二维材料在催化化学、量子器件、信息存储等领域具有广泛的应用前景。二维材料的表面化学物种和结构决定了材料整体的光、电、磁、反应性等性质。研究二维材料的表面化学，对于功能材料的合理设计、合成和优化至关重要。近日，上海科技大学物质科学与技术学院刘朋昕课题组（模型材料与表面化学实验室）在该领域取得了系列进展，研究工作分别发表于国际学术期刊Small、ACS Applied Materials & Interfaces、Nanoscale。静电组装提升单原子层氧化锰纳米片的热稳定性二维材料的高比表面积和量子效应诱导的特殊表面电子态，在催化化学领域受到广泛关注。由于二维材料普遍存在热稳定性较差等问题，多数基于二维材料的催化研究集中于电催化、光催化等室温条件下的催化反应体系。针对此，刘朋昕课题组博士后陈少华等利用静电组装策略，将单原子层氧化锰纳米片包裹在二氧化硅球表面，将氧化锰的受热相变温度提高了两百度。基于此，单原子层氧化锰纳米片的本征热催化性...

光电催化分解水技术可实现把太阳能转化并储存为绿色氢能的目标，对光电催化剂复杂光生载流子动力学行为的研究一直是该领域的核心科学挑战。近期，上海科技大学物质科学与技术学院马贵军课题组在Journal of the American Chemical Society Au（JACS Au）期刊上发表了题为“Dynamic Probing of Intermediates in (Photo)electrocatalytic Reactions Using Frequency-Resolved Excitation Modulated Absorption Spectroscopy”的研究成果，利用课题组自主开发的激励调制吸收光谱（Excitation-Modulated Absorption Spectroscopy, EMAS）技术，系统探测了赤铁矿（Fe2O3）表面负载NiFeOx复合光电极的动态紫外-可见光谱响应，实现了对电荷动力学过程的多时间尺度动态监测。 原位紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）是常用的光谱电化学表征手段之一，其传统应用多基于稳态测试模式。然而，稳态测量方式难以捕捉多时间尺度下的动力学过程，如电荷的快速传输与转移行为，以及催...

近日，上海科技大学物质科学与技术学院沈晓钦课题组在光学领域国际权威期刊《光学》（Optica）上发表了题为《反演对称光学微腔中分子诱导表面二阶非线性》(Molecule-induced surface second-order nonlinearity in an inversion symmetric microcavity) 的研究论文，提出了硅基光子器件二阶非线性诱导新原理和新技术，为集成光芯片中传统硅基光子材料二阶非线性缺失难题提供了突破性的解决方案。 研究背景：核心问题——硅光子材料的固有局限二阶非线性是现代光子学在经典与量子领域诸多核心应用的关键基础。硅基材料具有天然的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容性，但因具有反演对称性，在电偶极近似下缺乏二阶非线性响应。这一材料本征缺陷，是国际公认制约硅基集成光子学发展的瓶颈之一。如何在硅基平台直接诱导产生有效的二阶非线性效应，是领域内亟待突破的核心挑战。早期研究曾尝试通过施加机械应力、外电场或强光电场等方式诱导非线性响应，但这...

为突破复杂溶液体系动力学过程的理论模拟瓶颈，上海科技大学物质科学与技术学院孙兆茹课题组长期致力于开发兼具第一性原理精度和经典分子动力学效率的新型机器学习力场。近日，团队在溶液中碳酸解离与质子传输机制方面取得重要突破，通过深度势能分子动力学（Deep Potential Molecular Dynamics, DPMD）方法，首次发现碳酸（H2CO3）在水溶液中仅占12.4%的顺式-反式（CT）构象体贡献了溶液中58.1%的质子。该研究从氢键拓扑网络和电子结构两个角度阐明了CT构象具有较强质子提供能力的原因，并从量子力学层面揭示了溶液环境对分子构象动态平衡的调控机制，为生理pH调控、海洋酸化预测等应用提供了关键理论支撑。相关研究发表于国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）。碳酸作为生物体液和海洋环境中的核心质子缓冲剂，通过CC、CT、TT三种构象的动态平衡调控酸碱平衡。虽然以往研究对气相下顺式-顺式（CC）构象的稳定性优势已经达成共识，但对水溶液中构象的...

随着直流微电网对功率等级提升和损耗降低的需求不断增强，系统母线电压已逐步升至800V以上。由于储能系统中常用电池组的电压多为400V等级，对并网双向变换器提出了更高的升压比要求。因此目前广泛采用输入并联输出串联（IPOS）结构的多模块双有源桥（DAB）变换器，但传统调制方式在宽电压范围内易导致环流增大和零电压开关（ZVS）范围缩小，影响效率。为提升IPOS-DAB在宽电压范围内的效率，上海科技大学信息科学与技术学院智慧电气科学中心王浩宇团队在基于可调制耦合电感的IPOS-DAB拓扑基础上，提出一种新型混合调制方案，并搭建了一台100 kHz 2 kW的样机进行概念验证。该方案结合非对称脉宽与相移调制，并引入隔直电容，使原副边电压近似匹配，在200–400V输入、800V输出条件下显著优化环流并扩展ZVS范围，实现双向功率传输峰值效率98.3%，20%–100%负载效率不低于96%。 图1：800V直流微电网示意图图2：变换器拓扑结构此外，两个DAB模块中的独立电感被替换...

光催化方法相比传统催化方法具有反应条件温和、能耗低、污染少、选择性高等优势，是当前合成化学领域的重点方向之一。近日，上海科技大学物质科学与技术学院黄焕明课题组在光催化合成领域取得系列进展，为复杂分子结构的合成提供了高效、绿色的新方法，为药物分子和功能材料的开发提供了新工具。相关成果分别发表于国际学术期刊《化学科学》(Chemical Science)、《自然-通讯》(Nature Communications)和《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。 光诱导催化合成2-氧杂双环[2.1.1]己烷黄焕明课题组开发了一种新型光催化[2π+2σ]环加成反应，通过钴催化的可见光诱导反应，高效合成了2-氧杂双环[2.1.1]己烷（2-oxa-BCHs）。该方法具有广泛的底物适用性和优异的官能团兼容性，为药物研发中苯环生物电子等排体的设计提供了新思路。研究成果发表于英国皇家化学会期刊《化学科学》(Chemical Science)，并收录到“15周年纪念：化学科学杰...

高胆固醇血症是导致动脉粥样硬化心脑血管疾病的关键危险因素，世界卫生组织（WHO）统计显示每年因高胆固醇相关心脑血管疾病死亡的人数超过440万，已成为全球公共卫生的重要挑战。解析胆固醇代谢调控机制对疾病认识和新药研发具有重要意义。甾醇调节元件结合蛋白2（SREBP2）是调控胆固醇合成的膜结合转录因子，在胆固醇缺乏的条件下，通过蛋白水解裂解从膜结合前体释放形成成熟形式的nSREBP2，并进入细胞核。自90年代被诺贝尔奖获得者Michael Brown和Joseph Goldstein发现以来，其生理和病理作用已被广泛研究近三十年。然而，核形式nSREBP2调控靶基因转录激活的机制尚不清楚。5月20日，上海科技大学生命科学与技术学院戚炜课题组在国际期刊《自然代谢》（Nature Metabolism ）上在线发表题为“Nuclear SREBP2 condensates regulate the transcriptional activation of lipogenic genes and cholesterol homeostasis”的研究论文，揭示了转录因子nSREBP2通过相分...

大数据时代对于高速、低功耗存储和逻辑器件的需求不断增长，自旋轨道耦合效应作为一种将电荷与自旋自由度相耦合的物理机制，为新型器件的设计提供了可能。近日，上海科技大学信息科学与技术学院/拓扑物理实验室寇煦丰团队联合中国科学与技术大学乔振华教授和牛津大学Thorsten Hesjedal团队在对本征磁性拓扑绝缘体的磁电输运调控研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Tunable Chiral Magneto-Transport through Band Structure Engineering in Magnetic Topological Insulators Mn(Bi1-xSbx)2Te4”为题发表于《科学进展》(Science Advances)。近年来，拓扑材料因其独特的量子特性在凝聚态物理和新型自旋电子器件中引起广泛关注。其中，Mn(Bi1-xSbx)2Te4 作为一种本征磁性拓扑绝缘体，因其兼具磁性与拓扑性，成为研究量子反常霍尔效应、自旋电子学以及能带工程的重要平台。在前期工作基础上，研究团队利用分子束外延生长技术制备了一系列高质量的2英寸Mn(B...

上海科技大学物质科学与技术学院孙兆茹课题组长期致力于开发融合物理规律的机器学习力场，推动AI for Science在复杂电解质溶液体系中的创新应用。近期，研究团队运用深度势能分子动力学（Deep Potential Molecular Dynamics，DPMD）方法，在保持第一性原理精度的同时大幅提升模拟效率，实现了不同浓度溶液长达纳秒尺度的动态过程模拟，揭示了镁离子第二水合壳层中离子-水相互作用与氢键网络的动态竞争关系，为理解高浓度电解质溶液的微观行为提供了新的视角。相关成果以“Second Hydration Shell of Mg2+: Competition between Ion-Water Interaction and Hydrogen Bonding Interaction”为题，发表于物理化学领域期刊《物理化学快报》(The Journal of Physical Chemistry Letters)。镁离子在能源存储与生物医药等领域有着重要应用，其独特的水合特性直接影响着离子电池效率和蛋白质稳定性等关键性能。传统观点认为，镁离子的强水合作用仅限于第一水合壳层，但...

近日，上海科技大学免疫化学研究所李俊/清华大学饶子和等团队在《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了题为“Structure and mechanism of a mycobacterial isoniazid efflux pump MsRv1273c/72c with a degenerate nucleotide-binding site”的研究论文，在国际上率先发现并鉴定分枝杆菌异源二体型ABC转运体MsRv1273c/72c是一线抗结核药物异烟肼的外排泵，且参与了病原体对该药物的天然耐受，还揭示了一种由退化型ATP结合位点和不对称构象介导的底物转运新机制。这一研究不仅阐明了一种结核病耐药的关键途径，更重要的是为结核病治疗提供了新的药物靶标，对开发新型抗结核药物和解决全球结核病耐药性问题具有重要科学意义和临床研究价值。结核病是当今世界上严重威胁人类生命健康的重大传染性疾病，由病原体结核分枝杆菌感染引起。当前抗结核治疗手段非常有限，主要依靠异烟肼、利福平、乙胺丁醇、吡嗪酰胺等一线抗结核药物联合用药进行治疗。但结核...

4月28日，上海科技大学物质科学与技术学院李健课题组基于“设计-构建-测试”等合成生物学理念，利用整合酶（integrase）和细菌接合转移（bacterial conjugation）等技术，通过对基因线路的精准调控，在不同大肠杆菌细胞之间实现了胞间信息通讯和逻辑调控，相关成果以“Integrase enables synthetic intercellular logic via bacterial conjugation”为题在线发表于国际学术期刊《细胞系统》（Cell Systems）。 基因线路的设计与调控是合成生物学的核心内容之一，其功能决定了宿主细胞的基因网络调控及外在表型。通过调控基因线路，生物体能够动态响应外部环境的变化。通常，携带基因线路的DNA载体（如质粒）通过细胞分裂等垂直基因转移（vertical gene transfer）方式在母细胞和子细胞间传播，以维持其基因线路的稳定遗传。而水平基因转移（horizontal gene transfer），包括转化（transformation）、转导（transduction）、胞外囊泡（outer membrane vesi...

功能分子中普遍存在非连续的手性单元，然而围绕该类手性单元的构建进展缓慢，缺乏系统的文献总结和展望。近日，上海科技大学物质科学与技术学院高得伟课题组在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表综述文章，总结了精准构建复杂分子中“非相邻手性单元”的合成方法，系统梳理了该领域的重要研究进展，旨在为药物研发和材料科学等研究中功能分子的创制提供新的合成思路。分子单元如同精密的“乐高积木”，能够组装成多种多样的新物质。如何精准控制这些“积木”的连接方式，构建具有特定功能的复杂分子，一直是化学家们追求的目标。在构筑手性化合物领域，不对称催化是一种重要的手段，以往的研究主要集中于构建单一或连续手性中心的分子，而生物活性分子和药物分子通常含有非连续的手性单元，构建该类手性单元一直是合成化学领域的一大挑战，其难点在于柔性的过渡态控制以及远程立体化学的精准调控。 图1. a) 含非相邻手性...

超表面凭借对亚波长尺度“超原子”结构几何形态的精细设计，能够在超薄二维平台上实现对电磁波振幅、相位及偏振态的灵活调控，在未来光子系统中展现出巨大的应用潜力。但当前超表面设计仍依赖传统“自下而上”的参数扫描与经验，在面对多自由度控制、超大规模阵列设计以及复杂偏振态调控等高需求场景时，仅凭经验设计效率低下、计算资源消耗巨大，还面临结构参数与电磁响应之间的非唯一映射问题，严重制约了超原子结构参数设计的稳定性和可控性。近年来，人工神经网络的发展为超表面的逆向设计提供了全新范式，使得高像素、复杂结构超表面的快速设计成为可能。因此，采用神经网络的逆向设计方法，对于提升太赫兹超表面的多功能集成能力、突破其偏振控制与效率瓶颈，实现高精度、实时可重构的新型光学器件，具有重要的意义与应用价值。近日，上海科技大学信息科学与技术学院曹文翰课题组提出一种基于双向深度神经网络逆向设计的自旋多路复用太赫兹超表面器件，实...

近日，上海科技大学信息科学与技术学院智慧电气科学中心（CiPES）刘宇课题组提出了一种针对输电线路的单端无需波速故障定位新方法，研究成果以“Travelling Wave Based Velocity-Free Single-Ended Fault Location Method for Transmission Lines”为题发表在电气领域国际期刊IEEE Transactions on Power Delivery。复杂的运行环境使得输电线路在正常运行过程中时常发生故障。在故障发生后，准确的故障定位对保证供电可靠性、减少停电时间有重要意义。行波法是线路故障定位的常见方法之一。然而，负载条件、气象因素以及输电线路类型的差异，都会使输电线路中故障行波的波速存在不确定性，进而影响行波定位精度。针对此，刘宇课题组提出了一种基于故障行波的单端无需波速故障定位方法。首先，针对不同输电系统拓扑和故障位置，对所有可能的行波传播路径进行了全面分析，并将其划分为9种典型情形（如下图所示）；再通过行波到达本端的一系列波头极性与到达时刻，...