• 超越相界：原子尺度机制揭示(K,Na)NbO3基铁电体的结构与性能演变规律

  随着全球环保意识的增强，寻找铅基压电陶瓷的替代材料已成为材料科学领域的迫切任务。在众多无铅候选材料中，铌酸钾钠((K,Na)NbO3，简称KNN)基陶瓷因其优异的压电性能而备受关注。然而，尽管通过化学掺杂的相界工程策略显著提升了KNN基陶瓷的电学性能，但其背后的微观机制始终模糊不清，特别是不同掺杂剂如何影响原子尺度结构，进而决定宏观性能的差异，这一直是困扰研究人员的核心科学问题。传统观点认为，通过调控正交/单斜-四方相变温度(To/m-T)至室温附近，可以实现多相共存，从而增强压电响应。但越来越多的证据表明，单斜(M)相而非传统认为的正交(O)相更能准确描述KNN陶瓷的结构特征。更关键的是，实

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 双微波场修饰超冷极性分子的少体与多体物理研究

  在量子技术飞速发展的今天，超冷分子气体已成为实现精密测量、超冷化学、量子计算和量子模拟等前沿应用的关键平台。特别是具有永久电偶极矩的极性分子，其长程各向异性的偶极-偶极相互作用（DDI）为研究新颖的量子多体现象提供了独特优势。近年来，微波屏蔽技术的突破使得人们能够成功制备出NaK分子的简并费米气体和NaCs分子的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。然而，对于玻色性分子而言，在单一圆偏振（σ+）微波场下，强烈的吸引性偶极相互作用会加剧三体损失，严重阻碍BEC的形成。这一瓶颈问题直到采用双微波场方案（即额外引入一个线偏振π微波）才得以解决——实验上通过该方案显著抑制了三体损失，最终实现了NaCs分子BE

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 水十一聚体(H2O)11中性团簇结构基元的实验测定及其氢键网络演化机制

  水是生命之源，也是自然界中最具神秘色彩的分子之一。从冰川融化成溪流，到云层中水滴的形成，再到生物体内复杂的生化反应，水分子通过氢键不断构建着动态变化的立体网络结构。然而，由于液态水分子处于持续振动、旋转和氢键重排的状态，其精确结构解析一直是科学界的重大挑战。近年来，科学家们发现通过研究尺寸可控的水团簇，可以逐步揭示水分子间的氢键相互作用规律。就像搭积木一样，从二聚体、三聚体开始，每增加一个水分子，团簇的结构就会发生微妙变化。此前，研究人员已成功解析了(H2O)2-10的结构，但更大的十一聚体因其尺寸选择困难，一直缺乏无扰动条件下的实验证据。理论预测显示，(H2O)11可能存在15种不同的异构体

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 氢-氨协同燃烧在宽马赫数超燃冲压发动机中的可行性研究

  随着高超声速飞行技术的快速发展，超燃冲压发动机作为关键动力装置面临着严峻挑战。传统碳氢燃料在Ma4~6范围内已取得突破性进展，但在更高马赫数条件下却遭遇"双限制"困境：一方面受限于热沉不足难以满足主动热防护需求，另一方面因化学动力学滞后影响燃料混合与燃烧效率。这一技术瓶颈严重制约着高马赫数超燃冲压发动机的发展。氨燃料因其独特的理化性质展现出巨大应用潜力。与氢燃料相比，氨具有更高的体积能量密度和更便捷的液化储存特性，且完全避免了积碳问题。更重要的是，氨在高温条件下表现出卓越的吸热能力，使其成为高马赫数超燃冲压发动机的理想燃料选择。然而，氨燃料的低火焰传播速度和高点火能量需求，在毫秒级停留时间的超

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 超低电场驱动二维CuMnP2Se6相变诱导铁性响应的机理与调控

  在追求更低能耗、更高性能信息存储与处理技术的今天，利用电场控制磁性被视为一条极具潜力的技术路径。传统的半导体器件通过电流控制电荷流动，但伴随而来的焦耳热和功耗已成为技术发展的瓶颈。如果能够用电场这种低耗散的方式来实现对磁状态的精确调控，将有望催生新一代超低功耗自旋电子器件和非易失性存储器。这一愿景的核心在于寻找能够实现强“磁电耦合”的材料体系，即材料的磁序能够被外加电场有效调控。理想的材料平台是“多铁性材料”，这类材料同时具备铁电性（自发电极化可被电场反转）和磁性（如铁磁性或反铁磁性），并且这两种序参量之间存在内在的相互作用。然而，在绝大多数已知的多铁性材料中，磁与电的耦合强度非常微弱，单纯反

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 关联效应稳定的反常霍尔晶体：双层石墨烯中的新型量子物态

  在凝聚态物理研究中，探索电子相互作用主导的新奇量子物态一直是前沿课题。当体系中的电子密度足够低时，库仑相互作用将占主导地位，可能导致电子自发排列成周期性结构，即Wigner晶体。传统Wigner晶体的研究主要集中在常规二维电子气体系，而近年来发现的石墨烯等二维材料为研究拓扑物态与关联效应的交织提供了新平台。菱面体堆叠的多层石墨烯具有高阶Dirac费米子和非平庸Berry相位，在垂直电场作用下会打开能隙并产生非零Berry曲率。然而，关于这类体系中Wigner晶体的形成条件、拓扑性质以及量子涨落的影响等基本问题尚未解决。特别是，先前基于平均场理论的研究表明，当层数大于3时可能存在拓扑Wigner

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 一步法丙烯纯化：单一天然吸附剂实现四元混合物高效分离

  在化工行业中，丙烯（C3H6）是生产聚丙烯、丙烯腈等大宗化学品的关键原料，其聚合物级纯度要求高于99.5%。然而，工业裂解气中常含有丙炔（C3H4）、丙二烯（C3H4(PD)）和丙烷（C3H8）等杂质，它们的物理化学性质与丙烯高度相似，例如分子尺寸、极化率和偶极/四极矩相近，使得传统分离技术面临巨大挑战。目前工业上采用催化加氢（高温高压）与低温精馏（超过100个塔板，-30°C操作）的串联工艺，能耗极高。因此，开发能够一步去除多种杂质的吸附分离技术，成为降低能耗、简化流程的重要研究方向。浙江大学团队在《Nature Communications》发表的研究中，通过理性设计金属有机框架（MOF）

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 空间等离子体中多离子相互作用驱动的跨尺度能量转移的直接观测

  在浩瀚宇宙中，等离子体作为物质存在的第四种状态，构成了恒星日冕、脉冲星磁层、行星磁层等众多天体系统的核心组成部分。这些宇宙等离子体本质上都是多尺度系统，不同物理尺度的过程同时发生、相互交织。理解这些多尺度过程之间的相互作用，特别是能量如何在不同尺度间转移和再分配，成为揭示等离子体动力学行为及其相关天体系统演化规律的关键科学问题。传统等离子体物理理论通常采用简化的电子-单离子模型来描述跨尺度物理过程，即使在实际等离子体中存在多种离子物种时也是如此。这种简化基于一个看似合理的假设：在大多数观测中，单一离子物种（通常是氢离子）在数量和能量密度上都占主导地位，而其他离子物种含量极少，可以忽略不计。然而

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 壳层隔绝纳米粒子增强飞秒受激拉曼光谱揭示表面反应超快分子动力学

  在化学反应的探索历程中，科学家们一直渴望能够像观看电影一样，实时观测分子在反应过程中的动态变化。特别是在表面催化反应中，理解反应物如何转化为产物，识别反应路径中的关键中间体，对于揭示催化本质至关重要。然而，这一愿景面临着巨大挑战：许多关键反应中间体的寿命极短，从飞秒到纳秒量级，传统的光谱技术难以在如此短的时间尺度上捕捉其结构信息。常规的拉曼光谱（Raman spectroscopy）和红外光谱（IR）虽然能够提供分子的指纹结构信息，但通常适用于稳态物种的研究，对于超快动态过程则显得力不从心。瞬态吸收光谱（TA）的时间分辨率虽然可以达到飞秒量级，能够追踪电子态的演化过程，但在揭示短寿命中间体的精

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 原子扩散路径调控的亚表层工程：打破Pt基催化剂活性-稳定性权衡的新策略

  在能源转换领域，质子交换膜燃料电池(PEMFCs)因其高能量转换效率和零排放特性而备受关注，但其大规模商业化应用仍面临挑战。其中，阴极氧还原反应(ORR)的缓慢动力学是制约燃料电池效率的关键因素之一。目前，铂(Pt)基催化剂是ORR最有效的电催化剂，但Pt的高成本和有限的稳定性阻碍了其广泛应用。为了克服这些限制，研究人员致力于开发Pt基合金催化剂，特别是具有明确原子排列的金属间化合物(intermetallic compounds, IMCs)。这些材料中，L10-PtFe等结构因其有序的原子排列和可调节的电子结构而显示出优异的ORR性能。然而，传统PtM@Pt核壳结构存在一个固有矛盾：表面的

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 基底自适应牺牲腐蚀策略实现700 mV析氧窗口增强海水电解制氢

  随着全球能源转型加速，绿色氢能作为最具潜力的清洁能源载体备受关注。利用取之不竭的海水资源进行电解制氢，既能缓解淡水短缺压力，又可与海上可再生能源发电形成完美互补。然而，海水中高浓度的氯离子(Cl-)如同"隐形杀手"，不仅会腐蚀电极材料，更会在阳极与析氧反应(OER)竞争电子，显著降低制氢效率并缩短装置寿命。这一挑战的核心在于如何让电极"聪明"地区分水分子和氯离子。目前主流策略依赖于热力学控制——利用pH>7.5时OER与氯析出反应(CER)之间480 mV的理论电位窗，但这一框架是否真的不可突破？此外，传统腐蚀法制备电极通常要求基底本身参与腐蚀反应，极大限制了材料选择范围，特别是难以在耐

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 面向生物电子学的自适应性基底：无触发4D打印形状记忆水凝胶

  植入式生物电子器件正在彻底改变体内诊疗方式，从神经电极到心脏起搏器，这些软体电子设备能够与组织和器官直接交互，实现精确生物传感和原位刺激。然而，要将这些设备精准植入体内并使其与不规则的组织表面完美贴合，仍面临巨大挑战。理想的植入方案是让器件以临时的小尺寸形态通过微创切口植入，到达目标位置后再扩展或变形以贴合组织。形状记忆聚合物正是实现这一愿景的关键材料，但如何精确操控其形状变化路径，并实现复杂的个性化3D定制，一直是制约其发展的瓶颈。现有技术中，3D打印虽能定制形状，但逐层堆叠的方式耗时且难以制造薄壁曲面结构。而传统的4D打印虽能通过2D薄片变形获得3D形状，但其形状变化往往需要外部触发（如热

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 表面诱导环[10]碳耦合开环制备环[20]碳与环[30]碳：大尺寸碳环合成新策略

  在碳材料科学的前沿领域，环[n]碳（cyclo[n]carbon）作为由纯碳原子组成的单环分子，因其独特的电子结构和潜在应用价值而备受关注。理论预测表明，随着环尺寸的增大，这些碳环可能呈现出从单环到双环甚至多环的构型转变，其芳香性也会发生显著变化。然而，高反应活性使得大尺寸环碳的合成长期面临挑战。近年来，表面合成技术通过精心设计的前驱体分子，已成功制备出C6到C26等一系列环碳分子。但当n>20时，前驱体的溶液合成变得异常困难，这极大地限制了对更大尺寸环碳的探索。针对这一瓶颈问题，同济大学材料科学与工程学院交叉材料研究中心的徐伟、孙路野课题组在《Nature Communications

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 基于密度幂律调控的深亚波长超低频超宽带声学黑洞超材料

  在追求宁静生活与精密工业环境的今天，控制噪声与振动始终是一项关键挑战。特别是在航空航天、交通运输等领域，低频振动因其波长长、穿透力强而难以有效抑制。声学超材料（Acoustic Metamaterials, AMs）的出现为操控声波和振动波带来了革命性的希望，其通过精心设计的微观结构能够实现自然材料所不具备的波控特性。其中，局部共振型（Locally Resonant, LR）声学超材料虽然能在亚波长尺度控制低频波，但其有效带宽通常很窄，往往需要复杂地集成多个单元，且效果有限。另一方面，一些利用非线性、混沌或热声机理的方案虽然能实现超宽带衰减，却又受限于结构复杂、参数敏感和操作不稳定等问题。因

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 热响应型Rh1-Pd单原子催化剂实现直接甲酸燃料电池的智能热保护

  在便携式电子设备和无人电动机械快速发展的今天，直接液体燃料电池因其高能量密度和环境友好特性备受关注。然而，电池性能与安全性高度依赖工作温度，过高温度不仅会引发热失控风险，更会导致电池寿命急剧衰减。传统热保护方案依赖外接温度传感器或添加热响应材料，不仅增加系统重量和成本，更使电池组装复杂度大幅提升。特别是在直接甲酸燃料电池（DFAFCs）领域，钯（Pd）基催化剂虽具有直接氧化路径优势，却易受一氧化碳（CO）中间体毒化和酸性电解质腐蚀困扰。单原子催化剂虽能最大化原子利用率，但其固定表面结构难以对外界温度变化作出响应，如何赋予其"智能"温度响应特性成为亟待突破的科学难题。针对这一挑战，南京师范大学邱

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 干法电极与预补钠协同策略实现高能量密度钠离子电池

  随着全球对可再生能源存储需求的日益增长，钠离子电池（Sodium-Ion Batteries, SIBs）因其钠资源丰富、成本低廉等优势，被视为锂离子电池（Lithium-Ion Batteries, LIBs）的重要补充。然而，SIBs的商业化进程仍面临一个关键瓶颈：其能量密度普遍低于LIBs。这其中一个重要原因是负极材料硬碳（Hard Carbon, HC）的初始库伦效率（Initial Coulombic Efficiency, ICE）较低（通常为60%-85%），在首次充放电过程中会不可逆地消耗大量钠离子用于形成固态电解质界面膜（Solid Electrolyte Interphas

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 银表面二维氮晶体结构的实验证据：7.5 eV宽带隙氮烯的突破性合成

  在大气中含量高达78%的氮元素，通常以双原子分子形式稳定存在，其强大的N≡N三键（结合能约10 eV）使得氮气成为最惰性的气体之一。尽管理论预测二维氮晶体（氮烯）可能具有黑磷型、蜂窝状等多种晶型，但因其合成需要打破极强的氮氮三键，实验制备一直被视为材料科学的重大挑战。传统高压法制备的立方网状氮等晶体在常压下会迅速分解，更凸显了在温和条件下稳定二维氮晶体的难度。近日发表于《Nature Communications》的研究首次报道了在银衬底上成功合成氮烯类似结构。该团队通过精准控制氮离子束能量（30 eV）和衬底温度（400 K），在Ag(100)表面构建出(√2×√2)R45°超晶格结构。结合

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 加压光电化学水分解：BiVO4与铂化III-V半导体光电极的性能提升与机理研究

  随着全球能源结构从化石燃料向可持续能源加速转型，太阳能水分解技术作为一种将间歇性太阳能储存于氢能等能量密集型分子中的策略，展现出巨大潜力。在光伏-电解槽（PV-EC）、光电化学（PEC）和光催化（PC）这三种主要的太阳能水分解系统中，PEC系统因其将光吸收和电化学反应集成于单一器件而备受关注，实验室尺度器件已实现约20%的太阳能-氢能（STH）转换效率。然而，在将PEC系统规模放大的过程中，尤其是在使用聚光太阳能以提高功率密度时，光电流随光强增加呈现亚线性增长，出现性能饱和现象。这被归因于欧姆损耗、复合、以及气泡引起的光散射和活性位点阻塞等多种因素。其中，气泡的影响尤为突出，但迄今为止，所有的

  来源：Nature Communications

  时间：2025-12-14

• 埃塞俄比亚西北部Luvisols土壤中玉米产量限制性养分的鉴定与定量分析

  在埃塞俄比亚的农业版图中，玉米(Zea mays L.)占据着举足轻重的地位——它是全国总产量最高的谷物作物，然而其平均单产仅4.2吨/公顷，远低于全球平均水平5.97吨/公顷，更不及美国(10.8吨/公顷)等高产国家的六成。这一巨大的产量差距背后，隐藏着土壤肥力限制与施肥管理不当的双重困境。特别是在西北部Dera地区的Luvisols(淋溶土)上，长期集约化耕作、作物残留物完全移除以及不科学的施肥实践，导致土壤养分严重失衡，成为制约玉米生产的关键瓶颈。面对这一挑战，埃塞俄比亚农业研究所(EIAR)的Abebe Getu Asfaw领衔的研究团队在《Heliyon》期刊上发表了重要研究成果。研

  来源：Heliyon

  时间：2025-12-14

• 面向中国电力系统建模的逐时气候预测与可再生能源发电数据集：填补气候模型与能源规划间的关键空白

  随着全球能源系统向低碳化加速转型，风电、光伏等可变可再生能源(VRE)的占比迅速提升。这使得电力供应与气象条件的关联性日益紧密——风速、太阳辐射直接决定可再生能源出力，而气温又显著影响空调、电采暖等电力负荷。未来电力供需平衡将越来越受到天气气候变化的制约。因此，电力系统规划者必须充分考虑气候变化的影响，以确保能源转型路径的可靠性与经济性。然而，一个关键的技术瓶颈横亘在气候科学与能源工程之间：支撑长期能源规划所需的高时间分辨率气候数据严重缺失。目前，评估未来气候的主流工具——全球气候模型(GCMs)——通常仅能提供日平均或更粗时间尺度的输出结果，难以捕捉可再生能源出力和电力负荷的日内剧烈波动（如

  来源：Scientific Data

  时间：2025-12-14

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