3月17日，科技部高技術研究發展中心（科技部基礎研究管理中心）發布了2022年度中國科學十大進展，具體(ti) 包括：祝融號巡視雷達揭秘火星烏(wu) 托邦平原淺表分層結構；FAST精細刻畫活躍重複快速射電暴；全新原理實現海水直接電解製氫；揭示新冠病毒突變特征與(yu) 免疫逃逸機製；實現高效率的全鈣鈦礦疊層太陽能電池和組件；新原理開關(guan) 器件為(wei) 高性能海量存儲(chu) 提供新方案；實現超冷三原子分子的量子相幹合成；溫和壓力條件下實現乙二醇合成；發現飛秒激光誘導複雜體(ti) 係微納結構新機製；實驗證實超導態“分段費米麵”。

　　堅持“四個(ge) 麵向”，潛心基礎研究，專(zhuan) 家學者對十大進展的科學意義(yi) 和潛在應用價(jia) 值進行了解讀。

　　祝融號巡視雷達揭秘火星烏(wu) 托邦平原淺表分層結構

　　中科院國家天文台研究員蘇彥：

　　2021年5月15日，我國“天問一號”首次火星探測任務“祝融號”火星車成功著陸在烏(wu) 托邦平原。烏(wu) 托邦平原是火星最大的撞擊盆地，位於(yu) 火星北半球，它的直徑大約是3300公裏，曾經可能是一個(ge) 巨大的古海洋。中科院地質與(yu) 地球物理研究所陳淩、張金海團隊利用火星車搭載的科學載荷探地雷達的科學探測數據，取得突破性進展。該探地雷達利用電磁波可以穿透物質的特性，給火星地下結構做了高精度的CT掃描，首次獲得了烏(wu) 托邦平原南部1171米距離地下深度80米之內(nei) 的精細分層圖像，發現淺表層存在著三層結構：第一層是10米的火星土壤，另兩(liang) 層是10—30米、30—80米隨深度物質由細變粗的分層結構。

　　分析表明，著陸區內(nei) 沒有找到0—80米液態水的存在證據，但不排除鹽冰存在的可能性。這一研究提供了火星長期存在水活動的觀測證據，揭示了火星從(cong) 濕潤到幹燥的變化，為(wei) 深入認識火星地質演化和環境、氣候變遷奠定了重要基礎。

　　FAST精細刻畫活躍重複快速射電暴

　　清華大學教授馮(feng) 驊：

　　快速射電暴（FRB）是宇宙無線電波段最劇烈的爆發現象之一。它的持續時間非常短（一毫秒左右），強度非常低，觀測、研究的難度都非常大，是天體(ti) 物理研究領域的重大熱點前沿之一。

　　中科院國家天文台李菂、李柯伽團隊利用500米口徑球麵射電望遠鏡FAST，發現了世界首例持續活躍的快速射電暴FRB20190520B，擁有已知最大的環境電子密度，有效推進了FRB多波段研究。通過監測活躍重複暴FRB20201124A，研究團隊獲得了迄今為(wei) 止最大的FRB偏振樣本，探測到FRB局域環境的磁場變化及其頻率依賴的偏振振蕩現象。針對活躍重複暴，組織國際合作，特別是美國大型望遠鏡GBT協同FAST觀測，研究揭示了描述FRB周邊環境的單一參數即“RM彌散”，提出了重複快速射電暴偏振頻率演化的統一機製。

　　該研究精細刻畫了活躍、重複的快速射電暴，構建統一圖景，稱得上是“教科書(shu) 級別的發現”，為(wei) 最終揭示快速射電暴的起源奠定了觀測基礎。

　　全新原理實現海水直接電解製氫

　　中科院化學研究所研究員張建玲：

　　氫能被視為(wei) 21世紀最具發展潛力的清潔能源，電解水製氫被認為(wei) 是一種清潔、高效的方法。目前的電解水製氫技術均基於(yu) 淡水電解原理，利用海水來直接實現電解水製氫意義(yi) 非常重大。

　　但是海水的構成非常複雜，除了含有大約96.5%的水之外，還含有各種無機物、有機物、固體(ti) 顆粒、微生物等雜質，使得海水電解時產(chan) 生一係列問題。因此，現有的電解海水製氫技術，一般要先將海水進行淡化，然後再進行電解製氫。深圳大學/四川大學謝和平團隊通過將分子擴散、界麵相平衡等物理力學過程與(yu) 電化學反應結合，開創了海水原位直接電解製氫全新原理與(yu) 技術，建立了氣液界麵相變自遷移自驅動的海水直接電解製氫理論方法，形成了界麵壓力差海水自發相變傳(chuan) 質的力學驅動機製，實現了無額外能耗的電化學反應協同海水遷移的動態自調節穩定海水直接電解製氫。該研究形成了從(cong) 獨創性原理、突破性技術、國產(chan) 化裝備到特色電解製氫產(chan) 業(ye) 模式的零碳氫能發展路徑，應用價(jia) 值巨大。

　　揭示新冠病毒突變特征與(yu) 免疫逃逸機製

　　中科院微生物研究所研究員嚴(yan) 景華：

　　人類感染奧密克戎病毒是否會(hui) 形成群體(ti) 免疫，阻斷下一輪病毒的感染？能否預測下一個(ge) 流行的新冠病毒？

　　曹雲(yun) 龍、謝曉亮團隊和王祥喜團隊率先揭示了新冠奧密克戎突變株及其新型亞(ya) 類的體(ti) 液免疫逃逸機製與(yu) 突變進化特征，揭示奧密克戎BA.1中和抗體(ti) 逃逸機製，及其與(yu) 病毒刺突蛋白結構特征的聯係；發現奧密克戎BA.4/BA.5變異可逃逸人體(ti) 感染BA.1後所產(chan) 生的中和抗體(ti) ，證明了難以通過奧密克戎感染實現群體(ti) 免疫以阻斷新冠傳(chuan) 播；基於(yu) 自主研發的高通量突變掃描技術，成功預測了新冠病毒受體(ti) 結合域免疫逃逸突變位點，並前瞻性篩選出廣譜新冠中和抗體(ti) 。

　　研究加深了人們(men) 對新冠病毒和體(ti) 液免疫的理解，不僅(jin) 為(wei) 廣譜新冠疫苗和抗體(ti) 藥物研發方向的調整提供了重要數據參考，也積極推進了該領域的科技發展。

　　實現高效率的全鈣鈦礦疊層太陽能電池和組件

　　中科院化學研究所研究員胡勁鬆：

　　鈣鈦礦太陽能電池是利用具有鈣鈦礦結構的吸光材料將太陽光轉化為(wei) 電能的一種裝置。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達45%左右。全鈣鈦礦疊層太陽能電池具有低成本溶液相處理的優(you) 勢，在大規模應用中展現出廣闊前景。關(guan) 鍵的瓶頸問題包括：在基礎研究方麵窄帶隙鈣鈦礦晶粒表麵缺陷密度高，製約了效率的提升；在產(chan) 業(ye) 化應用方麵大麵積組件製備技術仍不成熟。

　　南京大學譚海仁團隊發現設計鈍化分子的極性，可以顯著增強缺陷鈍化效果，大幅提升了全鈣鈦礦疊層電池的效率。經測試，疊層電池效率達26.4%，創造了鈣鈦礦電池新的效率紀錄，並首次超越了單結鈣鈦礦電池。在此基礎上，團隊開發出大麵積全鈣鈦礦疊層光伏組件的可量產(chan) 化製備技術，使用致密半導體(ti) 保形層來阻隔組件互連區域鈣鈦礦與(yu) 金屬背電極的接觸，顯著提升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(guan) 器件為(wei) 高性能海量存儲(chu) 提供新方案

　　北京大學教授張興(xing) ：

　　高密度與(yu) 海量存儲(chu) 是大數據時代信息技術與(yu) 數字經濟發展的關(guan) 鍵瓶頸。近年來新型存儲(chu) 器技術取得了很大發展，這些存儲(chu) 器大多都需要一個(ge) 雙向閾值開關(guan) 器件用來改寫(xie) 作為(wei) 存儲(chu) 載體(ti) 材料的狀態，從(cong) 而實現信息的存儲(chu) 。現在常用的雙向閾值開關(guan) 器件采用的基本都是多元材料體(ti) 係，組分裏麵包含多種元素，一是在12英寸的矽晶圓上製備出原子級均勻的材料很困難，二是這類多相材料還容易分相從(cong) 而導致開關(guan) 器件的壽命縮短。所以，尋找高性能開關(guan) 器件成為(wei) 新型存儲(chu) 器發展過程中的關(guan) 鍵。

　　中科院上海微係統與(yu) 信息技術研究所宋誌堂、朱敏團隊發明的基於(yu) 單質碲和氮化鈦電極界麵效應的新型開關(guan) 器件，充分發揮了納米尺度二維限定性結構中碲熔融—結晶速度快、功耗低的獨特優(you) 勢，組分簡單，可克服雙向閾值開關(guan) 複雜組分導致成分偏析問題，為(wei) 發展海量存儲(chu) 和近存計算提供了一種新的技術方案。

　　實現超冷三原子分子的量子相幹合成

　　清華大學教授尤力：

　　利用高度可控的超冷分子來模擬難於(yu) 計算的化學反應，可以對複雜係統進行全方位的精確研究。2003年，科學家首次從(cong) 超冷原子氣中合成雙原子分子，多種超冷雙原子分子隨後在其他實驗室中被製備出來，並被廣泛地應用於(yu) 超冷化學和量子模擬研究中。相比於(yu) 兩(liang) 體(ti) ，三體(ti) 經典係統極為(wei) 複雜，更難於(yu) 一般求解，三原子分子的量子能級結構理論上無法精確預言，實驗操控極其困難，製備超冷三原子分子一直是實驗上的巨大挑戰。

　　中國科學技術大學潘建偉(wei) 、趙博團隊與(yu) 中科院化學研究所白春禮團隊合作，在雙原子鈉鉀基態分子和鉀原子的超冷混合氣體(ti) 中，利用射頻合成技術首次相幹地合成了超冷三原子分子。該研究為(wei) 超冷化學和量子模擬的研究開辟了新的方向。

　　溫和壓力條件下實現乙二醇合成

　　天津大學教授鞏金龍：

　　乙二醇是重要的化工中間體(ti) ，需求量大，發展可替代石油技術路線的煤製乙二醇具有重要意義(yi) 。經國內(nei) 多個(ge) 研究團隊30餘(yu) 年攻關(guan) ，我國在以煤、合成氣為(wei) 原料製乙二醇的道路上取得技術性的突破，已形成了世界領先水平的生產(chan) 技術和裝備。然而，該技術路線在工業(ye) 化生產(chan) 中存在安全隱患和產(chan) 品純度質量不夠穩定等問題，其核心原因是加氫反應中氫氣濃度高和操作壓力大。

　　廈門大學謝素原、袁友珠團隊和中科院福建物質結構研究所姚元根、郭國聰團隊等合作，將富勒烯C60作為(wei) “電子緩衝(chong) 劑”用於(yu) 改性銅—二氧化矽催化劑，研發了富勒烯改性銅催化劑，實現了富勒烯緩衝(chong) 的銅催化草酸二甲酯在溫和壓力條件下的乙二醇合成。研究突破了常壓低氫氣濃度條件下反應效率低的難題，有助於(yu) 合成氣製乙二醇產(chan) 業(ye) 的綠色、安全發展，在煤化工和催化等領域將產(chan) 生深遠的影響。

　　發現飛秒激光誘導複雜體(ti) 係微納結構新機製

　　北京工業(ye) 大學教授王璞：

　　飛秒是10—15秒。飛秒激光是脈寬在1—1000飛秒的脈衝(chong) 激光，具有超快、超強和超寬頻譜的特點，已廣泛應用於(yu) 科學研究、工業(ye) 製造等領域。當將飛秒激光聚焦到材料內(nei) 部時，會(hui) 產(chan) 生各種高度非線性效應，這種極端條件下光與(yu) 物質相互作用充滿未知和挑戰。

　　浙江大學邱建榮團隊、之江實驗室譚德誌團隊、上海理工大學顧敏團隊發現了飛秒激光誘導複雜體(ti) 係微納結構形成的新機製。以含氯溴碘離子的氧化物玻璃體(ti) 係為(wei) 例，實現了玻璃中具有成分和帶隙可控發光可調的鈣鈦礦納米晶3D直接光刻，呈現紅橙黃綠藍等不同顏色的發光。形成的納米晶在紫外線輻照、有機溶液浸泡和250攝氏度高溫環境中表現出顯著的穩定性。研究團隊發現了飛秒激光誘導玻璃內(nei) 微區液態納米分相和離子交換的飛秒激光與(yu) 物質相互作用的新機製，開拓了玻璃內(nei) 部寫(xie) 入帶隙和發光大範圍連續可控的三維半導體(ti) 納米晶結構新技術，為(wei) 新一代顯示及存儲(chu) 技術開辟了新的途徑。

　　實驗證實超導態“分段費米麵”

　　中國科學院大學教授張富春：

　　超導是物理學中一個(ge) 經久不衰的研究方向，在基礎研究和產(chan) 業(ye) 應用中都具有重要價(jia) 值。“分段費米麵”是超導研究的問題之一。費米麵決(jue) 定了固體(ti) 材料的電學、光學等多種物理性質，對費米麵的人工調控是材料物性調控最重要的途徑之一。超導體(ti) 一般情況下沒有費米麵。1965年科學家曾提出理論預言，可在超導能隙中產(chan) 生出一種特殊的“分段費米麵”。而超導體(ti) “分段費米麵”在實驗上一直沒能實現。原因是，在普通超導體(ti) 中，產(chan) 生“分段費米麵”所需的超導電流通常接近甚至大於(yu) 超導臨(lin) 界電流，所以超導電流在導致“分段費米麵”形成之前已經令超導體(ti) 失超。

　　上海交通大學賈金峰、鄭浩團隊與(yu) 麻省理工學院傅亮團隊合作，設計製備了拓撲絕緣體(ti) /超導體(ti) 異質結體(ti) 係，實現並用掃描隧道譜儀(yi) 觀察到了由庫柏對動量導致的“分段費米麵”，成功驗證了50多年前的理論預言。該研究開辟了調控物態、構築新型拓撲超導的新方法。（記者 趙永新）