3月17日，科技部高技術研究發展中心(科技部基礎研究與管理中心)發布了2022年中國十大科學進展，包括:祝融巡視雷達揭示火星烏托邦平原淺層層狀結構；快速精細地描繪了活躍的重復快速射電爆發；新原理實現海水直接電解制氫；揭示新冠肺炎突變的特征和免疫逃逸機制；實現高效全鈣鈦礦疊層太陽能電池和組件；新原理開關器件為高性能海量存儲提供了新的方案；實現超冷三原子分子的量子相干合成；在溫和壓力下實現乙二醇合成；發現復雜體系中飛秒激光誘導微納結構的新機制； 實驗表明超導態是“分段費米面”。

堅持“四個導向”，潛心基礎研究，專家學者對十大進展的科學意義和潛在應用價值進行了解讀。

中國科學院國家天文臺研究員蘇煙:

2021年5月15日，田文一號首次火星探測任務祝融號成功降落在烏托邦平原。烏托邦平原是火星上最大的撞擊盆地，位于火星北半球。它的直徑約為3300公里，可能曾經是一個巨大的古代海洋。中國科學院地質與地球物理研究所的陳穎和張金海團隊利用火星車攜帶的科學載荷探地雷達的科學探測數據取得了突破。探地雷達利用電磁波可以穿透物質的特性，對火星的地下結構進行高精度的CT掃描。首次在烏托邦平原南部距地下80米深處1171米范圍內獲得精細的層狀影像。發現淺表層有三層:第一層是10米的火星土壤， 另外兩層是10-30米，30-80米是物質隨深度變厚的層狀結構。

分析表明，著陸區沒有0-80m液態水的證據，但不排除鹽冰的可能。這項研究提供了火星長期水活動的觀測證據，揭示了火星由濕到干的變化，為進一步了解火星地質演化和環境氣候變化奠定了重要基礎。

快速精細地描繪了活躍的重復快速射電爆發。

清華大學馮華教授:

快速射電爆發(FRB)是宇宙射電波段中最劇烈的爆發之一。它的持續時間很短(大約一毫秒)，強度很低，很難觀察和研究。這是天體物理學研究領域的主要前沿熱點之一。

利用500米口徑球面射電望遠鏡FAST，中國科學院國家天文臺李勇、李可佳團隊發現了世界上首個持續活躍的快速射電爆發FRB20190520B，具有已知最大的環境電子密度，有效推動了FRB的多波段研究。通過監測活躍重復爆發FRB20201124A，研究團隊獲得了迄今為止FRB最大的極化樣本，探測到了FRB局部環境中的磁場變化及其頻率相關的極化振蕩現象。鑒于活躍的重復爆發，組織了國際合作，特別是GBT協調美國大型望遠鏡的FAST觀測。該研究揭示了描述FRB周圍環境的單一參數，即“RM色散”， 并提出了重復快速射電爆發極化頻率演化的統一機制。

這項研究詳細描述了活躍和重復的快速射電暴，并構建了統一的圖景，堪稱“教科書級的發現”，為最終揭示快速射電暴的起源奠定了觀測基礎。

海水直接電解制氫的新原理

中國科學院化學研究所張建玲研究員:

氫能被認為是21世紀最有潛力的清潔能源，電解水制氫被認為是一種清潔高效的方法。目前電解水制氫技術都是基于淡水電解原理，直接實現海水電解水制氫意義重大。

然而，海水的成分非常復雜。除了約96.5%的水外，還含有無機物、有機物、固體顆粒、微生物等各種雜質，造成海水電解的一系列問題。因此，現有的電解海水制氫技術一般需要先將海水淡化，再進行電解制氫。深大/川大謝和平團隊通過將分子擴散、界面相平衡等物理力學過程與電化學反應相結合，首創了原位直接電解海水制氫的新原理和新技術，建立了自驅動氣液界面相變和自遷移的理論方法，形成了界面壓差海水自發相變和傳質的力學驅動機制， 實現了海水的動態自調節和穩定的直接電解制氫與電化學反應和海水遷移，無需額外能耗。該研究形成了從原有原理、突破性技術、國產設備到特色電解制氫產業模式的零碳氫能發展路徑，具有較大的應用價值。

揭示新冠肺炎突變的特征和免疫逃逸機制

中國科學院微生物研究所研究員顏景華:

人類感染奧米克隆病毒會形成群體免疫，阻斷下一輪病毒感染嗎？你能預測下一個受歡迎的新冠肺炎嗎？

曹云龍、謝曉亮團隊和王祥喜團隊首次揭示了新冠肺炎奧米克隆突變體及其新亞類的體液免疫逃逸機制和突變進化特征，揭示了奧米克隆中和抗體的逃逸機制及其與病毒刺突蛋白結構特征的關系；發現Omicron/突變體可以逃避人感染后產生的中和抗體，證明通過Omicron感染難以實現群體免疫阻斷新冠肺炎的傳播?；谧灾餮邪l的高通量突變掃描技術，成功預測了新冠肺炎受體結合域的免疫逃逸突變位點，前瞻性篩選了廣譜新冠肺炎中和抗體。

該研究加深了人們對新冠肺炎和體液免疫的認識，不僅為廣譜新冠肺炎疫苗和抗體藥物研發方向的調整提供了重要的數據參考，也積極推動了該領域的科技發展。

高效全鈣鈦礦疊層太陽能電池及組件

中國科學院化學研究所胡勁松研究員:

鈣鈦礦太陽能電池是一種利用鈣鈦礦結構的吸光材料將太陽光轉化為電能的裝置。目前單結鈣鈦礦電池的光電轉換效率已經達到25.7%。接近31%的理論效率，構建疊層太陽能電池的理論效率可以達到45%左右。全鈣鈦礦疊層太陽能電池具有低成本液相處理的優勢，在大規模應用中顯示出廣闊的前景。關鍵瓶頸問題包括:在基礎研究中，窄禁帶鈣鈦礦晶體表面缺陷密度高制約了效率的提高；在工業應用方面，大面積組件的制備技術還不成熟。

南京大學譚海仁團隊發現，設計鈍化分子的極性可以顯著增強缺陷的鈍化效果，大幅提高全鈣鈦礦疊層電池的效率。經測試，堆疊式電池效率達到26.4%，刷新了鈣鈦礦電池效率紀錄，首次超過單結鈣鈦礦電池。在此基礎上，團隊開發了大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件的量產技術，利用致密的半導體共形層阻擋組件互連區域鈣鈦礦與金屬背電極的接觸，顯著提高了組件的光伏性能和穩定性，研究具有廣闊的發展前景。

新原理開關器件為高性能海量存儲提供了新方案。

北京大學教授張行:

高密度和海量存儲是大數據時代信息技術和數字經濟發展的關鍵瓶頸。近年來，新的存儲技術取得了很大進展。這些存儲器大多需要一個雙向閾值開關器件來重寫作為存儲載體的材料的狀態，從而實現信息的存儲。目前常用的雙向閾值開關器件基本都是多材料體系，元件包含很多元素。首先，很難在12英寸的硅片上制備具有均勻原子級的材料，其次，這種多相材料容易發生相分離，從而縮短了開關器件的使用壽命。因此，尋找高性能的開關器件成為新型存儲器發展的關鍵。

中國科學院上海微系統與信息技術研究所宋和朱敏發明的基于單質碲與氮化鈦電極界面效應的新型開關器件，充分發揮了碲在納米尺度二維有限結構中快速熔化結晶和低功耗的獨特優勢，且器件簡單，可克服雙向閾值開關復雜器件帶來的器件隔離問題，為發展大容量存儲和近存儲計算提供了新的技術方案。

實現超冷三原子分子的量子相干合成

清華大學教授尤里:

利用高度可控的過冷分子模擬難以計算的化學反應，可以全方位精確研究復雜體系。2003年，科學家首次從超冷原子氣體中合成了雙原子分子，隨后在其他實驗室制備了多種超冷雙原子分子，廣泛應用于超冷化學和量子模擬研究。與兩體相比，三體經典系統極其復雜，一般求解難度更大。三原子分子的量子能級結構在理論上無法準確預測，實驗操控難度極大。超冷三原子分子的制備一直是實驗中的一大挑戰。

中國科大潘建偉和趙波團隊與中科院化學所白春禮團隊合作，利用射頻合成技術，首次在雙原子鈉鉀基態分子和鉀原子的超冷混合氣體中相干合成了超冷三原子分子。該研究為超冷化學和量子模擬的研究開辟了新的方向。

在溫和壓力條件下實現乙二醇合成。

天津大學龔金龍教授:

乙二醇是一種重要的化工中間體，需求量很大，開發煤基乙二醇替代石油技術路線意義重大。經過國內眾多研究團隊30多年的研究，我國在煤和合成氣制乙二醇方面取得了技術突破，形成了世界領先的生產工藝和設備。但該技術路線在工業化生產中存在安全隱患、產品純度和質量不穩定等問題。核心原因是加氫反應中氫氣濃度高，操作壓力大。

廈門大學謝蘇元、袁與中科院福建物質結構研究所姚元根、郭國聰合作，利用富勒烯C60作為“電子緩沖體”修飾銅硅催化劑，開發了富勒烯修飾銅催化劑，實現了溫和壓力下富勒烯緩沖銅催化合成草酸二甲酯乙二醇。該研究突破了常壓低氫濃度條件下反應效率低的難題，有利于合成氣制乙二醇工業的綠色安全發展，將對煤化工和催化領域產生深遠影響。

發現復雜體系中飛秒激光誘導微納結構的新機制。

北京工業大學教授王璞:

飛秒是10-15秒。飛秒激光是一種脈沖寬度為1-1000飛秒的脈沖激光，具有超快、超強、超寬帶的特點，已廣泛應用于科學研究、工業制造等領域。當飛秒激光聚焦到材料中時，會產生各種高度非線性效應。在這種極端條件下，光與物質的相互作用充滿了未知和挑戰。

浙江大學邱團隊、之江實驗室譚德志團隊和上海理工大學團隊發現了飛秒激光在復雜體系中誘導形成微納結構的新機制。以含氯、溴、碘離子的氧化物玻璃體系為例，實現了玻璃中成分和帶隙可控、發光可調的鈣鈦礦納米晶的3D直接光刻，呈現紅、橙、黃、綠、藍等不同顏色。所形成的納米晶體在紫外線照射、有機溶液浸泡和250攝氏度的高溫下顯示出顯著的穩定性。研究團隊發現了飛秒激光在玻璃中誘導液體納米相分離和離子交換的新機制， 并開辟了玻璃中連續可控寫入帶隙和發光的三維半導體納米晶結構新技術，為新一代顯示和存儲技術開辟了新的途徑。

實驗證明超導態是“分段費米面”

中國科學院教授張富春:

超導是物理學中一個經久不衰的研究方向，具有重要的基礎研究和工業應用價值?！胺侄钨M米面”是超導研究中的難題之一。費米表面決定了固體材料的許多物理性質，如電學、光學等。手動控制費米表面是控制材料物理性質的最重要的方法之一。超導體一般沒有費米面。1965年，科學家做出理論預言，超導能隙中可能產生特殊的“分段費米面”。然而超導的“分段費米面”在實驗中并沒有實現。原因是，在普通超導體中，產生“分段費米面”所需的超導電流通常接近甚至大于超導臨界電流， 所以超導電流在“分段費米面”形成之前就已經把超導體淬火了。

上海交通大學賈金峰和鄭浩團隊與麻省理工學院付亮團隊合作，設計并制備了拓撲絕緣體/超導體異質結系統，用掃描隧道譜儀實現并觀測到了庫珀動量引起的“分段費米面”，成功驗證了50多年前的理論預言。這一研究為控制物質狀態和構建新的拓撲超導性開辟了新的方法。(記者趙泳鑫)

”(2023年3月20日第10版)