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科学研究
2025-02-28
突破性成果登《科学》主刊！复旦团队实现新型纳米颗粒超晶格

北京时间2月28日凌晨，复旦团队突破性成果登上《科学》杂志（Science）。 面向超晶格可编程化设计与构建难题，复旦大学化学系董安钢、李同涛团队联合高分子科学系李剑锋团队及新加坡南洋理工大学倪冉团队，发表题为“Curvature-guided depletion stabilizes Kagome superlattices of nanocrystals”（基于曲率介导的排空力构建纳米颗粒笼目超晶格）的论文，该研究利用凹形纳米颗粒为构建基元，通过调变颗粒的局部曲率来调控颗粒间的排空力，成功实现了笼目晶格（Kagome lattice）等一系列新型超晶格材料的可控构建为纳米颗粒自组装领域提供了全新的研究范式，有望在催化、能源、功能器件等领域带来创新性应用。主要参与者（左起）：李同涛、万思妤、董安钢、李剑锋 聚焦非凸纳米颗粒，实现“锁-钥”精准匹配组装 纳米颗粒被认为是“人造原子”，基于其可控组装构筑而成的超晶格（或超晶体）是一类具有晶体对称性的介观凝聚态物质，在能源、催化、力学、光电器件、生物医药等领域具有重要的应用价值。然而，实现超晶格材料的可编程化设计面临一个重
2025-02-15
陈国颂课题组《Nature Synthesis》：利用牺牲型超分子聚合物调控螺旋蛋白管组装

2025年1月16日，复旦大学陈国颂-江明课题组团队在《自然•合成》（Nature Synthesis）期刊发表了题为“Helical protein nanotubules assembled from sacrificial supramolecular polymers”的研究论文。 天然微管作为一种超分子聚合物，具有高度一致的螺旋特征，这一保守性结构的非共价合成得益于微管结合蛋白与微管蛋白聚合过程之间的超分子竞争，从而确保了在细胞水平以高保真度实施其结构和功能的正确性。由于缺乏天然的竞争相互作用，将微管蛋白在实验室进行常规的组装操作，只能得到具有多态性特征的螺旋微管，即难以控制微管蛋白螺旋结构的参数，包括起始螺旋数和螺旋股数等。因此，对于螺旋结构的均一性进行人工调控成为巨大挑战。 为了解决这一难题，陈国颂教授课题组开发了一种创新的多组分竞争组装系统。该系统同时包含小分子和生物大分子的超分子聚合物，其中四配位的配体能够诱导蛋白质聚合形成与天然微管结构高度相似的螺旋纳米管，而配体本身则自组装成纳米纤维。通过分子设计，研究团队成功调节了配体超分子聚合物（LSP）的稳定性
2025-02-14
李巧伟团队Nature Synthesis：MOF与HOF的同拓扑纠缠共生

金属有机框架（MOF）和氢键有机框架（HOF）作为两类极具代表性的框架材料，在化学与材料科学领域备受瞩目。它们分别基于金属与配体间的配位键或各组分间的氢键构筑而成，可设计的孔道及活性位点使得其在质子传导方面展现出巨大潜力。然而，绝大部分MOF缺乏结构本征的质子载体，需要通过额外功能化等手段实现高效质子传导；而HOF虽然基于氢键网络提供了丰富的质子传导通路，其传导性能却常因自身结构稳定性欠佳而受到制约。近日，复旦大学化学系李巧伟课题组通过精准调控有机配体的去质子化平衡，实现了MOF与HOF的同拓扑纠缠共生，创制出兼具高稳定性与高质子传导率的新型框架材料。相关研究成果以“Isotopological entanglement of a metal–organic framework and a hydrogen-bonded organic framework for proton conduction”为题在Nature Synthesis上发表。研究通过精确调控有机配体的去质子化平衡，实现了MOF与HOF的杂化纠缠共生。该材料创新性地通过NH4+与HHTP间的氢键键合形成HOF网络，并
2025-02-14
合成新型嵌入式催化剂，复旦团队电解水制氢成果登上《科学》主刊

想象未来有一天，你开的电动车是氢燃料电池驱动，穿的衣服是用氢气和二氧化碳制造，烧菜的燃气灶不再是天然气，而是氢气。能源转型时代，氢能成为重要的能源解决方案，在实现“碳中和”目标中发挥至关重要的作用。 北京时间2月14日复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室张波教授团队、徐一飞青年研究员团队联合化学系徐昕教授团队在《科学》杂志（Science）发表关于质子交换膜电解水装置（PEMWE）催化剂的最新研究成果题为《熟化诱导嵌入形成的超稳定析氧反应电催化剂》（“Ultrastable supported oxygen evolution electrocatalyst formed by ripening induced embedding”） 这一历时三年研发的电解水制氢成果，通过创造性的催化剂设计思路，大幅提高制氢效率和稳定性，为绿色氢能可持续发展提供技术支撑。图1. 联合团队合影 让“麻球”上的“芝麻”更坚固，催化剂中贵金属用量降低85% 随着全球应对气候变化和能源转型的压力日益加剧，绿色氢气作为一种高效、可持续的能源载体，越来越受到关注。在绿色氢气的生
2025-02-13
“打一针”电池就能复生！复旦原创方案登上《自然》主刊

从手机、电车到储能电站，锂电池在人们生活中无处不在,但由于在使用过程中不断损失锂离子最长寿命都只有6-8年，复旦大学高分子科学系彭慧胜/高悦团队打破锂电池传统设计原则，通过AI和有机电化学的结合成功设计了一种锂载体分子，让废旧电池“打一针”就可无损修复，将锂电池寿命提升1-2个数量级，为电池产业变革提供关键技术支撑。 成果以《外部供锂技术突破电池的缺锂困境和寿命界限》（External Li supply reshapes Li-deficiency and lifetime limit of batteries）为题，于北京时间2月13日凌晨在《自然》（Nature）上发表。 “精准治疗”：给旧电池打“强心针”，循环寿命提升1-2个数量级 电池中的活性锂离子由正极材料提供，锂离子损失消耗到一定程度后电池报废，是锂离子电池自1990年问世以来一直遵循的基本原则。但在这一原则下，锂电池已不能满足人类当前和未来的用电需求。 比如，电动车电池只能保证6-8年/1000-1500次充放电的高性能寿命；低温使用会加速电池变坏；储能电站和极端环境储能场景需要电池寿命提升一个数
2025-02-06
方方、孙大林课题组Nature Materials：“电”铜成铂——电还原衍生的畸变纳米孪晶激活纯铜电催化析氢性能

电解水析氢作为一种高效清洁的制氢方式，具有制氢纯度高、与可再生能源适配性好等优点。在电解析氢过程中，催化剂发挥着举足轻重的作用，它能够降低电解反应的活化能，进而提高析氢反应的速率和效率。通常而言，Pt和Ir等铂系金属是最有效的析氢反应催化剂，然而其高昂的成本和较低的储量，极大地限制了它们的广泛应用。与铂系金属相比，铜（Cu）具有低成本、高储量和优异的导电性，是一种潜在的理想析氢催化剂。但遗憾的是，Cu对析氢反应的氢中间体吸附过弱，导致其析氢催化活性极差，一般被用作集流体而不是催化剂。理论计算结果表明，引入拉伸应变和降低配位数可以有效地增强Cu对氢中间体的吸附作用。因此，如何通过局域结构调控，在降低配位数的同时引入强且稳定的拉伸应变，成为激活纯Cu析氢催化活性的核心难点。 近日，复旦大学材料科学系的方方、孙大林团队受到电化学充放氢反应中大反应驱动力的启发，与北京工业大学、北京大学和天津大学研究团队合作，创新地提出了激光烧蚀和电化学还原耦合的两步法合成策略，首次制备出富含畸变纳米孪晶的纯Cu析氢催化剂（DNTs-Cu）。在酸性条件下，DNTs-Cu展现出优于商用Pt/C催化剂的催
2024-09-14
张凡团队Nature photonics：高亮度过渡金属敏化近红外探针实现高信噪比生物成像

近红外光是一种人眼不可见的光，相对于可见光（400-700 nm）而言，生物组织在近红外窗口（700-1700 nm）内对光的吸收与散射较小。这使得可以发射近红外光的探针在生物成像和临床肿瘤切除等领域具有天然的优势。镧系纳米颗粒被认为是理想的近红外发光材料，其发光效率主要依赖于镧系敏化剂对外部能量的吸收和转换效率。然而，传统镧系敏化剂的吸收截面较低，因此传统近红外探针通常需要较高能量的激光照射才能发光。过高的照射功率不仅会造成背景干扰，影响成像的信噪比和分辨率，还可能引起潜在的过热现象，对生物组织造成伤害。因此，如何降低辐照光的能量，甚至在功率较低的环境光照射下来实现高信噪比近红外成像，一直是科研人员面临的难题。针对以上难题，张凡团队（http://nanobiolab.fudan.edu.cn/）开发了一系列尺寸均一，结构和发射波长可调的新型过渡金属元素铬敏化的镧系纳米发光颗粒（Cr3+-sensitized lanthanide-doped nanoparticles, CLNPs）。三价铬离子作为人体必需的微量元素，同时具有较高的光吸收截面。其摩尔消光系数是常用的镧系敏化剂的十四
2024-07-08
复旦大学魏大程团队研发功能型光刻胶，实现特大规模集成度有机芯片制造

随着现代信息科技的发展，功能芯片的集成密度越来越高，硅基芯片集成器件的密度已经超过2亿个晶体管每平方毫米。目前，集成电路芯片主要采用单晶硅制造。与硅材料相比，有机半导体材料具有本征柔性、生物相容性、成本低廉等优势，在可穿戴电子设备、生物电子器件等新兴领域具有重要应用前景，是一种具有重要应用前景的半导体材料。然而，基于有机半导体制造的有机芯片在集成度方面却远远落后于硅基芯片。 日前，复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室魏大程团队设计了一种功能型光刻胶，利用光刻技术在全画幅尺寸芯片上集成了2700万个有机晶体管并实现了互连，集成度达到特大规模集成度（ultra-large-scale integration，ULSI）水平（图1）。 2024年7月4日，该成果以《基于光伏纳米单元的高性能大规模集成有机光电晶体管》（“Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors”）为题发表于《自然·纳米技术》（Nature Nanotechno
2024-06-14
李文武团队合作Science：抗疲劳滑移铁电体的发现

铁电材料因具有超快的读写速度、断电后数据不丢失、以及超低功耗和抗辐照能力，是开发非易失性存储芯片的理想材料之一。此外，其具有可切换的电极化，被认为是实现类脑智能器件和存算一体架构的候选技术方案。然而，存储芯片存在读写次数限制，不可避免的疲劳失效问题，导致铁电材料存储器的读写次数受限，阻碍了铁电材料的实际应用。 近日，复旦大学材料科学系李文武教授团队、电子科技大学刘富才教授团队以及中国科学院宁波材料所钟志诚研究员团队基于二维3R-MoS2滑移铁电材料，联合提出一种性能优异的抗疲劳铁电系统。2024年6月7日，相关研究成果以《抗疲劳滑移铁电体的发现》（“Developing fatigue-resistant ferroelectrics using interlayer sliding switching”）为题于《科学》（Science）主刊在线发表。该研究为解决铁电材料领域长期存在的疲劳问题提供了一种全新途径，有望推动该材料在铁电存储器及类脑智能芯片等方面应用。图1.Science官方网站刊登的研究论文 铁电材料内部有无数个晶格单元，每个晶格单元内都聚集了带电离子，同时

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