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余林教授團(tuán)隊(duì)在直接海水電解制氫研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

近日，輕工化工學(xué)院余林教授團(tuán)隊(duì)在直接海水電解制氫研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究論文以 "An 'ice-like' water film for corrosion-proof seawater electrolysis"為題，發(fā)表于能源與環(huán)境領(lǐng)域的國際頂級期刊《Energy & Environmental Science》（影響因子：30.8，中科院一區(qū)TOP期刊）。

隨著可再生能源的快速發(fā)展，利用豐富的海水資源直接電解制取綠氫，是解決未來能源需求與實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要路徑。但海水中高濃度的氯離子會對電極催化劑造成嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致催化性能快速衰減。傳統(tǒng)研究多聚焦于構(gòu)建"更強(qiáng)"的固態(tài)屏障來阻擋氯離子，但難以從根本上避免腐蝕發(fā)生。余林教授團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)換研究視角，從電極/溶液界面的雙電層結(jié)構(gòu)入手，設(shè)計(jì)了一種新型催化劑，在電解過程中誘導(dǎo)界面水分子重排，構(gòu)筑了一層高度有序、類似冰結(jié)構(gòu)的致密氫鍵網(wǎng)絡(luò)水膜。

該“類冰狀水膜”憑借其強(qiáng)大的共價(jià)O-H鍵和密集的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，形成了一道動態(tài)、自更新的物理屏障，能夠有效阻擋氯離子向電極內(nèi)亥姆霍茲平面（IHP）的遷移，從源頭解決腐蝕問題。實(shí)驗(yàn)表明，基于該策略的催化劑在模擬海水和真實(shí)海水中均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性與催化活性，組裝的電解槽在工業(yè)級條件下可穩(wěn)定運(yùn)行超1000小時(shí)，展現(xiàn)了良好的實(shí)際應(yīng)用前景。該工作首次將催化劑動態(tài)演化與界面水分子結(jié)構(gòu)調(diào)控相結(jié)合用于抗氯腐蝕電解海水，顛覆了傳統(tǒng)鈍化層的思維定式，為設(shè)計(jì)長效、穩(wěn)定的海水電解催化劑提供了全新見解。

論文第一作者為2023級碩士研究生袁梓慧，通訊作者為輕工化工學(xué)院余林教授、華中科技大學(xué)劉友文教授等。廣東工業(yè)大學(xué)為論文的第一完成單位。

郝春雁/欒天罡教授團(tuán)隊(duì)與張山青教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在環(huán)境健康與能源領(lǐng)域發(fā)表重要綜述

鋰離子電池產(chǎn)業(yè)正在推動全球清潔能源轉(zhuǎn)型，但其背后的環(huán)境代價(jià)，特別是新興污染物的潛在威脅，已成為關(guān)乎產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的核心議題。近日，我校郝春雁/欒天罡教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合張山青教授團(tuán)隊(duì)，以“A Critical Review on PFAS in Lithium-Ion Batteries: Application, Monitoring, Exposure and Health Risk”為題，在國際環(huán)境與能源領(lǐng)域的頂級期刊《Energy & Environmental Science》（五年平均影響因子：35.1，中科院一區(qū)TOP期刊）發(fā)表重要綜述論文。系統(tǒng)總結(jié)了全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）在鋰離子電池生產(chǎn)與應(yīng)用過程中的功能作用、環(huán)境釋放途徑、檢測方法及其潛在暴露風(fēng)險(xiǎn)與相關(guān)毒性。廣東工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)藥學(xué)院為論文第一完成單位，席冠副教授為論文第一作者，郝春雁教授為論文唯一通訊作者。

本綜述對鋰電池產(chǎn)業(yè)中新興PFAS的“應(yīng)用—監(jiān)測—暴露—健康風(fēng)險(xiǎn)”鏈條進(jìn)行了系統(tǒng)性梳理與評估。聚焦了鋰電池相關(guān)PFAS的釋放、環(huán)境行為、全球分布，以及傳統(tǒng)靶向分析向高分辨質(zhì)譜非靶向篩查的檢測分析演變趨勢，并探討了其通過職業(yè)暴露、膳食攝入及環(huán)境接觸等途徑進(jìn)入人體的可能性，由此闡述了這類新興PFAS對生態(tài)系統(tǒng)及人體健康潛在的毒性效應(yīng)及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。本文揭示了鋰電能源產(chǎn)業(yè)作為環(huán)境中PFAS新污染源的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)，旨在為相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)管控、監(jiān)測規(guī)范的制定、政策法規(guī)的完善，以及綠色替代材料的研發(fā)推廣提供重要科學(xué)指引與依據(jù)。

IMT團(tuán)隊(duì)在金剛石FET超靈敏傳感器制造與應(yīng)用取得新進(jìn)展

近日，廣工高性能工具全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省微創(chuàng)手術(shù)器械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的袁志山教授課題組金剛石超靈敏傳感器制造與應(yīng)用取得新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)摻硼金剛石液柵場效應(yīng)晶體管（BDD-SGFET）超靈敏生物傳感器制造以基因突變檢測驗(yàn)證。相關(guān)成果以論文形式在TOP期刊《Microsystems & Nanoengineering》（Q1, IF=9.9）在線發(fā)表。

基因突變（如堿基錯(cuò)配）的精準(zhǔn)檢測對于非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）等重大疾病的分子水平分析、早期診斷和靶向治療至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的測序和核酸擴(kuò)增技術(shù)（如PCR）依賴復(fù)雜的樣本預(yù)處理和昂貴的光學(xué)設(shè)備，難以滿足即時(shí)檢測（POC）的需求。此外，現(xiàn)有的場效應(yīng)晶體管（FET）生物傳感器多采用硅或金屬氧化物作為溝道材料，在極端pH或電解液環(huán)境中面臨易氧化腐蝕、背景噪音大及長期穩(wěn)定性差等難題。此外，傳統(tǒng)的平面型摻硼金剛石（BDD）傳感器受限于比表面積，導(dǎo)致檢測靈敏度受限 。

針對上述難題，在國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（基因突變檢測金剛石納米線雙離子束刻蝕機(jī)理與工藝研究，No. 52175388）項(xiàng)目資助下，團(tuán)隊(duì)開展了金剛石場效應(yīng)晶體管的微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與可控制造研究。該研究設(shè)計(jì)了一種具有三維微米線結(jié)構(gòu)的摻硼金剛石溶液柵極場效應(yīng)晶體管（BDD-SGFET）生物傳感器。利用TCAD仿真揭示了金剛石微米線尺寸對器件電學(xué)性能的影響規(guī)律，并通過微波等離子體化學(xué)氣相沉積、光刻和等離子體刻蝕等極端制造工藝，成功制備了具有該三維微結(jié)構(gòu)的BDD-SGFET超靈敏傳感器。這一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)大幅增加了傳感區(qū)域的比表面積并提高了柵極電容，有效降低了器件的閾值電壓并顯著提升了跨導(dǎo)性能，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對10 pM濃度目標(biāo)的極限檢測，并精準(zhǔn)辨識出表皮生長因子受體（EGFR）兩個(gè)堿基對錯(cuò)配。

這項(xiàng)研究為高性能金剛石場效應(yīng)晶體管的設(shè)計(jì)與制造提供了新思路，更為下一代無標(biāo)記分子檢測分析技術(shù)打造了一個(gè)快速穩(wěn)健的平臺。其優(yōu)異的序列選擇性、在復(fù)雜環(huán)境下的卓越抗干擾能力以及高穩(wěn)定性，使其在基因變異分析、癌癥早期診斷以及便攜式即時(shí)檢測等精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用前景，展示了微米級 BDD-SGFET 作為基因突變分析基礎(chǔ)工具的巨大潛力。

以上工作以題為“Boron-doped diamond solution-gate field-effect transistor (BDD-SGFET) biosensor for gene mutation detection”于TOP期刊《Microsystems & Nanoengineering》（Q1，IF=9.9）上發(fā)表。IMT團(tuán)隊(duì)碩士生林澤龍、博士生鄭昀、碩士生陳奕森和團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)帶頭人王成勇教授為共同作者，袁志山教授為通訊作者 。

這項(xiàng)工作由國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（No.52175388）資助。

圖 | 用于突變基因檢測的 BDD-SGFET 生物傳感器的結(jié)構(gòu)和原理示意圖

何軍教授團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)：給分子“擰個(gè)角度”，就能精準(zhǔn)控制化學(xué)反應(yīng)

近日，輕工化工學(xué)院何軍教授團(tuán)隊(duì)在國際頂級期刊《Journal of the American Chemical Society》上發(fā)表重要研究成果。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整MOF材料中一個(gè)微小結(jié)構(gòu)——“連接體”的扭轉(zhuǎn)角度，就能像旋鈕一樣精準(zhǔn)控制活性氧的生成類型，從而實(shí)現(xiàn)高效、高選擇性的有機(jī)合成。

活性氧是一類性質(zhì)活潑的含氧物質(zhì)，在我們的日常生活中并不陌生——切開的蘋果放久了會變黃，就是活性氧在“工作”。在化學(xué)合成領(lǐng)域，科學(xué)家利用光和催化劑激活空氣中的氧氣，產(chǎn)生活性氧來驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)。這種方法綠色、可持續(xù)，前景廣闊。但活性氧也有不同的“性格”：單線態(tài)氧和羥基自由基，氧化性非常強(qiáng)，像“散彈槍”一樣，反應(yīng)猛烈但容易“過度”，產(chǎn)生不必要的副產(chǎn)物；超氧自由基，氧化性適中，更像“精確制導(dǎo)導(dǎo)彈”，既能高效完成反應(yīng)，又不會“傷及無辜”，是實(shí)現(xiàn)高選擇性合成的理想選擇。如何讓反應(yīng)按照我們的意愿，選擇性地生成超氧自由基，而不是其他活性氧？

研究團(tuán)隊(duì)用“分子扭轉(zhuǎn)角”作為調(diào)控手柄，設(shè)計(jì)了一對“分子雙胞胎”——兩種結(jié)構(gòu)非常相似的鎳基MOF材料。它們就像一個(gè)模子刻出來的，唯一的區(qū)別在于其中一個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)（連接體）的“扭轉(zhuǎn)角度”不同：Ni-TTPz-α（連接體呈平面舒展的構(gòu)型）和Ni-TTPz-β：（連接體呈扭曲鋸齒的構(gòu)型）。研究發(fā)現(xiàn)，平面型材料（Ni-TTPz-α） 能夠高效生成超氧自由基，生成速率是扭曲型材料的15倍，而扭曲型材料主要生成單線態(tài)氧，且整體性能遠(yuǎn)不如前者。

在光催化芐胺氧化偶聯(lián)生成亞胺的反應(yīng)中（這是一類重要的化學(xué)反應(yīng)，亞胺是合成藥物和精細(xì)化學(xué)品的關(guān)鍵中間體），兩種材料的差距一目了然：其中平面型MOF催化產(chǎn)率高達(dá)99%，并且表現(xiàn)出潛在的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

這一發(fā)現(xiàn)首次從分子層面揭示了“連接體扭一下角度”如何影響整個(gè)材料的性能，為設(shè)計(jì)新一代光催化劑提供了全新的思路。

廣東工業(yè)大學(xué)為論文第一完成單位，輕工化工學(xué)院研究生周華群和胡潔穎作為第一作者，何軍和韓彬?yàn)橥ㄓ嵶髡摺?/p>

張紫輝教授團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)紫外光到藍(lán)光的可視化預(yù)警研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

近日，廣工集成電路學(xué)院張紫輝教授團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)紫外光到藍(lán)光的可視化預(yù)警研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究論文以“Making UV light visible by exciting polarization-gate phototransistor to achieve energy transfer into GaN-based blue emission”為題，發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域的國際頂級期刊《Light: Science & Applications》（影響因子：23.4，中科院一區(qū)TOP期刊）。

紫外光電探測器是監(jiān)測紫外線強(qiáng)度的核心器件。目前，基于AlGaN材料的光電探測器因其高效的光電轉(zhuǎn)換能力而被廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)紫外光探測器通常需要復(fù)雜的封裝工藝或額外的柵極控制，增加了制造成本和操作難度。此外，紫外光本身不可見，如何快速、直觀地感知其存在，一直是研究熱點(diǎn)。近年來，研究者嘗試將紫外光探測器與可見光LED單片集成，通過紫外光激發(fā)可見光發(fā)射，實(shí)現(xiàn)對紫外光的可視化檢測。現(xiàn)有方案包括：利用多量子阱同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)射與吸收、將可見光LED模塊與紫外探測器芯片封裝集成、以及設(shè)計(jì)NPN結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無柵極控制等。然而，這些方案或需要復(fù)雜的柵極控制，或依賴反向偏置的PN結(jié)，難以兼顧高靈敏度和低功耗。因此，開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、易于集成的紫外光探測器件，成為領(lǐng)域內(nèi)的重要挑戰(zhàn)。

圖 | (a)等效電路圖及工作機(jī)理：(a1)305 nm的紫外光和(a2)Mini-LED產(chǎn)生的460 nm可見光的EL光譜；(a3)無305 nm紫外光激發(fā)時(shí)光晶體管關(guān)閉；(a4)有紫外光激發(fā)時(shí)光晶體管開啟；(b)輸入偏壓、外部紫外光信號與可見光信號的邏輯關(guān)系示意圖；(c)紫外激發(fā)光源的光功率隨注入電流的變化關(guān)系；(d)不同紫外光功率下Mini-LED的電致發(fā)光光譜。

針對上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出并研制了一種基于極化柵效應(yīng)的單片集成光電器件。該器件由兩部分組成：極化柵紫外光晶體管和InGaN/GaN基可見光Mini-LED，兩者通過原位外延生長集成于同一藍(lán)寶石襯底上。該光電集成器件最突出的創(chuàng)新在于其“極化柵”設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的三端光晶體管不同，該器件僅有兩個(gè)電極。如圖1所示，研究者利用u-GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)界面的極化效應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)極化電荷，在u-GaN(L1)層中形成電子耗盡區(qū)，從而在無紫外光照射時(shí)自然夾斷電子通道，使器件處于關(guān)閉狀態(tài)，電流無法流向Mini-LED。這種設(shè)計(jì)完全摒棄了外部金屬柵極沉積，降低了工藝復(fù)雜度。當(dāng)305 nm的紫外光照射到光晶體管區(qū)域時(shí)，光生載流子會屏蔽極化電場，恢復(fù)u-GaN(L1)層中的電子通道。這使得電流得以流通，并注入Mini-LED的多量子阱中，激發(fā)出460 nm的可見藍(lán)光。實(shí)驗(yàn)表明，在12.7 mW紫外光激發(fā)下，Mini-LED的輸出光功率高達(dá)81.1 mW，實(shí)現(xiàn)了對紫外光的高效可視化轉(zhuǎn)換。

當(dāng)無紫外光照時(shí)，器件在10 V偏壓下的正向電流低于1.4×10??mA，確保了器件的低功耗和“常關(guān)”安全特性。當(dāng)器件處于1.3 mW紫外光照條件下時(shí)，可將其放大為藍(lán)色的可見光，實(shí)現(xiàn)高達(dá)32.7倍的光功率轉(zhuǎn)換效率和49.8倍的光子數(shù)轉(zhuǎn)換效率。這意味著即使是微弱的紫外光，也能被放大為人眼可見的明亮藍(lán)光。研究團(tuán)隊(duì)指出，這一成果作為兩端器件，便于轉(zhuǎn)移至柔性襯底，為開發(fā)低成本、高集成度的可穿戴紫外光預(yù)警設(shè)備提供了全新的技術(shù)路徑。此外，該技術(shù)還可拓展至紫外光通信和可見光通信領(lǐng)域。通過進(jìn)一步優(yōu)化材料生長和器件結(jié)構(gòu)以縮短響應(yīng)時(shí)間、提高靈敏度，這項(xiàng)技術(shù)將讓看不見的紫外光真正變得“可見”，在個(gè)人健康防護(hù)、特殊環(huán)境預(yù)警等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

圖 | (a)不同正向偏壓下的噪聲功率密度；(b)不同紫外光功率下Mini-LED的光功率隨偏壓的變化；(c)不同紫外光功率下Mini-LED的外量子效率隨偏壓的變化；(d)可見光與紫外光光子數(shù)比隨注入電流的變化；(e)可見光與紫外光功率轉(zhuǎn)換效率隨注入電流的變化。

廣東工業(yè)大學(xué)楚春雙副教授為論文第一作者，廣東工業(yè)大學(xué)張紫輝教授為通訊作者。廣東工業(yè)大學(xué)集成電路學(xué)院為論文第一完成單位。

半導(dǎo)體材料與器件團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展

近日，材料與能源學(xué)院半導(dǎo)體材料與器件團(tuán)隊(duì)馮星教授、陳俊如副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合福建農(nóng)林大學(xué)歐陽新華教授，在鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出一類具有“天線效應(yīng)”的新型芘基非摻雜空穴傳輸材料，在 n-i-p 結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池中實(shí)現(xiàn)了 25.47% 的光電轉(zhuǎn)換效率，并表現(xiàn)出優(yōu)異的熱、光和濕度穩(wěn)定性。相關(guān)成果以 “Beyond the Sum of Its Parts: Alkyl-Chain Engineering Unlocks Dopant-free Pyrene-based Antenna Molecules for Efficient Perovskite Solar Cells” 為題，發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》，廣東工業(yè)大學(xué)為論文第一完成單位。

鈣鈦礦太陽能電池因具備高效率、低成本等優(yōu)勢，被認(rèn)為是極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮夥夹g(shù)。近年來，其認(rèn)證效率已由早期的 3.8% 快速提升至 27%以上。不過，在高效率背后，器件中常用的空穴傳輸材料通常需要借助鋰鹽、叔丁基吡啶等外加摻雜劑來提升導(dǎo)電性。這類添加劑雖然能夠改善器件初始性能，卻容易引發(fā)吸濕、遷移和界面副反應(yīng)等問題，進(jìn)而影響器件長期穩(wěn)定性和應(yīng)用前景。圍繞這一關(guān)鍵瓶頸，開發(fā)無需摻雜、兼具高效傳輸與高穩(wěn)定性的空穴傳輸材料，已成為領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)：“天線效應(yīng)”+“烷基鏈工程”實(shí)現(xiàn)性能突破

研究團(tuán)隊(duì)從分子設(shè)計(jì)的源頭出發(fā)，將芘的強(qiáng)熒光特性、大共軛結(jié)構(gòu)與三苯胺的優(yōu)異空穴傳輸能力相結(jié)合，通過精確調(diào)控烷基橋連鏈的長度，設(shè)計(jì)合成了一系列新型芘基天線分子（PyTPA-9C、PyTPA-10C、PyTPA-13C）。研究發(fā)現(xiàn)，這類分子不僅繼承了前體材料的“天線效應(yīng)”——即隨著三苯胺單元增多，光吸收系數(shù)和熒光量子產(chǎn)率顯著提升，更揭示了一個(gè)關(guān)鍵規(guī)律：烷基鏈的“奇偶效應(yīng)”對分子構(gòu)型、能級結(jié)構(gòu)和電荷輸運(yùn)性能起著決定性作用。其中，具有偶數(shù)碳癸基鏈的PyTPA-10C，形成了獨(dú)特的“梯型”構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)了：

更優(yōu)的能級匹配：與鈣鈦礦層形成理想的能級排列，顯著降低空穴提取能壘；

高效的電荷提取與輸運(yùn)：瞬態(tài)光電流測試表明，PyTPA-10C具有最快的空穴提取速度（0.67 μs）；

顯著抑制電荷復(fù)合：其復(fù)合電阻高達(dá)26.8 kΩ，遠(yuǎn)優(yōu)于對照材料；

優(yōu)異的界面缺陷鈍化能力：陷阱態(tài)填充電壓降至0.242 V，有效減少非輻射復(fù)合損失。

最終，基于PyTPA-10C的非摻雜空穴傳輸層，在n-i-p結(jié)構(gòu)器件中實(shí)現(xiàn)了25.47% 的光電轉(zhuǎn)換效率，這是迄今為止非摻雜有機(jī)小分子空穴傳輸材料在n-i-p結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池中的最高效率之一。

該研究不僅獲得了一類性能優(yōu)異的非摻雜空穴傳輸材料，更提出了一種具有推廣意義的分子設(shè)計(jì)思路：在芘基“天線分子”體系中，通過精細(xì)調(diào)控烷基鏈長度及其奇偶效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)分子構(gòu)型、能級結(jié)構(gòu)、載流子輸運(yùn)與界面穩(wěn)定性的協(xié)同優(yōu)化。 這一策略為開發(fā)兼具高效率與高穩(wěn)定性的新型有機(jī)空穴傳輸材料，推動鈣鈦礦太陽能電池走向?qū)嶋H應(yīng)用，提供了重要的理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

余林教授團(tuán)隊(duì)在質(zhì)子交換膜電極電解水制氫研究領(lǐng)域獲得新進(jìn)展

輕工化工學(xué)院余林教授團(tuán)隊(duì)繼在直接海水電解制氫領(lǐng)域取得重要研究成果后（An “ice-like” water film for corrosion-proof seawater electrolysis. Energy & Environmental Science, 2026, online），近日在質(zhì)子交換膜電極電解水制氫（PEMWE）研究領(lǐng)域再獲新進(jìn)展。相關(guān)研究論文以 "Electrified interfacial oxygen-down water boosts efficient and durable electrolysis"為題，發(fā)表于Nature旗下期刊《Nature Communications》。廣東工業(yè)大學(xué)為論文第一完成單位。

目前，利用可再生能源驅(qū)動的電解水被廣泛認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)清潔高效制氫、推進(jìn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)路徑，但其效率長期受制于陽極析氧反應(yīng)（OER）緩慢的動力學(xué)過程，而且在強(qiáng)酸環(huán)境下催化劑穩(wěn)定性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。針對以上難題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新性的“定向水分子構(gòu)型”策略——直接優(yōu)化界面水分子的排列方式。在具有邊緣位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的RuO2催化劑中，研究人員成功誘導(dǎo)界面水分子形成有序的“氧端朝下”構(gòu)型。這種特殊結(jié)構(gòu)源于位錯(cuò)區(qū)域中壓應(yīng)力與拉應(yīng)力的協(xié)同作用：壓應(yīng)力促進(jìn)質(zhì)子快速排出，而拉應(yīng)力則增強(qiáng)對氧的吸引，從而驅(qū)動水分子有序排列。

實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果表明，有序的水分子結(jié)構(gòu)不僅顯著加快了水分子去質(zhì)子化過程，還通過構(gòu)建穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的快速“接力式”傳輸，有效避免局部酸性過強(qiáng)所引發(fā)的催化劑腐蝕。同時(shí)，預(yù)先定向的水分子可直接參與反應(yīng)，省去傳統(tǒng)體系中隨機(jī)取向調(diào)整的步驟，使反應(yīng)能壘降低約50%以上。性能測試顯示，該催化劑在10 mA cm-2電流密度下僅需179 mV過電位，并可穩(wěn)定運(yùn)行超過1000小時(shí)。在實(shí)際運(yùn)行的質(zhì)子交換膜電解槽中，其在1 A cm-2條件下連續(xù)運(yùn)行超過720小時(shí)，展現(xiàn)出優(yōu)異的工業(yè)應(yīng)用潛力。

該研究為打破電解水析氧過程中活性與穩(wěn)定性此消彼長的固有矛盾提供了新思路，也為設(shè)計(jì)電解水高性能催化材料開辟了新方向。

論文第一作者為2023級博士生許盈盈，通訊作者為廣東工業(yè)大學(xué)余林教授、華中科技大學(xué)劉友文教授以及海南大學(xué)王浩志教授。

林展教授團(tuán)隊(duì)在退役鋰離子電池回收再利用領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

近日，輕工化工學(xué)院林展教授團(tuán)隊(duì)在退役鋰離子電池直接回收再利用領(lǐng)域取得了原創(chuàng)性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)聚焦于退役電池材料組分難以分離的關(guān)鍵科學(xué)問題，設(shè)計(jì)了一種兼容于正/負(fù)極的水溶性超分子粘結(jié)劑，利用粘結(jié)劑中的氫鍵和離子鍵鍵合作用，通過其在熱水中的可逆解離，實(shí)現(xiàn)了活性材料組分的快速剝離、高效分離及直接再生利用。該設(shè)計(jì)著眼于退役電池材料組分的分離難題，顛覆了傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)體系，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)功能化粘結(jié)劑，實(shí)現(xiàn)了電池材料組分的“穩(wěn)定服役—高效分離—直接回收利用”，簡化了回收過程并節(jié)約了大量能耗。相關(guān)成果發(fā)表于Nature大子刊《Nature Sustainability》，廣東工業(yè)大學(xué)為論文唯一署名單位，吳曙星副教授為論文唯一第一作者，林展教授為論文唯一通訊作者。

隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，全球鋰離子電池裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，并逐步進(jìn)入集中退役階段，電池資源高效回收與循環(huán)利用已成為能源與環(huán)境領(lǐng)域的重要課題。直接回收可保留并修復(fù)電極活性材料結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是退役電池回收的理想路徑。然而，在實(shí)際電池體系中，粘結(jié)劑對電極組分的強(qiáng)粘附作用使活性材料難以有效分離，成為制約直接回收的關(guān)鍵因素。本研究從電池設(shè)計(jì)源頭出發(fā)，開發(fā)了一種超分子水溶性粘結(jié)劑，可有效替代現(xiàn)有商業(yè)化粘結(jié)劑。該粘結(jié)劑對正/負(fù)極材料具有良好的兼容性，其內(nèi)部構(gòu)建的氫鍵和離子鍵鍵合相互作用可隨溫度升高發(fā)生解離，使其在熱水中快速溶解，從而實(shí)現(xiàn)退役電池材料組分的高效分離和直接再生。這一工作突破了傳統(tǒng)“先使用、后回收”的被動模式，使電池在誕生之初便具備高效再生循環(huán)利用屬性，為破解鋰離子電池閉環(huán)回收難題提供了關(guān)鍵的解決方案。

生物材料團(tuán)隊(duì)發(fā)表腫瘤光診療研究成果

近日，生物醫(yī)藥學(xué)院生物材料團(tuán)隊(duì)何燕副教授和劉旭杰副教授在藥物化學(xué)領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《Journal of Medicinal Chemistry》（IF：6.8）上在線發(fā)表題為“Triple-Modal Mitochondrial G-Quadruplex-Targeted Hemicyanine Photosensitizer SPNO for Imaging-Guided Tumor Phototheranostics”的研究論文。該研究成功設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種靶向線粒體DNA G-四鏈體的新型近紅外半花菁光敏劑SPNO，成功整合了熒光成像、G4穩(wěn)定化和光治療三模態(tài)功能，實(shí)現(xiàn)了成像引導(dǎo)的腫瘤協(xié)同治療。

傳統(tǒng)的單模式光治療存在穿透深度有限、難以根除微轉(zhuǎn)移灶等問題。本研究提出的分子設(shè)計(jì)策略，在線粒體靶向單元（三苯基膦）和苯并噻唑骨架基礎(chǔ)上，通過引入甲氧基取代和擴(kuò)展π橋，優(yōu)化了分子的光物理性質(zhì)，使其吸收/發(fā)射波長紅移至近紅外區(qū)（685 nm），實(shí)現(xiàn)了深組織穿透與實(shí)時(shí)腫瘤定位。該光敏劑SPNO能特異性識別并穩(wěn)定線粒體DNA G-四鏈體，在無光照條件下即可通過誘導(dǎo)細(xì)胞周期G0/G1期阻滯抑制腫瘤增殖與轉(zhuǎn)移；在近紅外激光照射下，可高效產(chǎn)生I型與II型活性氧并具備優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，協(xié)同光動力與光熱治療。在乳腺癌小鼠模型中，SPNO介導(dǎo)的診療一體化方案顯著抑制了腫瘤生長，且未表現(xiàn)出全身毒性，展現(xiàn)出了良好的生物安全性。該成果不僅為克服單模式治療的局限性提供了新策略，而且為基于G-四鏈體的精準(zhǔn)癌癥診療藥物設(shè)計(jì)提供了全新范式。本研究從分子識別到功能輸出的完整證據(jù)鏈，闡明了SPNO通過靶向線粒體能量代謝基因和凋亡通路發(fā)揮抗腫瘤作用的分子機(jī)制，深化了對G-四鏈體靶向光療協(xié)同作用的理解，有望推動相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

本論文的第一作者為廣東工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)藥學(xué)院2022級碩士研究生董嘉鵬，生物材料團(tuán)隊(duì)何燕副教授、劉旭杰副教授為共同通訊作者。廣東工業(yè)大學(xué)為論文的第一完成單位。

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編輯| 黃淑芬 黃櫻杭

運(yùn)營| 學(xué)生新聞中心

責(zé)編| 王宇涵

初審| 李成瑤

復(fù)審| 杜清

終審| 張育廣