回顧：近期清華SIGS有哪些前沿成果？

格物致知，探微析理

時序更替，華章日新

回望即將過去的2025年

自強奮進的清華SIGSers

在學(xué)科交叉的土壤上深耕不輟

在科研的“無人區(qū)”不斷攀峰

與國家發(fā)展需要絲絲相扣

將創(chuàng)新書寫在服務(wù)國家社會需求的實踐中

讓我們一同回顧近期科研成果

感受SIGSers前沿探索的蓬勃脈動

（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）

• 王勇團隊揭示深海“土著”微生物的季節(jié)性代謝規(guī)律

• 韓三陽團隊與合作者在稀土電發(fā)光領(lǐng)域取得新進展

• 張一團隊在中國超大城市車網(wǎng)互動潛力評估研究中取得新進展

• 孫波團隊闡釋多層結(jié)構(gòu)器件中電子隧穿傳熱機理

• 干林課題組在氫電催化條件下鉑納米催化劑的真實表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究中取得重要進展

• 耿洪亞團隊在跨尺度生物樣本冷凍保存領(lǐng)域取得新進展

• 康飛宇、翟登云團隊與合作者在普魯士藍正極材料的合成及其在離子電池的應(yīng)用取得系列進展

• 曾龍團隊合作在文本-3D場景生成技術(shù)領(lǐng)域取得進展

• 張燦陽團隊在微針透皮給藥領(lǐng)域取得新進展

• 耿洪亞團隊在仿生力學(xué)水凝膠調(diào)控三維細胞浸潤方面取得新進展

• 景路團隊在顆粒流邊界層動力學(xué)研究中取得進展

王勇團隊揭示深海“土著”微生物的季節(jié)性代謝規(guī)律

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王勇教授團隊利用自主研發(fā)的深海原位核酸采集系統(tǒng)，對南海一千米水深微生物群落開展環(huán)境基因組和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的比較分析，發(fā)現(xiàn)了不同季節(jié)下基本一致的代謝活躍的“土著”微生物類群。該研究不僅揭示了深海存在季節(jié)穩(wěn)定的活性微生物核心群體，也揭示了它們在基因表達層面具有明顯的季節(jié)性代謝分工。這一發(fā)現(xiàn)突破了以往依賴DNA樣本對深海微生物功能的推斷偏差，確立了原位RNA采樣在深海生態(tài)研究中的不可替代性。這一發(fā)現(xiàn)為理解深海碳循環(huán)和氮循環(huán)的季節(jié)動態(tài)提供了關(guān)鍵證據(jù)，也為建立更精準的全球海洋生物地球化學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。

研究成果以“深海活躍微生物群落結(jié)構(gòu)與代謝的季節(jié)性變化”（Seasonal variability in community structure and metabolism of active deep-sea microorganisms）為題，發(fā)表于《國際微生物生態(tài)學(xué)學(xué)會期刊》（The ISME Journal）。

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韓三陽團隊與合作者在稀土電發(fā)光領(lǐng)域取得新進展

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針對鑭系摻雜納米晶電致發(fā)光中激子產(chǎn)生、輸運和注入的根本性難題，韓三陽副教授團隊聯(lián)合黑龍江大學(xué)許輝、韓春苗教授團隊和新加坡國立大學(xué)劉小鋼院士團隊，通過鑭系摻雜納米晶和有機半導(dǎo)體小分子雜化的策略，精確調(diào)控有機無機雜化體系的各組分能級結(jié)構(gòu)，成功觀測到電致激子在絕緣納米晶界面處的自旋態(tài)高效轉(zhuǎn)換和界面能量注入，進而在器件結(jié)構(gòu)不改變的情況下實現(xiàn)了在可見乃至近紅外區(qū)的電致發(fā)光。

相關(guān)研究成果以“捕獲電生激子實現(xiàn)可調(diào)諧的稀土納米晶體電致發(fā)光”（Electro-generated excitons for tunable lanthanide electroluminescence） 發(fā)表于《自然》（Nature）期刊。這是清華SIGS科研團隊今年發(fā)表的第五篇《自然》文章成果。

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張一團隊在中國超大城市車網(wǎng)互動潛力評估研究中取得新進展

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張一副教授團隊建立了移動-V2G耦合分析框架，模擬了廣東省深圳市48萬輛私家電動汽車的出行和充放電行為，并詳細分析了它們參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的效果。這項研究不僅為超大城市量化評估V2G潛力提供了開創(chuàng)性的分析工具，其結(jié)論也為政府制定高效、公平且用戶友好的車網(wǎng)互動政策提供了關(guān)鍵的科學(xué)依據(jù)，避免了未來可能的盲目投資。

相關(guān)研究成果以“全面考慮真實行為因素的中國超大城市車網(wǎng)互動潛力評估”（Unlocking vehicle-to-grid potential of load shifting in China’s megacities considering comprehensive real-world behaviors ）為題發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。

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孫波團隊闡釋多層結(jié)構(gòu)器件中電子隧穿傳熱機理

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孫波副教授團隊在半導(dǎo)體器件熱管理領(lǐng)域揭示了一種全新的電子隧穿傳熱機制，闡釋多層結(jié)構(gòu)器件中電子隧穿傳熱機理。該發(fā)現(xiàn)有助于解決現(xiàn)代電子設(shè)備面臨的重大“熱瓶頸”問題，為提升半導(dǎo)體器件的可靠性與穩(wěn)定性開辟了一條熱管理新途徑。這意味著無需改變復(fù)雜的材料和結(jié)構(gòu)，即可通過調(diào)控電學(xué)條件來實現(xiàn)高效散熱。

相關(guān)成果以“電子隧穿提高金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)界面熱導(dǎo)（Electron Tunneling Enhances Thermal Conductance through Metal-Insulator-Semiconductor Junctions）”為題，發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

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干林課題組在氫電催化條件下鉑納米催化劑的真實表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究中取得重要進展

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干林副教授課題組在氫電催化條件下鉑納米顆粒表面原位生成氫化物及其自調(diào)控行為研究中取得重要進展。該工作揭示了在氫電催化相關(guān)電位下經(jīng)歷長期循環(huán)后，2納米以下Pt納米催化劑顆粒的表面原位形成1–3個原子層的鉑氫化物，并系統(tǒng)闡明了其對氫氧化反應(yīng)（HOR）和析氫反應(yīng)（HER）活性與穩(wěn)定性的影響機制，為深入理解Pt納米顆粒在質(zhì)子交換膜燃料電池及電解水體系中的真實表面結(jié)構(gòu)與動態(tài)催化行為提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

相關(guān)成果以“亞2 nm Pt納米顆粒原位生成表面氫化物及其自調(diào)控氫電催化”（Self-modulated hydrogen electrocatalysis on sub-2-nm platinum nanoparticles by in situ generated surface hydrides）為題，在線發(fā)表于《自然·通訊》（

Nature Communications

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耿洪亞團隊在跨尺度生物樣本冷凍保存領(lǐng)域取得新進展

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耿洪亞助理教授團隊在前期研究抗凍多肽和抑冰-光熱納米凍存劑的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種具有雪人狀結(jié)構(gòu)的Janus納米雜化材料（VPF）。從“抑冰–升溫”兩條主線同步展開，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、界面調(diào)控與能量耦合策略，實現(xiàn)了在微觀與宏觀尺度上均極具突破性的抑冰與超快均勻復(fù)溫能力。

相關(guān)成果以“Janus納米雜化材料實現(xiàn)跨尺度凍存的超快復(fù)溫與高親和抑冰效應(yīng)”（Janus Nanohybrids Enable Superflash Warming and High-Affinity Ice Confinement for Cross-Scale Cryopreservation）為題，以研究論文形式發(fā)表在《先進材料》（Advanced Materials）期刊上。

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康飛宇、翟登云團隊與合作者在普魯士藍正極材料的合成及其在離子電池的應(yīng)用取得系列進展

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康飛宇教授、翟登云副教授團隊與華中科技大學(xué)馮光教授團隊合作，在普魯士藍正極材料的合成與結(jié)構(gòu)設(shè)計方面取得系列進展。團隊針對普魯士藍結(jié)構(gòu)中的陰離子空位存在形式及其調(diào)控開展研究。通過解析錳基普魯士藍在合成生長過程中空位的潛在形成機制，提出了一種基于反應(yīng)物價態(tài)調(diào)控的策略，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)型空位的可控生成。此外，團隊創(chuàng)新性地提出了間接性還原的方法，使得材料在過渡金屬保持低價態(tài)的情況下，仍能遵循空位電荷平衡機制，進一步提高了結(jié)構(gòu)中空位的含量。

相關(guān)成果分別以“一種具有高容量、快充性能、用于鋰離子電池負極的層狀普魯士藍材料的開發(fā)”（A layered Prussian blue analogue as fast-charging negative electrode material for lithium-ion batteries）和“揭示錳基普魯士藍正極材料的結(jié)構(gòu)型空位對電化學(xué)儲能的影響”（Unveiling the role of structural vacancies in Mn-based Prussian blue analogues for energy storage applications）為題，發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）和《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）上。

另外，團隊提出了多種可規(guī)模化制備的普魯士藍正極材料的合成方法，并申請了專利。并且，針對鉀離子電池鐵基普魯士藍不可控的[Fe(CN)6]4-空位和結(jié)晶水問題，團隊提出了一種反應(yīng)環(huán)境定制的合成策略。

相關(guān)成果分別以“利用機械化學(xué)法規(guī)模化制備具有高容量的鉀離子電池錳基普魯士藍正極材料”（Scalable mechanochemical synthesis of high-quality Prussian blue analogues for high-energy and durable potassium-ion batteries）和“利用可循環(huán)使用的高濃反應(yīng)液制備高結(jié)晶度、低缺陷的鉀離子電池鐵基普魯士藍正極材料”（Reaction Environment-Tailored Synthesis of High-Quality Prussian Blue Analogues for Ultra-Stable Potassium Ion Batteries）為題，發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》（

E

nergy & Environmental Science

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曾龍團隊合作在文本-3D場景生成技術(shù)領(lǐng)域取得進展

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曾龍副教授課題組與合作者聯(lián)合攻關(guān)，研究搭建一個3D場景布局系統(tǒng)，能在給定某個高質(zhì)量的3D資產(chǎn)庫的情況下，從文本或圖像輸入下，即可生成自然、細致且邏輯連貫的3D場景布局。

相關(guān)成果以“Imaginarium：視覺引導(dǎo)的高質(zhì)量3D場景布局生成”（Imaginarium: Vision-guided High-Quality 3D Scene Layout Generation）為題，被計算機圖形學(xué)領(lǐng)域頂會SIGGRAPH Asia 2025接收，并同時發(fā)表在《美國計算機協(xié)會圖形匯刊》（ACM Transactions on Graphics）期刊上。

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張燦陽團隊在微針透皮給藥領(lǐng)域取得新進展

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張燦陽副教授團隊研發(fā)了一種可溶氣泡微針貼片（DBMNPs），實現(xiàn)了多種親/疏水藥物的空間分隔負載與時序控制釋放，成功破解了可溶微針共負載和共遞送親/疏水藥物，同時實現(xiàn)殺菌與抑制炎癥的難題。該研究為微針技術(shù)的多功能化提供了新的思路，尤其適用于需親疏水藥物協(xié)同給藥的皮膚病、及個性化醫(yī)療場景，也為其他需要多藥物協(xié)同治療的皮膚疾病提供了可行的技術(shù)路徑。

相關(guān)成果以“可溶氣泡微針貼片用于疏水和親水藥物的共同遞送以改善尋常性痤瘡的治療”（Dissolved Bubble Microneedle Patches for Co-Delivery of Hydrophobic and Hydrophilic Drugs to Improve Acne Vulgaris Therapy）為題，發(fā)表在期刊《微系統(tǒng)與納米工程》（Microsystems & Nanoengineering）上。

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耿洪亞團隊在仿生力學(xué)水凝膠調(diào)控三維細胞浸潤方面取得新進展

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耿洪亞助理教授團隊基于在低溫生物工程和控冰技術(shù)方面的積累，開發(fā)了一種具有仿生天然細胞外基質(zhì)的“負應(yīng)力”效應(yīng)的膠原蛋白水凝膠（F-gel），該材料能在外力壓縮時，沿加載方向產(chǎn)生主動的牽引力（負應(yīng)力），而非傳統(tǒng)材料被動的抗壓阻力（正應(yīng)力），從而成功模擬天然ECM的牽引力信號，顯著促進了神經(jīng)細胞定向排列與深度浸潤。

研究成果以“水合介導(dǎo)的負應(yīng)力水凝膠用于三維細胞深層浸潤”（Hydration-Mediated Negative Stress Hydrogel for 3D Cell Infiltration）為題，發(fā)表于《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）。

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景路團隊在顆粒流邊界層動力學(xué)研究中取得進展

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景路副教授團隊通過離散單元法數(shù)值模擬和顆粒流理論分析，對不同斜面粗糙度條件下的均勻穩(wěn)定顆粒流進行了深入剖析。研究發(fā)現(xiàn)，只有底部粗糙度達到某個閾值以上時，顆粒流速度分布才符合經(jīng)典的拜格諾標度率；斜面光滑或一般粗糙時，顆粒流底部會形成劇烈滑移和碰撞主導(dǎo)的稀疏邊界層，極大改變顆粒流的運動特性。

研究成果以“光滑與粗糙斜面顆粒流底部邊界層：運動、滑移和流變”（Basal layer of granular flow down smooth and rough inclines: kinematics, slip laws and rheology）為題發(fā)表在《流體力學(xué)期刊》（Journal of Fluid Mechanics）上。

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速覽！近期清華SIGS科研創(chuàng)新“硬核”捷報！

以廢治廢、變廢為寶！清華SIGS“綠色實驗室”里的“產(chǎn)研密碼”

清華SIGS年度第5篇Nature：為稀土穿上“能量轉(zhuǎn)換外衣”

來源|生物醫(yī)藥與健康工程研究院 材料研究院 海洋工程研究院 未來人居研究院 數(shù)據(jù)與信息研究院

編輯|吳鴻瑤

鳴謝|科研處

審核|聶曉梅 林洲璐 葉思佳

排版|曹芷若