• 湿度梯度增强型离子热电器件：实现高能量密度和多模态传感的新策略

  在追求可持续能源和智能感知的时代，热电器件因其能够将热能直接转化为电能而备受关注。特别是离子热电器件(i-TE)，凭借其固有的柔性和极高的热电势(塞贝克系数)，在可穿戴设备和低品位能量收集领域展现出巨大潜力。然而，传统离子热电器件主要依赖索雷特效应(Soret effect)驱动离子迁移，其能量密度受限于电容式工作模式，远低于基于热电伽伐尼效应(thermogalvanic effect)的器件。此外，尽管离子导体的离子传输受温度、机械应力等多种因素影响，使其在温度与应力传感方面有所应用，但如何有效利用或探测湿度这一生物感知的关键要素，在离子热电领域仍属空白。湿度是影响离子热电性能的关键因素。

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 基于有机金属络合物催化的高效n型有机半导体掺杂新策略

  在有机电子器件领域，分子掺杂是调控有机半导体（OSCs）载流子浓度、电荷迁移率和能级的关键技术。然而，与p型掺杂相比，n型（电子）掺杂的发展长期面临巨大挑战。传统n型掺杂剂往往稳定性差、掺杂效率低（通常<10%），且需要高温长时间退火（如150°C下2小时），这严重限制了其在柔性塑料基底上的应用。此外，高浓度掺杂常伴随对离子诱导的结构无序，损害电荷传输性能。虽然近年来发展的金纳米颗粒（AuNPs）催化策略提高了掺杂效率，但其依赖昂贵的蒸镀工艺、催化活性难以控制，且仅局限于薄膜表层，难以实现体相掺杂。这些瓶颈问题亟需一种普适、高效、可控的n型掺杂新方法。针对这一难题，南方科技大学郭旭岗教授团队联

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 钛钝化碳缺陷的氧化物杂化载体实现高效阴离子交换膜水电解

  实现"碳中和"目标离不开绿色氢能技术的突破，而水电解制氢正是实现这一愿景的关键路径。在多种电解水技术中，阴离子交换膜水电解（AEMWE）因其可避免使用贵金属铱（Ir）催化剂而备受关注，但其性能仍落后于质子交换膜水电解（PEMWE）。究其原因，非贵金属催化剂的本征活性和稳定性不足，且催化剂层（CL）结构设计面临挑战——传统氧化物载体导电性差，而碳基载体在高电位下易发生腐蚀。尽管高结晶碳（HCC）载体通过减少水相互作用提升了耐腐蚀性，但其本征缺陷仍制约着长期稳定性。为破解这一难题，韩国科学技术研究院（KIST）联合多所高校的研究团队在《Nature Communications》发表研究成果，提出

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 接触角调控实现共晶镓铟氧化物残留物无损剥离的新机制

  镓基液态金属（GBLM）如共晶镓铟（EGaIn）因其独特的流体特性、高导电性和低毒性，已成为软体机器人和可拉伸电子器件领域的明星材料。然而这些材料在空气中会瞬间形成约3纳米厚的氧化镓（Ga2O3）表皮，这层"皮肤"既赋予了液态金属可图案化的能力，也带来了强烈的界面粘附问题。当尝试将液态金属从基底分离时，氧化皮往往断裂并残留于基底表面，这一难题严重制约了液态金属在精密器件中的应用。传统解决方案包括表面粗糙化、纳米粒子涂层和化学处理等方法，但均存在局限性。尤其令人困惑的是，在某些情况下液态金属结构能在拉力作用下完整剥离，而在其他情况下却不可避免地留下残留物。这种不确定性背后隐藏着怎样的物理机制？韩

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 异质阳离子策略设计极性反钙钛矿结构非线性光学晶体

  在激光技术领域，如何将红外激光转换成更实用的特定波段激光，一直是科学家们致力解决的难题。这需要一种特殊的“光学魔术师”——非线性光学晶体。这类晶体能够通过二次谐波产生（SHG）等效应，让激光“变个颜色”。但找到理想的晶体材料并非易事，它们必须同时满足多项严苛要求：不能有对称中心（非中心对称，NCS），要有足够的“光学非线性”来高效转换激光，还要能透过红外光且不被激光损坏。传统上，钙钛矿材料（ABX3）因其结构灵活可调，成为设计NCS材料的重要模板。然而，它们的“镜像”形式——反钙钛矿（X3BA），尽管在结构上同样具有高度可调性，却鲜少被探索用于非线性光学领域。更值得注意的是，在反钙钛矿中，实现

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 可上下转换的嵌入式墨水书写策略实现软物质三维架构自主成型

  在软机器人、可穿戴设备和生物医学工程等领域，三维软材料架构的制备一直是技术发展的核心挑战。传统的嵌入式3D打印技术虽然能够实现自由形貌的制造，但面临着流变学兼容性要求高、喷嘴长度限制结构高度、以及打印过程中喷嘴干扰导致几何失真等问题。这些限制不仅影响了打印效率和质量，也制约了材料选择和应用范围的拓展。近日发表在《Nature Communications》上的研究提出了一种创新的可转换嵌入式墨水书写（Transformable Embedded Ink Writing, TEIW）策略，通过巧妙的物理原理实现了二维图案到三维结构的自主转化。该技术摒弃了传统依赖屈服应力支撑浴的方法，转而采用牛顿

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 全异构量子网络：迈向下一代量子互联网的制备-测量新范式

  在经典互联网深刻改变人类社会的今天，量子互联网的构想正引领着新一轮信息革命。量子通信技术能够提供经典通信无法实现的无条件安全性，例如量子密钥分发（QKD）允许两个远程用户共享信息论安全的密钥。然而，现有量子网络大多采用专用设备构建，用户必须使用匹配的系统和编码自由度（DoF）才能通信，这种"同质化"设计严重制约了量子互联网的开放性和扩展性。更关键的是，当前网络多专注于单一量子任务，难以支持量子数字签名（QDS）、量子拜占庭协议（QBA）等多样化应用，且需要可信中继节点，无法实现真正的端到端安全。为了解决这些挑战，中国科学技术大学的研究团队在《Nature Communications》上发表了

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 非公度莫尔结构中短程有序电荷密度调制态的合成与调控

  在二维材料研究领域，莫尔超晶格已成为调控电子态和探索新奇量子现象的重要平台。通过将两层二维材料以特定转角或晶格失配堆叠，形成的长周期莫尔图案能够对材料的能带结构产生深远影响，从而诱导出超导、莫特绝缘态、拓扑相等一系列丰富的量子物态。然而，迄今为止的研究主要集中于具有长程原子序和电子序的体系，例如魔角石墨烯和半导体性过渡金属硫化物（TMDs）。这些体系中的电子结构通常可以用保持莫尔尺度平移对称性的连续模型哈密顿量来描述。相比之下，具有无序或短程有序特征的电子态超出了传统布洛赫理论的描述范围，这类状态对于理解玻璃态、电子液晶相等复杂量子现象以及开发新型功能器件具有重要意义，但它们在莫尔体系中的实现

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 高通量实验揭示配体尺寸调控二维钙钛矿单晶形貌的结晶动力学机制

  在信息技术飞速发展的今天，微纳尺度半导体器件的需求日益增长。传统的微型化技术如真空沉积、外延生长和蚀刻等，面临成本高、环境污染和可扩展性受限等问题。溶液法加工的介观结构半导体因其成本低、组成和结构可精确调控等优势，成为下一代光电子和光子器件的理想候选材料。在众多溶液法加工的半导体中，二维层状金属卤化物钙钛矿（化学通式为L2An-1MnX3n+1，其中L为大的有机阳离子，A为小的有机阳离子如甲基铵（MA），M为金属阳离子如Pb或Sn，X为卤素阴离子，n为无机层厚度对应的整数）因其高电荷载流子扩散长度和高缺陷容忍度等优异特性而备受关注。钙钛矿的维度（dimensionality）从根本上影响电荷传

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 通过调控共价有机框架中强偶极矩增强压电-光催化分解水性能

  随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严峻，开发绿色可持续的能源转换技术已成为科学研究的重要方向。其中，利用太阳能和机械能等可再生能源驱动水分解产生氢气和过氧化氢，被认为是一种极具前景的清洁能源解决方案。然而，传统的催化材料在效率和稳定性方面仍面临诸多挑战。在光催化水分解领域，研究人员通常需要依赖牺牲剂和/或助催化剂来提高反应效率，这无疑增加了工艺复杂性和成本。而压电催化作为一种将机械能转化为化学能的新兴技术，为环境友好的H2和H2O2生产提供了新思路。在非中心对称的晶体材料中，机械应力可以产生极化电荷和内置电场，促进电荷载流子的分离并抑制其复合。尽管如此，传统的无机压电材料如BiFeO3

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 界面静电排斥抑制碘离子迁移提升钙钛矿太阳能电池反向偏压稳定性

  在追求可持续能源解决方案的全球浪潮中，金属卤化物钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）以其惊人的发展速度成为光伏领域的一颗明星。单结器件的认证光电转换效率（Power Conversion Efficiency, PCE）已突破27%，全钙钛矿叠层器件更是超过了30%，展现了其颠覆性的技术潜力。然而，这颗明星在走向大规模产业化和实际应用的道路上，却面临着严峻的稳定性挑战，特别是在高温、紫外线照射以及反向偏压等苛刻操作条件下。所谓反向偏压，是光伏组件在实际工作中经常遇到的“窘境”。当电池片被云朵、树叶或鸟粪等部分遮挡时，被遮挡的电池单元会从发电状态变为耗电状

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 手性多曲壳超材料：压缩-扭转与屈曲机制协同实现理想能量吸收

  在追求轻量化与高强韧的工程材料领域，超材料因其可设计的微观结构展现出传统材料难以企及的力学性能。特别是在冲击防护场景中，理想的能量吸收材料需要在受到撞击时，像汽车保险杠一样平稳地耗散动能，既不能像玻璃般易碎（载荷过低），也不能像砖墙般刚性（峰值载荷过高）。然而，现有两类主流能量吸收超材料各有短板：具有压缩-扭转(compression-torsion)特性的手性超材料虽能通过旋转变形平滑吸能，却往往因过早失稳而承载不足；而依赖屈曲(buckling)机制的蜂窝状结构虽能提供较高承载力，但其局部屈曲会导致载荷剧烈波动，降低能量吸收效率(Efficiency of Energy Absorptio

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• Ce2/3TiO3空位有序钙钛矿超晶格负极：拓扑相变赋能锂离子高效存储

  随着便携式电子设备、电动汽车与大规模电网对储能技术需求的日益增长，锂离子电池因高能量密度、轻量化与可靠性成为主流选择。然而，其商业化负极材料如石墨与Li4Ti5O12（LTO）均存在固有缺陷：石墨虽容量高（~372 mAh g-1），但工作电位过低（<0.1 V）易引发锂枝晶生长，且离子扩散动力学缓慢；LTO虽凭借“零应变”特性实现高安全性（~1.55 V），但其低电导率导致容量受限（50-60 mAh g-1），且高电位牺牲了能量密度。纳米化与缺陷工程虽可部分改善性能，却往往以牺牲体积能量密度与结构稳定性为代价。因此，开发兼具高容量、快充能力与长寿命的微米级负极材料仍是领域内关键挑战。针对这

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 基于能带边缘Weyl节点偏振奇点的动态可调谐偏振中红外发光二极管

  在光通信、信号加密和量子计算等领域，光的偏振态作为基本自由度承载着关键信息。传统半导体发光器件受限于晶体对称性和光学选择定则，其偏振态通常固定不变。尽管通过纳米结构工程可以调控偏振特性，但实现片上集成的动态可调偏振光源仍是巨大挑战。近年来，拓扑量子材料中能带交叉态的出现为调控光-物质相互作用提供了新途径。Weyl半金属/半导体在其拓扑节点附近表现出独特的偏振响应，但以往研究多集中于电输运或超快光谱领域，其在光发射偏振调控方面的潜力尚未探索。二维Weyl半导体碲（Te）因其低晶体对称性和强自旋轨道耦合，将Weyl节点（W3）精确位于导带底（CBM），为直接耦合拓扑能带交叉点与载流子复合提供了理想

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 均匀相分布宽禁带钙钛矿实现高性能钙钛矿-硅叠层太阳能电池

  在追求更高光伏转换效率的道路上，钙钛矿-硅叠层太阳能电池被视为突破单结电池理论极限的重要方向。其中，顶层的宽禁带（WBG）钙钛矿电池是关键一环，其理想带隙约为1.7 eV。然而，为了实现这样的带隙，通常需要在钙钛矿组分中引入高含量的溴化物，但这往往导致结晶动力学过快，引发钙钛矿薄膜中阳离子和卤化物分布不均，产生相分离和空间相不均匀性。这些问题直接表现为器件开路电压（VOC）降低、效率损失以及运行稳定性下降，尤其是在光照、热或电应力共同作用下，严重制约了高性能叠层电池的发展。为了克服这些挑战，研究人员将目光投向了铷（Rb）合金化策略。已有研究表明，在钙钛矿中引入铷可以改善其光电性能，例如修饰晶界

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 氧化还原改善自组装单分子层用于高效稳定倒置钙钛矿太阳能电池

  在追求清洁能源的道路上，钙钛矿太阳能电池以其迅猛发展的光电转换效率成为明星材料。其中，倒置结构（p-i-n）钙钛矿太阳能电池因其制备工艺简单、迟滞效应小等优势备受关注。然而，其核心组件——空穴传输层（HTL）的性能瓶颈始终制约着电池效率与稳定性的进一步提升。目前，以镍氧化物（NiOx）为基底、结合自组装单分子层（SAM）构成的复合空穴传输层（NiOx/SAM HTL）展现出巨大潜力，但NiOx表面不同价态镍（Ni2+和Ni3+）的共存带来了两大棘手难题：一是高活性的Ni3+容易氧化分解钙钛矿前驱体中的碘离子，加速电池老化；二是SAM分子在化学性质迥异的Ni2+和Ni3+区域难以形成均匀致密的覆

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 串联催化实现CO2高效氢化为乙酸和乙酸甲酯：疏水改性MOR分子筛的关键作用

  随着化石燃料的持续消耗，全球二氧化碳排放量不断攀升，导致近百年来气温显著上升。将CO2转化为高附加值化学品是实现碳循环利用的重要途径，其中C1化学（即一碳化学）因其能够同时实现CO2增值化和减排而备受关注。尽管CO2转化为C1产物（如甲醇、一氧化碳等）已取得显著进展，但将其选择性氢化为C2+含氧化合物（如乙酸、乙酸甲酯和乙醇）仍面临巨大挑战。这主要源于CO2分子的化学惰性以及C-C偶联的高能垒。传统催化体系多采用含贵金属（如Rh、Pd）的双功能催化剂，利用其强C-C偶联能力，但成本高且循环性差。而费托合成催化剂（如Co、Fe）或改性甲醇合成催化剂（如Cu）虽被探索用于CO2转化，但对目标含氧化

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 秒级制备大尺寸高结晶度共价有机框架膜：反相微乳液界面聚合新策略

  在材料科学领域，共价有机框架（Covalent Organic Framework, COF）膜因其规整的孔道结构和可设计的化学组成，在分子分离、催化、光电转换和能源存储等领域展现出巨大应用潜力。然而，高结晶度COF膜的制备通常是一个漫长而繁琐的过程，需要数天甚至数周的时间进行反复试验和条件筛选。结晶过程缓慢、难以放大制备大面积膜成为限制其实际应用的主要瓶颈。传统的合成方法往往无法同时实现快速反应、高结晶度和大面积制备这三个关键目标。因此，开发一种高效、快速的COF膜制备新方法，对于推动其从实验室走向实际应用具有至关重要的意义。为了解决这一挑战，潘岩、余刚强、高禄腾等研究人员在《Nature

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 配位水介导的质子化新路径：揭示Bi(HHTP)框架高效催化CO2还原制甲酸机理

  随着全球碳减排需求的日益紧迫，电化学二氧化碳还原（eCO2RR）技术因其能在常温常压下将CO2转化为高附加值燃料和化学品而备受关注。然而，该过程涉及多步电子和质子转移，其中质子源（如H2O、HCO3-等）的供给方式深刻影响着反应路径和产物选择性。特别是在水相电解质中，水分子不仅作为质子源，其解离产生的H+和OH-还会与催化剂表面活性位点配位，形成金属氢化物（M-H）或金属羟基（M-OH）等关键中间体，进而调控反应机理。遗憾的是，传统异相电催化剂由于活性位点结构不明确、表面水分子分布不均等问题，难以精确揭示水分子在原子尺度上的作用机制。针对这一挑战，由Dartmouth College的Weiy

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

• 仿生共价有机框架膜耦合氧化还原驱动实现盐湖卤水钾氯离子高效自主提取

  在全球粮食安全、公共卫生和清洁能源技术对钾资源需求日益增长的背景下，从天然盐湖卤水中高效提取氯化钾（KCl）已成为一项关键挑战。盐湖卤水成分复杂，含有高浓度的竞争性离子，如镁离子（Mg2+）、钠离子（Na+）、锂离子（Li+）和硫酸根离子（SO42-），使得KCl的选择性分离异常困难。传统的分离方法，如蒸发结晶和离子交换树脂，不仅能耗高，而且离子选择性有限。尽管膜分离技术以其低能耗、低二次污染和设计灵活等优势被视为更有前景的替代方案，但传统的荷电膜其选择性严重依赖于膜固定电荷与离子相对电荷的静电作用，难以同时高效分离阴、阳离子。此外，压力或电场驱动的膜过程仍需消耗可观的外部能量，成为其大规模应

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-13

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