當(dāng)學(xué)科邊界在交叉中重塑

當(dāng)創(chuàng)新靈感在融合中迸發(fā)

清華SIGS的科研圖景變得愈發(fā)遼闊

在基礎(chǔ)研究的深水區(qū)破浪前行

于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的浪潮中驅(qū)動變革

近期，多個團隊的研究成果

在國際舞臺上熠熠生輝

讓我們一同速覽

來自創(chuàng)新前沿的“硬核”捷報吧！

(按新聞在清華大學(xué)深圳國際研究生院官網(wǎng)發(fā)布的時間順序排列)

張正華團隊綜述基于納米限域效應(yīng)的高級水處理技術(shù)的研究進展

李星輝團隊在高動態(tài)范圍結(jié)構(gòu)光圖像智能感知領(lǐng)域、原子級精密定位技術(shù)、跨尺度結(jié)構(gòu)混合光刻制備技術(shù)領(lǐng)域取得進展

范遠超團隊合作在地球工程對中國水資源分布研究方面取得新進展

陳振、彭樂樂團隊合作在超快充鋰離子電池研究中取得新進展

劉碧錄團隊開發(fā)出一類化學(xué)鍵合金屬性界面的同源金屬材料家族和一種無離聚物近零間隙催化劑橋接膜電極制氫器件

丁文伯、周光敏團隊合作在磁驅(qū)動柔性電池集成機器人上取得新進展

鄭博課題組合作揭示未來全球野火排放的健康和氣候效應(yīng)

吳乾元、王文龍團隊在電催化合成雙氧水研究中取得新進展

雷鈺團隊在二維材料缺陷工程用于表面增強拉曼散射領(lǐng)域取得新進展

林楠團隊綜述新污染物1,4-二噁烷全球排放激增與污染重心轉(zhuǎn)移格局

吳乾元團隊合作在二氧化碳資源化利用研究領(lǐng)域取得新進展

雷鈺團隊在二維材料缺陷工程用于表面增強拉曼散射領(lǐng)域取得新進展 耿子涵團隊合作在高密度低串?dāng)_光電計算領(lǐng)域取得新進展

何宏輝、何永紅團隊與合作者提出光學(xué)斯格明子偏振態(tài)探針引領(lǐng)復(fù)雜偏振像差校準與偏振測量革新

譚春燕團隊合作在細胞器與組織雙光子成像領(lǐng)域取得新進展

劉碧錄、丁文伯團隊合作開發(fā)出用于建筑安全長期監(jiān)控的形變感存算一體系統(tǒng)

康飛宇、賀艷兵團隊與合作者破解固態(tài)電池“快充”難題

張正華團隊綜述基于納米限域效應(yīng)的高級水處理技術(shù)的研究進展

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張正華團隊系統(tǒng)考察了基于納米限域效應(yīng)的高級氧化過程（Advanced oxidation processes, AOPs）技術(shù)領(lǐng)域的最新進展，聚焦于分散相體系及膜集成系統(tǒng)，總結(jié)了構(gòu)建各類多維空間限域催化反應(yīng)器的策略。本研究還對納米限域AOPs體系作用機理進行了深度且全面的探討，在辨析多種AOPs反應(yīng)路徑的同時揭示了納米限域條件誘導(dǎo)下對氧化體系產(chǎn)生的獨特效應(yīng)。在評估操作參數(shù)對納米限域AOPs系統(tǒng)性能影響的基礎(chǔ)上，本工作首次對實驗條件-反應(yīng)效率關(guān)聯(lián)性進行了量化分析�；谝陨蠚w納討論，文章進一步提出了納米限域AOPs領(lǐng)域存在的關(guān)鍵爭議問題與核心前沿方向，以期為未來研究提供啟示。

相關(guān)研究工作以“基于納米限域效應(yīng)的高級水處理技術(shù)”（Nanoconfinement-based catalysis for advanced water treatment）為題，在線發(fā)表在國際期刊《應(yīng)用催化：環(huán)境與能源》（Applied Catalysis B: Environmental and Energy）上。

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李星輝團隊在高動態(tài)范圍結(jié)構(gòu)光圖像智能感知領(lǐng)域、原子級精密定位技術(shù)、跨尺度結(jié)構(gòu)混合光刻制備技術(shù)領(lǐng)域取得進展

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李星輝團隊與鵬城實驗室合作提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的HDR結(jié)構(gòu)光三維重建網(wǎng)絡(luò)——高動態(tài)范圍結(jié)構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)（HDRSL-Net）。該研究工作以“HDRSL-Net基于高動態(tài)范圍成像的高精度結(jié)構(gòu)光三維重建”（HDRSL-Net for Accurate High Dynamic Range Imaging-based Structured Light 3D Reconstruction）為題，發(fā)表在中科院一區(qū)、計算機領(lǐng)域期刊《IEEE圖像處理》（IEEE Transactions on Image Processing, T-IP）上。

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李星輝團隊在光柵干涉儀應(yīng)用于原子級精密定位技術(shù)領(lǐng)域進行了全面綜述。文章詳細綜述了光柵干涉儀作為一種重要的定位技術(shù)，如何滿足原子級制造中對于精度和穩(wěn)定性的高要求，并對光柵干涉儀的未來發(fā)展進行了展望。相關(guān)成果以“光柵干涉儀：原子級及近原子級制造中的主導(dǎo)定位技術(shù)”（Grating interferometer: The dominant positioning strategy in atomic and close-to-atomic scale manufacturing）為題在線發(fā)表于《制造系統(tǒng)》（Journal of Manufacturing Systems）。

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李星輝團隊提出融合絕對編碼的混合光柵方案，在同一基底上集成反射式增量編碼區(qū)域與透射式絕對編碼區(qū)域，以實現(xiàn)亞納米級精度的絕對式測量。本研究為復(fù)雜光學(xué)元件的高精度制造提供了有效路徑，具有良好的工程應(yīng)用前景和重要的研究價值。相關(guān)成果以“納米級定位跨尺度結(jié)構(gòu)混合光刻加工”（Cross-Scale Structures Fabrication via Hybrid Lithography for Nanolevel Positioning）為題發(fā)表在《自然》旗下期刊《微系統(tǒng)與納米工程》（Microsystems & Nanoengineering）上。

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范遠超團隊合作在地球工程對中國水資源分布研究方面取得新進展

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范遠超團隊及其合作者利用挪威地球系統(tǒng)模式（NorESM1-ME），在高排放情景（RCP8.5）背景下模擬了三種SRM方案實施后的氣候與水文響應(yīng)，并以中等減排情景（RCP4.5）作為輻射強迫控制的參照目標(biāo)。該研究系統(tǒng)揭示了不同SRM地球工程方案對中國“南澇北旱”水文格局的潛在影響，指出赤道位置平流層氣溶膠注入（SAI）可能通過調(diào)節(jié)南北半球間及赤道北極間溫度梯度影響大氣環(huán)流，緩解中國長期存在的南北水資源不平衡問題，為統(tǒng)籌全球氣候干預(yù)策略與區(qū)域水安全提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

相關(guān)研究成果以“氣候干預(yù)對中國水資源南北分異的差異化影響”（Divergent impacts of climate interventions on China’s north-south water divide）為題發(fā)表在Nature系列期刊《通訊-地球與環(huán)境》（Communications Earth & Environment）上。

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陳振、彭樂樂團隊合作在超快充鋰離子電池研究中取得新進展

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陳振、彭樂樂團隊團隊通過創(chuàng)新設(shè)計二維垂直梯型聚合物正極材料，成功破解了離子傳輸效率低下這一制約電池快充能力的核心難題。該技術(shù)不僅實現(xiàn)了秒級閃充和創(chuàng)紀錄的功率密度，更在超低溫極寒環(huán)境下展現(xiàn)出卓越性能，有望重塑下一代儲能設(shè)備的應(yīng)用場景，在低空飛行或極地探險等特殊應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出潛力。

相關(guān)研究成果以“錯流結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)超快充的二維聚合物正極”（Ultrafast charging of two-dimensional polymer cathodes enabled by cross-flow structure design）為題，以研究論文形式發(fā)表在《自然化學(xué)》（Nature Chemistry）上。

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劉碧錄團隊開發(fā)出一類化學(xué)鍵合金屬性界面的同源金屬材料家族和一種無離聚物近零間隙催化劑橋接膜電極制氫器件

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劉碧錄團隊通過金屬源擴散引發(fā)的界面鍵合策略，成功開發(fā)了一類具有化學(xué)鍵合金屬性界面的同源金屬材料。團隊實現(xiàn)了同源金屬材料的通用合成，共計4類20余種材料，形成了一個材料家族體系，并結(jié)合原位光學(xué)偏振成像技術(shù)實現(xiàn)了可放大生產(chǎn)和高通量篩選。以大電流電解水制氫應(yīng)用為例，同源金屬材料所組裝的陰離子交換膜水電解槽在大電流密度超千小時運行下的衰減率僅1.06 μV h-1，是迄今為止報道的高電流密度下的最低水平，優(yōu)于美國能源部2040年的目標(biāo)。相關(guān)研究成果以“一類化學(xué)鍵合金屬性界面的同源金屬材料家族” (A family of homologous metal heteromaterials with chemically bonded metallic interface)為題發(fā)表在《國家科學(xué)評論》（National Science Review）上。

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劉碧錄團隊開發(fā)了一種無離聚物、近零間隙的催化劑橋接膜電極（GCB-MEA），通過限域定向沉積策略構(gòu)建了結(jié)構(gòu)緊密、界面牢固的MEA結(jié)構(gòu)。該GCB-MEA中的陰離子交換膜與氣液擴散層通過催化劑層橋連，使得膜電極界面接觸電阻小、活性位點暴露多、傳質(zhì)動力學(xué)快及界面結(jié)合力強。相關(guān)研究成果以“無離聚物近零間隙催化劑橋接膜電極用于高性能純水陰離子交換膜電解槽”（An Ionomer-Free Gapless Catalyst-Bridging Membrane Electrode Assembly for High-Performance Pure Water-Fed Anion Exchange Membrane Electrolyzer）為題發(fā)表于《先進材料》（Advanced Materials）期刊上。

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丁文伯、周光敏團隊合作在磁驅(qū)動柔性電池集成機器人上取得新進展

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丁文伯所在的智能感知與機器人（Smart Sensing and Robotics, SSR）課題組與副教授周光敏課題組合作提出了一種磁驅(qū)動柔性電池集成機器人。該機器人集成的抗形變?nèi)嵝噪姵�，在機器人固有磁場增強下表現(xiàn)出優(yōu)異性能，在200次循環(huán)后的容量保持率具有57.3%。這種柔順電池可在機器人本體上實現(xiàn)44.9%的大面積部署，并通過與合理設(shè)計的柔性混合電路進行垂直集成，在保持可變形性的同時將額外剛度降至最低。這種執(zhí)行器–電池–傳感器的柔性垂直集成方法最大化了功能區(qū)域的利用率，并在仿鰩魚軟體機器人中得以實現(xiàn)，從而構(gòu)建了一個具備感知、通信和穩(wěn)定供能能力的無束縛平臺。該系統(tǒng)在水下環(huán)境中展示了具身智能，包括擾動修正、避障和溫度監(jiān)測等多樣化功能，并通過本體感知與環(huán)境感知實現(xiàn)了磁驅(qū)動運動過程中的實時決策。

該成果以“磁場增強的垂直集成實現(xiàn)無繩軟體機器人的具身智能”（Magnetic field–enhanced vertical integration enables embodied intelligence in untethered soft robots）為題，發(fā)表在國際期刊《科學(xué)進展》（Science Advances）上，并被遴選為當(dāng)期封面（Front Cover）論文。

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鄭博課題組合作揭示未來全球野火排放的健康和氣候效應(yīng)

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當(dāng)前對全球野火排放未來變化趨勢、健康影響及氣候效應(yīng)的科學(xué)認識仍存在較大不確定性，成為野火風(fēng)險應(yīng)對的重要制約因素。鄭博課題組與張強課題組聚焦這一關(guān)鍵科學(xué)問題，聯(lián)合國內(nèi)外研究團隊，在前期構(gòu)建的全球野火排放與環(huán)境健康效應(yīng)評估方法學(xué)框架基礎(chǔ)上，研發(fā)了基于機器學(xué)習(xí)模型的野火排放預(yù)測技術(shù)，并融合多源遙感觀測、再分析資料與地球系統(tǒng)模式模擬數(shù)據(jù)，引入時空動態(tài)驅(qū)動因子表征野火發(fā)生發(fā)展過程的多維反饋機制，實現(xiàn)了對未來不同氣候情景下野火發(fā)生發(fā)展與排放的模擬和歸因分析；進一步結(jié)合大氣化學(xué)傳輸模型和健康效應(yīng)模型，揭示了氣候變化背景下未來全球野火排放的健康和氣候效應(yīng)。

該合作研究成果“全球變暖加劇野火健康負擔(dān)并重塑不平等格局”（Global warming amplifies wildfire health burden and reshapes inequality），以“加速預(yù)覽”文章（Accelerated Article Preview）的形式在《自然》（Nature）期刊在線發(fā)表。

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吳乾元、王文龍團隊在電催化合成雙氧水研究中取得新進展

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針對可再生間歇能源導(dǎo)致的電合成雙氧水（H2O2）效率與穩(wěn)定性問題，吳乾元、王文龍團隊通過界面工程調(diào)控，成功構(gòu)筑了一種雙位點催化劑。該催化劑利用異質(zhì)團簇誘導(dǎo)氧空位與內(nèi)建電場，有效促進水電解和自由基生成，實現(xiàn)了陰極與陽極的雙氧水同步電合成。

該成果以“柯肯達爾效應(yīng)驅(qū)動的界面工程促進水分解實現(xiàn)陰陽極雙氧水雙位點電合成”（Kirkendall Effect-Driven Interface Engineering Facilitates Water Dissociation for Dual-Site H2O2 Electrosynthesis Simultaneously at the Anode and Cathode）為題，發(fā)表在國際期刊《德國應(yīng)用化學(xué)國際版》（Angewandte Chemie International Edition）上。

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雷鈺團隊在二維材料缺陷工程用于表面增強拉曼散射領(lǐng)域取得新進展

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雷鈺團隊開發(fā)了一種等離子體處理二維材料引入缺陷的通用方法，通過等離子體處理在單層二硫化鎢（WS2）中引入納米孔，顯著增強分子吸附能力。同時，納米孔濃度的變化引起了WS2的光致發(fā)光光譜從紅移到藍移的轉(zhuǎn)變，藍移WS2與待測分子形成更好的帶隙匹配，極大地提高了電荷轉(zhuǎn)移效率，實現(xiàn)更低濃度的分子檢測。

相關(guān)成果以“在單層二硫化鎢中設(shè)計納米孔用于原子級平整二維表面的單分子成像”（Engineering Nanopore in monolayer WS2 for single molecule imaging on the atomic-scale flat 2D surfaces）為題發(fā)表于《科學(xué)進展》（Science Advances）。

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林楠團隊綜述新污染物1,4-二噁烷全球排放激增與污染重心轉(zhuǎn)移格局

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林楠團隊整合多介質(zhì)監(jiān)測、產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計與市場數(shù)據(jù)，全面梳理了該污染物的全球排放來源、時空賦存特征及監(jiān)管差異，提出全球排放量估算與“遺留污染+新興污染”并存的全球污染格局，并構(gòu)建了排放-污染-監(jiān)管協(xié)同分析框架。該綜述為理解1,4-二噁烷的全球排放格局、時空遷移與監(jiān)管差異提供了系統(tǒng)證據(jù)，亦為新污染物治理、健康風(fēng)險評估與國際標(biāo)準協(xié)調(diào)提供了可操作的政策參考。

相關(guān)成果近日以“1,4-二噁烷的科學(xué)現(xiàn)狀：排放源、全球污染與監(jiān)管差異”（State of the science on 1,4-dioxane: Emission sources, global contamination, and regulatory disparities）為題，發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》（Environmental Science & Technology）上。

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吳乾元團隊合作在二氧化碳資源化利用研究領(lǐng)域取得新進展

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甲酸（鹽）在實現(xiàn)高效電合成方面，面臨催化劑性能和產(chǎn)物分離等多重挑戰(zhàn)。吳乾元團隊與合作者在該領(lǐng)域取得重要進展，成功開發(fā)出一種新型復(fù)合催化材料，并構(gòu)建了配套電解裝置，實現(xiàn)甲酸（鹽）的高效、綠色合成，為解決催化劑性能與產(chǎn)物分離難題提供創(chuàng)新性解決方案。

該研究成果以“硅酸氧鉍用于高效電催化二氧化碳還原及無電解質(zhì)甲酸溶液生產(chǎn)”（Bismuth Silicate Catalyst for Efficient Electrocatalytic CO2 Reduction and Electrolyte-Free Formic Acid Production）為題，在《先進科學(xué)》（Advanced Science）上發(fā)表。

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耿子涵團隊合作在高密度低串?dāng)_光電計算領(lǐng)域取得新進展

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耿子涵團隊聯(lián)合鵬城實驗室等單位，創(chuàng)新提出一種基于級聯(lián)微環(huán)諧振器的光電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，團隊通過器件結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與系統(tǒng)級的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了高消光比與窄帶寬，顯著提升了系統(tǒng)的光譜密度與計算密度。結(jié)合特殊設(shè)計的光電信號調(diào)制及探測電路，成功攻克因光強非負性而難以實現(xiàn)負權(quán)重表達的難題。在手寫數(shù)字識別與細胞邊緣提取、分類等任務(wù)中均展現(xiàn)出優(yōu)異性能，為高密度光電計算芯片的研究與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

該研究成果以“級聯(lián)微環(huán)諧振器實現(xiàn)低串?dāng)_高密度光子卷積計算”（Cascaded Micro-Ring Resonators for Low-Crosstalk High-Density Photonic Convolutional Computing ）為題發(fā)表在國際期刊（Laser & Photonics Reviews），文章被選為當(dāng)期封面文章之一。

何宏輝、何永紅團隊與合作者提出光學(xué)斯格明子偏振態(tài)探針引領(lǐng)復(fù)雜偏振像差校準與偏振測量革新

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何宏輝、何永紅課題組與牛津大學(xué)合作，在偏振光學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。團隊創(chuàng)新性地利用光學(xué)斯格明子結(jié)構(gòu)光場，開發(fā)出一套針對復(fù)雜偏振像差的高精度表征與校正方案，為生物醫(yī)學(xué)成像與文物材料分析等應(yīng)用提供了新途徑。

研究成果以“利用光學(xué)斯格明子評估復(fù)雜像差下矢量自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)性能的新方法”（Using optical skyrmions to assess vectorial adaptive optics capabilities in the presence of complex aberrations）為題，發(fā)表在《科學(xué)進展》（Science Advances）。

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譚春燕團隊合作在細胞器與組織雙光子成像領(lǐng)域取得新進展

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譚春燕課題組聯(lián)合深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)副教授許乃寒，設(shè)計并合成了一系列基于4-硝基聯(lián)苯衍生物的細胞器靶向雙光子光激活熒光探針（PhoRh-Mito, PhoRh-ER, PhoRh-Lyso）。該系列探針通過引入特定靶向基團（如三苯基膦靶向線粒體、苯磺酰胺靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、嗎啉環(huán)靶向溶酶體），實現(xiàn)了在活細胞中對線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和溶酶體的高特異性標(biāo)記。研究團隊系統(tǒng)評估了探針的光物理性質(zhì)、細胞相容性、光激活效率及其在多種生物樣本中的成像性能。

相關(guān)研究成果以“雙光子光激活熒光探針用于活細胞和組織水平的細胞器成像”（Two-Photon Light-Activatable Fluorophores for Organelle Imaging in Living Cells and Tissue-Level Imaging）為題，發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）上。

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劉碧錄、丁文伯團隊合作開發(fā)出用于建筑安全長期監(jiān)控的形變感存算一體系統(tǒng)

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劉碧錄、丁文伯團隊合作開發(fā)一套能夠?qū)崿F(xiàn)實時、全覆蓋的建筑形變監(jiān)測系統(tǒng)，已成為迫切需求。劉碧錄教授團隊和丁文伯副教授團隊以及合作者在這一領(lǐng)域取得進展，研發(fā)出一種全自驅(qū)動建筑形變感存算一體系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用摩擦電器件將建筑形變信號轉(zhuǎn)化為電信號，并直接驅(qū)動二維憶阻器單元，實現(xiàn)了傳感、計算與存儲的一體化。

相關(guān)成果近日以“基于二維材料的折紙式自供能近傳感計算系統(tǒng)用于形變監(jiān)測”（Origami self-powered near-sensor computing system using 2D materials for deformation monitoring）為題發(fā)表在《器件》（Device）上。

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康飛宇、賀艷兵團隊與合作者破解固態(tài)電池“快充”難題

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康飛宇教授、賀艷兵教授、呂偉副教授、侯廷政助理教授團隊聯(lián)合天津大學(xué)楊全紅教授團隊開展了系統(tǒng)性研究，創(chuàng)新性地提出了“塑性富無機SEI”的設(shè)計理念，開發(fā)出兼具優(yōu)異機械性能、鋰離子傳輸性能和梯度親鋰/疏鋰特性的新型塑性SEI，大幅度提升了固態(tài)電池在大電流密度下和低溫下的循環(huán)穩(wěn)定性。研究團隊從SEI結(jié)構(gòu)和模型進行源頭創(chuàng)新，摒棄傳統(tǒng)SEI“唯強度論”的結(jié)構(gòu)模型和設(shè)計理念，將“塑性”特征作為新型SEI組分篩選的核心指標(biāo)。團隊構(gòu)建出具有“外柔內(nèi)剛”梯度結(jié)構(gòu)的SEI，既保證了在低溫和大電流密度條件運行過程中界面層的結(jié)構(gòu)完整性，又實現(xiàn)了高效的離子傳輸并抑制了副反應(yīng)。該工作突破了傳統(tǒng)SEI聚焦追求“堅硬”的設(shè)計理念，開創(chuàng)性地將“塑性”作為特征指標(biāo)，提出了一條從固態(tài)電解質(zhì)組分設(shè)計到理想界面的精準構(gòu)建路徑，為解決固態(tài)電池的界面失效問題提供了全新策略，并為新型界面層設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)，對實用化固態(tài)電池的研發(fā)具有重要實用價值。

相關(guān)研究成果以“用于固態(tài)電池的塑性固態(tài)電解質(zhì)界面”（A ductile solid electrolyte interphase for solid-state batteries）為題在線發(fā)表于《自然》（Nature）期刊。這是清華大學(xué)深圳國際研究生院今年發(fā)表的第四篇《自然》文章成果。

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共繪電池行業(yè)未來新藍圖！

清華SIGS主辦2025第五屆先進電池產(chǎn)業(yè)集群論壇

2025全球前2%頂尖科學(xué)家榜單揭曉！清華SIGS入選人數(shù)創(chuàng)歷史新高！

上百顆“火種”誕生！這場大賽如何促成產(chǎn)學(xué)研用“最佳CP”？

本期來源|材料研究院 數(shù)據(jù)與信息研究院 環(huán)境與生態(tài)研究院 生物醫(yī)藥與健康工程研究院

編輯|吳鴻瑤

鳴謝|科研處 教工辦

審核|聶曉梅 林洲璐 葉思佳

排版|胡靜雯