導讀

近日，福州大學化工學院、氟氮化工新材料全國重點實驗室鮑曉軍教授、朱海波教授課題組等丙烷脫氫催化劑研究新進展在Science上發表，浙江大學化學系黃飛鶴教授團隊Nature發文，提出了“超分子對接”概念，創造性地利用“分子捕手”——超分子大環的金屬有機框架，特異性識別長烷基鏈化合物，并系統性地測定其單晶結構，成功為未知的化合物上了“戶口”；浙江大學化學工程與生物工程學院謝濤教授和鄭寧研究員團隊在Science發文，發現了一種全新熱可逆的光點擊化學反應，并由此制造了可反復多次循環打印且具有優異力學性能的光固化3D打印樹脂；南開大學汪磊教授課題組、孫紅文教授課題組Nature發文，證實大氣微塑料可被植物葉片“吸入”并進入食物鏈；上海交大錢小石團隊Nature發文，發現極化高熵鈣鈦礦氧化物中的巨電卡效應。

1、福州大學鮑曉軍教授、朱海波教授課題組烷脫氫催化劑研究成果在Science上發表

福州大學化工學院、氟氮化工新材料全國重點實驗室鮑曉軍教授、朱海波教授課題組與清源創新實驗室、中石化（上海）石油化工研究院有限公司、上海高等研究院（上海光源）等單位在“丙烷脫氫催化劑”方面開展合作研究，并取得重大進展。2025年4月10日，課題組與相關合作單位在頂級期刊Science上以“first release”形式發表了一篇題為“A self-regenerating Pt/Ge-MFI zeolite for propane dehydrogenation with high endurance”的研究論文。福州大學博士研究生洪惠真為該篇論文第一作者，鮑曉軍教授、朱海波教授為通訊作者。這是我校再次以第一單位在Science上發表研究成果。

頁巖氣革命和“雙碳”戰略推動了丙烷脫氫（PDH）技術的迅猛發展，使其成為定向生產丙烯的主流路線。負載型Pt團簇是PDH技術的主流催化劑。然而，Pt團簇在苛刻服役工況下極易發生燒結失活，為此工業上必須頻繁地在氧-氯混合氣氛中通過氯誘導Pt顆粒再分散，同時燒除積炭，以恢復其催化活性。這不僅導致設備腐蝕和含氯污染物生成，還會產生大量的碳排放。

該研究團隊圍繞創制無氯條件下可再生的Pt基催化劑這一重大課題開展研究，發現Ge-分子篩負載的Pt催化劑具有獨特的環境適應能力及Ge-分子篩在氧化氣氛中具有奇特的“捕獲”Pt的能力，據此提出了一種簡單、高效的PDH催化劑制備方法。該催化劑在“脫氫反應-燒炭再生”循環中表現出“Pt8團簇?Pt1單原子”動態可逆轉化。尤為重要的是，其在800℃氧化環境中連續處理長達10天后，催化劑孔道內的Pt物種依然保持穩定，首次實現了在無氯氧化氣氛中超百次的完全再生。該研究成果不僅為烷烴脫氫Pt催化劑的設計和制備提供了科學基礎，還為高溫抗燒結金屬團簇催化劑的研發開辟了新途徑。

近年來，福州大學緊緊圍繞國家“雙一流”建設、“十四五”規劃、“1445”戰略工程和百條任務攻堅等戰略目標，全面落實“11個一流”建設要求，全力推進“八大重點任務”攻堅，穩步推進高水平科研創新工程，在引領性原創成果產出方面不斷取得突破?！笆奈濉币詠?，福州大學教師以第一單位（含共同第一作者）或通訊單位發表CNS主刊論文共8篇。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu6907

2、給化學物質“上戶口”，浙大“分子捕手”登《自然》

化合物結構測定就像是給化學物質“上戶口”，讓科學家能清楚地知道它長什么樣、由什么組成。這不僅幫助我們認識藥物和天然產物中的有效成分，還能指導我們如何利用、改進它們。目前，測定化合物結構最直接的方法是單晶X射線衍射分析，但該方法通常不適用于長烷基鏈化合物，因為生長它們的單晶十分具有挑戰性。針對這一難點，浙江大學化學系黃飛鶴教授團隊提出了“超分子對接”概念，創造性地利用“分子捕手”——超分子大環的金屬有機框架，特異性識別長烷基鏈化合物，并系統性地測定其單晶結構，成功為未知的化合物上了“戶口”。

相關研究成果以“Supramolecular docking structure determination of alkyl-bearing molecules”為題，于北京時間4月9日發表于《自然》。論文共同第一作者為浙江大學化學系博士后吳奕韜、浙江師范大學特聘教授史樂與南京大學博士徐磊，浙江大學化學系黃飛鶴、華彬、陳志杰和德克薩斯大學奧斯汀分校教授Jonathan L. Sessler為共同通訊作者。

黃飛鶴團隊在超分子化學領域深耕二十余載， 團隊發現柱芳烴對于長烷基鏈化合物具有一種強烈的“吸引力”——就像磁鐵的南北極，能夠相互特異性吸引，形成結構穩固的絡合物。當把柱芳烴精準整合到金屬有機框架（MOF）材料中，長烷基鏈分子可以被柱芳烴絡合后在MOF內部實現三維有序的排列，就像一條隨意游走、扭曲的“小蛇”被抓住了“身體”，因此長烷基鏈分子的晶體結構可以被解析出來。團隊把這個能夠特異性識別長烷基鏈分子的柱芳烴-MOF結構形象地命名為——分子捕手（molecular catcher）。這個方法實驗操作簡單，測試所需時間短，適用底物范圍廣，在天然產物、藥物和有機合成中間體的結構確定方面都具有非常廣闊的應用前景。

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08833-2

3、3D打印塑料進入“零廢料”時代？浙大新技術登《科學》

鑄造模具、醫療器械、藝術創作……3D打印技術憑借其可快速定制化的優勢，在工業制造、生物醫療、航空航天等多個領域得到越來越廣泛的應用。然而，在3D打印逐漸成為主流制造技術的同時，可以預見其將產生越來越多的廢棄物，這會像其他塑料一樣成為全球關注的焦點。

針對這一挑戰，浙江大學化學工程與生物工程學院謝濤教授和鄭寧研究員團隊發現了一種全新熱可逆的光點擊化學反應，并由此制造了可反復多次循環打印且具有優異力學性能的光固化3D打印樹脂。相關研究成果以“Circular 3D printing of high-performance photopolymers through dissociative network design”為題，于北京時間4月11日發表在《科學》上。論文第一作者為浙江大學化學工程與生物工程學院博士生楊博，論文通訊作者為謝濤和鄭寧，浙江大學是唯一通訊單位。

謝濤團隊長期致力于3D打印技術的創新研究，在提升制造效率以及高性能樹脂開發方面取得顯著進展。團隊去年在《自然》上報道了一種具有超強力學性能的3D打印材料，能拉伸到自身長度的9倍以上?；谙嚓P領域的研究積累，團隊一直思考如何有效的降低樹脂的成本。

硫醇與芳香醛的可逆光點擊化學反應

3D打印的原材料由光敏樹脂液態單體構成，“實驗中一次意外的硫醇試劑添加，導致了與預期完全相反的實驗結果。”楊博回憶說。通過深入分析實驗現象，團隊發現了導致材料“異常”聚合的關鍵因素——醛基和巰基的光點擊化學反應?！傲虼寂c芳香醛的縮合反應是經典的化學反應。”鄭寧解釋道，這類反應通常需要長時間加熱才能完成?！斑@個實驗中的小意外，讓團隊首次證實該反應可以在光誘導下快速高效的進行。”打開了制造高性能、可循環3D打印材料的大門。

團隊創新性地提出了基于醛基/巰基反應的逐步聚合3D打印體系，實現動態網絡的構筑，從而開創了3D打印的新策略?！拔覀兝眠@類光點擊-熱可逆的動態化學構筑起了高分子網絡的‘樂高’，實現了可循環3D打印。”謝濤介紹。

模塊化的聚合物網絡設計

得益于逐步縮聚機制的優勢，以上體系允許其主鏈結構的可以模塊化調控，而不會影響其循環特性。“通過分子設計調控聚合物主鏈的結構，我們成功制備出彈性體、結晶性聚合物以及剛性聚合物等多種不同的3D打印材料。”鄭寧介紹，這些聚合物在消失模鑄造（如金屬引擎）及正畸牙套生產中具有廣泛的應用空間，且同一樹脂原料能夠重復使用以制造多個零部件，減少了對環境的污染和資源的浪費。

“我們的研究在分子層面成功突破了傳統光固化3D打印材料力學性能與閉環回收之間的內在矛盾。其構建的光響應動態二硫代縮醛化學體系，為實現高性能光固化3D打印材料的閉環再生提供了創新性的分子設計，對發展可持續先進制造技術具有重要指導意義?！敝x濤說。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads3880

4、南開團隊Nature發文 證實大氣微塑料可被植物葉片“吸入”并進入食物鏈

北京時間4月9日晚，國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）在線發表南開大學環境科學與工程學院汪磊教授課題組、孫紅文教授課題組與美國麻省大學阿默斯特分校邢寶山教授課題組，以及中國科學院生態環境研究中心、東北大學和北京市農林科學院的聯合研究進展。該研究題為“Leaf absorption contributes to accumulation of microplastics in plants（葉片吸收促進植物對微塑料的富集）”。團隊針對植物葉片對大氣微塑料的潛在吸收行為缺乏有力證明這一問題，利用質譜、高光譜、原子力顯微鏡—紅外光譜聯用等檢測技術，突破了環境樣品中微塑料的粒徑尺寸限制及生物富集水平難以定量表征的研究瓶頸，實現了真實環境中植物葉內被吸收微塑料顆粒的成功觀測，揭示了葉內富集微塑料與大氣微塑料的關聯，并在模擬暴露實驗中闡明了微塑料可由葉片氣孔吸收、通過質外體途徑進入維管束，且會在毛狀體中積累的吸收和富集機制。

該研究首次明確提出葉片吸收大氣微塑料是微塑料進入食物鏈和人體的重要途徑，推動了微塑料污染研究領域的認知進步，是我國在新污染物研究領域取得的又一引領性成果，可為污染物的管理政策制定提供科學依據。

南開新污染物研究團隊開展植物模擬暴露實驗

植物吸收是很多污染物進入食物鏈的重要途徑。植物可通過根系吸收土壤中的微塑料，但其向上運輸效率較低，對地上可食部分的貢獻有限。大氣中的微塑料污染廣泛存在，如能被植物葉片直接吸收，將導致更直接的污染生態風險。南開大學的新污染物研究團隊立足環境科學學科，結合地學、生態學與分析化學的方法和前沿技術，針對植物葉片對大氣環境中微塑料的潛在吸收行為開展野外調查與實驗室模擬研究。

圖1 天津地區樹葉、蔬菜和大氣中目標微塑料的濃度

研究團隊選擇滌綸生產企業與垃圾填埋場等典型區域，采用團隊創建的“化學解聚—單體化合物質譜檢測”等技術定量表征樹葉中聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）微塑料及塑料低聚物的污染水平。發現部分植物葉片中PET和PS聚合物的濃度最高可達10^4 ng/g，且與葉片生長時間、葉片氣體交換能力和大氣污染水平具有顯著相關性。采用高光譜成像（HSI）和原子力顯微鏡—紅外光譜聯用技術（AFM-IR），在現場植物葉片中觀測到被吸收的PET、PS、PA（尼龍）以及PVC（聚氯乙烯）微塑料顆粒。

圖2 現場調查的葉片和實驗室模擬實驗的玉米葉片中吸收的PET微塑料

圖3 玉米葉片中吸收的熒光PS微塑料

研究團隊還采用現場采集的微塑料粉塵與熒光標記、銪標記微塑料顆粒開展多種形式的暴露實驗，利用HSI、激光共聚焦顯微鏡及激光剝蝕電感耦合等離子體質譜表征手段，揭示了微塑料被玉米葉片的氣孔吸收，通過質外體途徑轉運至維管組織，以及在葉片毛狀體中積累的行為規律。

圖4 PS塑料顆粒在玉米葉片中的分布及推測的運移路徑

研究還報道了蔬菜中微塑料的濃度水平，提示了露天種植的葉菜類蔬菜對于微塑料人體暴露的重要貢獻，揭示了植物對于環境微塑料進入食物鏈，進而引起生態系統與人體健康潛在風險的重要作用。

南開新污染物研究團隊開發質譜分析方法

南開大學為第一通訊單位，汪磊教授、邢寶山教授、孫紅文教授為該論文通訊作者。環境科學與工程學院2021級環境科學專業博士研究生李燁為該論文第一作者。此研究工作得到了國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金面上項目和亞太氣候組織（APN）國際合作項目的資助。

南開大學環境科學與工程學院擁有環境科學首批國家重點學科和環境污染過程與基準教育部重點實驗室等科研平臺，在新污染物研究方面起步較早、積淀深厚。學院承擔多項國家重點研發計劃項目、國家重點基金項目等重要科研項目，針對全多氟化合物、多溴聯苯醚、有機磷酸酯、納米污染物、抗生素抗性基因等重要新污染物開展了系統的前瞻性研究，成果在Nature Geoscience、Nature Communications、PNAS、EHP、ES&T 等權威期刊發表，先后獲得教育部和天津市科學技術研究獎項十余項。本項研究成果是南開大學環境學科成立五十周年之際在新污染物研究方面取得的重要突破。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08831-4

5、上海交大錢小石團隊Nature發文，發現極化高熵鈣鈦礦氧化物中的巨電卡效應

上海交通大學機械與動力工程學院前瞻交叉研究中心錢小石教授課題組設計并合成了一種具有極化高熵狀態的無鉛鈣鈦礦氧化物，發現了其中蘊藏的巨電卡效應，并揭示了其內在構效關系。4月9日，錢小石教授課題組與澳大利亞伍倫貢大學張樹君教授合作在Nature上發表了題為“Giant electrocaloric effect in high-polar-entropy perovskite oxides”的研究論文。研究人員在原子尺度擾亂極性結構的有序度，創制了具有晶格級混亂度的“極化高熵陶瓷”，顯著增強了無鉛鐵電陶瓷中的巨電卡效應。本文為電卡制冷技術提供了關鍵材料創新設計方法，跨尺度制造了集成化的多層電卡制冷新工質。機械與動力工程學院博士生杜飛宏和楊天南副教授為論文共同第一作者，錢小石教授和張樹君教授為本文通訊作者。

電卡效應描述了極性電介質在電場下發生的、可逆的極化熵變。由于電致熵變，電介質材料在充電時對外放熱，放電時吸熱。類比于傳統制冷系統中壓縮機驅動氣體制冷劑的氣液相變，電卡制冷系統利用電場循環驅動電介質的吸、放熱實現制冷循環。這種全新的制冷范式具有天然的零溫室氣體排放、高能效、易于輕量化的特點，被認為是一條推動制冷技術從電氣化邁向電子化的顛覆性技術路線。如何從原子尺度設計性能更優、更易規模化集成的制冷電介質（固態制冷工質），是該領域當前的研究重點之一。

圖1. “極化高熵”電卡陶瓷的設計與關鍵物性

鐵電陶瓷由于具有較高的極化強度，長期以來作為一種主要的電卡制冷材料被廣泛研究。當前性能較好的電卡陶瓷含有大量鉛、鈧等元素，其大規模生產將面臨額外的環境與成本問題。因此，研究人員針對無鉛陶瓷開展研究?；趫F隊前期在鐵電材料研究中構建的朗道唯象理論模型，研究人員提出一種“極化高熵”的無機氧化物設計方法：通過在鈦酸鋇基鐵電陶瓷的ABO3結構中A和B位同時進行有針對性的多元素取代，創制了一種極化結構高度無序的無鉛弛豫鐵電體（BSHSZT，Ba0.8Sr0.2Hf0.025Sn0.025Zr0.025Ti0.925O3），有效地誘導了大量可相互轉變的極性、非極性區域。這些原子尺度的極性納米疇區的存在顯著提高了疇壁的密度，從而進一步增強了陶瓷的極化熵。相比極性結構相對更有序的鈦酸鋇（BT，BaTiO3）和鋯鈦酸鋇（BZT，BaZr0.2Ti0.8O3）等樣品，極化高熵的陶瓷樣品（BSHSZT）具有更高的電卡效應強度和更寬的工作溫度窗口。在10 MV m-1電場驅動下，極化高熵氧化物的熵變約為15 J kg-1 K-1，約為BT的十倍，電卡效應的溫度窗口在室溫附近，覆蓋超過60 ℃的溫度范圍（圖1）。這種極化高熵氧化物中分布著超細分散、多相共存的晶格結構，具有較高的擊穿電場，及超過100萬次的穩定循環壽命。

圖2. “極化高熵”電卡陶瓷材料中超細分散、高度混亂的極化結構

通過透射電子顯微鏡和X射線衍射等結構表征，研究人員揭示了BSHSZT的確比BT和BZT具有更混亂無序的極性結構。隨著A或B位元素取代給鈣鈦礦晶體結構帶來的擾動加劇，BT中大塊的鐵電疇首先會破碎分裂成BZT中更小的交錯的疇域，并進一步在極化高熵BSHSZT陶瓷中退化成僅由數個晶格組成的極性團簇。這些極性團簇尺寸遠小于傳統意義上的極性納米微區，且彼此極化方向不同。相場模擬揭示了極性團簇間的界面具有較強電場響應活性，因此在電場下貢獻了巨大的極化熵變，成為了BSHSZT陶瓷中大電卡效應的來源（圖2）。

圖3. 無機鐵電陶瓷材料極化結構在電場下的演化

這種針對無機材料的極化高熵策略能夠有效增大電致熵變的同時，降低電致相變的能壘。團隊在原位電場作用下進一步表征了無機鐵電陶瓷材料極化結構的演化。透射電子顯微鏡圖像表明，BSHSZT極化高熵陶瓷中混亂的極性團簇在電場作用下更容易出現極化疇的合并與極化方向的趨同翻轉。在施加相同電場前后，發生在極化高熵材料表面的X射線散射（GISAXS）和光學二次諧波產生（optical-SHG）的信號都表現出比BT和BZT更大的下降，驗證了極化高熵陶瓷中極化翻轉能壘的降低（圖3）。

圖4. 電介質物性與多層電卡制冷工質的跨尺度制造

高熵BSHSZT的介電常數遠高于BT和BZT，佐證了其具有更高的電場調制活性。其在較高電場下的極化強度并未發生顯著變化，意味著其電卡效應的增強源自零電場下極化熵的增加，而并非有限電場下極化強度的提高。研究人員進一步基于BSHSZT高熵陶瓷原料制造了陶瓷多層電容器，降低了驅動電壓，顯著提高了該類材料作為電卡制冷工質的制冷容量。BSHSZT陶瓷的電卡效應強度為BT的1000%，BZT的250%，并可穩定循環高達100萬次；其電卡效應在室溫附近具有良好的溫度穩定性，可在15 ℃到75 ℃的溫度窗口穩定工作（圖4）。

研究工作獲上海硅酸鹽研究所傅正錢副研究員、上海交通大學材料科學與工程學院鐘圣怡教授、物理學院錢冬教授、張江高等研究院原亞焜副教授、武漢理工大學材料學院郝華教授等研究團隊的支持；上海交通大學機械與動力工程學院朱向陽教授、孟光教授、陳江平教授、陳昕副教授為本文提供了重要指導；美國賓州州立大學陳龍慶教授、武漢理工大學劉韓星教授、中科院上硅所王根水研究員、陳學鋒研究員、上海交通大學物理學院向導教授為此研究提供了重要幫助。

研究工作獲得科技部重點研發計劃變革性技術與關鍵科學問題專項，國家自然科學基金和上海市自然科學基金項目，上海交通大學“交大2030”項目、“思源學者”項目、重點前瞻布局基金等的資助。上海交通大學學生創新中心、上海交通大學分析測試中心、轉化醫學國家重大科技基礎設施（上海）和上海同步輻射光源BL16B1線站為研究工作提供了實驗資源。

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08768-8

來源：浙江大學、南開大學、上海交通大學