世界一流科技期刊文章精選

泡泡鑄造軟體機器人技術

《自然》封面：人造肌肉和夾具。《自然》雜志第7884期封面文章報道了泡泡鑄造軟體機器人新技術。軟體機器人能執行多種復雜任務，包括抓握、爬行或游泳等，近年來泡泡鑄造軟體機器人受到學術界的普遍關注。但是，制造此類軟體致動器一直較為煩瑣。科學家們開發了一種基于泡泡的方法，能用來制造各種基于彈性聚合物的致動器。他們先將液態彈性體注入模具，隨后注入空氣，從而得到一個拉長的泡泡。這個泡泡會在重力作用下上升，并形成致動器的內部腔室，通過改變模板和流動過程，就能得到各種各樣的復雜結構。

心咽部結構拆解與原始被囊動物的固著生活方式

《自然》封面：“住屋”是一類生物特有的一種膠質濾食結構。《自然》雜志第7885期封面文章報道了被囊動物的演化研究。被囊動物（如海鞘）與脊椎動物的親緣關系最近。這類海洋生物大部分在幼體時能自由游動，但在變成定棲的成體后會固著、無法移動。然而，尾海鞘綱的被囊動物不會發生這種轉變，終生都能自由游動。研究團隊聚焦尾海鞘綱的心臟發育，發現它們的心咽部基因調控網絡因大規模基因丟失而“拆解”。這種拆解導致其失去了原始被囊動物特征性的固著生活方式。這或許與“住屋”這類幫助尾海鞘綱從固著生活方式演化適應有關。

山岳地形對北美季風的機械強迫作用

《自然》封面：一場季風暴雨穿過亞利桑那州東南部時的一道閃電。《自然》雜志第7886期封面文章報道了北美季風的差異。在夏季，一個強降雨帶沿墨西哥西海岸延伸至美國西南部、長達一千多公里，構成了北美季風。一般認為季風是太陽對海洋和陸地加熱不均所致。這會導致氣壓變化，最終形成的風會拖動涼爽潮濕的海洋空氣在陸地上產生降雨。研究表明，墨西哥的馬德雷山脈令急流轉向，抬升了暖濕空氣，形成對流型降雨。雖然地面加熱也會發生，但其影響不足，北美季風應該是在機械強迫作用下形成的。

人類直覺與AI推動數學進步

《自然》封面：人工智能引導的直覺。《自然》雜志第7887期封面文章提出采用一種機器學習模型來發現數學對象之間的潛在模式和關聯，用歸因技術加以輔助理解，并利用這些觀察指導直覺思維和提出猜想的過程。AI（人工智能）技術已經足夠先進，足以有力地推動許多不同學科的發展進步。其中，純數學就是一個典型案例。研究者們通過AI技術，發現純數學拓撲學和表象理論的新見解，尋找到數學不同領域間意想不到的關聯，首次證明AI技術可以站在純數學的前列，加速證明數學猜想正確與否。

木星的氣象學研究進展

《科學》封面：木星大氣層的光學圖像，由“朱諾號”宇宙飛船拍攝。《科學》雜志第6570期封面文章報道了“朱諾號”宇宙飛船研究木星的最新成果。木星的大氣層有一個由大小旋渦組成的區域和帶系統，其中最大的是大紅斑。大紅斑是太陽系中最大的大氣旋渦，已經被觀測了至少兩個世紀。目前還不清楚旋渦在可見云頂下延伸到多深。研究者使用“朱諾號”宇宙飛船的微波輻射計對大氣旋渦進行了觀測，利用12次“朱諾號”探測器與木星相遇的數據，包括兩次直接飛越這一旋渦的數據，檢查了木星的重力特征。

炎癥研究

《科學》封面：炎癥。《科學》雜志第6571期特刊報道了近年來對炎癥生物學的認識，特別是炎癥在內環境穩定、細胞死亡、器官間相互作用和病毒感染中的作用。傳統意義的炎癥由感染或組織損傷引起的主要體征（如發紅、腫脹、發熱和疼痛）來定義。炎癥是許多人類疾病的共同特征，也是各種核心生物學過程的組成部分，包括新陳代謝、傷口愈合和神經發育等。炎癥反應在個體間表現出很大的可變性，這種可變性揭示疾病的驅動因素和決定因素，并促進針對細胞死亡途徑和伴隨炎癥信號的藥物的開發。

森林大戰

《科學》封面：巴伐利亞森林國家公園遭受樹皮甲蟲侵害。《科學》雜志第6572期封面文章報道了森林死亡與未來管理。在德國，氣候的變化導致樹皮甲蟲的暴發，蹂躪了挪威的云杉林。德國發明了“科學”林業，但由氣候變化引發的大規模枯死引發了一場關于國家應如何管理樹木的激烈辯論。分歧往往很激烈，對立雙方在媒體上互相辱罵，甚至舉行森林峰會。研究者認為加強森林可持續管理，木材的收獲應該限制在土地所能生產的范圍內，應該重新積極種植樹木，以確保未來的供應。

草葉進化

《科學》封面：從葉鞘中出現的草莖。《科學》雜志第6573期封面文章報道了草葉進化的最新研究成果。草的葉子長而窄，雙子葉植物的葉子通常更短、更扁平。草和其他單子葉植物中發現的鞘葉是一種進化創新，但它的起源一直是一個長期爭論的話題。科學家結合發育遺傳學和計算模型，揭示了這兩種因進化而廣泛分離的葉子，其共同點比預期的要多。鞘葉很可能是通過基因依賴的原始帶延伸而產生的，這一原始帶跨越了莖尖周圍的同心域。因此，這一研究與主流觀點相反，這與19世紀報道的同源性提法一致。

干細胞

化學小分子誘導人成體細胞轉變為多潛能干細胞

北京大學生命科學學院、北大-清華生命聯合中心鄧宏魁研究團隊使用化學重編程的方法，成功實現了使用化學小分子將人成體細胞誘導為人多潛能干細胞（人CiPS細胞）。相關成果發表于《自然》（Nature）。研究團隊進行了大量化學小分子的篩選和組合，最終發現高度分化的人成體細胞在特定的化學小分子組合的作用下，同樣可以發生類似去分化的現象，獲得具有一定可塑性的中間狀態。在此基礎上，最終實現了人多潛能干細胞的成功誘導。因此，化學重編程技術體系的建立不僅在多潛能干細胞臨床應用領域具有重要意義，同時為細胞命運調控及再生生物學理論研究方面提供了全新的視角。

腫瘤干細胞調控的表型可塑性在腫瘤轉移性定植中的作用

中國科學技術大學生命醫學部教授朱濤課題組闡明了腫瘤干細胞調控的表型可塑性在腫瘤轉移性定植中的作用。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。腫瘤干細胞具有自我更新、高度轉移和治療抵抗能力，在腫瘤的惡性進展中發揮關鍵作用。腫瘤干細胞和非腫瘤干細胞群體在腫瘤發展過程中維持著亞群間的動態平衡，每個亞群均可重構出整個腫瘤細胞群體。然而，維持腫瘤細胞亞群間動態平衡的機制，以及這種現象在腫瘤發生發展中的作用尚不清楚。相關研究提出了抑制腫瘤的轉移性克隆化增殖步驟，而非腫瘤侵襲步驟可以有效抑制腫瘤轉移的發生，并提供了抑制轉移的創新治療策略。

小肽補償效應實現干細胞發育穩健性的動態演化規律

中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員許操團隊與國際團隊合作，揭示了小肽信號功能補償效應維持茄科不同經濟作物莖尖干細胞發育穩健性的動態演化規律。相關成果發表于《自然·植物》（Nature?Plants）。研究闡明了隨著遺傳變異的積累旁系同源基因之間補償能力由量變到質變的演化歷程，揭示了小肽功能補償機制的變異導致植物形態多樣化的分子機制，為多維組學和基因編輯時代的進化發育生物學研究提供了范例。重要的是，研究一次性創制了多種園藝性狀，比如果實大小、花卉的觀賞性、生物量等，為分子設計育種提供了新的基因模塊和設計思路。

造血干細胞移植不良的相關機制

中山大學中山醫學院趙萌教授和孫逸仙紀念醫院蔣琳加研究員聯合研究團隊揭示了骨髓間充質干細胞（MSC）調控造血干細胞移植的新機制。相關成果發表于《血液》（Blood）。面對血液惡性腫瘤、再生障礙性貧血和地中海貧血等骨髓衰竭性疾病，造血干細胞移植（HSCT）已被證實是有效的治療手段，也是核輻射損傷的唯一治療手段。這是因為干細胞具有極強的長期自我更新及多項分化潛能，但仍有5%～20%的患者會發生原發或繼發性造血干細胞植入不良，影響最終的治療效果。因此，研究導致植入不良的主要機制將有助于進一步提高治療成效。研究將為開發針對不同適應證的MSC細胞治療藥物提供研究基礎。

干細胞

干細胞擴展潛能表觀遺傳調控機制研究

中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院姚紅杰研究員課題組揭示了陰陽因子YY1調控干細胞擴展潛能性的表觀遺傳新機制。相關成果發表于《核酸研究》（Nucleic?Acids?Research）。干細胞全能性對理解哺乳動物早期胚胎發育及再生醫學應用至關重要。擴展潛能干細胞（EPS細胞）為組織再生提供了重要的種子細胞，具有重要的應用價值。然而，調控EPS細胞擴展潛能性的分子機制仍不清楚。相關研究揭示了YY1在調節一些表觀遺傳功能中發揮著極其重要的作用，并闡明YY1通過調控DNA甲基化和組蛋白修飾的二維層面和染色質高級結構的三維層面，進而調控EPS細胞的特性和分化潛能。

接觸聚苯乙烯微塑料會減少渦蟲的再生和生長

暨南大學基礎醫學與公共衛生學院楊光教授與環境學院曾永平教授合作，開展了微塑料對干細胞危害研究。相關成果發表于《危險材料雜志》（Journal?of?Hazardous?Materials）。微塑料在環境中不斷積累，可以通過水、食物和空氣等途徑暴露于人類面前從而威脅人體健康。研究發現微塑料作用下渦蟲干細胞標記基因piwiA、piwiB和增殖相關基因PCNA表達受到抑制。通過蛋白質組學測定，相關研究還發現微塑料損傷干細胞可能依賴于命名為“Notch”和“TGFβ/SMAD”的信號通路，證明環境中廣泛存在的微塑料對干細胞產生損傷，為探索微塑料與相關疾病的關聯研究提供重要線索，也為環境微塑料的治理提供了新的科學依據。

間充質干細胞在整形美容領域的應用

中國醫學科學院北京協和醫院李竹君、龍笑與上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院王晨羽合作，對間充質干細胞在整形手術、美容和組織再生方面開展研究。相關成果發表于《協和醫學雜志》。間充質干細胞是具有自我更新和多向分化潛能的成體干細胞，存在于脂肪、骨髓和臍帶等多種組織中，能通過直接分化或旁分泌發揮修復組織缺損、促進血管生成、免疫調節、抗纖維化等多種作用。間充質干細胞在抗衰老、毛發/組織再生、創面愈合、抗纖維化等多個方面已有較為深入的研究，效果與安全性良好。未來仍需開展深入的基礎研究以揭示其治療機制，并應進行長期的臨床試驗隨訪以考察其遠期安全性。

載脂蛋白APOE驅動干細胞衰老的新活性

中國科學院動物研究所劉光慧研究組、曲靜研究組、宋默識研究組和中國科學院北京基因組研究所張維綺研究組合作，發現細胞核中定位的載脂蛋白E（APOE）可與核膜，以及異染色質相關蛋白相互作用，促進核纖層及異染色質蛋白的自噬性降解，進而破壞核周異染色質穩定性，導致人類干細胞的衰老。相關成果發表于《自然·衰老》（Nature?Aging）。APOE作為一種經典的脂質結合蛋白，可以與膽固醇或其他脂質結合形成脂蛋白顆粒，從而介導中樞神經系統和外周組織中的脂質轉運。相關研究揭示了APOE是通過自噬-溶酶體途徑破壞異染色質結構、加速細胞衰老的新型分子機制。

化學工程

單分子范德華力羅盤

清華大學化工系魏飛教授團隊采取直觀、靈敏的手段在分子水平上研究多孔材料中的主客體范德華相互作用，推動了電子顯微學在單分子成像上的應用。相關成果發表于《自然》（Nature）。在不同孔道中PX分子的取向不同，并且與孔道的幾何形狀直接相關。研究人員通過圖像和計算的對比，證實了不同的PX分子取向是由孔道幾何形狀變化造成的，因此分子取向的成像能夠反映孔道內范德華相互作用的變化。同時，他們在連續的圖像拍攝中觀察到了分子取向隨時間的變化，變化規律與孔道幾何形狀隨時間的變化相一致。這一方法不僅能夠給出主客體范德華相互作用在二維ZSM-5平面的空間分布，也可以給出這種相互作用在單個孔道內的實時變化。

合成氣直接高效轉化制備異構烷烴汽油

中國科學院大連化學物理研究所潘秀蓮研究員、包信和院士團隊在合成氣催化轉化方面取得新進展，實現高選擇性制備異構烷烴汽油（OXZEO.-TG）。相關成果發表于《美國化學會能源快報》（ACS?Energy?Letters）。研究通過調變分子篩的酸性位分布，實現了34%一氧化碳轉化率，以及82%汽油選擇性，其中異構烷烴/正構烷烴的比例高達38，150小時測試顯示這一催化劑具有良好的穩定性。在優化反應條件下，團隊實現了異構烷烴/正構烷烴的比例高達48，是迄今合成氣直接轉化領域報道最高值。進一步研究發現，分子篩外表面酸性位是異構烷烴尤其是多支鏈異構烷烴生成活性位。

釀酒酵母基因組多樣性編輯研究

中國科學院天津工業生物技術研究所王欽宏研究團隊基于釀酒酵母內源的雙鏈DNA斷裂（DNA?double-strand?break，?DSB）修復途徑設計改造和CRISPR基因組編輯，建立了不依賴模板的高效致突變基因組技術（mutagenic?Genome?Editing，?mGE），并實現靶向基因的可遺傳多樣性調控表達。相關成果發表于《微生物學譜》（Microbiology?Spectrum）。釀酒酵母作為合成生物學最重要的底盤細胞之一，廣泛用于開發傳統釀造食品、大宗化學品和高附加值產品。研究人員利用MRE11-H125N（MRE11核酸酶活性失活的等位基因）和CRISPR/Cpf1組合形成致基因組多樣性編輯策略，擴大基因組編輯在基因表達多樣化和增強基因組進化中的應用。

富勒烯促進銅催化合成氣制乙二醇

廈門大學謝素原院士、袁友珠教授團隊將C60作為電子緩沖劑改性銅基催化劑，打通了從合成氣制備乙二醇的常壓加氫催化技術難關，完成了在近常壓和低于200℃的條件下草酸二甲酯加氫制備乙二醇的規模化試驗。相關成果發表于《科學》（Science）。以C60為代表的富勒烯被譽為“納米王子”。它在綠色能源、生物醫藥、催化劑等領域都具有重要的應用潛力。研究發現了C60的另一角色，作為與過渡金屬催化相結合的“電子緩沖劑”發揮作用。研究發現，有別于目前廣泛使用的需要較高氫氣壓力的催化技術，這一研究實現常壓合成，即在C60的緩沖下，草酸二甲酯加氫制備乙二醇將更加綠色、安全。

化學工程

離子液體促進木質素脫甲基化制備多酚

北京理工大學生命學院孫劍教授等人與青島大學劉曉敏教授合作，在木質素脫甲基化制備多酚方面取得重要進展。相關成果發表于《化學工程雜志》（Chemical?Engineering?Journal）。木質素是植物生長過程中由3種單木質醇（香豆醇、松柏醇、芥子醇）通過氧化聚合形成的天然高分子聚合物。利用木質素生產多酚是多酚探索和木質素應用的互利途徑。為了實現木質素脫甲基化方法的無鹵素改進，研究者基于離子液體微環境及其過程強化機制的長期積累發展了一種更加綠色的木質素脫甲基化策略。策略不僅實現了木質素在無鹵素條件下的高效脫甲基化，而且具有成本低、反應條件相對溫和、回收效果好等優點。

秸稈與沼液聯產炭基肥和腐殖酸鉀水溶肥

中國科學院成都生物研究所李東等人探究了溫度和固液比，對玉米秸稈與沼液聯合水熱碳化對沼液中養分回收的影響。他們在最佳溫度和固液比的條件下，對比了玉米秸稈與沼液聯合水熱碳化、玉米秸稈水熱碳化后再吸附沼液的養分回收效果。相關成果發表于《清潔生產雜志》（Journal?of?Cleaner?Production）。研究提出一種秸稈和沼液聯合水熱碳化的技術路徑，將水熱碳化和沼液養分回收相結合，預期利用水熱過程的化學鍵合和物理吸附作用，提高生物炭對沼液養分的吸收能力。針對沼液聯合水熱碳化技術對沼液中氮、磷、鉀的養分回收進行了深入分析研究并揭示了其內在機理。

二氧化碳電催化界面微環境調控

華東理工大學化工學院李春忠教授課題組在二氧化碳電催化界面微環境調控領域取得新進展。相關成果發表于《美國化學會志》（Journal?of?the?American?Chemical?Society）。研究電催化劑與電解質界面微環境的分子尺度結構及其對外加電場的動態響應規律，是實現電催化劑與電解液高效匹配的關鍵。研究團隊采用了具有不同烷基鏈長度的季銨鹽陽離子表面活性劑作為電解液添加劑，利用原位紅外和拉曼光譜結合分子動力學模擬，研究了表面活性劑在電催化劑表界面的動態組裝行為，以及二氧化碳和水在界面微環境的動態分布和反應活性。研究工作對界面微環境的認識可以推廣到其他與水有關的電化學反應中。

柱芳烴-MXene復合膜高效分離抗生素水

天津工業大學劉義教授、孫躍教授等以典型的二維層狀材料MXene（類石墨烯結構材料）納米片為研究對象，通過化學修飾構建了具有高度規整結構的有機（柱芳烴）-無機（MXene）復合膜材料，實現了抗生素水的高效純化。相關成果發表于《德國應用化學》（Angewandte?Chemie?International?Edition）。這一復合膜材料在強酸強堿條件下仍表現出優異的分離性能、出色的抗污染能力和良好的穩定性。與同類二維膜相比，有機-無機復合膜在相近截留性能下（大于95%），滲透通量提高了100倍。研究為功能化二維膜材料設計提供了新策略，有望進一步應用在海水淡化和能量存儲等領域。

納米技術

腫瘤疫苗遞送系統研究

廈門大學公共衛生學院分子影像暨轉化醫學研究中心、分子疫苗學和分子診斷學國家重點實驗室劉剛教授課題組發現共刺激信號對腫瘤免疫耐受中T細胞功能重塑的重要機制，為個性化腫瘤疫苗研發提供理論依據和創新方法。相關成果發表于《自然·納米技術》（Nature?Nanotechnology）。新制備的疫苗體系，因為其來源于工程化樹突狀細胞（DCs）母細胞表面與歸巢效應相關的功能性趨化因子和黏附分子，以及可控的納米尺寸，所以能迅速穿越組織間隙，實現在淋巴結的富集，并介導CD8+T細胞主導的抗原特異性免疫應答。此項研究突破了現有樹突狀細胞疫苗的認知框架，推動納米疫苗免疫學發展。

用于快充鋰電池的新型雙梯度石墨負極材料

中國科技大學俞書宏院士團隊與姚宏斌、倪勇教授團隊合作，提出在不犧牲鋰離子電池能量密度的前提下，在石墨負極內部引入顆粒尺寸、孔隙率的梯度異質分布結構設計，實現了石墨負極快充性能提升。相關成果發表于《科學進展》（Science?Advances）。基于實驗室前期成熟的銅納米線規模制備工藝，制備銅納米線和銅顆粒包覆石墨低黏度乙醇漿料，利用不同尺寸顆粒石墨在漿料中沉降速度差異性，在石墨負極中成功構建出模擬計算優化的雙梯度結構。電極中銅納米線的焊接作用實現了石墨電極結構的完整性。基于這一石墨負極所制備的鋰離子全電池展現出與實驗模型相同的優異快充性能。

超構表面光場調控研究

暨南大學納米光子學研究院包燕軍等提出了實現任意振幅、相位和偏振態相互轉換的光器件所需的最低自由度。相關成果發表于《激光和光電子評論》（Laser?&?Photonics?Reviews）。科學家們通過計算證明了實現所述任意光屬性轉換需要最低4個自由度，并給出了一個具有4個自由度、類似于雙極性偏振片的瓊斯矩陣表達式。通過超構表面設計構造如上的瓊斯矩陣器件，在實驗上驗證了入射和出射光場之間任意振幅、相位和偏振態的相互轉換。研究揭示了一個簡單的瓊斯矩陣器件背后所隱藏的功能強大的光場操控能力，有望為復雜微納光場調控提供新思路。

新型含硼脂質體用于化療輔助的硼中子俘獲治療

北京大學化學與分子工程學院應用化學系劉志博課題組制備一類利用硼化磷脂作為組分模擬天然脂質體結構的新型含硼脂質體（Boronsome），成功用于化療輔助的硼中子俘獲治療（boron?neutron?capture?therapy，BNCT）。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。課題組前期深入研究了BNCT獨特的化學效應和輻射生物學效應，發展了包括硼氨酸、碳硼烷膠束、氮化硼納米顆粒等多種診療一體BNCT硼遞送體系。新獲取的硼化磷脂結構組裝形成一類新型含硼脂質體，具備良好的生物相容性和穩定性，在腫瘤內攝取高、滯留長，在腫瘤周圍的正常組織中攝取較低。

納米技術

剛性分子篩在吸脫附過程中亞單胞拓撲柔性的原位實時成像

清華大學化學工程系魏飛團隊開展了亞納米尺度下原位研究分子吸附擴散機制研究。相關成果發表于《科學》（Science）。在過去的60年中，由于傳統衍射方法的局限性和沸石骨架的復雜性，人們難以觀察到亞納米尺度下分子進出孔道的動態行為，尤其是大的分子進出小的剛性幾何孔道的現象一直無法解釋。研究采用皮米電鏡原位成像策略，實現了分子篩中小分子吸脫附行為和分子篩骨架結構動態演變的原位實時觀測，發現剛性分子篩的亞單胞拓撲柔性結構特點，指出空的納米孔道不斷發生柔性振動，揭示分子擴散突破孔徑限制的微觀機制，豐富了對分子篩擇形催化與限域效應的理解。

大面積共價有機框架（COF）單分子層薄膜研究

國家納米科學中心研究員唐智勇和李連山團隊在單分子層COF膜用于鹽差能轉化領域的研究取得進展。相關成果發表于《自然·納米技術》（Nature?Nanotechnology）。COF材料固有的高孔密度和單分子層的厚度使得膜傳質阻力低至極限，從而極大地提高了膜電導和電流密度;另一方面，這一獨特體系的高孔密度和低孔間距引起的新穎的孔-孔耦合效應是解決濃差極化引起的性能衰減的關鍵，即COF膜中的荷電納米孔會對鄰近納米孔產生影響，從而極大地抗衡濃差極化引起的電流和電壓的下降。理論模擬研究發現，孔-孔耦合效應在孔間距低至4.5納米時才會發生，成為高孔密度、低孔間距COF膜材料的獨特特征。

開發單原子錫/碳復合材料用于鋰電池負極材料

中國科學院過程工程研究所王艷紅副研究員與長沙學院陳晗教授合作，將具有單原子結構的錫與納米碳球進行復合制備，開發出具有高倍率、長周期循環穩定的單原子錫/碳復合負極材料。相關成果發表于《化學工程雜志》（Chemical?Engineering?Journal）。金屬錫基材料具有較高的儲鋰容量，但由于鋰化過程中鋰-錫合金的形成導致材料的晶格結構發生變化，帶來巨大的體積膨脹，嚴重影響材料的電化學性能，阻礙錫基負極材料在鋰離子電池中的商業化應用。單原子錫與納米碳球復合制備的錫基單原子復合材料將有望解決鋰離子電池負極材料體積變化大及電化學性能不佳等問題。

手性誘導合成超薄手性COFs納米片的圓偏振發光材料

中國科學院福建物質結構研究所張健研究員和谷志剛研究員等人通過手性誘導合策略制備超薄手性COFs納米片，并開展其在圓偏振發光領域的應用研究。相關成果發表于《美國化學學會雜志》（Journal?of?the?American?Chemical?Society）。共價有機框架材料（Covalent?Organic?Framework，COFs）作為一類新興的晶態多孔材料，因其結構的可設計性、多樣性，功能的可調節性以及化學性質的穩定性具有廣泛的應用潛力。研究首次將手性胺誘導合成手性COFs（CCOFs）以及“自下而上”獲得COFs納米片（NS）的策略相結合，制備了具有優異圓偏振發光（CPL）性能的超薄CCOFs納米片材料。

宇宙探索

太陽系巨行星軌道演化的新模型

浙江大學物理學院劉倍貝研究員與法國波爾多大學的雷蒙德教授、美國密歇根州立大學雅格布森教授合作，提出在太陽系初期原行星盤受到太陽光致蒸發作用，盤中氣體從內向外耗散誘發了巨行星軌道的重塑并引起動力學不穩定。相關成果發表于《自然》（Nature）。描述太陽系巨行星演化當前流行的是“Nice模型”，因模型創立者來自法國尼斯蔚藍海岸天文臺而得名。研究表明，這一過程導致的動力學不穩定緊隨著氣體盤耗散，在太陽系誕生后約五百萬到一千萬年間發生。有別于傳統模型，新模型中巨行星軌道不穩定發生的時間更早。月球隕石坑有著廣泛的年齡分布，小行星撞擊事件隨時間自然衰減，這與早期不穩定模型研究自洽。

利用LOFAR射電巡天深入研究星系的成團屬性

中國科學院國家天文臺趙公博課題組與英、德國科學家合作，利用低頻陣列望遠鏡LOFAR巡天數據（LoTSS?DR1）對射電星系的大尺度結構分布進行了統計分析，成功測定了星系偏差因子（galaxy?bias）。相關成果發表于《天體物理雜志》（The?Astrophysical?Journal）。研究人員通過對LoTSS?DR1的數據進行系統研究和處理，篩選出十余萬個源開展成團性分析，并考慮了多重組分對角功率譜測量結果的影響;基于標準宇宙學模型，使用蒙特卡洛馬爾科夫鏈方法，得到了數據對星系偏差因子的限制。研究確定了LOFAR巡天的數據質量足以做大尺度結構宇宙學研究，增進了人們對射電星系成團性的理解。

541個新疏散星團候選體

西華師范大學何治宏博士與中國科學院上海天文臺研究人員合作發現541個新疏散星團候選體。相關成果發表于《天體物理學增刊》（The?Astrophysical?Journal?Supplement?Series）。測量天體的年齡是天文學上的一個挑戰，而星團研究為天文學家打開了一扇測量天體年齡的窗口。根據居住地不同，星團可分為疏散星團和球狀星團，其中疏散星團主要出生在銀河系盤，不同年齡的星團代表不同時期銀河系盤形成的歷史遺跡，研究不同年齡星團就如同考古一樣認識整個銀河系盤的形成歷史。研究樣本證實了銀河系金屬豐度梯度等齡線理論擬合與光譜觀測值相符，同時為銀河系結構和恒星演化研究提供了大量觀測樣本支撐。

暗物質探測研究

上海交通大學PandaX合作組成員劉江來、周寧、崔祥儀等和李政道學者葛韶鋒、紫金山天文臺研究員袁強合作，開展尋找宇宙線加速輕暗物質的研究。相關成果發表于《物理評論快報》（Physical?Review?Letters）。PandaX合作組針對這個新型的恒星日調制信號，對暗物質穿過巖石進入錦屏地下實驗室的過程做了細致的蒙特卡洛模擬，完整包含了核形狀因子和角度偏轉的效應，并且考慮了彈性散射過程的適用范圍，最終得到了可靠的地球屏蔽效應。實驗組提取了PandaX-Ⅱ二期580公斤液氙探測實驗400天全部曝光數據的恒星時信息，對相應的原子核反沖信號區，利用數率和能譜隨著恒星時的分布，對宇宙線加速輕暗物質展開了細致搜尋。

宇宙探索

耀斑激發大尺度準周期日冕波的觀測證據

中國科學院云南天文臺日冕觀測與選址研究組周新平等人為耀斑激發日冕波提供了可靠的證據，并發現了日冕波列的干涉現象。相關成果發表于《天體物理學雜志·通訊》（The?Astrophysical?Journal?Letter）。研究發現，耀斑和波列具相同的周期，且耀斑脈沖相的開始時間略早于波列開始時間幾分鐘;因此，推斷這些波列應該是被耀斑激發。研究還首次觀測到由于干涉效應導致波前強度在干涉位置的明顯增強。研究成果為耀斑激發大尺度日冕波提供了有力的證據，觀測到的干涉效應豐富了日冕波的表現特征，同時為日冕波的真波本質提供了觀測上的證據。

地基雷達月球成像技術研究

中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理重點實驗室李鳴遠等利用近期建設完成的三亞非相干散射雷達進行了初步的月球成像實驗，開展了實驗設計和數據處理算法研究。相關成果分別發表于《IEEE地球科學與遙感匯刊》和《遙感》（IEEE?Transactions?on?Geoscience?and?Remote?Sensing，?Remote?Sensing）。項目組使用線性調頻脈沖，發射右旋圓極化電磁波，接收左旋圓極化回波，同時使用距離多普勒算法以及后向投影算法，對畢達哥拉斯撞擊坑區域進行了成像處理并做了對比分析。結果表明，后向投影算法可以很好地應用在地基雷達月球成像實驗中，并且具有一定的聚焦性能。

發現早期宇宙原星系團外圍極端星暴星系聚集的觀測證據

中國科學院紫金山天文臺鄭憲忠研究員等人發現星系團形成過程中部分大質量星系在進入原星系團的過渡區域時經歷大規模恒星形成活動。相關成果發表于《皇家天文學會月報》（Monthly?Notices?of?the?Royal?Astronomical?Society）。星系團是檢驗星系形成和宇宙大尺度結構形成理論的獨特實驗室。通過對兩個紅移為2.24的大質量原星系團BOSS1244和BOSS1542進行亞毫米波成圖觀測，發現BOSS1244中亞毫米波星系聚集區域可能與纖維結構與原星系團核心區域連接處重疊，而BOSS1542的亞毫米波星系聚集區域被巨纖維結構包圍，是迄今已知亞毫米波星系密度最高的區域。這是首次給出與理論預期一致的直接觀測證據。

脈沖星J2048-1616的周期性脈沖消零和子脈沖漂移研究

中國科學院新疆天文臺脈沖星團組溫志剛副研究員與合作者，使用澳大利亞Parkes?64米射電望遠鏡在觀測頻率為732MHz，1369MHz和3100MHz的歸檔數據，對PSR?J2048-1616進行了多頻的單脈沖分析。相關成果發表于《天體物理雜志》（The?Astrophysical?Journal）。在1369MHz觀測數據中，核和錐輻射區都同時探測到了準周期的脈沖缺失現象，調制周期為50倍的脈沖星自轉周期，脈沖消零比為10%。脈沖星J2048-1616在錐輻射成分表現出調制周期更短的子脈沖漂移現象，前導輻射成分在相位上的調制周期為3個自轉周期，后隨成分在相位上保持穩定，但是在強度上以3倍的自轉周期進行調制。

“雙碳”研究

溫室氣體減排背景下全球水電站發展的權衡問題

中國科學院地理科學與資源研究所李明旭、何念鵬等人采用蒙特卡洛模擬方法系統評估了全球現存水電站（n=1221）的GHGs排放通量、碳排放強度（單位發電量的GHGs排放量）以及關鍵影響因素。相關成果發表于《可再生能源和可持續能源評論》（Renewable?and?Sustainable?Energy?Reviews）。水電站在其蓄水發電過程中也會排放大量的CO2、CH4和N2O等溫室氣體（GHGs）。針對未來水體富營養化指標的情景分析表明，即使不考慮在建和規劃中的這些水電站，如果現存水電站水體葉綠素濃度上升一倍，水電整體碳排放強度將無法達標。未來水電發展需高度重視水電站庫區GHGs排放問題以降低整體碳排放強度。

常壓下二氧化碳加氫制備長鏈烯烴

中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心和化學物理系曾杰教授研究團隊設計構筑了銅-碳化鐵界面型催化劑，實現了常壓下二氧化碳加氫高選擇性制備長鏈烯烴。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。新合成的催化劑包含金屬銅、四氧化三鐵和碳化鐵等多種物相。除了與傳統鐵基催化劑一樣在碳化鐵上通過碳化物路徑進行碳碳偶聯外，銅-碳化鐵界面處還可以對一氧化碳插入過程進行碳鏈增長，這樣可以利用大量催化劑表面由于低壓而未解離的一氧化碳。碳化物路徑和一氧化碳插入路徑的協同作用導致了良好的長鏈烯烴選擇性。

地質樣品中Crocetane和植烷的有效分離和后續單體碳同位素的準確測定

中國科學院廣州地球化學研究所熊永強等人建立準確測定海底甲烷厭氧氧化過程生物標志物Crocetane碳同位素組成的新方法。相關成果發表于《色譜雜志A》（Journal?of?Chromatography?A）。Crocetane（2，6，11，15四甲基十六烷），又稱為藏花烷或番茄烷，是重要的脂質生物標志化合物，可作為甲烷厭氧氧化古菌ANME-2與硫酸鹽還原菌（SRB）共養耦合的重要證據，對于判斷海底甲烷滲漏環境與微生物活動具有重要作用，其含量與碳同位素組成是指示甲烷厭氧氧化過程的有力證據。研究結果準確揭示了兩個海底沉積物樣品的Crocetane碳同位素組成，對甲烷厭氧氧化菌的來源等提供有效信息。

凋落物分解調控機制研究

中國科學院沈陽應用生態研究所依托中國科學院清原森林生態系統觀測研究站/遼寧清原森林生態系統國家野外科學觀測研究站2007年建立的四組毗鄰次生林和人工林試驗平臺，探究了不同樹種單一和混合凋落物基質、不同大小土壤生物和凋落物分解環境對凋落物分解速率、碳和養分釋放的影響規律。相關成果發表于《生態學雜志》（Journal?of?Ecology）。在森林生態系統植物-土壤相互作用過程中，土壤肥力除了與凋落物基質有關外，也與土壤本身原有肥力相關。研究揭示了凋落物分解調控因素之間的相對重要性和差異，為單一和混合凋落物碳和養分周轉、人工林土壤肥力恢復等提供了重要參考。

“雙碳”研究

二氧化碳還原合成葡萄糖和脂肪酸

電子科技大學材料與能源學院的夏川課題組與中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所于濤課題組、中國科學技術大學曾杰課題組合作，通過電催化將二氧化碳和水合成高純乙酸，再以乙酸及乙酸鹽為碳源經生物發酵合成葡萄糖和脂肪酸等長碳鏈分子。相關成果發表于《自然·催化》（Nature?Catalysis）。研究耦合人工電催化與生物酶催化過程，發展了一條由水和二氧化碳到含能化學小分子乙酸，后經工程改造的酵母微生物催化合成葡萄糖和游離的脂肪酸等高附加值產物的新途徑，為人工和半人工合成“糧食”提供了新的技術。下一步，研究團隊將研究電催化與生物發酵這兩個平臺的同配性和兼容性。

有機太陽能電池研究

上海交通大學化學化工學院劉烽教授團隊及合作者實現雙纖維網絡形貌助力單結有機太陽能電池高效率。相關成果發表于《自然·材料》（Nature?Materials）。通過雙纖維網絡策略制備的有機太陽能電池光電轉換效率達到19.6%，填充因子接近82%，并獲第三方獨立機構福建省計量科學研究院國家光伏產業計量測試中心的認證（NPVM：19.2%），是目前報道的有機太陽能電池單結器件的最高效率。基于雙纖維形貌的形成機制，研究團隊總結了構筑雙纖維形貌結構的材料選擇原則并驗證了其普適性，實現了有機光伏薄膜形貌特征尺度與光物理核心參數的匹配，為后續高效率有機太陽能電池的制備提供了新思路。

廢棄生物質資源化及碳足跡分析

中國科學院生態環境研究中心劉振剛研究組利用同步輻射中能X射線近邊吸收結構（XANES）等原位表征技術研究了污泥生物炭中磷、硫在熱解及土壤老化過程中形態演化的分子機制，通過生命周期評價方法量化了污泥熱解-污泥生物炭土壤應用系統中的碳足跡。相關成果分別發表于《環境科學技術》和《清潔生產雜志》（Environmental?Science?&?Technology，Journal?of?Cleaner?Production）。研究通過生命周期評價體系對污泥熱解及其土地利用過程中碳足跡和關鍵影響因素進行量化和敏感性分析，結果顯示，相對于傳統污泥厭氧消化-土地利用、填埋、焚燒等處理方式，污泥熱解-土地利用碳排放消減率可達53%以上，碳減排優勢顯著。

建模揭示我國民航二氧化碳和污染物排放特征

清華大學環境學院張少君等人建立了基于真實飛行軌跡構建的中國航空業高分辨率排放清單。相關成果發表于《環境科學與技術》（Environmental?Science?&?Technology）。研究將基于真實飛行軌跡的模型（ADS-B模型）與傳統的基于大圓軌跡的簡化航線模型（GCAP模型）比較發現，差距主要來自飛機的飛行姿態，ADS-B實際軌跡的巡航高度通常比GCAP模型仿真的理論巡航高度低10%～15%，這導致巡航速度降低，從而持續時間更長。研究人員進一步將GCAP模型中的巡航速度和巡航高度從理想值調整為實際軌跡ADS-B的結果，發現航空業燃油消耗和二氧化碳排放在垂直分布上呈現兩個高峰：1km以下和8～12km之間。

（本欄目責編：黃雪霜）