2016年第2期科研简报.pdf

科研工作简报 2016 年第2期 （总第299期） 2016年 7月 南海珊瑚骨骼记录了近代战争汞污染 刘羿副教授与加拿大特伦特大学合作对我国南海珊瑚进行研究，通过 复杂的化学流程，利用微量汞纯化、分析技术准确测得了不同年份珊瑚骨 科研工作简报 骼中“晶格结合态汞”的含量（ Environ. Sci. Technol. 2016, 50 ），该研 究一经发表，便吸引了国际媒体的关注。同期《Science》杂志详细报道了 该研究发现，并对本文的主要作者进行视频专访，同时还邀请了国际该领 域相关的科学家就本研究进行了广泛的讨论。 我校研制的“三基色全半导体激光投影机”通过科技成果鉴定 5月8日，三基色全半导体激光投影机通过安徽省科技厅组织的科技成果 鉴定。鉴定委员会认为该成果“整机技术国际先进，散斑抑制与光光效率国 际领先”。该投影机是由我校许立新、顾春等科研人员在激光散斑形成机理 及散斑抑制、光效、光束集成排布等关键技术方面进行了长期深入研究，结 合相应的光学设计研制出的，可应用于科技馆、博物馆、体育馆、展览会 场、舞台等大型投影显示场景，应用前景广阔。 设施建设 4月7-8日，中国科学院条件保障与财务局组织专家对合肥光源2016年度运行经费进行实地审核。 ◆ ◆4 专家组高度评价了合肥光源2015年在试运行中取得的成绩，也对合肥光源今后进一步加强运行管理提出 了宝贵的意见和建议。合肥光源顺利通过2016年中科院重大科技基础设施基本运行经费实地审核。 6月1日 上 午 ， 中 国 科 学 院2016年 重 大 科 技 基 础 设 施 维 修 改 造 项 目 “ 合 肥 光 源 恒 流 运 行 关 键 系 统 改 ◆ ◆6月1日 造”启动会在合肥召开。该项目于2016年5月获得中国科学院批准实施。项目改造包含辐射安全系统、调制 器系统、微波系统、速调管走廊环境温控系统四个方面。合肥光源实现恒流运行模式后，将显著提高积分 亮度和提供恒定的同步光通量，为用户提高实验效率、实施精细实验和提高科研产出提供更好的保证。 学术交流 ◆4月6-10日，第四届等离激元光子学前沿国际会议在合肥召开。本次会议由我校和武汉大学联合 承办，来自13个国家和地区的230余位专家学者参加会议。 ◆4月8-10日，第二届全国青年燃烧学术会议在合肥召开。会议由国家自然科学基金委和中国工程 热物理学会燃烧学分会主办，我校和中国工程热物理学会燃烧学分会青年工作委员会承办。来自全国 64家单位的近240位青年燃烧学者参加会议。 ◆4月25-28日，第八届火灾与爆炸国际学术研讨会在合肥召开。本次会议由我校火灾科学国家重 点实验室承办。来自美国、英国、法国、德国等15个国家和地区的120余位专家学者参加会议。 新闻回放 ◆5月14日上午，我校2016年科技活动周拉开序幕。本届科技活动周以“科技创新、追梦未来”为 主题，共开放国家同步辐射实验室、中国科大先进技术研究院等21个科普点，接待公众达15万人次。 利用科研平台与装置、展板、图片、多媒体演示、现场解说、互动游戏、科普教育影片和知识问答等 多种形式，为公众奉献内容丰富、形式多样的科技大餐。 ◆5月15日上午，我校创客中心揭牌仪式在先进技术研究院未来中心隆重举行。安徽省委常委、合肥 市委书记吴存荣，我校党委书记许武出席揭牌仪式并共同为创客中心揭牌。朱长飞副校长主持仪式并介 绍了中国科大创客中心的定位及建设思路，蒋一副书记为创客团授旗，创客团代表、导师团代表和顾问 团代表分别作了发言。首届“青年创新基金项目”入选团队成员以及社会各界共200余人参加了揭牌仪 式。创客中心将为项目团队提供场地空间、仪器设备、指导老师、企业顾问等条件保障，每年定期对项 目成果进行公开展示和评比，对优秀成果将提供产业化扶持和推广，支持其进一步创业。 ◆6月14日，美国汤姆森科技信息研究所公布了2015年度期刊引证报告（JCR），由中国免疫学会和 我 校 共 同 主 办 的 《 Cellular & Molecular Immunology》 （ CMI）杂 志 ， 2015年 影 响 因 子 达 到 5.193 分, 高于全球免疫学类期刊的平均影响因子（IF=2.821），位于国际免疫学领域的前1/4区（Q1区）。 第4页共4页 中国科学技术大学科研部 科研部主页 编 网址：http://kjc.ustc.edu.cn/ E-mail: ustckjc@ustc.edu.cn 电话：0551-63601954 ------------------------------------------------------------- 科研进展 长寿命高效量子存储器研究取得重要进展 潘建伟院士领导的研究团队包小辉教授研究组采用环形腔增强与重力方向读写等实验手段，首次实现了毫秒 级的高效量子存储器（Nature Physics 2012,8)。然而，毫秒级的存储时间仍与远距离量子中继的实际需求相距较 远。为进一步提升存储时间，研究团队采用冷原子系统在国际上首次实现了百毫秒高效量子存储器，为远距离量 子中继系统的构建奠定了坚实基础（Nature Photonics 2016,10)。该实验的重要意义在于，第一次将存储寿命及读 出效率提升至满足远距离量子中继的实际需求。 首次实现突破经典极限的量子指纹识别 潘建伟院士领导的研究团队张强教授、李力副研究员等 研究组与中科院上海微系统与信息技术研究所和美国麻省理 工学院的科研人员合作，利用线性光学系统，在20公里的光 纤线路中实现了量子指纹识别，突破了经典极限，首次在信 道 容 量 上 实 现 了 对 经 典 通 信 的 超 越 （ Phys. Rev. Lett. 2016,116)。 首次研制成功硅基导模量子集成光学芯片 郭光灿院士领导的研究团队任希锋副教授研究组与浙江大学合作，在硅光子集成芯片上首次利用硅纳米光波 导本征模式作为量子信息编码的新维度，实现了单光子态和量子纠缠态在偏振、路径、波导模式等不同自由度之 间的相干转换，其干涉可见度均超过90%（Nature Communications 2016,7）， 为集成量子光学芯片上光子多个自 由度的操纵和转换提供了重要实验依据。 首次实现单向量子非局域性的定量研究 郭光灿院士领导的研究团队李传锋教授、许金时教授研究组在前期实验实现量子 导引( Phys. Rev. Lett. 2014,113)的基础上，与其合作者在国际上首次实现了基于投影测 量 的 单 向 量 子 导 引 ， 定 量 揭 示 了 一 类 非 对 称 性 的 量 子 非 局 域 性 （ Phys. Rev.Lett. 2016,116） 。 研 究 成 果 被 选 为 “ Editors’ Suggestion”文 章 ， 同 时 被 美 国 物 理 学 会 Physics网站以“单向量子性”为题高亮报道。该工作为理解单向量子导引提供了一种 直观的视角，对量子力学基本问题研究具有重要意义，同时也展示了量子导引在完成 单向量子信息任务方面的应用前景。 纳米力学研究取得系列进展 杜江峰院士领导的研究组首次提出了通过单个化学键与纳米机械耦合产生非线性的新方法，并在实验上加以 实现。在此基础上，研究人员首次观测到有微弱布朗运动引起的双稳态动力学，标志着纳米力学系统首次达到热 非线性区（Nature Communications 2016,7） 。另外，研究人员在理论上构造出了一种新型的人工晶体，其“原 子”间的相互作用受外界参数含时的调制，从而晶格的时间反演被破坏，并产生不再可逆的机械波传输 （Phys.Rev.Lett. 2016,117） 。破坏波传输的对称性，不仅可以用于研究特殊的拓扑效应，而且在实现高效隐身材 料等应用方向有着潜在的价值。 获得最优性能全固态超级电容器 谢毅院士领导的研究团队吴长征教授研究组与刘光明副教授研究组合作，将具有独特离子通道的新型两性凝 胶电解质用于全固态超级电容器，获得了目前石墨烯基全固态超级电容器的最优性能（ Nature Communications 2016,7) 。该两性凝胶电解质有望成为全固态超级电容器领域中的新型高效电解质。 发展一种镍催化的烯烃还原偶联反应 傅尧教授研究组与清华大学合作，发展了一种镍催化的烯烃还原偶联反应。该反应以烯烃为直接的反应原 料，克服了金属试剂来源和储存问题，同时具有出色的官能团兼容性，能够用于复杂天然产物的修饰 （Nature Communications 2016,7） 。该工作展示了烯烃氢碳化反应及其在复杂分子修饰方面的应用，所提出的 “以烯烃取代传统的有机金属试剂”的概念为金属催化交叉偶联反应开拓了新的思路，为烯烃的直接利用提供了 新的途径。 科研工作简报 科研工作简报 基于自旋态的精细调控实现高效电解水催化产氧 周仕明博士、曾杰教授研究组与南开大学通力合作，在钙钛矿钴氧化物体系的自旋态转变与电解水催化 性能优化之间搭上了桥梁。研究人员通过改变纳米颗粒的尺寸能够精细控制其自旋态转变行为（Nature 性能优化之间搭上了桥梁。研究人员通过改变纳米颗粒的尺寸能够精细控制其自旋态转变行为（ Nature Communications 2016,7）。该工作为通过改变材料的电子结构进而优化其电解水催化性能提供了新的思路。 2016,7 ）。该工作为通过改变材料的电子结构进而优化其电解水催化性能提供了新的思路。 高性能超级电容器电极材料研究取得新进展 朱彦武教授研究组开发设计了一种三维分级多孔碳材料，利用聚氨酯海绵作为模板将二维石墨烯片层组 装并活化成三维结构，在获得高性能的同时，还得到了实用化的电极密度，为超级电容器材料的设计和应用 研究提供了新的研究思路（Adv. 研究提供了新的研究思路（Adv. Mater. 2016,28） 。 发现基于纳米配位化学的新型广谱光催化制氢技术 熊宇杰教授研究组提出了一种新型的光催化制氢机制，将配位化学的理念引入有机纳米材料中，产品在 广谱光照下展现出大幅度提高的光催化制氢性能（Adv. 广谱光照下展现出大幅度提高的光催化制氢性能（Adv. Mater. 2016,online） 。该工作为高性能和低成本的广 谱光催化材料设计提供了新的视角。 研究组先前基于贵金属纳米结构的等离激元效应，在广谱光解水制氢方面取得系列成果 （Adv. （Adv. Mater. 2015,27; Nano Energy 2016,24; Small 2016,12） 。该技术途径的发展将推动有机半导体材料在光 解水制氢方面的应用，也为广谱光催化材料的设计开辟了一条新的思路。 实现太阳能驱动有机合成性能的调控 熊宇杰教授研究组基于无机固体精准制备化学，设计了一类具有原子精度 壳层的双金属纳米结构，具有广谱太阳能利用特性。通过与罗毅教授团队张群教 授研究组合作，在皮秒超快时间尺度上诠释了等离激元特性在催化反应中的效 应 ， 进 而 实 现 了 太 阳 能 驱 动 有 机 合 成 性 能 的 调 控 （ J. Am. Chem. Soc. 2016,138） 。该工作为利用太阳能替代热源驱动有机合成提供了可能性，也对等 离激元催化材料的理性设计具有重要推动作用。 实现局域表面等离激元精确调控 曾杰教授研究组基于晶体生长的动力学调控和不同金属间的晶格失配，成功构筑具有低对称性的 Pd@AuCu核-壳平面四角叉结构。通过调控纳米晶的尺寸，研究人员能够将其局域表面等离激元面内偶极振 Pd@AuCu核-壳平面四角叉结构。通过调控纳米晶的尺寸，研究人员能够将其局域表面等离激元面内偶极振 动模的位置从可见光区拓展到近红外区（Nano 动模的位置从可见光区拓展到近红外区（Nano Letters 2016,16） 。该工作为低对称性金属纳米晶的局域表面 等离激元性能调控研究提供了全新的思路。 成功制备柔性超级电容器 马明明教授研究组运用超分子结构设计的原理，设计了一种由导电聚苯胺和聚乙烯醇通过动态化学键交 联形成的高强度超分子水凝胶，并将其作为电极材料组装成具有高比容量和稳定性的柔性全固态超级电容器 （Angew. （Angew. Chem. Int. Ed. 2016,online） 。该工作为设计新型柔性能量存储器件提供了新思路。 基于钴纳米晶的电解水产氢催化剂研究取得新进展 马明明教授研究组设计了一种基于钴纳米晶的纳米空心球催化剂， 在中性水溶液中兼具高活性和高稳定性，且具有优于贵金属铂/碳催化剂 的性能（Angew. 的性能（Angew. Chem. Int. Ed. 2016,55） 。该工作对于设计发展基于非贵 金属纳米晶的高性能电化学催化剂有重要意义。 成功制备三元硫化物纳米异质结构 俞书宏教授研究组与江俊教授研究组合作，在一维硫化物异质纳米 棒的设计合成及太阳能转换应用方面取得了新进展。研究人员基于胶体化 学转换方法成功制备了一种独特的三元硫化物异质纳米棒，可有效吸收太 阳光的紫外、可见和近红外区域(Angew. 55)。这种无贵金属参与的硫化物异质纳米结 阳光的紫外、可见和近红外区域(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55)。这种无贵金属参与的硫化物异质纳米结 构，为传统半导体的光电应用提供了新的材料设计思路。 此前，研究人员还通过连续化学转化策略，成功构筑了一种独特的一维胶体三元多节点鞘硫化物-(硫化 物/金属)异质纳米棒，为合理设计光电功能化的纳米体系提供新的思路(Angew. 54)。 物/金属)异质纳米棒，为合理设计光电功能化的纳米体系提供新的思路(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54)。 多尺度理论模拟揭示石墨烯切割的奥秘 李震宇教授研究组首次揭示了金属纳米粒子在石墨烯切割中扮演“吃豆人 (Pac-Man)”的角色，石墨烯中碳-碳键的断裂依赖于多个金属原子的协同合作，因 (Pac-Man)”的角色，石墨烯中碳-碳键的断裂依赖于多个金属原子的协同合作，因 此在不同类型的石墨烯边缘碳原子被蚀刻的难易程度显著不同（Angew. 此在不同类型的石墨烯边缘碳原子被蚀刻的难易程度显著不同（Angew. Chem. Int. Ed. 2016,online） 。 研究组近年来一直关注石墨烯切割机理，除了金属纳米粒子切割以外，对之 前强氧化环境下基于“拉链”机理的石墨烯切割也进行了深入的研究，相关研究 成果发表在J. Soc.、J. Chem. Phys.等杂志上。对这些切割机理的理解为 Phys.等杂志上。对这些切割机理的理解为 成果发表在J. Am. Chem. Soc.、J. 二维材料处理加工过程中的精确调控提供了理论指导。 纳米药物增强肿瘤渗透研究再获新进展 王均教授、王育才教授研究组与美国哥伦比亚大学合作研究揭示了表面正电性的纳米载药粒子更易在肿 瘤部位发生渗透，从而“深入肿瘤内部”，增强药物抗肿瘤效果（Nano 2016,11 ）。此前，王均教授 瘤部位发生渗透，从而“深入肿瘤内部”，增强药物抗肿瘤效果（Nano Today 2016,11）。此前，王均教授 研究组和美国Emory大学合作，发明了一种微型“纳米航母”药物递送体系，该研究利用一个较大尺度的纳 研究组和美国Emory大学合作，发明了一种微型“纳米航母”药物递送体系，该研究利用一个较大尺度的纳 米载体运载多个小尺度、正电性的纳米药物，进入到肿瘤组织后释放出小尺度载体，从而增强药物渗透出肿 瘤血管组织，提高对肿瘤细胞的杀伤（PNAS 2016,113 ）。 瘤血管组织，提高对肿瘤细胞的杀伤（PNAS 2016,113）。 上述研究工作证实了纳米颗粒表面电性与给药过程多个环节的效率密切相关， 并直接影响纳米药物的体内命运和疗效，将极有益于指导抗肿瘤纳米药物的设计。 首次揭示ATM激酶精细三维结构 首次揭示ATM激酶精细三维结构 蔡刚教授研究组与南京农业大学和刘海燕教授研究组合作，首次揭示了毛细 血管扩张共济失调症突变蛋白-ATM激酶的精细三维结构（Nature 血管扩张共济失调症突变蛋白-ATM激酶的精细三维结构（Nature Communications 2016,7）。该结构是ATM第一个冷冻电镜结构，揭示了ATM激酶的各个结构域及其 2016,7）。该结构是ATM第一个冷冻电镜结构，揭示了ATM激酶的各个结构域及其 之间的相互作用，为理解ATM激酶活性严谨调控的分子机制以及研发新型肿瘤放 之间的相互作用，为理解ATM激酶活性严谨调控的分子机制以及研发新型肿瘤放 疗的增敏剂提供了重要线索。 实现肿瘤持续生物自发光成像 梁高林教授研究组利用自己发展起来的“智能”组装-解组装萤光素 纳米粒子的策略（Angew. 54； ACS Nano 2015, 9）， 9）， 纳米粒子的策略（ Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54；ACS 实现体内外脂肪酸酰氨水解酶（FAAH）活性的持续跟踪，并在构建有肿 实现体内外脂肪酸酰氨水解酶（FAAH）活性的持续跟踪，并在构建有肿 瘤模型的小鼠体内验证了其优异的肿瘤持续生物自发光成像效果 （ACS 2016,online）。该工作有望用于临床体内筛选FAAH抑制剂或 （ACS Nano 2016,online）。该工作有望用于临床体内筛选FAAH抑制剂或 者其相关疾病的诊断。 揭示乙肝病毒免疫耐受新机制 田志刚教授研究组应用肝脏乙型肝炎病毒（HBV） 田志刚教授研究组应用肝脏乙型肝炎病毒（HBV） 持续携带的小鼠模型，揭示了HBV通过肝脏免疫耐 持续携带的小鼠模型，揭示了HBV通过肝脏免疫耐 受而逃逸免疫攻击的新机制（Journal 2016,213）。这项工作不仅揭示了肝脏诱导全 受而逃逸免疫攻击的新机制（Journal of Experimental Medicine 2016,213）。这项工作不仅揭示了肝脏诱导全 身免疫耐受的新机制，也为靶向γ-干扰素开发HBV治疗性疫苗提供了新的思路。 身免疫耐受的新机制，也为靶向γ-干扰素开发HBV治疗性疫苗提供了新的思路。 发现高能逃逸电子投掷角无碰撞散射机制 秦宏教授研究组刘健博士基于自主发展的相对论保体积算法与第一性原理数值模拟技术，首次准确地揭 示了高能逃逸电子多尺度动力学的全貌，发现了磁约束聚变装置中的高能逃逸电子投掷角无碰撞散射过程 (Nuclear 2016,56)。该发现为磁约束聚变能研究过程中，解决如何缓解逃逸电子对磁约束聚变装置危 (Nuclear Fusion 2016,56)。该发现为磁约束聚变能研究过程中，解决如何缓解逃逸电子对磁约束聚变装置危 害的问题提供了坚实的理论基础。 预聚束太赫兹自由电子激光技术原理与设计研究取得进展 陆亚林教授领导的“先进THz技术课题组”围绕“紧凑型THz电子辐射源”这一主题，开展理论研究及 陆亚林教授领导的“先进THz技术课题组”围绕“紧凑型THz电子辐射源”这一主题，开展理论研究及 关键技术发展，取得了系列研究进展。 在连续波THz辐射方面，课题组利用其发现的特异Smith-Purcell效应，提出了一种可基于成熟电子源技 在连续波THz辐射方面，课题组利用其发现的特异Smith-Purcell效应，提出了一种可基于成熟电子源技 术来产生W量级辐射功率、频率可到1.5 THz的奥罗管辐射源方案（Applied Physics Letters 2016,108)。该光源 2016,108)。该光源 术来产生W量级辐射功率、频率可到1.5 THz的奥罗管辐射源方案（Applied 具备低成本、便携式的特点。为得到更高功率的连续波THz辐射源，课题组提出一种THz尾场辐射自由电子 具备低成本、便携式的特点。为得到更高功率的连续波THz辐射源，课题组提出一种THz尾场辐射自由电子 激光谐波产生技术，可基于技术成熟的、可移动的高压直流电子枪产生kW量级的THz辐射源（Optics 激光谐波产生技术，可基于技术成熟的、可移动的高压直流电子枪产生kW量级的THz辐射源（Optics Letters 2016,46)。 2016,46)。 在辐射频率可连续调谐的THz源方面，课题组通过采用高次谐波增强技术提出了一种紧凑型、高功率、 在辐射频率可连续调谐的THz源方面，课题组通过采用高次谐波增强技术提出了一种紧凑型、高功率、 频率大范围连续可调谐的预聚束THz自由电子激光辐射源方案（J 2016,37）。另 频率大范围连续可调谐的预聚束THz自由电子激光辐射源方案（J Infrared Milli Terahz Waves 2016,37）。另 外，课题组采用激光脉冲串激发光阴极直流电子枪产生非相对论性电子脉冲串，并利用非相对论电子束速度 可调的特性，提出一种辐射频率0.1-1.0 THz可调的小型化、高重复频率辐射源（Optics Express 2016,24)。 2016,24)。 可调的特性，提出一种辐射频率0.1-1.0 THz可调的小型化、高重复频率辐射源（Optics 发明流形曲面的一致稀疏表达新方法 刘利刚教授研究组选用相关的冗余基函数作为局部几何的表示并引入稀疏性约束，从而能够灵活地表达 曲面及其尖锐几何特征（ACM 2016,35）。该工作第一次将稀疏表示框架作为整体引 曲面及其尖锐几何特征（ACM Transactions on Graphics 2016,35）。该工作第一次将稀疏表示框架作为整体引 入几何信息处理中，并得到了很好的应用。 3D打印研究再获重要进展 3D打印研究再获重要进展 刘利刚教授研究组结合3D打印和平面激光切割各自的制造优势，提出一种快速、廉价的分块制造大物 刘利刚教授研究组结合3D打印和平面激光切割各自的制造优势，提出一种快速、廉价的分块制造大物 体的方法（ACM 2016,35）。 体的方法（ ACM Transactions on Graphics 2016,35）。 实验结果表明，该方法比简单的分块打印方法节省 60%的材料成本和制造时间，并使得制造出的物体满 60%的材料成本和制造时间，并使得制造出的物体满 足所要求的连接强度、整体平衡性及可打印性。该研 究结果已在3D打印业界受到高度关注。 究结果已在3D打印业界受到高度关注。 第2页共4页 第3页共4页