科研动态 | 南科大近期科研成果一览

南科大的科技工作者

一直以来聚焦科研领域潜心耕耘

以科学家精神在前沿领域不断探索

近期南科大高水平学术成果

源源不断

在多个方面取得重要进展

一起来看看吧

南科大近期科研成果速览

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在Nature发文报道反式钙钛矿光伏技术的重要突破

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揭示南海深部结构研究的重要突破

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用非厄米燕尾突变揭示各类拓扑奇点间的转化

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提出了一种不需要反馈信息检测线圈

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解决环境物联网在水环境监测与管理应用中遇到的技术瓶颈

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在生态毒理学领域取得研究进展

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提出应用于静电吸附的自清除机制

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基于深度学习集合预报揭示地面臭氧污染可预报性

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基于刮涂顶电极制备全印刷有机光伏电池

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系统总结了近三十年来紫杉醇的全合成进展

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评估气候变化增加中国的粮食生产潜力

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首次在三维磁性外尔光子晶体中实验观测到拓扑反手性表面态

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在丰产金属催化的非活化烯烃氢官能团化的选择性调控领域取得系列进展

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结合头部控制和混合现实反馈，设计出一套人机界面，让机器人有效抓取物体

*以上排序按照新闻发布顺序排列

何祝兵团队在Nature发文报道反式钙钛矿光伏技术的重要突破

南方科技大学材料科学与工程系、创新材料研究院教授何祝兵团队在反式钙钛矿光伏电池领域取得重要突破。研究成果以“Inverted perovskite solar cells using dimethylacridine-based dopants”为题，发表在Nature杂志上。

该工作采用红外原子力显微镜辅以二次离子质谱技术，直接呈现了吖啶分子在钙钛矿薄膜晶界和表面的分布，澄清了前人关于无空穴传输层电池中功能分子的分布猜测，指出连续的分子挤出薄层是高性能器件的关键因素。由于所用的吖啶小分子稳定、结构简单易合成，同时器件结构更加简化，该工作报道的“分子挤出”崭新工艺将为钙钛矿电池产业化投资带来深刻影响。该工作已经申请了两项国家发明专利。

南科大林间院士团队发文揭示南海深部结构研究的重要突破

南方科技大学海洋科学与工程系林间院士团队在南海深部结构研究中取得重要突破，通过海底地震仪台阵探测，首次获得南海南部地幔相对富含水分的地球物理证据，揭示南海深部地震波速度结构南北不对称，成果以“Mantle heterogeneity caused by trapped water in the Southwest Basin of the South China Sea”为题发表在国际顶尖学术期刊Nature Communications上。

团队首次在南海西南次海盆实施高分辨率被动源海底地震实验，对南海的“地下宫殿”进行三维高分辨率“CT”成像。结合南海现今构造，研究团队提出一个全新的南海西南次海盆地幔演化模型。一千多万年以来，断裂的古南海俯冲板片在下沉过程中持续释脱水，导致南部地幔相对富水（～150-300 ppm）。本研究对揭示南海俯冲板片的“地下宫殿”结构、南海大量火山与岛礁的成因以及地球俯冲带水循环等都具有重要意义。

朱一飞课题组用非厄米燕尾突变揭示各类拓扑奇点间的转化

南方科技大学理学院数学系助理教授朱一飞课题组与香港科技大学、湘潭大学的物理学合作者取得一项研究进展，他们发现非厄米无间隙量子力学系统中存在燕尾突变，并由此揭示了不同拓扑奇点间的转化。相关研究成果于2023年5月4日在国际知名学术期刊《自然—物理学》（Nature Physics）上发表。

研究团队报告了奇异理论中的燕尾突变，它可以在具有宇称—时间对称和伪厄米对称的非厄米系统模空间中自然发生。燕尾包含三种不同类型的奇异曲线，它们同时存在并相互作用。虽然这些奇点类型看似独立，它们通过燕尾的顶点稳定地连结在一个点上，并通过该点发生转化。研究人员在一个非互易电路中实现了这样的系统，并实验观测到燕尾模型的简并特征。通过分析本征态的标架旋转和形变，他们进一步借助同伦论中的新颖数学工具证明了各种转化受拓扑保护。据介绍，这些奇异点的拓扑结构会导致许多引人瞩目的物理现象，例如体费米弧和本征值编织，对此的理解有助于进一步研究体—边对应（bulk–edge correspondence）等具有理论和应用重要意义的物理现象，这体现了拓扑学与物理学的深入交叉。

詹陈长课题组提出了一种不需要反馈信息检测线圈

南方科技大学深港微电子学院副教授詹陈长和澳门大学微电子研究院副教授路延团队合作在电源管理芯片研究的重要分支—无线传电芯片设计领域取得重要进展，双方联合培养的博士生白祥龙提出了一种不需要反馈信息检测线圈，具有内在无线相移控制的6.78MHz无线能量传输系统。相关成果以“A 6.78-MHz Wireless Power Transfer System With Inherent Wireless Phase Shift Control Without Feedback Data Sensing Coil”为题发表在集成电路设计领域顶级期刊《固态电路杂志》（IEEE Journal of Solid-State Circuits, JSSC）上。

研究团队在论文中提出了无线相移控制的方法，通过相移变化来传递信息，不需要任何片外器件以及额外检测线圈，降低了物料成本，并且信息传递过程平滑，不会造成发射端线圈电流幅值的脉冲变化。

郑一课题组发文解决环境物联网在水环境监测与管理应用中遇到的技术瓶颈

南方科技大学环境科学与工程学院教授郑一团队在水资源领域顶尖刊物Water Resources Research上发表“Assimilating Low-Cost High-Frequency Sensor Data in Watershed Water Quality Modeling: A Bayesian Approach”一文，解决了环境物联网在水环境监测与管理应用中遇到的技术瓶颈。

课题组发展了一种基于严格贝叶斯分析的多源数据同化方法（BCMSO），以流域水质模型为平台，融合常规水质监测数据（低频、高成本、低误差）和在线传感器数据（高频、低成本、高误差），显著提升河流水质监测和预报的能力。本研究不但解决了环境物联网应用中的重要技术问题，也展示了环境大数据用于环境管理的巨大潜力和广阔前景，对于当前我国数字孪生流域建设、智慧环保等工作具有重要的意义。

裘文慧团队在生态毒理学领域取得研究进展

南方科技大学环境科学与工程学院助理教授裘文慧团队在环境科学领域期刊Environmental Science & Technology发表了题为“Perfluorononanoic Acid Induces Neurotoxicity via Synaptogenesis Signaling in Zebrafish”和“Poly- and Perfluoroalkyl Substances Induce Immunotoxicity via the TLR Pathway in Zebrafish: Links to Carbon Chain Length”的两篇封面论文。

两篇论文分别探究了全氟壬酸（PFNA）对斑马鱼早期阶段的神经毒性和不同碳链长度多氟和全氟烷基物质（PFASs）对斑马鱼早期免疫功能的影响。两项研究从不同层面分别研究了不同PFASs对鱼类早期阶段的神经毒性和免疫毒性，为全面深入评价新污染物PFASs的生态风险提供了重要的数据支撑。

王宏强团队提出应用于静电吸附的自清除机制

南方科技大学机械与能源工程系、机器人研究院副教授王宏强提出一种应用于静电吸附的自清除机制。相关研究以“Strong Reliable Electrostatic Actuation Based on Self-Clearing Using a Thin Conductive Layer”为题发表在机器人领域顶级期刊Soft  Robotics。

课题组提出了一种新的自清除机制，通过利用足够薄的导电层（如铜层不超过7微米），可以在静电击穿后自动清除断点周围的导体完成自清除，从而恢复装置功能。该方法易于操作且兼容各种材料和制造过程。测试表明，该机制可将最大可用电压提高260%，最大静电吸附力提高276%。此外，该方法还可成功修复静电击穿的物理损伤，并使其稳定可靠地工作，为静电吸附在高性能和广泛应用方面提供了新的途径。

傅宗玫课题组基于深度学习集合预报揭示地面臭氧污染可预报性

南方科技大学环境科学与工程学院、深圳国家应用数学中心教授傅宗玫课题组在地球科学领域顶级期刊Geophysical Research Letters发表“Deep Learning-Based Ensemble Forecasts and Predictability Assessments for Surface Ozone Pollution”一文，介绍了基于深度学习的臭氧集合预报模型的研发思路，以及在深圳市臭氧污染可预报性分析中的应用。

研究团队基于二维卷积神经网络（2DCNN）框架，由课题组自主研发的WRF-GC区域气象-化学耦合模式提供训练集，开发了深度学习臭氧集合预报模型2DCNN-SOEF。该模型预报准确度与目前业务使用的区域空气质量预报模型相当，并具有更高的时效性，可以在业务预报的时效范围内完成9天、30个集合成员的臭氧集合预报。同时，2DCNN-SOEF还可以提供臭氧预报不确定性、臭氧超标概率等更多信息。本研究开发的深度学习集合预报框架，可扩展应用于预报任何对气象敏感的环境风险，在全球任意地点实现具高时效性的环境风险概率预报。

邓巍巍团队基于刮涂顶电极制备全印刷有机光伏电池

南方科技大学力学与航空航天工程系教授邓巍巍团队在Advanced Functional Materials上发表题为“Blade coating of alloy as top electrodes for efficient all-printed organic photovoltaics”的论文。

团队采用柔性刮涂法，快速、便捷地刮涂制备菲尔德合金薄膜作为OPV器件顶电极，并在此基础上制备出高性能全印刷OPV器件。基于PM6:Y6活性层体系的全印刷OPV器件，采用刮涂菲尔德合金顶电极，其他有机层均采用柔性微梳刷涂制备，光电转换效率达到16.07%，为目前报道的全印刷OPV最高效率。此外，刮涂合金电极器件比蒸镀银电极的器件具有更好的热稳定性和空气稳定性。

李闯创发表综述文章系统总结了近三十年来紫杉醇的全合成进展

南方科技大学化学系教授李闯创团队在国际顶级综述性期刊Chemical Reviews上发表了题为“Strategies and Lessons Learned from Total Synthesis of Taxol”的特邀综述性文章。首次系统总结了近三十年来紫杉醇的全合成进展，侧重从合成策略和经验教训方面进行陈述和点评，论文对紫杉醇从发现到成为明星抗癌药的传奇发现和全合成之旅进行了回顾，并展望了未来该领域的研究方向。

回顾紫杉醇的全合成之旅，不难发现，紫杉醇的全合成是极具挑战的。至今，在这11个完成全合成的研究团队中，有6个是美国化学家，有4个是日本化学家，有且仅有1个是中国化学家。这些研究团队均是世界著名的顶尖合成化学家，如：Nicolaou、Holton、Danishefsky、Wender、Mukaiyama、Kishi、Baran等，他们不仅是紫杉醇全合成领域的开拓者，同时也是引领当代合成化学发展的大师。

田展团队发文评估气候变化增加中国的粮食生产潜力

南方科技大学环境科学与工程学院研究教授田展团队与他们的国际合作者在PNAS美国国家科学院院刊姐妹刊PNAS NEXUS发表题为“Increase in grain production potential of China under climate change”的论文。

该研究在农业生态区(AEZ)建模框架内建立了一个模块，以评估未来复种条件的空间变化。该方法基于多气候模式和气候情景集合模拟，同时考虑了灌溉水的稀缺性约束。结果表明，未来中国一熟、两熟和三熟的耕作区域将向北扩展，为作物轮作以适应气候变化提供了良好的机会。

高振课题组首次在三维磁性外尔光子晶体中实验观测到拓扑反手性表面态

南方科技大学电子与电气工程系副教授高振课题组在磁性外尔光子晶体这一研究领域取得重要进展，相关研究成果以“Topological antichiral surface states in a magnetic Weyl photonic crystal”为题发表于国际顶级学术期刊《自然通讯》。

为了实现拓扑反手性表面态，该研究团队首先将二维改进Haldane模型拓展到三维，然后利用三维磁性光子晶体结构实现了这一三维紧束缚模型。

舒伟课题组在丰产金属催化的非活化烯烃氢官能团化的选择性调控领域取得系列进展

南方科技大学化学系副教授舒伟课题组围绕地球丰产金属催化的非活化烯烃还原条件下氢官能团化的选择性调控为主题进行了系统研究，取得了一系列进展，相关成果发表在Angewandte Chemie、Chem Catalysis、ACS Catalysis等化学领域高水平期刊。

课题组发展了催化剂调控的非活化烯烃的远端区域发散型氢烷基化反应。通过改变催化剂、溶剂等参数，从单一的烯烃出发，可以分别得到α-/β-支链、直链烷基胺以及手性β-支链烷基胺。该研究成果以“Orthogonal Access to α-/β-Branched/Linear Aliphatic Amines by Catalyst-Tuned Regiodivergent Hydroalkylations”为题发表在Angewandte Chemie。

课题组发展了镍氢催化的非活化烯烃与烷基卤化物的不对称氢烷基化。通过远端弱导向基团的协助，高区域选择性、立体选择性在酰胺β位构建手性C(sp3)-C(sp3)键。该研究成果以“Regio- and Enantioselective Hydrocarbofunctionalizations of Unactivated Olefins Enabled by Nickel Catalysis: Reaction Development and Mechanistic Insights”为题发表在ACS Catalysis。

课题组发展了镍氢催化的非活化烯烃与羟胺酯的不对称氢胺化反应。通过在远端引入弱导向基团，实现非活化烯烃的近端选择性和对映选择性控制，得到系列对映体富集的手性1,n-二胺。该研究成果以“Access to Enantioenriched 1,n-Diamines via Ni-Catalyzed Hydroamination of Unactivated Alkenes with Weakly Coordinating Groups”为题发表在ACS Catalysis。

南科大学子张成杰在机器人国际期刊IEEE Robotics and Automation Letters发表论文

南方科技大学机械与能源工程系2019级本科生张成杰以第一作者身份在机器人国际期刊IEEE Robotics and Automation Letters发表了一篇题为“An Effective Head-Based HRI for 6D Robotic Grasping Using Mixed Reality”的文章。该研究通过创新性地将头部控制和混合现实反馈结合，设计出一套人机界面，以帮助双臂残疾者有效地抓取日常生活中的物体。

该论文通过结合头部控制和混合现实反馈，将人类的感知和决策能力引入到机器人抓取控制中，以提高机器人的抓取能力。操作者利用混合现实反馈能够看到感知结果（物体点云）以及其与真实物体的偏差。在该反馈下，操作者能够直观利用头部注视和转动来控制机械臂6D抓取位姿，从而实现对复杂物体抓取。

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值班编辑：杨奂彦

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