十一月科技快訊

　　01揭示大規模毀林/造林對日際溫度變率的影響

　　大氣科學學院郭維棟教授團隊及合作者利用第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6）及其子計劃的模擬結果以及北美和歐洲33個通量站的觀測資料，圍繞毀林/造林對日際溫度變率影響這一科學問題開展了係統的研究。基於理想化全球毀林試驗的結果表明，北半球中高緯度地區毀林會導致局地日際溫度變率顯著升高，特別是在冬季。由此進一步導致驟暖或者驟冷事件發生的概率顯著增加。

　　團隊還利用檢測歸因手段分析了曆史時期和未來不同共享社會經濟路徑（SSP）情景下土地利用變化對日際溫度變率的影響。結果表明，工業革命以來北美大規模毀林導致日際溫度變率顯著升高，該影響在區域尺度上抵消了由於溫室氣體和氣溶膠排放等其它人類活動引起的日際溫度變率下降的趨勢。相反，如果采用綠色發展路徑（SSP1-2.6），本世紀末北美大規模造林將會導致日際溫度變率顯著下降。該結果強調中高緯度國家在未來實施大規模造林時除了考慮其對陸地碳彙、平均溫度和極端溫度的影響外，需要考慮其對日際溫度變率的影響。

理想化全球毀林對不同季節日際溫度變率的影響

　　02采用法拉第結理論統一描述光催化與電催化過程

　　自2020年以來，羅文俊教授課題組發現固體表界麵廣泛存在快速可逆的電子離子耦合傳輸行為，形成具有可以脫離體相獨立存在的法拉第層，且具有實空間厚度，據此提出了固體表界麵法拉第結新概念和新理論，修正了傳統的雙電層模型和表麵態模型。法拉第結理論認為固體表界麵的組分、結構和厚度等會隨著所處環境的變化而發生快速電子離子耦合傳輸的化學變化。

　　南京大學固體微結構物理國家重點實驗室、現代工學院、物理學院鄒誌剛院士團隊的羅文俊教授課題組分別以半導體TiO2與金屬Pt為研究模型，研究了在光催化、電催化和光電催化過程中固體表界麵組成與結構的變化過程，並提出采用電化學勢作為固體表麵法拉第層的簡易描述符，其最主要的優勢在於無需弄清固體表麵精確的成分與結構，就可以理解界麵電子離子耦合傳輸行為。類似於固體物理中引入動量空間描述電子態，而無需測量電子的具體位置，就可以理解電子的傳輸行為。

　　光催化中光誘導的TiO2半導體表麵的本征法拉第層雙極性示意圖，表麵成分（a）與電位窗口（b）；電催化中Pt的表麵單極性示意圖，表麵成分（c）與電位窗口位置（d）

03實現大麵積消色差平麵透鏡

　　南京大學李濤教授、祝世寧院士研究組針對平麵透鏡寬帶消色差成像的綜合性能的表征引入一個新的參量—頻譜相幹度，可有效地評估與優化寬波段下消色差平麵透鏡可設計的口徑的理論上限。在此方法指導下，他們聯合南方科技大學李貴新教授研究組成功設計並研製出口徑達1厘米，且具有較高效率的消色差平麵透鏡，工作波長覆蓋400-1100nm。

　　該項工作提出的頻率相幹度理論分析方法，為進一步擴展消色差平麵透鏡參數空間提供了新的方案，同時也能為後續的大尺寸消色差平麵透鏡設計指明新方向。未來可以考慮將消色差平麵透鏡與先進的圖像處理算法相結合，將進一步提升成像的綜合性能，非常有望實現真正具有實用價值的平麵光學成像係統。

焦點處的頻譜相幹度分析示意圖

　04在慢性缺血性腦白質損傷方麵取得突破性進展

　　南京大學醫學院附屬金陵醫院劉新峰教授團隊采用雙側頸動脈狹窄模型，取胼胝體研究內皮細胞Cav-1在腦白質損傷中的關鍵作用。研究結果表明，造模後少突前體細胞在血管上異常聚集，慢性缺血誘導內皮Cav-1顯著減少，導致血管分泌HSP90α蛋白增多。

　　團隊還使用帶內皮特異性啟動子TIE的Cav-1過表達的腺病毒AAV-TIE-Cav-1，或抑製HSP90α的HSP90α siRNA，可恢複正常的內皮-少突前體細胞相互作用，促進少突膠質發生並減弱髓鞘損傷。進一步篩選並確認miR-3074(-1)-3p在小鼠和人類負調控Cav-1蛋白。在體內外給予miR-3074-1-3p的抑製物antagomir，通過Cav-1/HSP90α緩解了慢性腦缺血誘導的血管內皮障礙及內皮-少突的異常偶聯，促進了少突前體細胞的分化成熟，減輕了髓鞘損傷。該成果不僅擴展了對缺血性脫髓鞘的認識，同時也明確了Cav-1在這一病理損傷中的關鍵作用，為腦白質修複治療提供新的思路。

慢性腦缺血模型下內皮Cav-1減少促進血管HSP90α分泌

　　05實現源不完美的測量設備無關量子密鑰分發

　　物理學院、固體微結構物理國家重點實驗室、人工微結構科學與技術協同創新中心陳增兵-尹華磊課題組與中科院物理所等單位合作提出了四相位測量設備無關量子密鑰分發協議並進行了原理性實驗演示，該協議在保證了不完美光源的實際安全性的同時解決所有探測器端的漏洞。該工作將抽象的光源不完美特性轉化為可在實驗中量化的各種偏差參數，成功實現了在20dB的信道傳輸損耗下0.25kbps的密鑰率；在10dB（約50千米光纖）的信道傳輸損耗下實現91kbps的安全密鑰率，可滿足語音通話等一次一密加密需求。同其他考慮了光源不完美的測量設備無關類量子密鑰分發協議相比，該研究在安全密鑰率和傳輸距離方麵都有了顯著提高，展現了該協議巨大的應用潛力。

四相位測量設備無關協議示意圖

06報道一種廣譜抑製新冠病毒的納米人工抗體

　　劉震教授團隊致力於發展創新的廣譜高效的抗病毒製劑。團隊首先發展出能結合高甘露糖的核酸適配體，並在此基礎上發展出對新冠病毒（SARS-CoV-2）假病毒展現出了一定的廣譜病毒抑製能力的多價結合高甘露糖的樹突狀適配體和核酸四麵體納米結構。

　　此外，該團隊還開發出與新冠病毒表麵刺突蛋白的拓撲結構相匹配的DNA納米皇冠，實現對新冠病毒野生株和多個重要變異株均的高效抑製。尤為重要的是，利用自主知識產權的先進分子印跡技術，團隊在克服印跡模板合成困難等一係列挑戰之後，發展出一種能夠超多價結合高甘露糖的納米人工抗體（納米分子印跡聚合物，nanoMIP）。通過靶向病毒的"糖盾"，該納米人工抗體不僅能夠阻斷病毒-受體相互作用，還能夠誘導病毒聚集並促進巨噬細胞的吞噬清除作用，對具有高甘露糖的病毒，包括艾滋病毒、拉沙熱病毒和新冠病毒（SARS-CoV-2）及其重要變異株（如德爾塔和奧米克戎）均展現出強效和廣譜的抑製作用。該結合糖盾的納米人工抗體為進一步發展廣譜病毒抑製和新型疫苗佐劑等提供了全新的策略和技術路徑。

納米人工抗體抑製病毒感染示意圖

07在熱-電耦合可再生能源製氫領域取得新進展

　　閆世成教授/鄒誌剛院士團隊從調控能量場來控製材料電子結構的角度出發，提出了基於熱致物理效應的熱-電耦合製氫催化材料設計理念，熱不僅僅促進傳質過程，同時也是維持材料電子態的重要參量，從而有效降低電子轉移勢壘。基於此設計理念，課題組前期提出了基於熱致磁相變的高效熱-電耦合催化材料的可再生電力水氧化製氫反應。

　　近期，課題組進一步將熱致磁相變應用於界麵電子轉移勢壘調控，通過熱場調控NiFeN@NiFeOOH鐵磁核-反鐵磁殼結構的內核和外殼磁性有效降低了界麵電子轉移勢壘。課題組同時也提出了具有高結構自由度的催化材料設計方法，實現高效的熱-電耦合水氧化製氫反應。熱-電耦合的可再生能源製氫技術從能量耦合增效的角度來提升電-氫轉換效率，為可再生能源製氫提供獨特的解決方案，為發展新一代高效可再生能源製氫技術提供了理論基礎和材料設計方法。

　　熱致磁相變主導的界麵電子轉移勢壘變化引起水氧化電流-電壓曲線變化規律。隨著溫度的提升，Ni2+/Ni3+氧化還原電對氧化水的電子轉移勢壘逐漸降低，在核-殼結構的磁相變點處有明顯的電子轉移勢壘突變。

　　08“雙麵神”超表麵折疊空間構建薄餅相機

　　南京大學李濤教授、祝世寧院士的研究團隊研發出一種基於偏振複用雙麵超構透鏡的超薄成像係統——pancake相機（類似"奧利奧"甜品的薄餅相機）。它一方麵利用超薄超輕的超構透鏡替代傳統的折射透鏡，另一方麵將超構透鏡與反射鏡相結合，利用超構透鏡基於偏振的空間折疊特性進一步實現了成像係統的壓縮。該工作巧妙得利用了超構表麵偏振調控以及透反射同時調控的能力，與平麵反射鏡結合進行了偏振空間的折疊，有效壓縮了成像係統的工作距離，同時克服了傳統pancake係統能量分束的難題，為高集成成像係統的開發提供了全新的方案。同時，該pancake係統也演示了一種異於傳統的光學腔，它通過反射過程中的偏振轉換可以固定光線在腔內反射三次。這一特殊效應也預示著超構表麵能給光學腔的設計帶來更多可能和新的物理效應。

pancake 超構透鏡相機的成像示意圖

09首次實現高效率和高純度的聲波頻率轉換

　　物理學院程建春和梁彬課題組在聲波高效頻率轉換方麵取得重要進展，首次理論設計並實驗演示了一種新的頻率轉換機製，通過旋轉具有螺旋相位分布的超表麵，在遠小於波長的尺度內實現了可聽聲的高效頻率轉換，突破了傳統方法在能量轉換效率和輸出頻率純度等方麵的性能限製，且不再依賴高入射能量和長作用距離，極大地豐富了聲波在頻域的操控自由度，有望在聲學通信、信號處理和非接觸檢測等方麵帶來技術革新。

　　提出的頻率轉換機製的示意圖及實驗結果。(a)靜態超表麵產生渦旋聲束；(b)動態超表麵產生渦旋聲束並改變聲波波長；(c)頻率轉換器；(d)不同螺旋相位分布（拓撲荷數）的超表麵的頻率轉換實驗結果

10在製備環境響應性動態超晶格方麵取得進展

　　南京大學現代工程與應用科學學院田野教授課題組以正八麵體折紙框架結構為基礎，構建了對pH變化具備快速、可逆相變的一維、二維、三維動態折紙超晶格。以正八麵體折紙框架為基本單元，在單體的不同維度定向嵌入pH響應序列與pH抗性序列，並編碼不同的粘性末端保證序列的精準遞送。通過這樣的維度操控策略，課題組成功合成了對pH變化響應的一維、二維、三維動態超晶格，以及對照組對pH變化響應非活的對照組零維靜態超晶格。其中，一維、二維動態超晶格能夠隨pH環境變化，在簡單立方與簡單四方兩相之間進行快速切換，而不需熱處理輔助推進相變過程。這一工作的完成為後續構建多相態動態超晶格提供了實驗基礎，也提供了一種利用高對稱性單體構建低對稱性晶格的新設計思路。

正八麵體DNA折紙動態超晶格設計合成思路

11“智能物資盤點機器人”入選“2022世界智能製造十大科技進展”

　　11月23日-25日，2022世界智能製造大會在江蘇南京舉行，發布了“2022世界智能製造十大科技進展”和“2022中國智能製造十大科技進展”。南京大學“智能物資盤點機器人”成功入選“2022世界智能製造十大科技進展”。“智能物資盤點機器人”由南京大學智能機器人研究院院長、南京大學計算機軟件新技術國家重點實驗室陳力軍教授團隊聯合中國科學院沈陽自動化研究所、江蘇圖客機器人有限公司自主設計與研發，實現了“從0到1”的突破，解決了全球大規模物資盤不動、盤不準、盤不快的痛點問題。

智能物資盤點機器人現場照片

　12針對不同目標反應精準調控Pt單原子催化劑配位環境

　　近年來，單原子催化劑被廣泛應用於能源和環境催化領域。隨著對單原子催化認識的不斷深入，研究者們發現調控單原子位點的配位環境是調控其催化性能的有效手段。作為最經典的單原子催化劑之一，Pt1/CeO2材料在催化消除大氣汙染物和能源轉化相關反應中的應用得到了廣泛研究。雖然調控Pt單原子的配位環境是提升其催化性能的常見方法，然而，到目前為止，還沒有研究者重點關注精準調控Pt單原子的配位環境使其適用於不同的催化反應並同時揭示其內在的構效關係。

　　南京大學董林教授團隊聯合美國中佛羅裏達大學劉福東、Talat Rahman團隊，提出了一種簡單的焙燒溫度控製策略，在CeO2載體上成功製備了配位環境可調的Pt單原子催化劑。他們還進一步指出：通過精準調控單原子催化劑的配位環境，可以調節單原子催化劑在不同催化反應中對反應物分子的吸附、活化能力和產物的脫附能力，這使得它們可以適用於不同的催化反應中並達到更高的催化效率，這為針對不同目標反應設計高效單原子催化劑提供了新的思路。

CeO2(110)晶麵上不同落位的Pt單原子及其適用的催化氧化反應示意圖

13“中國氣象局雷達氣象重點開放實驗室”成功獲批

　　中國氣象局近日發布《中國氣象局關於批準成立地球係統數值預報等9個中國氣象局重點開放實驗室的通知》，中國氣象科學研究院、南京大學大氣科學學院和中國氣象局氣象探測中心作為共同依托單位的“中國氣象局雷達氣象重點開放實驗室”從21個申報實驗室中脫穎而出，獲批成立，是我校在大氣學科和科技創新平台建設上取得的新進展。

　　實驗室未來將麵向雷達氣象學的科學前沿和國家天氣防災減災的重大需求，以《氣象高質量發展綱要（2022-2035年）》為指引，在雷達探測理論與技術、強對流致災機理、雷達短臨預報關鍵技術等領域開展科學研究與協同技術創新，充分發揮氣象雷達在防災減災中的“大國重器”作用。

　　實驗室的移動C波段雙偏振雷達開展強對流野外科學試驗

14“中國氣象局城市氣象重點開放實驗室”成功獲批

　　中國氣象局近日發布《中國氣象局關於批準成立地球係統數值預報等9個中國氣象局重點開放實驗室的通知》，中國氣象科學研究院、南京大學大氣科學學院和中國氣象局氣象探測中心作為共同依托單位的“中國氣象局城市氣象重點開放實驗室”從21個申報實驗室中脫穎而出，獲批成立，是我校在大氣學科和科技創新平台建設上取得的新進展。

　　實驗室將以《氣象高質量發展綱要（2022-2035年）》為指引，圍繞城市氣象精細預報與城市氣候關鍵科技問題，通過城市精細化立體觀測與數值預報係統的聯合研發，瞄準城市湍流邊界層、城市精細化數值預報、城市氣候與氣候變化等與城市氣象相關的關鍵科學問題和核心技術難題，開展城市高分辨率快速數值天氣預報、與人類活動有關的數值模擬、與城市氣候和碳中和行動有關的研發、評估與支撐的基礎研究、應用研究與技術集成。

　　國際著名城市氣象學家Sue Grimmond教授參觀南京城市通量觀測塔

與歐美研究團隊線上交流最新進展