”和“多快达到高温峰值”。该研究从热浪发生时间和起始速度两个维度深化了对全球热浪长期变化的认识。以往研究更多关注热浪的频率、强度、持续时间和影响范围，此次研究表明，热浪何时开始、何时结束及多快达到峰值，同样是认识和评估高温风险的重要指标。研究还发现，热浪季节延长增加了农作物在关键生育阶段遭遇高温的风险。2001年至2023年，全球部分主要作物在开花、抽丝等关键生殖生长阶段的热浪暴露面积占比较1979年至2000年增加1.6%至13.3%，热浪影响进一步向作物生育期的前期和后期扩展。中国科学院华南植物园徐文芳副研究员表示：“过去我们更多关注热浪是否变得更频繁、更强、更持久。这项研究进一步表明，热浪发生时间和起始过程也正在改变。如果热浪来得更早、达到峰值更快，留给社会和生态系统准备和适应的时间窗口可能进一步缩短。因此，有必要提高热浪监测预警和应急响应的时效性，推动预警信息及时转化为风险应对行动。”这一发现也为完善极端高温风险监测和早期预警提供了新的科学视角。联合国正在通过“全民早期预警”（Early Warnings for All）倡议推动提升全球极端天气预警能力。研究表明，在高温监测和风险评估中，除温度强度和持续时间外，进一步关注热浪何时开始、何时结束以及事件达峰速度，有助于更全面地识别不断变化的高温风险，并为公共卫生、农业生产、生态保护和能源保障等领域制定适应措施提供科学依据。相关研究成果以“Earlier and faster heatwave onset on land under a warming climate”为题近日发表在国际学术期刊Nature Climate Change期刊。中国科学院华南植物园徐文芳副研究员为论文第一作者，徐文芳副研究员、刘菊秀研究员和北京大学袁文平教授为通讯作者；论文合作者还包括华南植物园武东海研究员、法国气候与环境科学实验室（LSCE）Philippe Ciais教授、澳大利亚蒙纳士大学王应平教授和中国气象科学研究院黄萌田副研究员。论文链接 https://doi.org/10.1038/s41558-026-02762-2图. 1979-2023年全球陆地热浪发生时间、结束时间及热浪季节长度时空变化

2026-09-24

深圳先进院 | 多模态深度学习助力肺腺癌谱系结节术前浸润分层

肺腺癌通常经历从不典型腺瘤样增生、原位腺癌、微浸润性腺癌到浸润性腺癌的连续演变过程。不同浸润程度与患者的手术方案密切相关。然而，相邻病理类型在薄层CT上的影像表现高度重叠，尤其是处于中间状态的微浸润性腺癌，对术前准确分层具有较大挑战。传统影像学指标或单一CT模型难以同时充分表征结节的空间异质性和临床可解释征象，限制了相关智能模型的临床应用。近日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室张娜研究员等，联合中国医学科学院肿瘤医院深圳医院、东莞市人民医院、北京大学深圳医院等单位，开发并完成外部验证了一种融合三维CT图像与结构化影像语义特征的多模态深度学习模型，实现了对肺腺癌谱系结节的术前三分类。研究成果以"Multimodal deep learning for preoperative invasiveness stratification of lung adenocarcinoma spectrum nodules"为题，发表在国际数字医学领域学术期刊NPJ Digital Medicine（IF = 18.0）上。研究团队纳入了来自3家医学中心的2726名患者和3069个经术后病理证实的肺腺癌谱系结节。该模型以标准化三维CT结节图像和结构化影像语义特征作为双模态输入：图像分支用于学习结节内部及周围的空间信息，语义特征分支则编码密度类型以及分叶、毛刺、空气支气管征、胸膜牵拉、血管集束等临床常用影像征象。模型进一步通过双向跨模态注意力和门控融合机制实现图像信息与语义信息的交互，并结合结节长径和实性成分比例对预测概率进行校准，从而形成兼顾影像表征能力和临床可解释性的术前分层结果。进一步分析发现，模型对浸润性腺癌保持了较稳定的识别能力，而微浸润性腺癌仍是模型和医师共同面临的主要分类难点。该研究将放射科医师日常使用的可解释影像征象与三维CT深度表征进行融合，为肺腺癌谱系结节的术前浸润风险评估提供了新的技术路径。研究结果表明，该模型的影像特征能与CT图像形成互补，可为放射科医师提供结节完成识别和定位后的临床决策支持。深圳先进院生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室张鉷涛博士后为论文第一作者，东莞市人民医院薛婷住院医师和北京大学深圳医院张哲助理研究员为共同第一作者。张娜研究员、中国医学科学院肿瘤医院深圳医院刘礼健副主任医师和刘周副主任医师为论文共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技计划及深圳市高水平医院建设专项等项目的支持。论文链接研究总体流程及多模态模型框架不同模型在内部及外部验证队列中的性能比较多模态模型与不同资历医师在两个外部验证中心中的分类性能及一致性比较

2026-09-17