【科创热榜前沿科技周报】-87期转贴

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前沿科技盘点〔87〕丨压电材料里程碑式突破；海洋微液滴开辟碳中和新途径 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0240409_153090.html

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近日，东南大学熊仁根教授带领团队开发了一例有机小分子铁电体。团队将PVDF的结构单元从上千减少到了3，实现了小分子压电性能四倍的提升，起到了四两拨千斤的作用。这一发现使得可植入式压电材料的压电性能达到新的高度。

生物质每年通过不完全燃烧生成约2.6亿吨的碳，其中约三分之一的碳进入海洋。中国科学院与中国海洋大学研究团队通过微液滴研究的新进展，揭示了碳在海洋中的转化与埋藏的新机制。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第八十五期。

1《Advanced Science》丨东南大学取得压电材料里程碑式突破！

随着科技发展与医疗需求增长，植入式压电生物器件研究蓬勃兴起，旨在提高生活质量。传统压电材料虽广泛应用，因其不可降解属性，植入后需二次手术取出。因此，研发可生物降解瞬态电子器件显得尤为迫切，此类器件能在体内按预设时间运作后安全溶解，避免残留风险。尽管天然压电生物材料具备生物兼容优势，但其压电性能偏低，限制了其在医疗领域的使用。相比之下，分子铁电材料具有易合成、易加工、轻便、良好生物兼容性及物理性能可调等优点，是理想植入式瞬态电子器件材料候选。当前关键任务在于开发具有更高压电性能的可生物降解分子铁电材料。

东南大学熊仁根教授是铁电化学领域的创立者。在过去十余年间，他带领团队聚焦于分子铁电材料的化学设计与研究。今年，基于铁电化学的氢/氟取代策略和晶体工程，团队效仿b相的PVDF结构，利用有限的奇数个（n=3）–CF2–基团，结合氢键相互作用形成了无限长的链状结构，开发了一例有机小分子铁电体。团队将PVDF的结构单元从上千减少到了3，实现了小分子压电性能四倍的提升，起到了四两拨千斤的作用。

这一发现使得可植入式压电材料的压电性能达到新的高度。团队还组装一个可控的瞬态机电器件，并证实具有良好的生物传感性能。这一研究为可降解植入式电子医疗器件提供了有前途的候选材料，也为分子压电材料提供了与人体健康密切相关的重要应用。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj1946

2《Journal of the American Chemical Society》丨电化学法降解海量火成碳，开辟碳中和新途径

近日，中国科学院与中国海洋大学研究团队在微液滴化学研究方面取得新进展，揭示了在海洋中，微液滴对火成惰性碳的电化学降解与沉降作用。

生物质（秸秆、草原、森林等）每年通过不完全燃烧生成约2.6亿吨的碳，其中约三分之一的碳通过河流和大气运输进入海洋，具有巨大的长期碳汇潜力。但是由于在海洋环境中仍存在未知的降解过程，该火成碳对海洋碳汇的贡献还有待进一步研究。理解海水与火成碳之间的化学作用机制，对寻求碳中和的海洋路径具有重要意义。

基于海洋表面在波浪能作用下雾化生成海水微液滴的现象，研究团队首先通过研究海水微液滴与碳烟之间的电荷转移过程，发现海水微液滴的水-汽界面与水-碳界面之间存在电势差，进一步通过对碳烟氧化和海水产氢反应的确认，揭示了碳烟在雾化海水中的电化学腐蚀机制。此外，研究人员观测到氧化后的碳烟更加富集碳-13同位素，并发生快速沉降，为研究该类型的碳在海洋中的转化与埋藏提供了关键证据。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c00290

3《Nature Communications》丨微陨石撞击竟催生前所未见矿物，或将改写太空风化认知

太空风化是月球及太阳系其它无大气天体表面的改造过程之一，包括微陨石轰击、太阳风离子注入、高能宇宙射线作用等，其中月球表面的微陨石轰击环境具有：粒径小、速度快、通量大等特点。高速微陨石轰击月壤可通过高温熔融、破碎、气化、沉积、胶结等机制改造月壤的物质组成、成分、光谱、物理性质等。由于月表物质组成多样、微陨石轰击过程复杂、轰击产物不稳定等多因素的耦合影响，关于月球表面微陨石轰击的改造机制及其效应认识不完善、甚至存在争议。

中国科学院地球化学研究所联合澳门科技大学和广东工业大学，通过对嫦娥五号月壤颗粒开展研究，在月壤玻璃珠表面微陨石撞击坑中发现一系列含Ti的蒸发沉积颗粒，TEM分析结果显示，这些含Ti颗粒为金红石、三方结构Ti2O和三斜结构Ti2O三种Ti纳米矿物。其中，三方Ti2O和三斜Ti2O两种物相，之前尚未在天然地质样品中被发现，而在材料学领域，Ti2O是一种可在实验室内制备的光催化薄膜材料。研究揭示了月壤中这些Ti纳米矿物的成因过程。

研究结果完善了对月球表面太空风化过程的认识，也为理解太阳系其他无大气天体表面的空间风化过程提供线索。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41550-024-02229-4

4《Nature Communications》丨揭秘氧化钛储钠“黑科技”，打开低成本钠离子电池潜能新世界

钠离子电池因较低的成本和丰富的资源，有望应用于大规模储能，因而备受研究者们关注。关于钠离子电池材料的储钠机理需要深入研究，此前关于二氧化钛储钠机制主要存在两种相矛盾的观点：一种认为二氧化钛储钠是嵌入型反应，另一种认为二氧化钛储钠过程会伴随着无定形化转变。此外，二氧化钛储钠性能的构效关系和其赝电容响应来源需要进一步揭示，为实际的钠离子电池材料设计提供科学依据。

基于此，厦门大学魏湫龙副教授课题组与美国加州大学洛杉矶分校材料系Bruce Dunn教授合作，系统地研究了不同颗粒尺寸TiO2的储钠过程的电化学行为及结构演化过程，提出了表面氧化还原储钠反应模型，揭示了颗粒尺寸和比容量之间的关系，并成功解释了以往报道中TiO2块体和纳米材料之间储钠结果差异的本质原因。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-35617-3