三材料類項目入選2019 年度“中國高等學校十大科技進展” 項目

育部科技委于2019年9月下旬至12月中旬組織開展了2019年度“中國高等學校十大科技進展”評選工作。經過地方和高校遴選及公示、部門形式審查、學部初評和專家綜合評議4個階段，最終推選出10項2019年高校重大科技成果，其中包含3項材料類項目。

高溫超導中量子金屬態的首次實驗證實

量子材料及量子相變是本世紀凝聚態物理與材料領域的研究熱點。盡管實驗上在各種二維超導體系發現了量子金屬態的可能存在的跡象，但受低臨界溫度的制約以及外界高頻噪聲的影響，二維量子金屬態的存在及其形成機制存在著巨大爭議，是三十多年來國際學術界一直懸而未決的重要物理問題。電子科技大學李言榮院士團隊和北京大學王健團隊等首次在高溫超導納米多孔薄膜中完全證實了量子金屬態的存在。通過調節反應離子刻蝕的時間，在高溫超導釔鋇銅氧（YBCO）多孔薄膜中實現了超導—量子金屬—絕緣體相變。通過極低溫輸運測試發現，超導、金屬與絕緣這三個量子態都有與庫珀電子對相關的 h/2e 周期的超導量子磁導振蕩，證明了量子金屬態是玻色金屬態，揭示出庫珀對玻色子對于量子金屬態的形成起到了主導作用。這一發現為國際上爭論了三十多年的量子金屬態的存在提供了有力的證據，并為研究量子金屬態提供了新思路。

研究成果發表在《Science》上，得到國際學術界廣泛關注，被 ScienceDaily、Materialtoday、EurekAlert!、Phys.Org 等十余家國際科技媒體專題報道，標志著我國在高溫超導量子相變領域取得了重大研究進展。

高能量密度電容器用無機介電材料

電介質電容器具有超高功率密度和超快充放電速度，在能源電力、電子信息、國防軍工等高新技術領域有廣泛的應用。但其較低的能量儲存密度成為制約相關技術發展的瓶頸。近些年來，美國等發達國家一直將高儲能密度電介質材料列為重要研發方向。最近，清華大學研究團隊提出了一種突破電介質材料低儲能密度問題的新途徑，即構建一種多形態納米疇介觀結構，以調控材料電疇極化及其翻轉能壘，降低極化反轉過程中的能量損耗，顯著提升儲能特性。為此他們設計制備了鐵酸鉍基三元無鉛電介質薄膜材料，使其形成預期的由四方和菱方納米疇共存于立方順電基體中的多形態納米疇結構，成功獲得了高極化、低損耗和高擊穿強度的綜合優異性能，從而實現了高儲能密度（112 J/cm³，超過美國阿貢國家實驗室在鉛基材料中達到的 85 J/cm³ 記錄）、高儲能效率、優異的充放電循環及溫度穩定性。該研究發表在國際著名期刊《科學》上，得到了國內外同行高度關注，被《焦耳》等學術期刊亮點報道。這一研究成果有望為我國自主高端電介質電容器研制提供關鍵材料及設計思路。

“界面單位點”新型催化劑結構設計與氫氣中微量 CO的高效去除

氫燃料電池汽車以氫氣為燃料，清潔“零”排放，是未來新能源汽車的主要發展方向之一。普通純度的工業氫氣通常含有微量 CO 雜質氣體，然而 CO 分子極易強吸附于燃料電池 Pt電極表面，并導致其 “中毒休克”，進而成為該類汽車推廣面臨的關鍵科學難題之一。

中國科學技術大學路軍嶺教授研究團隊，從催化劑原子級精準設計角度出發，利用原子層沉積技術創造性地在 Pt 金屬納米顆粒表面構筑出原子級分散的 Fe1(OH)x 物種，從而設計出一種全新的 Fe1(OH)x-Pt 界面單位點催化劑結構。在富氫氛圍 CO 優先氧化反應中，該催化劑首次在-75 °C 至 107 °C 寬溫度區間內，成功實現了 CO 的高效去除。韋世強教授和楊金龍院士等合作團隊進一步確定了鐵物種的原子結構特征，并揭示了其催化反應微觀機理。該項成果為氫燃料電池在寒冷條件下頻繁冷啟動和連續運行期間，避免 CO 中毒、延長電池壽命，提供了一個有效解決方案。研究成果于 2019 年 1 月 31 日發表在《Nature》上，受到《科技日報》、IEEE Spectrum、EurekAlert、Phys.Org、The London Economic 等國內外主流科技媒體專題報道，并被評價到“他們似乎找到了一個可行的解決方案”。該項工作標志著我國成為首個掌握面向氫燃料電池汽車應用的一項高效去除氫氣中微量 CO 關鍵技術的國家，有望為我國氫燃料電池汽車的發展提供助力。

原文地址：http://www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202001/W020200115374021448050.pdf