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余林教授團隊在直接海水電解制氫研究領域取得重要進展

近日，輕工化工學院余林教授團隊在直接海水電解制氫研究領域取得重要進展。相關研究論文以 "An 'ice-like' water film for corrosion-proof seawater electrolysis"為題，發表于能源與環境領域的國際頂級期刊《Energy & Environmental Science》（影響因子：30.8，中科院一區TOP期刊）。

隨著可再生能源的快速發展，利用豐富的海水資源直接電解制取綠氫，是解決未來能源需求與實現“雙碳”目標的重要路徑。但海水中高濃度的氯離子會對電極催化劑造成嚴重腐蝕，導致催化性能快速衰減。傳統研究多聚焦于構建"更強"的固態屏障來阻擋氯離子，但難以從根本上避免腐蝕發生。余林教授團隊轉換研究視角，從電極/溶液界面的雙電層結構入手，設計了一種新型催化劑，在電解過程中誘導界面水分子重排，構筑了一層高度有序、類似冰結構的致密氫鍵網絡水膜。

該“類冰狀水膜”憑借其強大的共價O-H鍵和密集的氫鍵網絡，形成了一道動態、自更新的物理屏障，能夠有效阻擋氯離子向電極內亥姆霍茲平面（IHP）的遷移，從源頭解決腐蝕問題。實驗表明，基于該策略的催化劑在模擬海水和真實海水中均表現出優異的穩定性與催化活性，組裝的電解槽在工業級條件下可穩定運行超1000小時，展現了良好的實際應用前景。該工作首次將催化劑動態演化與界面水分子結構調控相結合用于抗氯腐蝕電解海水，顛覆了傳統鈍化層的思維定式，為設計長效、穩定的海水電解催化劑提供了全新見解。

論文第一作者為2023級碩士研究生袁梓慧，通訊作者為輕工化工學院余林教授、華中科技大學劉友文教授等。廣東工業大學為論文的第一完成單位。

郝春雁/欒天罡教授團隊與張山青教授團隊聯合在環境健康與能源領域發表重要綜述

鋰離子電池產業正在推動全球清潔能源轉型，但其背后的環境代價，特別是新興污染物的潛在威脅，已成為關乎產業綠色發展的核心議題。近日，我校郝春雁/欒天罡教授團隊聯合張山青教授團隊，以“A Critical Review on PFAS in Lithium-Ion Batteries: Application, Monitoring, Exposure and Health Risk”為題，在國際環境與能源領域的頂級期刊《Energy & Environmental Science》（五年平均影響因子：35.1，中科院一區TOP期刊）發表重要綜述論文。系統總結了全氟和多氟烷基物質（PFAS）在鋰離子電池生產與應用過程中的功能作用、環境釋放途徑、檢測方法及其潛在暴露風險與相關毒性。廣東工業大學生物醫藥學院為論文第一完成單位，席冠副教授為論文第一作者，郝春雁教授為論文唯一通訊作者。

本綜述對鋰電池產業中新興PFAS的“應用—監測—暴露—健康風險”鏈條進行了系統性梳理與評估。聚焦了鋰電池相關PFAS的釋放、環境行為、全球分布，以及傳統靶向分析向高分辨質譜非靶向篩查的檢測分析演變趨勢，并探討了其通過職業暴露、膳食攝入及環境接觸等途徑進入人體的可能性，由此闡述了這類新興PFAS對生態系統及人體健康潛在的毒性效應及相關風險。本文揭示了鋰電能源產業作為環境中PFAS新污染源的嚴峻現實，旨在為相關風險管控、監測規范的制定、政策法規的完善，以及綠色替代材料的研發推廣提供重要科學指引與依據。

IMT團隊在金剛石FET超靈敏傳感器制造與應用取得新進展

近日，廣工高性能工具全國重點實驗室、廣東省微創手術器械設計與制造技術重點實驗室的袁志山教授課題組金剛石超靈敏傳感器制造與應用取得新進展，實現摻硼金剛石液柵場效應晶體管（BDD-SGFET）超靈敏生物傳感器制造以基因突變檢測驗證。相關成果以論文形式在TOP期刊《Microsystems & Nanoengineering》（Q1, IF=9.9）在線發表。

基因突變（如堿基錯配）的精準檢測對于非小細胞肺癌（NSCLC）等重大疾病的分子水平分析、早期診斷和靶向治療至關重要。然而，傳統的測序和核酸擴增技術（如PCR）依賴復雜的樣本預處理和昂貴的光學設備，難以滿足即時檢測（POC）的需求。此外，現有的場效應晶體管（FET）生物傳感器多采用硅或金屬氧化物作為溝道材料，在極端pH或電解液環境中面臨易氧化腐蝕、背景噪音大及長期穩定性差等難題。此外，傳統的平面型摻硼金剛石（BDD）傳感器受限于比表面積，導致檢測靈敏度受限 。

針對上述難題，在國家自然科學基金面上項目（基因突變檢測金剛石納米線雙離子束刻蝕機理與工藝研究，No. 52175388）項目資助下，團隊開展了金剛石場效應晶體管的微納結構設計與可控制造研究。該研究設計了一種具有三維微米線結構的摻硼金剛石溶液柵極場效應晶體管（BDD-SGFET）生物傳感器。利用TCAD仿真揭示了金剛石微米線尺寸對器件電學性能的影響規律，并通過微波等離子體化學氣相沉積、光刻和等離子體刻蝕等極端制造工藝，成功制備了具有該三維微結構的BDD-SGFET超靈敏傳感器。這一創新結構大幅增加了傳感區域的比表面積并提高了柵極電容，有效降低了器件的閾值電壓并顯著提升了跨導性能，在此基礎上實現了對10 pM濃度目標的極限檢測，并精準辨識出表皮生長因子受體（EGFR）兩個堿基對錯配。

這項研究為高性能金剛石場效應晶體管的設計與制造提供了新思路，更為下一代無標記分子檢測分析技術打造了一個快速穩健的平臺。其優異的序列選擇性、在復雜環境下的卓越抗干擾能力以及高穩定性，使其在基因變異分析、癌癥早期診斷以及便攜式即時檢測等精準醫療領域中具有廣泛應用前景，展示了微米級 BDD-SGFET 作為基因突變分析基礎工具的巨大潛力。

以上工作以題為“Boron-doped diamond solution-gate field-effect transistor (BDD-SGFET) biosensor for gene mutation detection”于TOP期刊《Microsystems & Nanoengineering》（Q1，IF=9.9）上發表。IMT團隊碩士生林澤龍、博士生鄭昀、碩士生陳奕森和團隊學術帶頭人王成勇教授為共同作者，袁志山教授為通訊作者 。

這項工作由國家自然科學基金面上項目（No.52175388）資助。

圖 | 用于突變基因檢測的 BDD-SGFET 生物傳感器的結構和原理示意圖

何軍教授團隊研究發現：給分子“擰個角度”，就能精準控制化學反應

近日，輕工化工學院何軍教授團隊在國際頂級期刊《Journal of the American Chemical Society》上發表重要研究成果。研究團隊發現，通過調整MOF材料中一個微小結構——“連接體”的扭轉角度，就能像旋鈕一樣精準控制活性氧的生成類型，從而實現高效、高選擇性的有機合成。

活性氧是一類性質活潑的含氧物質，在我們的日常生活中并不陌生——切開的蘋果放久了會變黃，就是活性氧在“工作”。在化學合成領域，科學家利用光和催化劑激活空氣中的氧氣，產生活性氧來驅動化學反應。這種方法綠色、可持續，前景廣闊。但活性氧也有不同的“性格”：單線態氧和羥基自由基，氧化性非常強，像“散彈槍”一樣，反應猛烈但容易“過度”，產生不必要的副產物；超氧自由基，氧化性適中，更像“精確制導導彈”，既能高效完成反應，又不會“傷及無辜”，是實現高選擇性合成的理想選擇。如何讓反應按照我們的意愿，選擇性地生成超氧自由基，而不是其他活性氧？

研究團隊用“分子扭轉角”作為調控手柄，設計了一對“分子雙胞胎”——兩種結構非常相似的鎳基MOF材料。它們就像一個模子刻出來的，唯一的區別在于其中一個關鍵結構（連接體）的“扭轉角度”不同：Ni-TTPz-α（連接體呈平面舒展的構型）和Ni-TTPz-β：（連接體呈扭曲鋸齒的構型）。研究發現，平面型材料（Ni-TTPz-α） 能夠高效生成超氧自由基，生成速率是扭曲型材料的15倍，而扭曲型材料主要生成單線態氧，且整體性能遠不如前者。

在光催化芐胺氧化偶聯生成亞胺的反應中（這是一類重要的化學反應，亞胺是合成藥物和精細化學品的關鍵中間體），兩種材料的差距一目了然：其中平面型MOF催化產率高達99%，并且表現出潛在的工業應用價值。

這一發現首次從分子層面揭示了“連接體扭一下角度”如何影響整個材料的性能，為設計新一代光催化劑提供了全新的思路。

廣東工業大學為論文第一完成單位，輕工化工學院研究生周華群和胡潔穎作為第一作者，何軍和韓彬為通訊作者。

張紫輝教授團隊在實現紫外光到藍光的可視化預警研究領域取得重要進展

近日，廣工集成電路學院張紫輝教授團隊在實現紫外光到藍光的可視化預警研究領域取得重要進展。相關研究論文以“Making UV light visible by exciting polarization-gate phototransistor to achieve energy transfer into GaN-based blue emission”為題，發表于光學領域的國際頂級期刊《Light: Science & Applications》（影響因子：23.4，中科院一區TOP期刊）。

紫外光電探測器是監測紫外線強度的核心器件。目前，基于AlGaN材料的光電探測器因其高效的光電轉換能力而被廣泛應用。然而，傳統紫外光探測器通常需要復雜的封裝工藝或額外的柵極控制，增加了制造成本和操作難度。此外，紫外光本身不可見，如何快速、直觀地感知其存在，一直是研究熱點。近年來，研究者嘗試將紫外光探測器與可見光LED單片集成，通過紫外光激發可見光發射，實現對紫外光的可視化檢測。現有方案包括：利用多量子阱同時實現發射與吸收、將可見光LED模塊與紫外探測器芯片封裝集成、以及設計NPN結構實現無柵極控制等。然而，這些方案或需要復雜的柵極控制，或依賴反向偏置的PN結，難以兼顧高靈敏度和低功耗。因此，開發一種結構簡單、響應迅速、易于集成的紫外光探測器件，成為領域內的重要挑戰。

圖 | (a)等效電路圖及工作機理：(a1)305 nm的紫外光和(a2)Mini-LED產生的460 nm可見光的EL光譜；(a3)無305 nm紫外光激發時光晶體管關閉；(a4)有紫外光激發時光晶體管開啟；(b)輸入偏壓、外部紫外光信號與可見光信號的邏輯關系示意圖；(c)紫外激發光源的光功率隨注入電流的變化關系；(d)不同紫外光功率下Mini-LED的電致發光光譜。

針對上述挑戰，研究團隊創新性地提出并研制了一種基于極化柵效應的單片集成光電器件。該器件由兩部分組成：極化柵紫外光晶體管和InGaN/GaN基可見光Mini-LED，兩者通過原位外延生長集成于同一藍寶石襯底上。該光電集成器件最突出的創新在于其“極化柵”設計。與傳統的三端光晶體管不同，該器件僅有兩個電極。如圖1所示，研究者利用u-GaN/AlGaN異質結界面的極化效應產生的負極化電荷，在u-GaN(L1)層中形成電子耗盡區，從而在無紫外光照射時自然夾斷電子通道，使器件處于關閉狀態，電流無法流向Mini-LED。這種設計完全摒棄了外部金屬柵極沉積，降低了工藝復雜度。當305 nm的紫外光照射到光晶體管區域時，光生載流子會屏蔽極化電場，恢復u-GaN(L1)層中的電子通道。這使得電流得以流通，并注入Mini-LED的多量子阱中，激發出460 nm的可見藍光。實驗表明，在12.7 mW紫外光激發下，Mini-LED的輸出光功率高達81.1 mW，實現了對紫外光的高效可視化轉換。

當無紫外光照時，器件在10 V偏壓下的正向電流低于1.4×10??mA，確保了器件的低功耗和“常關”安全特性。當器件處于1.3 mW紫外光照條件下時，可將其放大為藍色的可見光，實現高達32.7倍的光功率轉換效率和49.8倍的光子數轉換效率。這意味著即使是微弱的紫外光，也能被放大為人眼可見的明亮藍光。研究團隊指出，這一成果作為兩端器件，便于轉移至柔性襯底，為開發低成本、高集成度的可穿戴紫外光預警設備提供了全新的技術路徑。此外，該技術還可拓展至紫外光通信和可見光通信領域。通過進一步優化材料生長和器件結構以縮短響應時間、提高靈敏度，這項技術將讓看不見的紫外光真正變得“可見”，在個人健康防護、特殊環境預警等領域發揮重要作用。

圖 | (a)不同正向偏壓下的噪聲功率密度；(b)不同紫外光功率下Mini-LED的光功率隨偏壓的變化；(c)不同紫外光功率下Mini-LED的外量子效率隨偏壓的變化；(d)可見光與紫外光光子數比隨注入電流的變化；(e)可見光與紫外光功率轉換效率隨注入電流的變化。

廣東工業大學楚春雙副教授為論文第一作者，廣東工業大學張紫輝教授為通訊作者。廣東工業大學集成電路學院為論文第一完成單位。

半導體材料與器件團隊在鈣鈦礦太陽能電池領域取得新進展

近日，材料與能源學院半導體材料與器件團隊馮星教授、陳俊如副教授團隊聯合福建農林大學歐陽新華教授，在鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得新進展。研究團隊創新性地提出一類具有“天線效應”的新型芘基非摻雜空穴傳輸材料，在 n-i-p 結構鈣鈦礦太陽能電池中實現了 25.47% 的光電轉換效率，并表現出優異的熱、光和濕度穩定性。相關成果以 “Beyond the Sum of Its Parts: Alkyl-Chain Engineering Unlocks Dopant-free Pyrene-based Antenna Molecules for Efficient Perovskite Solar Cells” 為題，發表在《Angewandte Chemie International Edition》，廣東工業大學為論文第一完成單位。

鈣鈦礦太陽能電池因具備高效率、低成本等優勢，被認為是極具發展潛力的新一代光伏技術。近年來，其認證效率已由早期的 3.8% 快速提升至 27%以上。不過，在高效率背后，器件中常用的空穴傳輸材料通常需要借助鋰鹽、叔丁基吡啶等外加摻雜劑來提升導電性。這類添加劑雖然能夠改善器件初始性能，卻容易引發吸濕、遷移和界面副反應等問題，進而影響器件長期穩定性和應用前景。圍繞這一關鍵瓶頸，開發無需摻雜、兼具高效傳輸與高穩定性的空穴傳輸材料，已成為領域內的研究熱點和難點。

創新設計：“天線效應”+“烷基鏈工程”實現性能突破

研究團隊從分子設計的源頭出發，將芘的強熒光特性、大共軛結構與三苯胺的優異空穴傳輸能力相結合，通過精確調控烷基橋連鏈的長度，設計合成了一系列新型芘基天線分子（PyTPA-9C、PyTPA-10C、PyTPA-13C）。研究發現，這類分子不僅繼承了前體材料的“天線效應”——即隨著三苯胺單元增多，光吸收系數和熒光量子產率顯著提升，更揭示了一個關鍵規律：烷基鏈的“奇偶效應”對分子構型、能級結構和電荷輸運性能起著決定性作用。其中，具有偶數碳癸基鏈的PyTPA-10C，形成了獨特的“梯型”構象，實現了：

更優的能級匹配：與鈣鈦礦層形成理想的能級排列，顯著降低空穴提取能壘；

高效的電荷提取與輸運：瞬態光電流測試表明，PyTPA-10C具有最快的空穴提取速度（0.67 μs）；

顯著抑制電荷復合：其復合電阻高達26.8 kΩ，遠優于對照材料；

優異的界面缺陷鈍化能力：陷阱態填充電壓降至0.242 V，有效減少非輻射復合損失。

最終，基于PyTPA-10C的非摻雜空穴傳輸層，在n-i-p結構器件中實現了25.47% 的光電轉換效率，這是迄今為止非摻雜有機小分子空穴傳輸材料在n-i-p結構鈣鈦礦太陽能電池中的最高效率之一。

該研究不僅獲得了一類性能優異的非摻雜空穴傳輸材料，更提出了一種具有推廣意義的分子設計思路：在芘基“天線分子”體系中，通過精細調控烷基鏈長度及其奇偶效應，可實現分子構型、能級結構、載流子輸運與界面穩定性的協同優化。 這一策略為開發兼具高效率與高穩定性的新型有機空穴傳輸材料，推動鈣鈦礦太陽能電池走向實際應用，提供了重要的理論指導和實驗依據。

余林教授團隊在質子交換膜電極電解水制氫研究領域獲得新進展

輕工化工學院余林教授團隊繼在直接海水電解制氫領域取得重要研究成果后（An “ice-like” water film for corrosion-proof seawater electrolysis. Energy & Environmental Science, 2026, online），近日在質子交換膜電極電解水制氫（PEMWE）研究領域再獲新進展。相關研究論文以 "Electrified interfacial oxygen-down water boosts efficient and durable electrolysis"為題，發表于Nature旗下期刊《Nature Communications》。廣東工業大學為論文第一完成單位。

目前，利用可再生能源驅動的電解水被廣泛認為是實現清潔高效制氫、推進碳中和目標的關鍵技術路徑，但其效率長期受制于陽極析氧反應（OER）緩慢的動力學過程，而且在強酸環境下催化劑穩定性面臨嚴峻挑戰。針對以上難題，研究團隊提出了一種創新性的“定向水分子構型”策略——直接優化界面水分子的排列方式。在具有邊緣位錯結構的RuO2催化劑中，研究人員成功誘導界面水分子形成有序的“氧端朝下”構型。這種特殊結構源于位錯區域中壓應力與拉應力的協同作用：壓應力促進質子快速排出，而拉應力則增強對氧的吸引，從而驅動水分子有序排列。

實驗與理論計算結果表明，有序的水分子結構不僅顯著加快了水分子去質子化過程，還通過構建穩定的氫鍵網絡，實現質子的快速“接力式”傳輸，有效避免局部酸性過強所引發的催化劑腐蝕。同時，預先定向的水分子可直接參與反應，省去傳統體系中隨機取向調整的步驟，使反應能壘降低約50%以上。性能測試顯示，該催化劑在10 mA cm-2電流密度下僅需179 mV過電位，并可穩定運行超過1000小時。在實際運行的質子交換膜電解槽中，其在1 A cm-2條件下連續運行超過720小時，展現出優異的工業應用潛力。

該研究為打破電解水析氧過程中活性與穩定性此消彼長的固有矛盾提供了新思路，也為設計電解水高性能催化材料開辟了新方向。

論文第一作者為2023級博士生許盈盈，通訊作者為廣東工業大學余林教授、華中科技大學劉友文教授以及海南大學王浩志教授。

林展教授團隊在退役鋰離子電池回收再利用領域取得重要進展

近日，輕工化工學院林展教授團隊在退役鋰離子電池直接回收再利用領域取得了原創性進展。團隊聚焦于退役電池材料組分難以分離的關鍵科學問題，設計了一種兼容于正/負極的水溶性超分子粘結劑，利用粘結劑中的氫鍵和離子鍵鍵合作用，通過其在熱水中的可逆解離，實現了活性材料組分的快速剝離、高效分離及直接再生利用。該設計著眼于退役電池材料組分的分離難題，顛覆了傳統的電池結構體系，通過創新設計功能化粘結劑，實現了電池材料組分的“穩定服役—高效分離—直接回收利用”，簡化了回收過程并節約了大量能耗。相關成果發表于Nature大子刊《Nature Sustainability》，廣東工業大學為論文唯一署名單位，吳曙星副教授為論文唯一第一作者，林展教授為論文唯一通訊作者。

隨著電動汽車產業的快速發展，全球鋰離子電池裝機規模持續擴大，并逐步進入集中退役階段，電池資源高效回收與循環利用已成為能源與環境領域的重要課題。直接回收可保留并修復電極活性材料結構，被認為是退役電池回收的理想路徑。然而，在實際電池體系中，粘結劑對電極組分的強粘附作用使活性材料難以有效分離，成為制約直接回收的關鍵因素。本研究從電池設計源頭出發，開發了一種超分子水溶性粘結劑，可有效替代現有商業化粘結劑。該粘結劑對正/負極材料具有良好的兼容性，其內部構建的氫鍵和離子鍵鍵合相互作用可隨溫度升高發生解離，使其在熱水中快速溶解，從而實現退役電池材料組分的高效分離和直接再生。這一工作突破了傳統“先使用、后回收”的被動模式，使電池在誕生之初便具備高效再生循環利用屬性，為破解鋰離子電池閉環回收難題提供了關鍵的解決方案。

生物材料團隊發表腫瘤光診療研究成果

近日，生物醫藥學院生物材料團隊何燕副教授和劉旭杰副教授在藥物化學領域國際權威期刊《Journal of Medicinal Chemistry》（IF：6.8）上在線發表題為“Triple-Modal Mitochondrial G-Quadruplex-Targeted Hemicyanine Photosensitizer SPNO for Imaging-Guided Tumor Phototheranostics”的研究論文。該研究成功設計并構建了一種靶向線粒體DNA G-四鏈體的新型近紅外半花菁光敏劑SPNO，成功整合了熒光成像、G4穩定化和光治療三模態功能，實現了成像引導的腫瘤協同治療。

傳統的單模式光治療存在穿透深度有限、難以根除微轉移灶等問題。本研究提出的分子設計策略，在線粒體靶向單元（三苯基膦）和苯并噻唑骨架基礎上，通過引入甲氧基取代和擴展π橋，優化了分子的光物理性質，使其吸收/發射波長紅移至近紅外區（685 nm），實現了深組織穿透與實時腫瘤定位。該光敏劑SPNO能特異性識別并穩定線粒體DNA G-四鏈體，在無光照條件下即可通過誘導細胞周期G0/G1期阻滯抑制腫瘤增殖與轉移；在近紅外激光照射下，可高效產生I型與II型活性氧并具備優異的光熱轉換性能，協同光動力與光熱治療。在乳腺癌小鼠模型中，SPNO介導的診療一體化方案顯著抑制了腫瘤生長，且未表現出全身毒性，展現出了良好的生物安全性。該成果不僅為克服單模式治療的局限性提供了新策略，而且為基于G-四鏈體的精準癌癥診療藥物設計提供了全新范式。本研究從分子識別到功能輸出的完整證據鏈，闡明了SPNO通過靶向線粒體能量代謝基因和凋亡通路發揮抗腫瘤作用的分子機制，深化了對G-四鏈體靶向光療協同作用的理解，有望推動相關領域的發展。

本論文的第一作者為廣東工業大學生物醫藥學院2022級碩士研究生董嘉鵬，生物材料團隊何燕副教授、劉旭杰副教授為共同通訊作者。廣東工業大學為論文的第一完成單位。

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編輯| 黃淑芬 黃櫻杭

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責編| 王宇涵

初審| 李成瑤

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