年終回顧丨2023年高校持續(xù)發(fā)力 不斷為我國(guó)科研發(fā)展注入活力
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】2023年10月，全球首個(gè)“高等教育強(qiáng)國(guó)指數(shù)”發(fā)布，我國(guó)憑借世界學(xué)術(shù)中心度指數(shù)、世界科技中心度指數(shù)上的突出表現(xiàn)，在第二方陣中領(lǐng)先，盡管與位居第一梯隊(duì)的美國(guó)仍有不小差距，但也足以見(jiàn)得我國(guó)這幾年在高等教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)上投入的經(jīng)歷，以及教育、科技、人才一體化建設(shè)的階段性成果。
如今，我們正式邁入2024年，回顧過(guò)去一年高校在科研領(lǐng)域的成果，不少依舊讓我們心潮澎湃。毋容置疑，高校如今已經(jīng)是我國(guó)科技發(fā)展的中堅(jiān)力量之一，借此機(jī)會(huì)，我們進(jìn)一步為大家盤(pán)點(diǎn)2023年高校科研成果，重溫那一幕幕振奮人心的時(shí)刻。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)新催化器實(shí)現(xiàn)空氣中二氧化碳的捕獲和轉(zhuǎn)化
哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)受到光合作用啟發(fā)，在前期光-熱協(xié)同催化還原CO2研究基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了多功能-鉑負(fù)載鎳基金屬有機(jī)框架-光催化劑。這種新型催化劑不僅可選擇性地從空氣中捕獲超低濃度的CO2，還能夠?qū)崿F(xiàn)將富集的CO2原位轉(zhuǎn)化為高附加值的CO和CH4，在940納米波長(zhǎng)處的量子效率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的9.57%，突破了紅外光難以高效利用的局限。同時(shí)，該研究還深入探討反應(yīng)過(guò)程中光-熱協(xié)同、鉑-鎳雙位點(diǎn)協(xié)同作用的微觀機(jī)制，為熱輔助光催化還原CO2提供新思路。值得一提的是，陜西科技大學(xué)教授也參與到了相關(guān)研究工作中。
編輯點(diǎn)評(píng)：“雙碳”是近幾年的熱門(mén)話題，“固碳”是實(shí)現(xiàn)“雙碳”的重要方向，盡管目前對(duì)于二氧化碳的捕集已經(jīng)具備一定的手段，但是針對(duì)空氣中超低濃度的二氧化碳，吸附和活化仍存在操作困難、成本高的情況，哈工大的成果一定程度上解決了這個(gè)問(wèn)題，為相關(guān)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)。
北京大學(xué)研制出110GHz純硅調(diào)制器
北京大學(xué)電子學(xué)院王興軍教授、彭超教授、舒浩文研究員聯(lián)合團(tuán)隊(duì)針對(duì)傳統(tǒng)硅基調(diào)制器帶寬受限問(wèn)題，利用硅基耦合諧振腔光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引入慢光效應(yīng)，構(gòu)建了完整的硅基慢光調(diào)制器理論模型，通過(guò)合理調(diào)控結(jié)構(gòu)參數(shù)以綜合平衡光學(xué)與電學(xué)指標(biāo)因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制器性能的深度優(yōu)化，最終基于CMOS集成工藝兼容的硅基光電子標(biāo)準(zhǔn)工藝，在純硅材料體系下首次將調(diào)制器帶寬提高到100GHz以上，實(shí)現(xiàn)了全球首個(gè)電光帶寬達(dá)110GHz的純硅調(diào)制器。
編輯點(diǎn)評(píng)：信息技術(shù)是如今科技發(fā)展的重要方向，隨著AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展，光電子集成技術(shù)成為了入境信息技術(shù)的重要方展方向，北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)此次的成果不僅僅是實(shí)現(xiàn)了硅基調(diào)制器帶寬性能的提升，更重要的是為硅基光電子學(xué)的發(fā)展提供了技術(shù)支持。
大連理工大學(xué)科學(xué)家發(fā)明皮摩爾級(jí)小型熒光光譜儀
大連理工大學(xué)黃輝教授課題組與范劍超教授、趙劍教授和劉蓬勃副教授合作，發(fā)明了一種小型高靈敏度的熒光光譜儀。這種光譜儀基于導(dǎo)光金屬毛細(xì)管技術(shù)，可大幅提高熒光檢測(cè)的信噪比，因此能夠采用便宜微型的LD或LED取代昂貴笨重的氬離子激光器或大功率氙燈作為激發(fā)光源。此外團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了熒光光譜的同步校準(zhǔn)技術(shù)，能夠幫助其克服光源功率波動(dòng)和樣品吸收導(dǎo)致的干擾。
編輯點(diǎn)評(píng)：熒光光譜是一類常用的實(shí)驗(yàn)室儀器，在生命科學(xué)、食品安全和環(huán)境監(jiān)測(cè)中具有重要應(yīng)用。由于這類產(chǎn)品是利用紫外激發(fā)產(chǎn)生特征熒光的原理，因此能夠靈敏的測(cè)量微量物質(zhì)的含量與成分。但與此同時(shí)，設(shè)備對(duì)于激發(fā)光源也有很高的要求。該成果不但成功解決了激發(fā)光源的問(wèn)題，還進(jìn)一步的將儀器微型化，對(duì)于后續(xù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及實(shí)際應(yīng)用都有重要的意義。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)構(gòu)建全球變網(wǎng)格大氣物理化學(xué)耦合模擬框架
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)趙純教授帶領(lǐng)的大氣科學(xué)先進(jìn)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室(LACAR)成功構(gòu)建了全球變網(wǎng)格大氣物理化學(xué)耦合模擬框架，并以大氣沙塵為理開(kāi)展了相關(guān)研究。研究成果以“Simulating Atmospheric Dust With a Global Variable‐Resolution Model: Model Description and Impacts of Mesh Refinement”為題發(fā)表于地球系統(tǒng)模式發(fā)展領(lǐng)域國(guó)際頂刊《Journal of Advances in Modeling Earth Systems》。
編輯點(diǎn)評(píng)：基于該模式框架，未來(lái)我們可以開(kāi)展其他的關(guān)于大氣科學(xué)方面的研究，對(duì)于環(huán)境保護(hù)及治理，還有大氣機(jī)制探索都有重要的價(jià)值。
清華大學(xué)開(kāi)發(fā)出無(wú)機(jī)材料普適性3D打印新方法
清華大學(xué)化學(xué)系張昊副教授、李景虹院士和精儀系孫洪波教授、林琳涵副教授研究團(tuán)隊(duì)基于納米晶體表面配體的非特異性光化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)和溶液中輸運(yùn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了普適于無(wú)機(jī)功能材料的納米級(jí)精度直接3D打印。相關(guān)研究以“基于膠體納米晶體間光化學(xué)鍵合的無(wú)機(jī)納米材料3D打印”為題發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。
編輯點(diǎn)評(píng)：3D打印技術(shù)的發(fā)展為材料的加工與應(yīng)用提供了寶貴途徑，而影響3D打印技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要因素便是精度。新方法的出現(xiàn)為拓寬3D打印材料庫(kù)并構(gòu)建基于無(wú)機(jī)材料的3D結(jié)構(gòu)與器件提供了新思路，有望為3D打印的應(yīng)用帶來(lái)革命性推進(jìn)。
遙感科學(xué)實(shí)驗(yàn)星“湖科大一號(hào)”發(fā)射成功
2023年12月9日07時(shí)39分由湖南科技大學(xué)與天儀研究院聯(lián)合研制的天儀33衛(wèi)星搭載朱雀二號(hào)遙三運(yùn)載火箭在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。“湖科大一號(hào)”衛(wèi)星運(yùn)行在距離地球460公里太陽(yáng)同步軌道上，星上主載荷包括光學(xué)遙感載荷、自主診斷智能載荷，是一顆用于應(yīng)急災(zāi)害和地理環(huán)境觀測(cè)的遙感科學(xué)實(shí)驗(yàn)星，主要用于遙感影像實(shí)時(shí)獲取、星上智能處理等技術(shù)在軌測(cè)試，衛(wèi)星數(shù)據(jù)同時(shí)可用于湖南科技大學(xué)相關(guān)學(xué)科開(kāi)展科學(xué)研究使用。
編輯點(diǎn)評(píng)：“湖科大一號(hào)”是學(xué)校瞄準(zhǔn)空天信息領(lǐng)域的一次全新探索，同時(shí)也是高校科研發(fā)展過(guò)程中的一次重要嘗試。其本身不但有利于相關(guān)研究的推進(jìn)，同時(shí)也打開(kāi)了高校科研的全新思路，是產(chǎn)學(xué)研深度融合的創(chuàng)新性嘗試。
江南大學(xué)實(shí)現(xiàn)維生素合成“一步到位”
江南大學(xué)未來(lái)食品科學(xué)中心陳堅(jiān)院士團(tuán)隊(duì)教授周景文課題組歷經(jīng)十余年的刻苦攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)“一菌一步”合成維生素C。團(tuán)隊(duì)以氧化葡萄糖酸桿菌為底盤(pán)菌株，通過(guò)引入山梨酮脫氫酶與山梨糖脫氫酶，成功構(gòu)建出可以直接利用山梨醇一步發(fā)酵合成2-酮基-L-古龍酸的工程菌株，在這種工藝下，每升山梨醇溶液在168小時(shí)內(nèi)可以生產(chǎn)出61.8克2-酮基-L-古龍酸。
編輯點(diǎn)評(píng)：維生素C是我們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N重要微量元素，“一步到位”合成維生素不但有利于優(yōu)化維生素C生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，還能進(jìn)一步降低維生素C成本，提升維生素C的應(yīng)用領(lǐng)域，從而擴(kuò)展其市場(chǎng)價(jià)值。
西安交通大學(xué)提出限域增強(qiáng)拉曼光譜及避免閃爍信號(hào)新機(jī)制
西安交通大學(xué)生命學(xué)院方吉祥教授團(tuán)隊(duì)基于對(duì)早期表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)和單分子表面增強(qiáng)拉曼散射(SM-SERS)研究的深入理解，及分子-納米結(jié)構(gòu)相互作用及相關(guān)機(jī)制進(jìn)行深入研究，提出了一種限域增強(qiáng)拉曼光譜(CERS)新概念及避免SM-SERS閃爍信號(hào)的新機(jī)制，在SM-SERS信號(hào)穩(wěn)定性、重現(xiàn)性及靈敏度方面，均得到顯著提升。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《納米快報(bào)》上。
編輯點(diǎn)評(píng)：拉曼光譜是一種基于拉曼效應(yīng)的無(wú)損分析技術(shù)，通過(guò)拉曼光譜，可以分析物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、相和形態(tài)、結(jié)晶度及分子相互作用的詳細(xì)信息。該研究成果有利于拉曼光譜更好的被用于醫(yī)療、化工等領(lǐng)域，也有望為拉曼光譜未來(lái)的發(fā)展提供重要的理論基礎(chǔ)。
華南理工大學(xué)聯(lián)合海外團(tuán)隊(duì)研制出新型超快光脈沖原位表征技術(shù)
華南理工大學(xué)教授虞華康/李志遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)教授Jacob Khurgin，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員林錦添/程亞團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種可集成的新型超快光脈沖原位表征技術(shù)，得益于完全無(wú)背景和增強(qiáng)的橫向光學(xué)二倍頻效應(yīng)，具有出色的靈敏度和信噪比。相關(guān)成果發(fā)表于《激光與光子學(xué)評(píng)論》。
編輯點(diǎn)評(píng)：新型超快光脈沖原位表征技術(shù)在靈敏度和信噪比上的突出表現(xiàn)，使其能夠更好的應(yīng)對(duì)光脈沖中啁啾的精確測(cè)量工作。并且，其表現(xiàn)出來(lái)的具有表征更復(fù)雜光脈沖的潛力，有利于推動(dòng)超快集成光子學(xué)的設(shè)計(jì)、測(cè)試和優(yōu)化等工作。
天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)高性能氫燃料電池
天津大學(xué)教授焦魁團(tuán)隊(duì)在研究中對(duì)質(zhì)子交換膜燃料的電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重構(gòu)，集成新的組件，改善了氣-水-電-熱傳遞路徑，成功實(shí)現(xiàn)了超薄、超高功率密度的燃料電池；團(tuán)隊(duì)通過(guò)引入靜電紡絲技術(shù)制成的超薄碳納米纖維薄膜及泡沫鎳，去除了傳統(tǒng)的氣體擴(kuò)散層和溝脊流道，有效降低了膜電極組件厚度約90%，降低了80%以上的反應(yīng)物擴(kuò)散導(dǎo)致的傳質(zhì)損失，最終將燃料電池體積功率密度提升約兩倍。
編輯點(diǎn)評(píng)：燃料電池是目前的熱門(mén)領(lǐng)域，氫燃料電池更是未來(lái)綠色能源發(fā)展的一個(gè)重要方向，該技術(shù)不僅為質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了重要的指導(dǎo)，也預(yù)示著清潔能源領(lǐng)域邁向新高度的可能性。
多所高校專家強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手用“雪花”塑造“柔性陶瓷”
清華大學(xué)、北京大學(xué)、南京大學(xué)、中北大學(xué)博士后、教授、研究員組成的團(tuán)隊(duì)共同合作，使用具有普適性的、可控的碎冰模板法，將低維材料漿料冷凍在旋轉(zhuǎn)的低溫滾筒表面上后將其粉碎，然后將碎冰與漿料混合重新冷凍鑄造來(lái)大規(guī)模制備一種各向同性氣凝膠。相關(guān)研究成果以《基于柱狀晶到等軸晶轉(zhuǎn)變的各向同性納米纖維氣凝膠的大規(guī)模組裝》為題，發(fā)表于《自然-通訊》期刊。
編輯點(diǎn)評(píng)：高校之前強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手對(duì)于解決困難課題，發(fā)展核心技術(shù)提供了基礎(chǔ)，而用“雪花”塑造“柔性陶瓷”這項(xiàng)技術(shù)本身也為材料發(fā)展提供了新的思路，對(duì)于未來(lái)拓展到聚丙烯腈納米纖維、芳綸納米纖維、纖維素納米纖維和碳納米管等材料的制備，有重要意義。
資料來(lái)源：中國(guó)科學(xué)網(wǎng)、新華網(wǎng)、中國(guó)青年報(bào)、各個(gè)高校門(mén)戶網(wǎng)站
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