大湾区大学物质科学学院夏广杰研究员与加拿大（魁北克）国家科学研究所孙书会院士、江苏大学张建明教授、新加坡科技研究局李旭研究员合作，通过系统性的实验与理论计算结合研究，揭示了SiO2纳米颗粒作为自由基清除剂，可以抑制H2O2的生成，从而在提升Fe-N4单原子催化剂氧还原反应耐久性上起到了关键作用，为设计高稳定性非贵金属催化剂提供了新思路。相关成果以“Enhancing the ORR durability of single atomic Fe–N4 active sites with implanted SiO2 nanoparticles as radicalH2O2 inhibitors”为题发表在《Nature Communications》(IF 16.6)期刊。 研究背景 氧还原反应（ORR）是金属-空气电池和燃料电池等清洁能源技术的关键反应，需要开发高效稳定的催化剂。Fe–N–C单原子催化剂因具备高活性、高原子利用率和低成本优势，被视为替代铂等贵金属的潜力催化剂。然而在实际反应中，Fe–N4活性中心易受到H2O2及活性氧物种侵蚀，导致失活与结构退化，严重制约催化剂寿命。因此，如何在确保Fe–N4 ORR活性的同时，抑制自由基和H2O2的生成，成为近年来研究的一大难点。 研究成果 本研究以咖啡渣和工业废酸为原料，通过一步热解法制备了SiO2纳米颗粒（NPs）修饰的Fe-N-Si-C单原子催化剂。实验表明，SiO2 NPs均匀分布于碳骨架中，与Fe-N4位点形成Fe-O-Si界面结构。该结构不仅有效抑制H2O2的生成，还显著提升催化剂的稳定性与长期耐久性：在碱性介质中经过30,000次循环后，半波电位仅衰减5 mV，远优于未修饰样品及商用Pt/C。结合实验表征，夏广杰课题组的理论计算进一步揭示了SiO2 NPs的作用机制：Fe-O-Si键增强了OOH*中间体在Fe-N4位点上的吸附，促进四电子路径的ORR过程，同时抑制了H2O2和自由基的生成。此外，密度泛函理论计算表明SiO2 NPs还能阻止Fe单原子的团聚，稳定活性位点结构，从而显著延长催化剂寿命。这些实验与理论结果共同指向SiO2在稳定Fe–N4活性位点与调控反应路径方面的双重功能。 研究意义 该研究系统揭示了通过引入SiO2 NPs提升Fe–N4单原子催化剂耐久性的本质机理。SiO2 NPs既能减少副产物对碳载体及金属中心的腐蚀，又能抑制单原子迁移与聚集，实现双重稳定性提升。实测在锌空气电池和质子交换膜燃料电池中，SiO2/FeNSiC SAC催化剂展现出优异的性能与耐久性，其开路电压、功率密度和循环稳定性均优于Pt/C基准催化剂。这一发现为突破M–N–C单原子催化剂稳定性瓶颈提供了可推广的新思路。 论文链接 https://doi.org/10.1038/s41467-025-65194-0 刘茂松博士为本文第一作者，江苏大学为本文第一单位，夏广杰研究员与孙书会院士、张建明教授、李旭研究员为本文的共同通讯作者。

大湾区大学物质科学学院于华教授课题组与西南石油大学李振宇研究员合作，在基于正式铯/甲脒/甲胺(CsFAMA)的钙钛矿太阳能电池方面取得新进展。相关成果以“Electron-Deficient Defects RepairResidual PbI2 Management toward Air-Processed High-Performance Perovskite Solar Cells”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。 解决钙钛矿太阳能电池（PSC）中大量未配位的Sn4+/Pb2+缺陷和残留的PbI2问题是实现高性能正型（n-i-p）PSC在环境空气中制备并推动其商业化的关键。在此，引入了一种介于SnO2和钙钛矿之间的化学桥接剂，即1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酸盐（EMIMS）。EMIMS中的富氧官能团不仅减少了SnO2层表面的羟基（-OH）缺陷，还螯合了钙钛矿薄膜上的未配位Pb2+。这些欠电子缺陷的减少最大限度地减少了载流子非辐射复合的损失，并加快了埋藏界面处的电子提取/转移。值得注意的是，经EMIMS改性的全空气制备的n-i-p PSC实现了25.20%的高效率，未封装的器件在高温或高湿环境中2000小时后仍能保持初始效率的90%以上。本研究为富氧官能团在环境空气中制备高质量PSC中的应用提供了有效的策略。 核心方法是采用具有多配体的富氧磺酸基团的EMIMS界面层，用于钙钛矿/ETL界面。EMIMS修饰层不仅改善了基底SnO2的均一性，还提高了钙钛矿的成膜质量从而减少了残余PbI2。图1中作用机制研究结果显示，磺酸基团能够明显的改善欠电子的Sn4+和Pb2+缺陷，从而降低器件埋底界面处的缺陷辅助非辐射复合，增强器件性能。图2中的载流子动力学研究表明，EMIMS修饰后的界面非辐射复合显著降低，器件的电荷提取和转移能力显著增强。器件采用FAMACs-基(ITO/SnO2/EMIMS/perovskite/t-BBAI/spiro-OMeTAD/Ag)和FA-基(ITO/SnO2/EMIMS/perovskite/spiro-OMeTAD/Ag)的正型结构（如图3所示）。以FAMACs-基钙钛矿为基础制备的EMIMS修饰的最优器件实现了25.20%的PCE，其中短路电流密度（JSC）为25.29 mA cm−2，开路电压（VOC）为1.19 V，填充因子（FF）为84.10%。相较于对照组器件的PCE 24.31% (JSC为25.08 mA cm−2，VOC为1.17 V，FF为83.13%)，EMIMS提升了器件的JSC和VOC。稳定性结果显示，EMIMS优化后的器件展现出更加稳固的埋底界面结构，热稳、湿稳和光稳都得到了明显提升（如图4所示）。   图1 未经EMIMS修饰/经EMIMS修饰的钙钛矿的形貌和晶体学研究     图2 研究EMIMS与SnO2以及FA基钙钛矿薄膜之间的相互作用机制        图3 研究钙钛矿薄膜及器件的载流子动力学   图4 光伏性能与长期稳定性

大湾区大学左小伟课题组联合东北大学、松山湖材料实验室等合作单位，在高强钢变形机制研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Warm rolling induced TRIP-to-TWIP transition in a metastable austenitic steel: Roles of grain boundary segregation, dislocationsnanoprecipitates”为题，发表于材料领域国际知名期刊《Acta Materialia》（中科院一区，2024年IF为9.3）。 该论文的共同通讯单位包括大湾区大学物质科学学院、东莞市先进材料与大科学装置前沿交叉重点实验室、大湾区高等研究院以及松山湖材料实验室。论文第一作者为大湾区大学与东北大学联合培养博士生申壮，通讯作者为大湾区大学左小伟副教授和松山湖材料实验室梁志远研究员。本研究工作获得了松山湖材料实验室开放课题、广东省基础与应用基础研究基金以及广东省特支计划人才项目等多项支持。 研究背景 奥氏体钢因兼具高强度与高延性而广泛应用于工程领域，其性能优势主要源于TWIP（孪生诱导塑性）和TRIP（相变诱导塑性）两种变形机制的协同作用。如何调控这两种机制的激活顺序与程度，是实现材料性能优化的关键。温轧工艺在提高奥氏体钢强度的同时，能够调节其变形机制，但具体调控机制尚不明确。温轧作为一种常用的加工方法，在提升奥氏体钢屈服强度的同时，也可通过调整奥氏体稳定性来影响其变形机制，然而相关调控机理尚待深入揭示。本研究关注一种亚稳奥氏体钢在温轧处理中出现的由TRIP向TWIP转变的变形机制演变。综合利用电子背散射衍射（EBSD）、电子通道对比成像（ECCI）、同步辐射X射线衍射（SR-XRD）、透射电子显微镜（TEM）及三维原子探针（3DAPT）等表征技术，系统分析了材料在变形前后的微观组织演化。该研究为理解温轧亚稳奥氏体钢的“加工 组织 机制”内在关联提供了新见解，也为进一步调控其变形行为与力学性能提供了可能的工艺路径。   研究成果 本研究对比了热处理态（AR）与温轧态（WR）Fe–Mn–C–Cu奥氏体钢的力学行为。AR态以γ→ε→α′相变主导，屈服强度254 MPa，均匀延伸率25%，但奥氏体快速消耗导致TRIP效应衰减，引发早期颈缩和准解理断裂。WR态通过温轧引入高密度位错（~1.9×10¹⁴ m⁻²）、晶界偏聚和纳米析出，促使变形机制转为TWIP主导。其屈服强度达550 MPa（位错强化贡献约348 MPa），极限强度1036 MPa，均匀延伸率提升至59%。孪晶与位错协同作用提供了持续加工硬化能力，有效延缓颈缩。研究表明，温轧引发晶界处显著的碳偏聚、位错增殖与纳米析出协同作用，从而重塑变形响应。晶界碳富集提高局部SFE，削弱ε-马氏体形成驱动力；高密度位错为部分位错滑移提供通道，促进层错与孪晶；纳米析出相虽强化贡献较小，却通过提升位错滑移阻力，间接加强晶内层错的形成。最后，WR态通过位错、析出与TWIP的多重耦合，实现了强度与塑性的协同提升，为高性能奥氏体钢的开发提供了新方向。 图1 通过晶界偏聚、 位错和析出相的多重耦合，实现了奥氏体钢强度与塑性的协同提升 图2 AR态与WR态样品变形过程中奥氏体中位错密度与层错概率的演化：(a, b) 改进的Williamson–Hall图，用于展示实验数据的拟合效果；(c) 位错密度随应变的演化过程；(d) 层错概率随应变的演化过程 图3 5%应变下WR样品的TEM表征结果：(a) TEM明场图像，显示奥氏体晶粒中形成的大量层错； (b) (a)中虚线圆区域的SAED图样；(c) (a)中标示区域的放大图；(d) 一条孤立层错的高分辨TEM图像，插图为整幅图像的FFT结果；(e–g) (d)中所示区域的放大图及相应的FFT图，显示该层错由两条被FCC纳米析出相钉扎的Shockley部分位错所界定 图4 施加应力下完美位错分解的分析：(a) 完整位错在{111}面上分解为前导与后随的 Shockley 局部位错；(b) 在给定剪切应力下、不同滑移阻力条件下形成宽层错的概率；(c) 在不同剪切应力水平下，形成宽层错的概率与滑移阻力的关系   左小伟课题组招聘揽才 左小伟课题组专注于先进金属结构材料研究，聚焦于基础材料科学及机器学习辅助材料设计与开发等前沿领域。 依托物质科学学院，已建成系列先进研究平台： - 材料制备与加工平台：激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造系统、原位中子衍射高梯度定向凝固设备、冷坩埚电磁悬浮熔炼炉、高真空非自耗电弧熔炼炉、冷/热双辊轧机。 - 材料测试与分析平台：维氏硬度计、多物理场（热/电）纳米压痕仪、万能材料试验机、疲劳试验机（配备DIC数字图像相关系统）。 - 材料计算平台： 高性能计算集群及相关模拟软件。 诚邀对上述研究方向感兴趣的博士后、博士生及硕士生加入团队或开展合作研究，请联系：zuoxw@gbu.edu.cn。

近日，大湾区大学物质科学学院刘莎研究员在高性能近红外有机光电探测器研究方向取得新进展。相关研究成果以“High-Detectivity Self-Powered NIR Organic Photodetectors Beyond 1050 nm Enabled by an A-π-D-π’-A-type Non-Fullerene Acceptor” 发表在国际知名期刊Advanced Functional Materials上。 大湾区大学物质科学学院刘莎研究员，西安近代化学研究所高潮研究员为论文共同通讯作者。大湾区大学访问学生杨文博为论文第一作者。大湾区大学为论文共同通讯单位。本工作得到粤莞联合地区培育基金的支持。 近红外有机光电探测器：为生物医疗与柔性器件开辟新前景 近红外有机光电探测器（NIR-OPD）凭借其在生物医学成像、光通信、夜视及健康检测等领域的广泛应用前景，已成为下一代柔性光电器件的重要发展方向。得益于有机材料的固有优势——低成本溶液加工性、宽光谱吸收调节性、优异的机械柔韧性以及良好的生物相容性——有机OPD在大规模柔性器件和可穿戴健康传感等应用场景中，展现了无机材料难以替代的巨大潜力。然而，在实现高性能近红外响应时，有机OPD面临一系列核心挑战：为了覆盖1000 nm以上的NIR波段，需设计窄带隙的有机半导体材料，但材料带隙的减小会引发“能隙定律”带来的困境，导致非辐射复合率指数级上升，进而影响器件性能，导致暗电流升高和激子复合加剧。传统的全平面或全扭曲骨架的非富勒烯受体（NFA）无法在光谱覆盖与载流子传输效率之间取得平衡，成为限制NIR-OPD性能突破的核心瓶颈。 本研究通过调控共轭骨架的扭曲度，成功设计并合成了两种新型非富勒烯受体（NFA）：h-ITT-4F 和 h-ITT-4Cl。与聚合物给体PTB7-Th共混后，该材料显著抑制了非辐射能量损失，提升了电荷传输效率并降低了陷阱密度。最终，该器件实现了低至1.65×10-10 A/cm2的暗电流密度，响应波长延伸至1050 nm以上，并且在400-1000 nm波段内的探测率（D*）均超过了1013 Jones，为高性能近红外有机光电探测器的开发提供了新思路。 本研究的创新之处在于，突破了“全平面/全扭曲”的传统非富勒烯受体设计框架，提出了“半扭曲半平面”骨架调控策略，在单一分子中实现了“宽光谱吸收-低非辐射复合-高结晶性”的协同优化。该策略为窄带隙有机光电器件提供了一条简洁而有效的分子优化路径。最终，器件不仅实现了低暗电流、高探测率与快速响应，还成功应用于PPG精准监测，具有广泛的生物医疗等实际应用潜力，为有机光电技术的进一步发展奠定了坚实基础。 图1 陷阱态能级示意图、电容- 频率（C-ω）曲线与陷阱态密度（tDOS）分析（h-ITT-4F体系陷阱密度仅6.19×1014 cm⁻3，远低于h-ITT-4Cl的1.68×1015 cm⁻3），结合Voc-光强、Jsc-光强关系，验证陷阱辅助复合被显著抑制 图2  器件性能参数（响应度、比探测率、响应速度）等 图3 NIR-OPD在心率检测中的实际应用展示