传统锂电池在温度剧烈变化时会出现性能衰退或失效，如低温会导致电解液粘度增加、锂离子传输受阻，出现充电难、容量骤降等问题；高温则会加速电极材料腐蚀和电解液分解，引发安全隐患。极端温度环境（如极地科考、航空航天、高寒/高热地区新能源车运行）对电池的宽温域稳定性提出刚性需求。那么目前学术届在宽温区锂电池方面都用哪些值得关注的突破？ 学术界在宽温区锂电池的突破集中于电解液工程、界面动态调控及固态电解质创新。以下是我们整理的近期重要突破。 一、宽温域电解液开发 1.1 宽温域电解液 西安交通大学化工学院唐伟教授联合东南大学吴宇平教授、上海交大杲祥文副教授、空间电源所李永研究员、德国卡尔斯鲁厄理工学院Stefano Passerini（斯特凡诺·帕塞里尼）教授组成的国际化创新团队基于对SEI化学的调控，设计了一种宽温域电解液（WTAE）。通过构筑局部高浓电解液，将锂离子溶剂化结构从溶剂主导转变为阴离子主导，促进阴离子分解，从而在锂金属负极表面构造了富含LiF等无机组分的SEI界面。电化学性能测试、理论模拟计算、界面表征以及原位光学观察的结果共同证明，富含LiF等无机组分的SEI能够有效促进Li+在SEI中的扩散并加速Li+在SEI处的去溶剂化，从而提升锂金属负极的动力学性能，并进一步抑制低温下的锂枝晶生长。因此，使用该电解液组装的5.8 Ah软包电池能够在-40到60 ℃的宽温度范围内运行，实现25 ℃时503.3 Wh kg-1的高能量密度和260次循环的优异寿命，以及-40 ℃时339 Wh kg-1的超高放电能量密度。这项工作展示了理解SEI化学的重要性，为宽温域电解液的设计提供了有效的策略，对推动宽温域锂金属电池的技术突破和商业化进程具有重要指导意义。 该研究成果以《宽温域500 Wh kg-1锂金属软包电池》（Wide temperature 500 Wh kg-1 lithium metal pouch cells）为题发表在国际权威期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。 1.2 双功能电解液 西安交通大学化学学院丁书江教授、郗凯教授和高国新副教授课题组利用电解液工程为宽温域锂金属电池构建了高离子传导性坚固界面相，实现了锂金属电池的宽温域循环稳定性。他们将1,3-丙磺酸内脂、乙酸乙酯和FEC添加到商用电解液中设计了一种同时稳定锂金属电池正负极界面相的双功能电解液。其中1,3-丙磺酸内酯用于构建具有无机内层和有机外层的坚固CEI，确保了正极结构的完整性；而FEC用于构建富无机SEI，用于抑制电解液的副反应，促进Li+的快速运输；乙酸乙酯可确保电解液在宽温域内应用。最终，所组装的锂对称电池在宽温度下表现出低过电势和长稳定循环（30 °C，1000 h）。优化后的电解液也适用于磷酸铁锂和钴酸锂正极（1000次循环，容量保留率：67%）。在贫液条件下（g/Ah级）和宽温域范围内（-40 °C~+60 °C），Li||NCM811和石墨||NCM811软包电池均可正常工作。本工作为宽温度范围内高能量密度LMBs电解液的设计提供了新的视角。该研究成果以《构建宽温域锂金属电池中坚固的高离子传导性界面相的电解液工程》（Electrolyte Engineering to Construct Robust Interphase with High Ionic Conductivity for Wide Temperature Range Lithium Metal Batteries）为题发表于化学领域国际权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。 二、正负极界面优化与材料创新 1.正极界面“烷基链摇曳”设计 中国科学院青海盐湖研究所研究员李武、张波团队在宽温域镁基锂离子电池研究领域取得进展。研究团队通过对电池正极界面进行“烷基链摇曳”设计，统一了锂离子电池高、低温性能增强机制，电池宽温域循环性能相较已报道工作有了大幅提升。 研究团队以吐温80（Tween80）为框架物质构建了一种弱交联柔性受限空间，采用电沉积获得了所需超细纳米氢氧化镁载体（D50=15 nm），并通过Tween80原位改性实现纳米氢氧化镁功能化。研究人员用所得材料对锂电池三元正极材料（LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2）进行表面修饰，并进行电池组装和性能测试。原位红外分析表明，Li⁺与 Tween80 分子间存在持续的配位和解离过程，使Tween80分子荷电状态发生动态变化，并在电场作用下发生连续的构型转变，即“烷基链摇曳”行为。烷基链摇曳使得纳米氢氧化镁在电池循环伊始就参与反应，快速形成薄而致密的富镁无机正极固态电解质界面膜。这种膜热稳定性高、耐腐蚀性强，能够有效抵御高温电解液攻击。在低温环境下，电解液通常会在正极表面积聚，并常因流动性差而阻碍锂离子传输。此时烷基链摇曳可显著促进电解液的界面流动，兼之富镁界面层具有优异离子导电性，使锂离子低温传输变得顺畅。研究结果表明，通过“烷基链摇曳”界面驱动设计，锂离子电池可在60℃稳定充放电1000圈以上，同时保持70 mAh/g容量和90%以上库仑效率。在-5℃和-15℃分别循环500圈、200圈后，容量仍能保持在80 mAh/g以上。此外，研究发现在配备热管控系统后，电池实际宽温域性能有望进一步提升。相关研究成果以Lithium-Ion Batteries with Superlong Cycle-Life in Wide Temperature Range via Interfacial Alkyl-Chain Sway为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。 2.负极材料与SEI层优化 中科院深圳先进技术研究院唐永炳研究员团队开发铝基负极材料的宽温域锂离子电池，能量密度较传统电池提升13%-25%，支持-70℃至80℃极端温域，20分钟快充。通过铝箔替代传统石墨负极和铜箔集流体，降低成本30%以上。基于该技术，研发团队孵化了深圳中科瑞能实业有限公司。据介绍，电池在黑龙江黑河实地冬测中展现了卓越性能，零下30℃时，驱动新能源车的续航达成率达74.4%，远超行业平均水平；零下50℃条件下放电容量保持率仍超60%。 三、固态/准固态电解质技术 3.1 原位准固态聚合物电解质 北化曹鹏飞/南开杨化滨团队设计并制备了一种柔性、高离子导电性和低温适用的准固态聚合物电解质（QSPE），该电解质在广泛的温度范围（—20∼60℃）内实现了稳定的锂金属负极。通过在低熔点溶剂（1,3-二氧杂环己烷（DOL）或乙基二氟乙酸酯（EDFA）)中原位聚合聚乙二醇（PEO）基单体制备的QSPE赋予了其低温耐受性、显著的离子导电性（—20°C时为4.5×10—4 S cm—1）以及在广泛温度范围内卓越的电化学性能。因此，使用基于DOL的QSPE（D-QSPE），Li/D-QSPE/LiFePO4电池在—20℃下表现出稳定的长期循环性能（550次循环后容量退化最小）和出色的快速充电能力（在5 C条件下1300次循环后的容量保持率为81%）。即使采用薄锂箔（25 μm）和高质量负载的LiFePO4正极(2.5 mAh cm—2），组装的Li/LFP电池在N/P比为1.96的情况下，在—20℃下仍表现出良好的循环性能。此外，基于EDFA的QSPE（E-QSPE）允许LMBs在−20℃下循环超过140次（容量保持率> 95 %)，使用NCM811阴极。通过克服准固态聚合物LMBs在寒冷气候中缓慢的离子传输动力学，开发的聚合物电解质为安全、高容量和宽温操作的电池提供了新的途径。该研究成果在Energy Storage Materials上发表了最新研究性论文“In-situ formation of quasi-solid polymer electrolyte for wide-temperature applicable Li-metal batteries”。 3.2 “叶脉”结构复合电解质 大连理工大学材料科学与工程学院董旭峰教授与黄昊教授合作展示了近期研究的一种新型“叶脉叶肉”结构准固态凝胶电解质的创新设计与制备。灵感源于天然材料——树叶，静电纺丝纳米纤维网络充当“叶脉”，提供有力的支撑与抗穿刺性；运用紫外线固化技术在纳米纤维的外层原位生成CG-PAM双组分凝胶涂层，形成“叶肉”结构。所获得的QSE具备稳定的电化学性能，并被赋予独特的功能性，特别是阻燃性与抗冻性显著提高。这种QSE材料展示出了优异的阻燃性（30分钟不可燃性）、宽电化学窗口（4.2 V）、高抗拉强度（0.25 MPa）、优良的抗冻性（-60°C下）及电化学性能稳定（500次充放电循环后，容量保持75%）。该材料的优异性能展现了先进电解质材料的设计理念与材料选择的多样性，确保电化学储能器件在极端环境如深空、极地探险等方面的安全应用。相关成果以“先进宽温—阻燃的‘叶脉’结构功能复合准固态电解质的应用”（Application of Advanced Wide-Temperature Range and Flame retardant “Leaf-Vein” Structured functionality Composite Quasi-Solid-State Electrolyte）为题在能源材料领域著名期刊《能源存储材料》（Energy Storage Materials）上发表。

图 FAST发现的由毫秒脉冲星和氦星构成的新型双星系统示意图。脉冲星自转周期为11.55 ms，与伴星相互绕转时有17%的时间被伴星的星风掩食 　　在国家自然科学基金项目（批准号：12588202）等资助下，中国科学院国家天文台韩金林研究员带领研究团队，联合青岛理工大学、南京大学、云南天文台、中山大学、广州大学、新疆天文台、北京大学和西南大学等国内学者，利用中国天眼FAST在开展银道面脉冲星巡天时发现一例罕见掩食脉冲星，它与伴星（一个氦星）以3.6小时的周期相互绕转，且有六分之一的时间被伴星遮挡（即掩食，犹如日食或月食）。这一成果在2025年5月23日以“由共有包层演化形成的脉冲星-氦星双星系统（A pulsar-helium star compact binary system formed by common envelope evolution）”为题，发表于《科学》杂志。论文链接为：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0769 。 　　在浩瀚的银河系中，大多数恒星都是成对出现，以双星系统的形式共同演化。天文学家对于单个恒星如何演化已有相对清晰的认识，但双星如何交互和演化在过去几十年里一直是天文学领域的前沿难题。演化理论认为，特定条件下中子星的伴星会因为质量流失而体积膨胀，甚至膨胀到把中子星揽入怀中，一起在共有的氢元素包层中演化约一千年。在这个过程中，中子星与伴星不断靠近，释放的能量在千年之内把共有的氢包层全部吹散，只留下中子星和伴星中燃烧的内核在非常紧密的轨道上相互绕转。这时伴星主要靠燃烧的氦元素发光，温度有几万度，这样的天体被称为“氦星”。然而，这类特殊的双星系统极为罕见且难以观测，天文学家推断的中子星双星系统共有包层演化的理论也长期缺乏观测证据的支持。 　　中国天眼FAST的灵敏度极高，是发现脉冲星的利器，对观察处于极短周期轨道上的脉冲星更为敏锐。2020年5月韩金林研究员团队利用FAST对银河系进行脉冲星深度搜索时，发现了一颗自转周期为10.55毫秒的毫秒脉冲星PSR J1928+1815。2020年11月，研究团队利用FAST进行了几次后随观测后，证实它处于一个仅50万公里的致密轨道，相互绕转的轨道周期仅为3.6小时。它与伴星相互绕转时，有大约六分之一的时间被伴星遮挡。据推测，这个伴星的质量至少有1个太阳质量，远超出一般掩食脉冲星伴星的质量，但狭小的轨道根本容不下一个像太阳这样大小的恒星。根据多方面的限制推断，这个伴星不是普通恒星，也不是演化后的致密伴星，而应该是经历过共有包层演化的氦星。脉冲星信号掩食是氦星甩出的星风物质遮挡引起的。 　　这种具有新类型伴星的脉冲星双星作为双星公共包层演化阶段的产物，有望为恒星群体演化、致密星吸积、引力波源预测等多领域科学研究提供观测依据，并牵引多个不同领域的研究：如恒星群体演化、引力波源预测、双星和恒星演化过程、深度光学/红外的氦星观测等课题，使天文学家对双星演化有更深入的认识。

（5月15日央视《新闻联播》报道） 　　根据联合国人口司预测，截至2025年底，全球60岁及以上人口将达14.2亿人。伴随着人体机理的衰老，人体全身肌肉力量会下降并导致眼睛视域变窄、手部精细化动作控制力减弱，将严重影响老年人的数字化技能并引发一系列的生理和心理变化。 　　在国家重点研发计划“国家质量基础设施体系”重点专项的资助下，由我国专家独立担任项目负责人和工作组召集人的《老龄化社会 老龄化包容性数字经济通用要求与指南》国际标准（ISO 25556:2025）日前由国际标准化组织（ISO）发布实施，被央视《新闻联播》、《人民日报》、《光明日报》宣传报道。该项国际标准是ISO首项人口老龄化视角下的数字经济标准。 　　来自中国标准化研究院的研究团队依托数据分析和需求图谱，揭示了老年人在数字时代行为规律和消费偏好，挖掘了数字经济适老化需求特征，规定了适老化数字经济的共性准则和核心要素，并针对在线购物、数字银行、数字医院、在线娱乐、社交媒体、智慧出行、智慧社区、智慧家庭等老年人参与数字经济的高频场景提出了具体建议和应用案例，为建立老龄化包容性数字经济、消弭全球老年人数字鸿沟凝练了科学解决方案，贡献了中国智慧。 　　在老龄化、数字化国际竞争与全球博弈加剧的背景下，该标准引发了全球利益相关方的广泛关注和热烈反响，来自中国、美国、英国、德国、日本、韩国等ISO成员体的跨学科专家团队共同参与了该标准的研制工作。目前，中国、英国等ISO成员体已率先通过同步制定、等同采用等方式将该标准转化为本国国家标准。伴随着标准的正式发布实施，预计未来将在更多国家落地应用。 　　下一步，我国专家将继续开展老龄化包容性数字经济核查规则、案例分析等方面的国家标准提案研究，以期逐步搭建起老龄化包容性数字经济ISO标准体系，为全球积极应对人口老龄化挑战、提升数字包容性水平发挥重要作用。

图 非地幔柱（A）与地幔柱（B）条件下碳酸盐与地幔反应过程模式图。非地幔柱条件下，俯冲板片释放的碳酸质熔体进入深部地幔后被完全还原为金刚石与Fe-C金属相；而在地幔柱条件下，碳酸质熔体在上升迁移过程中可将周围地幔氧化，当碳酸质熔体迁移至岩石圈底部时，会进一步诱发岩石圈拆沉、地表隆升、大规模岩浆活动以及浅表CO2释放 　　地幔氧化还原状态对地球内部挥发组分的迁移与储存具有重要影响，进而影响地球宜居性的演化。深俯冲洋壳可携带氧化组分进入深部还原地幔，造成深部地幔氧逸度（fO2）高度不均一。然而，由于样品稀缺，人们对深部地幔氧化还原平衡机制的理解依然比较有限。 　　在国家自然科学基金项目（批准号：42222204）的资助下，来自中国科学院广州地球化学研究所和澳大利亚国立大学的联合研究团队，通过高温高压实验与超深源金刚石包裹体成分的对比研究，揭示了俯冲碳酸盐如何改变地幔氧化还原状态、并对克拉通演化和深部碳循环产生影响。研究成果以“深俯冲碳驱动的地幔氧化还原状态多样性（Variable mantle redox states driven by deeply subducted carbon）”为题，于2025年5月21日发表于《科学进展》（Science Advances）。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu4985。 　　研究团队利用多面砧压机在9~21 GPa高压条件下开展了板片碳酸质熔体与含Fe地幔橄榄岩的反应实验，并对比了不同氧逸度条件下的实验产物成分与克拉通内超深金刚石包裹体成分。结果发现，不同克拉通内超硅石榴子石（majorite）和铁方镁石（ferropericlase）包裹体各自记录了显著不同的地幔氧化还原状态，其中南非Kaapvaal克拉通超深金刚石包裹体指示地幔环境整体为氧化态，而巴西Amazonia克拉通内超深金刚石包裹体则反映出地幔环境为整体还原态。 　　将实验结果与板块重建工作结合，研究团队进一步提出了地幔热状态影响碳酸质熔体反应过程的机理模型（图）。在非地幔柱条件下，板片碳酸质熔体在与还原地幔的反应过程中会逐渐消耗直至完全还原“冻结”（redox freezing）为金刚石及Fe-C金属相，因此地幔整体仍保持高度还原的状态。而在地幔柱背景下，碳酸质熔体与地幔的反应过程会诱发地幔组分溶解至熔体中，其中溶解的Fe3+组分会缓冲碳酸盐的还原“冻结”过程，导致碳酸质熔体在与还原地幔反应的过程中稳定存在。当氧化的碳酸质熔体上升迁移至克拉通根之后，会进一步诱发克拉通根活化、岩石圈根拆沉与地表隆升、以及大规模火山作用和CO2释放。 　　该研究提出的模型解释了俯冲碳在不同地幔热状态下对氧化还原状态的调控机制。该机制对克拉通稳定性与深部碳循环具有关键意义，不仅加深了对地幔氧化还原状态演化、克拉通稳定性差异及金刚石形成机制的理解，也为地球系统碳循环提供了新视角。

一、【科学背景】 柔性钙钛矿/CIGS串联太阳能电池面临在粗糙CIGS表面制备高质量钙钛矿顶电池的挑战，现有方法存在SAMs吸附不均匀、钙钛矿润湿性差、界面易分层等问题，导致效率低于23%（24%）、大面积（>1cm²）和机械耐久性（3000次弯曲）。 二、【创新成果】 近日，来自宁波材料所的叶继春团队在 Nature Energy 期刊发表了题为“Antisolvent seeding of self-assembled monolayers for flexible monolithic perovskite/Cu(In,Ga)Se2 tandem solar cells”的论文，提出“抗溶剂种子策略”，实现SAMs溶解与吸附过程解耦：高极性DMF抑制分子聚集，低极性正己烷促进致密单层形成。钙钛矿预埋种子层：提升润湿性（接触角从35.7°降至12.4°），增强界面附着力（剥离强度提升291%）。开发Cs0.17FA0.83(PbI0.4Br0.6)3宽带隙（1.65 eV）钙钛矿，缺陷密度降低2个数量级。结合分子动力学（MD）模拟优化溶剂体系，提升结晶质量与载流子提取效率，揭示了溶剂极性对SAMs吸附动力学的影响，提出“高极性溶解-低极性吸附”协同机制。相关研究成果适用于航空航天（高功率重量比）、可穿戴设备（耐弯曲）及建筑一体化光伏（曲面适配）。 图1 溶剂对自组装单分子膜溶解和吸附的影响。 ©2025 Springer Nature 通过激光和热解作用，金属羰基化合物分解成原子，这些原子在范德华力的作用下聚集成纳米团簇。利用激光诱导的局部表面等离子体共振增强光学场，促进纳米团簇聚集并形成3D结构。短脉冲宽度导致冷加工，但高重复率可能引起局部微小加热，使纳米团簇快速烧结。激光按照预设路径移动，直接打印出复杂的3D纳米结构，如Mo-Co-W合金的三脚架结构和其他示例结构。通过SEM图像和EDS映射证实合金成分的均匀分布，以及Fe2O3材料的三角支架结构。 图2 抗溶剂诱导策略对自组装单分子膜的影响 ©2025 Springer Nature 作者通过过抗溶剂种子策略（antisolvent-seeding strategy）实现了高密度自组装单层（SAMs）的吸附，并通过多种实验手段验证了其效果。作者通过溶剂极性调控抑制SAMs分子在溶液中的聚集（如形成胶束），提高溶解性，减少溶剂与基底（如ITO）的竞争吸附，促进SAMs分子快速、密集地吸附到基底表面。通过分步处理（先溶解SAMs于高极性溶剂，再引入低极性抗溶剂），将SAMs的溶解与吸附过程解耦。结合钙钛矿种子层预混，增强基底与钙钛矿前驱体的亲和性，形成化学桥接。 高密度SAMs减少基底（如ITO）与钙钛矿的直接接触，抑制载流子复合，提升了界面质量。紧密的SAMs层改善钙钛矿与基底的粘附力，抗剥离强度（Gc）从1.01 N（传统方法）提升至2.94 N，增强了机械稳定性。 图3 抗溶剂诱导策略对钙钛矿的影响 ©2025 Springer Nature 作者通过预混钙钛矿种子层与自组装单分子层（SAMs）协同作用，显著改善钙钛矿前驱体在粗糙CIGS表面的润湿性（接触角从35.7°降至12.4°），并诱导异质成核，降低结晶能垒。原位光谱分析揭示了种子层通过桥接效应优化流变行为，加速成核并抑制孔洞形成。界面形貌表征显示目标钙钛矿层致密均匀，粘附力提升近3倍（断裂阻力达2.94 N），结合STEM与元素映射证实了钙钛矿与基底的无缝接触。光电性能方面，种子策略通过钝化界面缺陷和增强载流子提取效率，显著提升光致发光量子产率，最终支撑了高效柔性钙钛矿/CIGS串联太阳能电池的制备。该研究为异质基底上高质量钙钛矿薄膜的生长提供了普适性解决方案。 图4 抗溶剂诱导策略对钙钛矿单结太阳能电池的影响 ©2025 Springer Nature 作者基于抗溶剂种子策略制备了钙钛矿/CIGS串联太阳能电池的，实验表明，优化后的柔性器件在AM1.5G光照下实现了27.0%的认证光电转换效率（PCE）（实验室最高达27.4%），显著优于未使用种子层的对照组（24.7%），且开路电压（Voc）提升至1.86 V，接近理论极限。柔性器件在弯曲半径5 mm、5000次循环后仍保持95%的初始效率，展现出优异机械稳定性。此外，串联电池在最大功率点跟踪（MPPT）下连续运行500小时无显著衰减，效率保持率超90%。性能提升归因于种子策略减少界面缺陷、增强载流子提取效率，以及SAMs层对非辐射复合的有效抑制。该结果刷新了柔性钙钛矿/CIGS串联电池的效率纪录，并验证了其实际应用潜力。 图5 柔性单片钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池的性能。 ©2025 Springer Nature 作者通过将1.65 eV钙钛矿顶电池与商用卷对卷1.1 eV CIGS底电池集成，成功制备了柔性单片钙钛矿/CIGS串联太阳能电池。扫描电镜显示钙钛矿层完全覆盖CIGS粗糙表面，界面无孔洞或尖端暴露。优化后的1.09 cm²柔性串联电池在反向扫描下实现24.9%的实验室效率（Voc=1.765 V，Jsc=17.9 mA cm⁻²，FF=78.9%），稳定输出功率24.6%。EQE光谱显示子电池电流密度分别为19.8 mA cm⁻²（钙钛矿）和18.1 mA cm⁻²（CIGS），46个批次器件的平均效率达23.8%，展现良好重复性。将钙钛矿带隙提升至1.72 eV虽改善电流匹配，但FF下降导致整体效率维持24.6%，未来需减少宽禁带钙钛矿的Voc损失。经认证的1.09 cm²柔性器件效率达23.8%（Voc=1.75 V，FF=77.2%，Jsc=17.6 mA cm⁻²），性能媲美刚性基板串联电池，比功率达0.59 W g⁻¹。未封装器件在320小时MPP跟踪后保持90.3%初始效率，归因于SAMs层阻隔钙钛矿与ZnO:Al的直接接触，抑制界面质子转移反应。弯曲测试（半径10 mm，3000次循环）后器件保留93%性能，性能衰减主要源于IZO层裂纹而非钙钛矿界面分层，验证了抗溶剂种子策略增强的界面粘附性。该研究为柔性串联电池的效率和稳定性提升提供了重要参考。 三、【科学启迪】 总之，作者通过抗溶剂种子策略优化自组装单层（SAMs）的吸附行为，解决了柔性CIGS基底表面粗糙导致的钙钛矿层覆盖不均问题。研究表明，溶剂极性调控可抑制SAMs聚集，低极性抗溶剂促进高密度单层形成，这为其他需要界面优化的器件（如有机电子、传感器）提供了新思路。提出“溶解-吸附解耦”机制：高极性溶剂（DMF）抑制SAMs溶解时的分子聚集，低极性抗溶剂（正己烷）减少竞争吸附。这种溶剂组合设计突破了传统单一溶剂体系的局限，启发了溶液加工中溶剂选择的系统化方法。预埋钙钛矿种子层通过降低成核势垒，显著改善钙钛矿在疏水SAMs表面的润湿性和结晶质量。该策略可推广至其他溶液法制备的半导体材料（如量子点、有机光伏），为解决异质界面结晶难题提供范例。通过增强钙钛矿与基底界面附着力（剥离能提升至2.94 N/m），器件在3000次弯曲（曲率半径1 cm）后仍保持93%性能。这揭示了柔性电子中“界面韧性”的重要性，为可穿戴设备开发提供了力学优化方向。 原文详情： Antisolvent seeding of self-assembled monolayers for flexible monolithic perovskite/Cu(In,Ga)Se2 tandem solar cells. Nat Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01760-6 本文由尼古拉斯供稿

一、【科学背景】 作为一种重要的化学原料，烯烃对于人类生产各种增值产品具有宝贵贡献。大量研究表明，烯烃生产最直接的途径是烷烃脱氢，特别是通过有效利用碳氢化合物资源并降低能耗实现烷烃直接脱氢，是现有研究急需攻克的难题，而且这一过程并不容易，因为烷烃通常具有稳定的几何构型和热力学稳定的强化学键，通常需要高温（>550°C）来克服烷烃（例如乙烷、丙烷和正丁烷）中C-H键断裂的反应能垒。值得注意的是，在高温条件下，C-C键断裂、氢解反应、聚合反应等副反应以及金属催化剂烧结等情况的发生，在一定程度上会导致烯烃选择性降低，并且催化剂的使用寿命也会减短，而催化剂自身的C-H键活化能力依然有待提升。所以，设计低温高效的脱氢催化剂是烷烃脱氢领域的重要研究方向，需要在这一领域产生新的突破。 二、【创新成果】 基于上述挑战，近期北京大学马丁教授、中国科学院金属研究所沈阳分院刘洪阳研究员、南洋理工大学蔡祥滨博士等团队合作设计开发了一种稳定且可再生的Ir1–Cu1双原子催化剂来降低正丁烷脱氢的反应温度。研究人员在富缺陷石墨烯表面成功构建Ir1–Cu1双原子催化剂，能够使丁烷低温制丁烯变得更加高效。同时，研究发现，通过气氛诱导的切换，Ir1–Cu1能够发生“团聚-再分散”的可逆结构变化，这一发现能够使原子级分散金属催化剂在高温反应中易团聚失活的问题得到有效解决。脱氢反应中，该催化剂原子对在450°C下的本征活性为2.45 s-1，是单原子Ir1/ND@G（Ir1/Nanodiamond@Graphene）催化剂的6.3倍，同时实现了98%的高C4烯烃选择性。更加重要的是，Ir1–Cu1双原子催化剂有利的几何构型和可调谐的电子性质，可以降低C-H活化的反应能垒，改变速率决定步骤并促进产物的解吸。因此，在相对较低的温度下，丁烷脱氢可以实现显著的活性提升。 图1 Ir1Cu/ND@G催化剂的结构特征；© Springer Nature Limited 2025 研究人员采用像差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）表征了催化剂的结构。Ir1–Cu1原子对在ND@G表面，以红色矩形突出显示，研究人员命名为Ir1Cu/ND@G。大多数Ir原子与Cu原子相邻，形成Ir1–Cu1原子对，而多余的Cu以孤立物种或非常小簇的形式高度分散在碳表面上。能量色散X射线光谱（EDX）分析为Ir1Cu/ND@G中的双原子结构提供了强有力的证据。Ir和Cu原子之间的距离平均为0.276±0.016 nm，表明存在几何结构的Ir1–Cu1原子对。 图2 丁烷脱氢的催化性能和反应机理；© Springer Nature Limited 2025 图3 Ir1/ND@G和Ir1Cu/ND@G的理论研究；© Springer Nature Limited 2025 随后，研究人员对催化剂进行预活化后，评估了在450°C时丁烷脱氢（BDH）反应中Ir1Cu/ND@G的催化性能。在BDH反应中，Ir1Cu/ND@G催化剂实现了22.3%的C4H10转化率，对C4烯烃显示出98%的选择性。10小时后，C4H10转化率保持在15%，而C4烯烃选择性保持在99%。与之形成鲜明对比的是，Ir1/ND@G在相同条件下，C4H10的转化率要低得多（9.2%）。Ir1Cu/ND@G和Ir1/ND@G的失活速率常数（kd）值分别为0.047和0.081 h−1，分别表明了Cu对Ir1Cu/ND@G催化剂中Ir的稳定作用。在丁烷脱氢反应中，Ir1-Cu1原子对在450 ℃下的本征活性高达2.45 s-1，是Ir单原子催化剂的6.3倍。不仅在丁烷脱氢实验中具有出色效果，研究人员还将反应体系应用于丙烷脱氢和乙烷脱氢，针对丙烷脱氢，在低温480 ℃，催化剂的本征活性达到3.19 s-1，而乙烷脱氢时，在低温530 ℃，催化剂的本征活性达到4.43 s-1，同样具有出色的应用效果。 在后续的研究中，研究人员相继开展了反应动力学实验、程序控温表面反应以及DFT计算实验，实验与计算数据表明：该催化剂具有的双原子结构能够大幅降低反应的空间位阻，而且Cu原子还能够调控活性中心Ir的表面电子态，这使得Ir原子呈现出富电子特性，从而更加有利于与C原子键合，从而促进丁烷及其中间体的吸附。 图4 Ir1Cu/ND@G的再生实验与结构演化；© Springer Nature Limited 2025 图5聚集-再分散机制中的结构特征；© Springer Nature Limited 2025 研究人员还研究了Ir1Cu/ND@G催化剂的再生能力。研究团队对反应10 h后的双原子催化剂进行氧化再生处理，分析结果表明，催化剂在每个循环后都显示出丁烷转化率和丁烯选择性的完全恢复。在所有五个循环中，性能均恢复到丁烷转化率和丁烯选择性的基线水平，这体现出Ir1Cu/ND@G具有较高的再生能力。再生过程中，Ir和Cu组分可由团簇状态重新分散为原子状态（聚集-再分散），并重新实现 Ir1-Cu1双原子结构的再生。再生处理过程还能有效除去积碳，重新构建了催化剂的几何结构和微环境，这一过程还有效延长了催化剂的使用寿命。 该研究通过构建Ir1-Cu1双原子催化剂，实现了丁烷低温高效脱氢制备丁烯，并且有效攻克了原子级分散金属催化剂在高温反应中易团聚、易失活的技术难题。以“A highly efficient and regenerable Ir1–Cu1 dual-atom catalyst for low-temperature alkane dehydrogenation”为题发表在国际顶级期刊Nature Catalysis上，引起了相关领域研究人员的热议。 三、【科学启迪】 综上所述，该研究通过构建Ir1-Cu1双原子催化剂，利用邻位Cu原子调控活性中心Ir原子的微环境，显著提高催化剂C-H键活化能力，实现了丁烷、丙烷、乙烷的低温高效烯烃转化，解决了该领域的技术难题。此外，这种高效的Ir1-Cu1双原子催化剂可以通过简单的再生处理重新利用，并在连续的再生循环中表现出很高的耐久性。因此，该项研究表明，通过构建原子对位点和以及客服传统脱氢工艺的一些主要挑战（即较低的原子经济性、较高的能量需求和较低的可再生性），可以大大提高低温脱氢活性，展现出十足的应用价值。 文献链接：A highly efficient and regenerable Ir1–Cu1 dual-atom catalyst for low-temperature alkane dehydrogenation，2025，https://doi.org/10.1038/s41929-025-01328-3） 本文由LWB供稿。

第一作者（或者共同第一作者）： 徐叶青 通讯作者（或者共同通讯作者）： 孔彪 通讯单位： 复旦大学 论文DOI： 10.1021/jacs.5c03283 全文速览 食品的农药残留问题一直是关注的热点问题，本工作通过开发一种融合分子印迹技术的纳米通道传感器，建立一种快速、高效的农残检测传感方法。该方法利用“自组装-分子印迹-多基元组装”策略针对不同化学结构构建定制纳米通道传感器，解决传统纳米孔传感器选择性依赖于化学键相互作用的长期挑战。该方法成功应用于10种不同农药分子的高选择性检测，实现了离子电荷和分子构型的双重识别。 背景介绍 农药是农业生产中广泛使用的消耗品，虽能有效防治病虫害，但利用率极低。研究表明，大量农药残留长期存在于土壤和水体中，严重破坏农田和水生生态系统，并通过食物链富集放大千倍以上，危害人体健康，引发呼吸系统和神经系统疾病。当前单一农药检测方法已无法满足需求，亟需建立普适性强、高灵敏度的检测新方法。 近年来，受生物纳米通道启发的人工纳米通道传感技术快速发展，已广泛应用于多种物质检测。然而，传统方法在选择性识别方面存在局限，需同时实现电荷、化学键和分子构型的精准识别。分子印迹技术通过"锁钥原理"可精确复制目标物的空间结构，将其与纳米通道结合，能显著提高传感器的选择性和检测范围，为农药残留检测提供新思路。 本文亮点 针对当前农药检测的挑战，孔彪课题组首次提出了一种通用型分子印迹纳米通道（MIPs/AAO）构建方法。通过"自组装-分子印迹-多基元组装"策略，成功制备了可高选择性识别多种农药的传感器，检测限达pM级，比传统荧光分析法低两个数量级。以联苯菊酯为例（BI-MIPs/AAO），该传感器兼具电荷和空间构型双重识别能力，可在120 s内快速响应BI（检测限17.8 pM），并表现出优异的选择性。计算模拟进一步验证了实验结果的可靠性。此外，MIPs/AAO的吸附特性表明其在污染物治理方面具有潜在应用，有助于减轻对海洋生态系统和人类健康的危害，推动环境可持续发展。 图文解析 图1. BI-MIPs/AAO分子印迹纳米通道膜的合成示意图。 研究人员采用“自组装-分子印迹-多基元组装”策略，以丙烯酰胺为功能单体，利用表面分子印迹技术和沉淀聚合法得到了表面具有定制孔结构的分子印迹纳米通道膜（BI-MIPs/AAO），为纳米通道传感体系的高选择性分子识别提供一种新思路，拓展其在更多领域的分析研究。 图2. BI-MIPs/AAO分子印迹纳米通道膜的作用机制。 在BI-MIPs/AAO纳米通道膜中，BI-MIPs表面的印迹孔穴与BI分子构型匹配，与非印迹纳米通道膜（BI-NIPs/AAO）相比，通道尺寸增加，离子电流升高。当BI分子通过时，其与印迹孔穴特异性结合，导致通道变窄，电流下降。与BI-NIPs/AAO不同，再次加入不含BI的KCl溶液后，BI-MIPs/AAO的电流未恢复，表明BI分子被稳定吸附在印迹孔穴中，而非静电吸附。该结果证实空间位阻是电流变化的主因，并通过DFT、分子动力学和COMSOL模拟验证，计算结果与实验一致。 5、总结与展望： 本研究通过分子印迹技术的引入，成功提出了一种通用的方法来构建能够选择性分子构象识别的纳米通道传感器，解决了传统上依赖于化学键相互作用的纳米孔传感选择性的长期挑战。该方法已成功应用于10种不同农药分子的高选择性检测，实现了离子电荷和分子构型的双重识别。机理研究表明，传感器表面的分子印迹孔具有吸附特性，表明了作为环境污染物吸附剂的潜在应用前景。这种能力有助于减轻污染物对海洋生态系统和人类健康的影响，促进环境的可持续发展。 心得体会 这项研究不仅在材料设计上实现了突破，更在分析检测领域应用中展现了巨大的潜力。该研究中运用的构建思路为纳米通道膜的构筑提供了更多启发，使其不仅可以用于生物分子的分析检测中，还可将纳米通道膜应用到工业、农业等各个领域的标志物分析与识别，甚至是同类物质的分离纯化中。未来，随着研究的深入，纳米通道多重识别传感器有望在更多领域得到实际的应用与发展，为解决全球环境监测提供新思路以及新方法。 7、导师介绍 孔彪，复旦大学研究员、博士生导师，复旦大学附属中山医院双聘教授，聚合物分子工程国家重点实验室研究员PI，海尔绿色再循环研究院院长，入选国家高层次人才青年项目，上海市高层次人才特聘专家，担任国家重点研发计划首席科学家，国际Frontiers系列刊物副主编，Chinese Chemical Letters编委，Materials Today Sustainability期刊编委，Nano Research期刊青年编委以及SCIENCE CHINA Materials青年工作委员会委员。曾获上海市自然科学一等奖，侯德榜化工科学技术奖青年奖，中国化工学会科学技术奖，宝钢教育基金会特等奖学金，澳大利亚Monash大学优秀博士论文校长奖，中国分析测试协会科学技术奖一等奖，2023&2024全球前2%顶尖科学家。相关研究已在Nature Chem., Nature Sustain., Nature Commun., Science Adv., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Adv. Mater.等SCI期刊发表学术论文近160篇，论文引用次数近16000次，h指数61。

大型语言模型（LLM）因其能够处理人类语言并执行未明确训练任务而受到广泛关注。然而，目前对LLM的化学能力只有有限的系统性了解，这需要进一步改进模型以减少潜在危害。弗里德里希·席勒大学耶拿分校的Kevin Maik Jablon提出了一个名为ChemBench的自动化框架，用于评估当前最先进的LLMs在化学领域的知识和推理能力。他们整理了超过2700个问题-答案对，评估了多个开源和闭源的LLMs，发现最好的模型在平均表现上超过了人类化学专家。但模型在一些基础任务上仍然存在困难，并且容易给出过于自信的预测。ChemBench不仅为LLMs在化学领域的优化提供了量化基准，还揭示了当前模型的潜力与局限。研究成果以“A framework for evaluating the chemical knowledge and reasoning abilities of large language models against the expertise of chemists”为题发表于Nature Chemistry。 他们的工作主要创新点在于： 1.首个化学领域多维度评估框架：填补了现有基准（如BigBench、LM Eval Harness）在化学专业任务上的空白，支持开放性和工具增强型系统的评估。 2.数据集构建方法创新：结合手动整理（教科书、考试题）与半自动生成（化学数据库衍生问题），确保覆盖广度和质量。引入语义标注（如SMILES字符串、方程式标签），适配科学文本处理需求。 3.人类-模型对比分析：首次系统化对比LLMs与化学专家的表现，揭示模型在特定任务上的优势（如教科书问题）与劣势（如结构推理）。 4.自信度评估与校准研究：通过提示模型自我评估信心水平，发现其自信度与答案正确率脱节，为安全应用中的不确定性管理提供洞见。 图1：ChemBench框架概述。 图2：主题和所需技能的分布。 图3：ChemBench-Mini上模型和人类的性能。 图4：ChemBench-Mini上不同主题的模型和人类的表现。 图5：置信估计值的可靠性和分布。 该研究成果显示： 一方面，研究成果强调了大语言模型在化学科学中的强大能力：领先的模型在许多主题的具体化学问题上超越了领域专家。另一方面，仍存在显著的局限性。对于非常相关的话题，模型提供的答案是错误的。此外，许多模型无法可靠地估计自身的局限性。 然而，模型在评估中的成功或许更多地揭示了我们用来评估模型和化学家的问题的局限性，而不是模型本身。例如，虽然模型在许多教科书问题上表现良好，但在需要更多关于化学结构推理的问题（如异构体数量或核磁共振峰）上却显得力不从心。 鉴于模型在研究中优于普通人类，研究者任务需要重新思考如何教授和考试化学。批判性思维越来越重要，而死记硬背或记忆事实仍然是大语言模型将继续超越人类的领域（当训练在正确的训练语料库时）。 研究成果还突显了评估框架广度与深度之间的微妙权衡。不同主题上的模型性能分析显示，模型在所测试的子领域中的表现差异很大。然而，即使在同一主题内，模型的表现会因问题类型和回答所需推理的不同而大相径庭。目前化学大语言模型的评估框架主要设计用于衡量模型在特定属性预测任务上的表现。它们无法用于评估推理或为科学应用构建的系统。 研究显示，精心策划的基准可以提供更细致的理解，揭示大语言模型在化学科学中的能力。重要的是，在开发更好的人机交互框架方面需要更多关注，因为模型无法估计其局限性。 尽管发现指出了许多改进大语言模型系统的领域，但也要认识到明确定义的度量标准是许多机器学习领域，如计算机视觉进步的关键。虽然当前系统可能远未达到像化学家那样推理的程度，但研究者认为ChemBench框架将成为实现这一目标的垫脚石。 论文地址：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01815-x

天然产物是创新药物研究的重要源泉。与合成化合物相比，天然产物的分子结构具有多样性，使该类化合物易于和关键靶标蛋白进行有效结合，从而起到调控关键靶标和信号通路的作用，该特点使天然产物分子在机制不明的复杂疾病防治新药研发方面起到重要作用。 中国科学院兰州化学物理研究所天然药物与化学测量研究中心天然产物与新药研究团队致力于活性天然产物发现和候选新药研究工作，取得系列新进展。 胰腺癌是一种恶性程度极高的消化系统肿瘤，五年生存率不足10%，目前缺乏有效的临床治疗措施，严重影响人类生命健康。近期，研究团队发现黄柏酮能显著增强抗PD-1免疫疗法治疗胰腺癌的效果，增加肿瘤组织中免疫标志物CD4+和CD8+T细胞的浸润而抑制肿瘤生长，蛋白质组学分析发现黄柏酮主要通过调控CD36介导的PPAR信号通路，抑制胰腺癌PANC-1细胞CD36表达，增加CD8+ T细胞数量，促进胰腺癌细胞凋亡，从而抑制胰腺癌细胞生长。相关研究成果发表在European Journal of Pharmacology（994 (2025) 177367）上。 图1. 黄柏酮增强抗PD-1免疫疗法治疗胰腺癌效果及其作用机制 疼痛是一种与实际或潜在组织损伤相关不愉快的感觉和情感体验，包括伤害性疼痛、炎性疼痛、神经性疼痛和功能失调性疼痛。团队与中国科学院上海药物研究所相关团队合作，从花椒中筛选发现了一个具有显著镇痛活性的新结构天然产物HJ-69，该化合物可剂量依赖性地抑制疼痛感受相关小鼠背根神经元的兴奋性及其内源性钠电流与钾电流，显著抑制异源HEK293细胞表达的Nav1.7、Nav1.8、Kv2.1离子通道，在福尔马林诱发的炎性疼痛小鼠模型中该化合物可有效缓解福尔马林引起的动物疼痛行为，相关研究成果发表在Journal of Ethnopharmacology（330 (2024) 118218）上。 图2. 花椒来源的离子通道抑制剂HJ-69及其镇痛活性研究 上述研究为天然产物活性成分用于复杂疾病新药研究提供了科学基础。 上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、甘肃省重大科技专项、中国科学院科技项目的支持。

5月22日，甘肃省科技厅组织有关专家对窑街煤电集团有限公司、中国科学院兰州化学物理研究所、甘肃路桥建设集团有限公司、西北师范大学联合承担的甘肃省科技计划重大项目“油页岩半焦综合应用关键技术研发与示范”进行了验收。甘肃省科技厅高新技术处、发展规划处负责人以及各单位项目组成员参加验收会。 专家组通过现场查看、听取汇报、审阅资料和质询讨论，认为该项目针对窑街煤电油页岩半焦资源化利用现实需求，面向农业种植和公路工程开展了油页岩半焦资源化综合利用关键技术研发与应用示范，突破了制约窑街油页岩半焦规模化综合利用的关键技术瓶颈，拓展了窑街硅质油页岩半焦全组分同步利用和高值利用的新策略，形成了“优势互补、利益共享、共同发展”产学研用良性发展模式，践行了国家双碳目标和固废综合利用指导意见，完成了合同规定的各项指标任务，一致同意通过验收。 窑街油页岩半焦富含有机质和矿物质，矿物成分主要包括高岭石、伊利石、伊蒙混层黏土和石英等，属于典型的硅质油页岩半焦。兰州化物所基于20余年矿物功能材料研发与产业化研究积累，提出从矿物视角探究硅质油页岩半焦资源化利用途径。该项目基于窑街硅质油页岩半焦开发了矿物生物炭、有机/无机复合地膜、黄土固化材料、地聚物胶凝材料、地聚物注浆材料以及油页岩半焦矿物掺合料6种产品，建成矿物生物炭、农用地膜无机填料和矿物胶凝材料生产线3条，获国家发明专利授权6件，制定发布企业标准4项、甘肃省地方标准1项，报批中国公路学会团体标准1项。相关研究成果为油页岩产业可持续发展和引导具有矿物属性固废资源化利用提供了关键技术支撑。 现场查看 会场