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近期，西安交大科研团队在高维量子测量的不相容结构方面、高安全钠金属电池领域、卤基钙钛矿光催化领域等方面取得新进展。
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交大科研团队的最新成果吧⬇
内容导览
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西安交大科研人员在高维量子测量的不相容结构研究方面取得重要进展
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西安交大科研人员在高安全钠金属电池领域取得重要进展
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西安交大科研人员在卤基钙钛矿光催化领域取得进展
西安交大科研人员在高维量子测量
的不相容结构研究方面取得重要进展
研究背景
量子不相容揭示了量子测量中存在的非经典性，描述了多个量子测量无法同时获得精确信息的现象，被认为是量子信息处理任务中的重要资源，在量子非局域性、量子非互易性、量子精密测量等领域有着重要应用。一对量子测量的不相容性已经在实验中得到了验证，然而，考虑到高维复杂的量子信息处理任务，其测量会出现部分不相容且部分可相容的复杂结构，表征和观测其中的不相容结构对于基础量子理论具有重要意义，并在理论构建与实验设计仍具有挑战。
科研创新
此前，张沛教授团队在高维量子系统信息处理领域取得了多项重要进展。利用多测量设置方法揭示了高维纠缠体系中更高的量子导引强度，实现从高噪声环境中提取高维导引[Phys. Rev. Lett. 128, 240402 (2022)]；提出了一种高鲁棒性和高准确性的EPR导引维度判定方法，为单方设备无关情况下对共享量子态的维度进行可靠而准确的认证提供了有效途径[Optica 9, 473 (2022)]；发展了新概念“真高维单向导引”以及刻画不对称导引结构的新方法，为高维量子系统的不对称场景导引判定以及度量提供了有效路径[Phys. Rev. Lett. 132, 210202 (2024)]。基于以上成果，研究团队对高维多测量场景的不相容测量结构进行了深入研究，通过发展新的判定不相容结构的理论判据，利用光子轨道角动量搭建高维量子制备测量场景，揭示了高维量子系统中的测量不相容结构。
张沛教授团队在理论上提出了一种新方法来将高维量子系统中存在的复杂测量结构分解成更基础的成对可相容测量的集合，由于违背可相容结构的测量只能展现出有限的噪声抵抗能力，因此可以构建噪声超平面来排除特定的可相容测量结构从而判定对应的测量不相容结构的存在。团队通过此方法给出了对称高维相互无偏基测量的真不相容结构的解析边界，非对称条件下任意高维测量的真不相容结构的数值边界。最后，团队基于光子轨道角动量自由度的高维系统实现了对特定量子不相容结构的捕获。该研究工作展示了高维量子系统中多测量场景的复杂结构，在高维量子信息处理任务中具有潜在的应用前景。
科研成果
论文题目
《高维多测量系统中量子不相容结构的观测》
（Witnessing Quantum Incompatibility Structures in High-Dimensional Multimeasurement Systems ）
发表期刊
《物理评论快报》（Physical Review Letters）
文章作者
西安交通大学物理学院为该论文唯一完成单位，西安交通大学23级博士生张啸林为论文第一作者，张沛教授为论文唯一通讯作者。
近年来，张沛教授课题组开展了高维量子纠缠、高维量子通信、高维量子测量、量子精密与光场调控等基础研究，主要包括基于光子轨道角动量自由度的高维量子纠缠态产生，并实现高维量子导引特殊结构的验证；高维量子密钥分发的理论方案与实验验证；高维量子不相容结构的理论方案与实验验证；新型结构光场的产生、传输及检测等。在物理科学领域顶级期刊Phys. Rev. Lett.,Light-Sci. Appl.,Optica等发表一系列重要学术论文。研究工作得到国家级青年人才计划、国家自然科学基金、陕西省杰出青年基金、西安交大青年拔尖人才支持计划、中央高校基本科研业务费等项目的支持。
论文链接
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.190202
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张沛教授主页
https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/zhangpei/
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西安交大科研人员在高安全钠金属
电池领域取得重要进展
研究背景
钠金属电池由于具有较高的能量密度、丰富的钠资源储备与优异的成本效益，在移动设备和智能电网等众多领域有广阔的应用前景，被认为是实现高比能钠基电池的可行途径。然而，在高电压条件下，正极/电解液界面（CEI）上严重的寄生反应与电解液的持续性分解往往会导致容量的快速衰减，进而导致电池难以稳定地工作。同时，当与具有高反应活性的钠金属搭配时，传统电解液中易燃的有机溶剂使电池在过热、过充电等特殊情况下存在严重的安全隐患。基于上述，开发具有优异阻燃特性，并能形成稳定高效的CEI的电解液，是实现钠金属电池大规模应用的关键技术。
科研创新
针对上述问题，西安交通大学电气学院王鹏飞教授课题组设计了一种双阴离子配位的具有局部高浓度结构的磷酸酯类电解液，并在正极表面形成了薄而稳定的富含磷/硼的梯度CEI。电化学测试、界面表征和理论模拟计算结果一致表明，这种含有多种无机成分的电极/电解液中间相能够有效抑制电极界面上持续发生的副反应，并能通过多组分的协同作用增强钠离子的界面传输动力学，在保证优异的阻燃特性的前提下能够有效稳定电极。当使用该电解液时，以Na0.95Ni0.4Fe0.15Mn0.3Ti0.15O2为正极的钠金属电池在4.2 V电压下具有高达167.5 mA h g-1的放电比容量；在1 C的高倍率下循环800圈后，容量保持率高达85.2%，具备出色的长循环稳定性与高安全性。
这项工作从溶剂化结构的角度为阻燃电解液的设计提供了新见解，有望促进高比能、长循环寿命、高安全性的钠金属电池的发展。
科研成果
论文题目
《双阴离子配位构造富磷/硼的正极/电解液界面实现安全稳定钠金属电池》
（Dual-Anionic Coordination Manipulation Induces Phosphorus and Boron-Rich Gradient Interphase Towards Stable and Safe Sodium Metal Batteries）
发表期刊
《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）
文章作者
西安交通大学博士生冯意虎为本文的第一作者，西安交通大学王鹏飞教授、武汉理工大学尤雅教授、华中科技大学吉晓研究员为本文的共同通讯作者。论文第一单位为西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室新型储能与能量转换纳米材料研究中心。
该研究工作得到国家自然科学基金、西安交通大学青年拔尖人才计划、电工材料电气绝缘全国重点实验室、江苏聚烽新能源科技有限公司、中国科学技术协会、陕西省“高层次人才引进计划”以及西安交通大学思源学者等经费资助。表征及测试工作得到西安交通大学分析测试共享中心的支持。
论文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415644
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西安交大科研人员在卤基钙钛矿
光催化领域取得进展
研究背景
金属卤基钙钛矿（MHPs）作为典型的半导体材料，因其独特、优越的光电性能，在光伏、光电探测器等领域受到广泛关注。此外，由于其具有高摩尔消光系数、缺陷容限、带隙可调等特性，MHPs作为太阳能化学转化的光催化剂引起了研究者的极大兴趣。然而，MHPs光催化效率较低，这归因于载流子分离效率低、活性位点有限等。与传统的半导体光催化剂类似，通常采用维度调控、异质结构筑、助催化剂负载、元素掺杂等策略修饰MHPs，以实现高效的光催化性能。其中，金属掺杂因其可以微调电子结构，同时可保持材料的固有晶体结构显示了巨大的潜力。尽管金属掺杂卤基钙钛矿提高光催化性能已取得进展，但掺杂位点本身对光催化性能的贡献、掺杂位置与光催化活性之间的内在相关性以及光催化活性背后的反应机制尚未得到解决。
科研创新
针对该问题，西安交通大学化学学院科研人员提出了非活性碱金属掺杂策略，以光催化产氢为模型反应，通过反溶剂沉淀法向CsPbBr3 晶体结构中引入非催化活性的碱金属离子，揭示掺杂位点与光催化性能之间的关系。研究发现，通过提高掺杂浓度，可将碱金属掺杂位置由A位转变为相邻两Cs原子之间的间隙位。同时，掺杂最优浓度时，光催化产氢性能可提升约11倍，此时碱金属位于A位掺杂与间隙位掺杂的临界点。光反应过程中晶体结构表征证明了光催化性能的提升来源于掺杂位点—A位本身。机理研究表明间隙位掺杂会引起严重的晶格畸变，形成大量缺陷，导致光催化活性降低；而A位掺杂会促使晶格应变弛豫，促进载流子动力学，从而提升光催化活性。
该项研究不仅解决了掺杂位点本身对光催化性能的贡献、掺杂位置与光催化活性之间的内在相关性以及光催化活性背后的反应机制，同时为设计高效的光催化剂提供了新思路。
科研成果
论文题目
《A位掺杂诱导卤基钙钛矿晶格应变弛豫促进载流子动力学在光催化产氢中的应用》（Promoting Charge-Carriers Dynamics by Relaxed Lattice Strain in A-site-doped Halide Perovskite for Photocatalytic H 2 Evolution）
发表期刊
《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）
文章作者
西安交通大学化学学院为第一通讯单位。该论文第一作者是郭庆助理教授，硕士生张金丹是本文共同一作，通讯作者为西安交通大学郭庆助理教授、段新华教授和中国科学院理化技术研究所吴骊珠院士。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金及中央高校科研业务费资助，论文的表征和测试得到了西安交通大学分析测试中心以及工程师刘佳梅的支持。
论文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202419082
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段新华教授课题组主页
http://gr.xjtu.edu.cn/web/duanxh/1
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