π-共軛自由基材料柔性結(jié)構(gòu)相關(guān)研究

電子科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院鄭永豪教授課題組通過調(diào)節(jié)偶氮苯分子的踏板運(yùn)動，研究雙自由基分子的自旋分布。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。該研究將偶氮苯結(jié)構(gòu)引入雙自由基中，并對其柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。偶氮苯與苯氧自由基相連構(gòu)成了啞鈴型的雙自由基結(jié)構(gòu)，通過X射線衍射和拉曼光譜兩種表征手段研究該雙自由基固體的自旋分布的可調(diào)性和可逆性。在低溫條件下，升溫時的醌式結(jié)構(gòu)向芳香結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化是由偶氮苯的扭轉(zhuǎn)振動驅(qū)使。溫度繼續(xù)升高時，偶氮苯分子的類似“自行車踏板運(yùn)動”振動態(tài)被激發(fā)，同時偶氮苯的扭轉(zhuǎn)振動仍然存在，兩種運(yùn)動耦合使得分子結(jié)構(gòu)趨向醌式。

拉曼光譜監(jiān)控溫度對雙自由基分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用（圖片來源于電子科技大學(xué)網(wǎng)站）

溫度對雙自由基分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用（圖片來源于電子科技大學(xué)網(wǎng)站）

新型二維納米材料基催化劑電催化N2還原制NH3

山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院錢逸泰院士團(tuán)隊徐立強(qiáng)教授課題組與江蘇科技大學(xué)蘇超教授、澳大利亞科廷大學(xué)邵宗平教授針對二維納米材料應(yīng)用于電催化還原N2制NH3領(lǐng)域的重要新進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)性綜述，討論了該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)并進(jìn)行了展望。相關(guān)成果發(fā)表于Chemical Society Reviews。優(yōu)異選擇性、活性和穩(wěn)定性的高效電催化劑是電化學(xué)氮?dú)膺€原反應(yīng)（NRR）研究的重點。文章綜述了最新的2D納米電催化劑在電化學(xué)還原N2制備NH3領(lǐng)域的研究進(jìn)展，提供了關(guān)于二維電催化劑結(jié)構(gòu)-NRR性能“構(gòu)效”關(guān)系的全面認(rèn)識。最后，總結(jié)了電催化NRR面臨的機(jī)遇、挑戰(zhàn)和對未來發(fā)展趨勢的展望。

可控納米分子印跡研究

南京大學(xué)劉震教授團(tuán)隊開發(fā)了一種新策略，促進(jìn)將納米材料引入反向微乳液體系的水相，從而實現(xiàn)對各種納米材料的表面可控功能化，并在印跡后在非印跡區(qū)域精準(zhǔn)可控地包覆非特異吸附力弱的包覆層。相關(guān)成果發(fā)表于Advanced Science。該研究提出了一種稱為基于反向微乳液的可控表面印跡（ROSIC）的新方法，可以成功用于納米材料的表面可控分子印跡，實現(xiàn)對肽段和蛋白的靶向，不僅能對各種納米材料表面進(jìn)行仿生分子識別功能化，也能制備無核的分子印跡納米球。印跡過程所需的模板可以很容易地通過固相合成獲得，避免了模板昂貴和難以制備等問題。此外，這種方法可用于靶向其他具有生物學(xué)意義的化合物，如聚糖等。

相變金屬高分子復(fù)合材料研究

東南大學(xué)李全教授團(tuán)隊在基于二元金屬相變誘導(dǎo)的柔性聚合物復(fù)合材料絕緣體-導(dǎo)體轉(zhuǎn)變方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于Advanced Materials。研究發(fā)現(xiàn)，二元金屬高分子復(fù)合材料導(dǎo)體的電學(xué)和機(jī)械性能與二元金屬的動態(tài)固液相平衡密切相關(guān)。根據(jù)相圖杠桿原理，通過溫度或原子組成可以方便而精確地調(diào)節(jié)這種平衡。從溫度響應(yīng)這一特性出發(fā)，研究團(tuán)隊設(shè)計了一款溫度響應(yīng)的發(fā)動機(jī)，將其中的一段電極用相變金屬高分子復(fù)合材料（BMPC）代替，這樣發(fā)動機(jī)可以在室溫及以上溫度工作，在低溫下停止工作。研究成功地建立了金屬相變與金屬高分子復(fù)合材料之間的密切關(guān)系，最終形成了動態(tài)軟導(dǎo)體。

環(huán)狀形貌納米碳材料的合成研究

大連理工大學(xué)陸安慧教授團(tuán)隊基于環(huán)狀模板劑的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，通過調(diào)節(jié)合成條件可以制備不同截面圓直徑的碳環(huán)。相關(guān)成果發(fā)表于ACS Central Science。環(huán)狀形貌納米碳是一類典型的二維材料，物化性質(zhì)獨(dú)特，例如與環(huán)半徑相關(guān)的磁響應(yīng)、環(huán)曲率相關(guān)的機(jī)電效應(yīng)等，在生物傳感、電磁設(shè)備、能源存儲等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。該研究運(yùn)用不對稱相轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)定向自組裝的方法，以雙表面活性劑十八醇/F127在溶液中定向自組裝形成的環(huán)狀膠束作為模板劑，聚苯并噁嗪作為碳前驅(qū)體，合成了系列納米碳環(huán)。成環(huán)過程動力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀前驅(qū)體膠束的形成依賴于十八醇在膠束內(nèi)部不對稱相轉(zhuǎn)化驅(qū)動的“尖并尖”融合過程。

聚合物環(huán)、炭環(huán)及成環(huán)機(jī)理（圖片來源于大連理工大學(xué)網(wǎng)站）

納米環(huán)的成環(huán)組裝過程（圖片來源于大連理工大學(xué)網(wǎng)站）

腈類化合物的氫化反應(yīng)研究進(jìn)展

東北大學(xué)孫宏濱等人與合作者在催化劑活性組分的原子層面研究取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。由腈制備胺類化合物具有極高的原子經(jīng)濟(jì)性，然而腈的加氫有多種產(chǎn)物，選擇性控制十分重要。該研究利用富缺陷的石墨烯包覆的納米金剛石作為載體，構(gòu)建了單原子鈀和全暴露的鈀團(tuán)簇催化劑，兩種催化劑都具有極高的活性，卻具有截然相反的反應(yīng)選擇性，單原子鈀催化劑生成仲胺化合物，而團(tuán)簇催化劑則對伯胺有很高的選擇性。研究通過球差矯正高角度環(huán)形暗場電鏡、X射線精細(xì)結(jié)構(gòu)衍射譜等詳細(xì)的表征結(jié)合密度泛函理論（DFT）計算，對腈的活化反應(yīng)過程進(jìn)行系統(tǒng)的描述，揭示了催化反應(yīng)過程的細(xì)節(jié)。

Cu3金屬團(tuán)簇抗菌催化材料研究

中國科學(xué)院金屬研究所劉洪陽研究員與合作者通過對亞納米尺度Cu金屬團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，成功構(gòu)建亞納米尺度下原子級分散且全暴露Cu3團(tuán)簇納米酶，并表現(xiàn)出優(yōu)異的模擬氧化酶活性與抗菌性能。相關(guān)成果發(fā)表于Applied Catalysis B: Environmental。將這種原子級分散且完全暴露的金屬團(tuán)簇催化劑應(yīng)用于抗菌領(lǐng)域，可有效提升抗菌性能。研究團(tuán)隊在納米金剛石-石墨烯雜化載體上構(gòu)造了亞納米尺度完全暴露Cu金屬團(tuán)簇。這種完全暴露且原子級分散的Cu3金屬團(tuán)簇納米酶在NaAc緩沖液（pH4.5）中具有≥99%的抗菌率，其結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的抗菌性能顯示了其在生物醫(yī)學(xué)、微生物防腐等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。

有機(jī)半導(dǎo)體晶體工程構(gòu)筑高分辨層數(shù)可控的二維晶體陣列

天津大學(xué)李立強(qiáng)教授報道了一種制備高分辨層數(shù)可控2DOSC陣列的方法。相關(guān)成果發(fā)表于Advanced Materials。2DOSC是指，2D organic semiconductor crystal（二維有機(jī)半導(dǎo)體晶體），首先通過有機(jī)半導(dǎo)體晶體工程方法制備了大面積層數(shù)可控的2DOSCs；然后，通過聚二甲基硅氧烷（PDMS）模板輔助的選擇性接觸蒸發(fā)印刷（SCEP）技術(shù)制備了高分辨層數(shù)可控的2DOSC陣列。研究表明，基于2DOSC陣列的OFETs具有優(yōu)異的電學(xué)性能和均勻性。其中，基于2,6-bis（4-hexylphenyl）anthracene (C6-DPA)2DOSC陣列的OFETs平均遷移率達(dá)到1.6cm2V-1s-1，遷移率相對變化率僅為12.5%。

介觀自組織反向傳播機(jī)制助力AI學(xué)習(xí)

中國科學(xué)院自動化研究所類腦智能研究中心張鐵林、徐波等人開展了介觀尺度自組織反向傳播機(jī)制（Self-backpropagation，SBP）的最新研究。相關(guān)成果發(fā)表于Science Advances。SBP是一類介觀尺度的特殊生物可塑性機(jī)制，該機(jī)制同時在SNN和ANN等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中獲得了廣泛的組合優(yōu)化優(yōu)勢，對進(jìn)一步深入探索類腦局部計算具有很大的啟示性。生物智能計算的本質(zhì)，很可能就是靈活融合多類微觀、介觀等可塑性機(jī)制的自組織局部學(xué)習(xí)，結(jié)合遺傳演化賦予的遠(yuǎn)程投射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高效的全局優(yōu)化學(xué)習(xí)效果。該工作可以進(jìn)一步引導(dǎo)生物和人工網(wǎng)絡(luò)的深度融合，最終實現(xiàn)能效比高、可解釋性強(qiáng)、靈活度高的新一代人工智能模型。

SBP在SNN中的應(yīng)用：（A）SBP可塑性機(jī)制；（B）SBP在SNN中的局部反向傳播；（C）SBP和其他可塑性機(jī)制在SNN中的組合優(yōu)化。（圖片來源于中國科學(xué)院自動化研究所網(wǎng)站）

訓(xùn)練能量消耗的計算方法：（A）平均迭代次數(shù)；（B）每次迭代中的算法復(fù)雜度。（圖片來源于中國科學(xué)院自動化研究所網(wǎng)站）

基于機(jī)器學(xué)習(xí)快速預(yù)測新能源電池快充性能

清華大學(xué)自動化系智能與網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)研究中心江奔奔與合作者提出了基于貝葉斯學(xué)習(xí)的鋰離子電池充電策略快速預(yù)測方法。相關(guān)成果發(fā)表于Joule。目前，快充預(yù)測評價問題存在如下難點：快充設(shè)計測試實驗成本資源預(yù)算有限，但充電方式的參數(shù)搜索空間巨大；快充策略性能測試評估代價昂貴，僅對數(shù)百個循環(huán)次數(shù)電池壽命的快充策略進(jìn)行實驗測試就至少耗時數(shù)月。該研究以解析電化學(xué)數(shù)據(jù)作為切入點，提出了綜合分層貝葉斯模型和壽命早期預(yù)測模型的預(yù)測方法，實現(xiàn)了只需少量樣本和循環(huán)數(shù)據(jù)就能夠精準(zhǔn)預(yù)測評價快充策略。該方法突破了現(xiàn)有評估方法需要基于大量數(shù)據(jù)和多次重復(fù)測試實驗才能夠精確預(yù)測評價的技術(shù)瓶頸。

關(guān)于高功能自閉癥基因致病機(jī)理研究

中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心徐華泰與合作者報道了SENP1作為全新自閉癥風(fēng)險基因在RSA腦區(qū)調(diào)控自閉癥核心癥狀的分子機(jī)制，為深入理解哺乳動物社交行為的遺傳基礎(chǔ)提供了重要證據(jù)，為進(jìn)一步干預(yù)和改善自閉癥核心癥狀提供了新思路。相關(guān)成果發(fā)表于Cell Reports。自閉癥的核心癥狀為社交障礙和重復(fù)刻板行為，盡管大部分自閉癥患兒同時伴隨智力發(fā)育遲滯，但是一部分患兒只具有自閉癥核心癥狀，智力發(fā)育正常，又被稱為高功能自閉癥兒童。該研究團(tuán)隊利用病毒立體定位注射技術(shù)結(jié)合動物行為學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，在RSA腦區(qū)回補(bǔ)SENP1蛋白或者FMRP蛋白能有效改善Senp1雜合小鼠自閉癥核心癥狀。

神經(jīng)調(diào)控手術(shù)治療強(qiáng)迫癥的腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制

北京大學(xué)王征與合作者報道了兩種神經(jīng)調(diào)控手術(shù)干預(yù)難治性強(qiáng)迫癥的腦網(wǎng)絡(luò)模式調(diào)控的異同，為個體化術(shù)前治療方式篩選、術(shù)后康復(fù)評估提供影像學(xué)依據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表于Molecular Psychiatry。強(qiáng)迫癥（Obsessive–compulsive disorder, OCD）是一種嚴(yán)重的慢性精神障礙，終生患病率達(dá)到2%～3%，被WHO列為全球第四大高發(fā)的精神障礙。它也是十大致殘性疾病之一，不僅嚴(yán)重威脅患者的生命健康，還帶來沉重的家庭和社會負(fù)擔(dān)。該研究發(fā)現(xiàn)了深部腦刺激（DBS）和毀損術(shù)這兩種不同的神經(jīng)調(diào)控手術(shù)共有的腦網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)效果：減弱皮層-皮層下網(wǎng)絡(luò)通信的同時增強(qiáng)了皮層-皮層間的網(wǎng)絡(luò)通信。

磁控連續(xù)體微型機(jī)器人研究

中國科學(xué)院沈陽自動化研究所微納米自動化課題組面向人體狹窄腔道內(nèi)患病組織的精準(zhǔn)治療，結(jié)合微納米技術(shù)提出了磁控連續(xù)體微型機(jī)器人的方法。相關(guān)成果發(fā)表于Advanced Intelligent Systems。該連續(xù)體機(jī)器人采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料制備，包括PDMS軟管及磁性前端（總直徑2mm）。采用外磁場驅(qū)動，可控制該連續(xù)體機(jī)器人進(jìn)行靈活彎轉(zhuǎn)、在管道內(nèi)穿行等動作。針對腎內(nèi)逆行手術(shù)，論證了其在狹窄通道內(nèi)的靈巧運(yùn)動性能及控制能力。同時該柔性機(jī)器人可以進(jìn)一步縮小尺寸到亞毫米級，可面向人體更狹小腔道內(nèi)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈活可控的微創(chuàng)治療，比如腦神經(jīng)外科、眼內(nèi)手術(shù)或血管內(nèi)手術(shù)等。

擴(kuò)大電磁驅(qū)動系統(tǒng)有效操作空間（圖片來源于中國科學(xué)院沈陽自動化研究所網(wǎng)站）

連續(xù)體機(jī)器人靈巧通過各種狹窄通道（圖片來源于中國科學(xué)院沈陽自動化研究所網(wǎng)站）

基于theta振蕩的跨腦區(qū)協(xié)同性類網(wǎng)格表征支持人類空間導(dǎo)航行為

中國科學(xué)院心理研究所王亮與合作者揭示了跨腦區(qū)的網(wǎng)格編碼如何參與人類導(dǎo)航行為的神經(jīng)機(jī)制，為人類的內(nèi)嗅皮層和內(nèi)側(cè)前額葉皮層 (medial prefrontal cortex, mPFC)環(huán)路在介觀水平如何處理空間信息提供了新見解。相關(guān)成果發(fā)表于Science Advances。網(wǎng)格細(xì)胞在非物理空間的認(rèn)知任務(wù)中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。大腦活動的緩慢節(jié)律性神經(jīng)活動——theta振蕩在這一過程中起著至關(guān)重要的作用。該研究利用人類顱內(nèi)腦電信號的高時空分辨率特點，揭示了mPFC-EC環(huán)路類網(wǎng)格表征的神經(jīng)振蕩特征和跨腦區(qū)協(xié)同性，為人類mPFC-EC環(huán)路參與空間信息處理提供了直接證據(jù)。

液滴融合過程中的類生命生長行為

西安交通大學(xué)能動學(xué)院魏衍舉團(tuán)隊對重液滴撞擊液面產(chǎn)生的渦環(huán)在輕介質(zhì)流體中的下沉及不穩(wěn)定性演變過程進(jìn)行了深入研究。相關(guān)成果發(fā)表于Physics of Fluids。研究發(fā)現(xiàn)渦環(huán)經(jīng)歷了以失穩(wěn)解體為轉(zhuǎn)折點的“穩(wěn)態(tài)下沉”和“分岔生長”等兩階段演化，其間黏性阻力和重力通過重力加速度和瑞利-泰勒不穩(wěn)定性（R-T instability）交替控制液滴裂變與生長行為，最終液滴通過渦環(huán)成長為一朵迷人的分形花朵。縱觀由單液滴到渦環(huán)，再到分級失穩(wěn)分叉的整個過程，均類似于一顆種子從發(fā)芽到生長出完整的花莖、花瓣和花蕊。水滴攜帶著能量從輕流體穿透界面進(jìn)入重流體，就會隨著能量的耗散而生長，而能量耗散的路徑就形成了現(xiàn)實意義的生命。

基于寬度學(xué)習(xí)的微型機(jī)器人智能軌跡追蹤方法

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所智能仿生研究中心徐升、徐天添等人，將寬度學(xué)習(xí)算法成功應(yīng)用于微型機(jī)器人軌跡追蹤控制中，將數(shù)據(jù)驅(qū)動的思想用于微型機(jī)器人控制器設(shè)計，由示教訓(xùn)練替換復(fù)雜調(diào)參，并推導(dǎo)訓(xùn)練算法參數(shù)約束以保障穩(wěn)定性能，提升了微型機(jī)器人軌跡追蹤的準(zhǔn)確性及控制器的靈活調(diào)整能力。相關(guān)成果發(fā)表于IEEE Transactions on Cybernetics。該研究建立了以寬度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為主體的追蹤控制器結(jié)構(gòu)；構(gòu)造了適用于螺旋形微型機(jī)器人軌跡跟蹤系統(tǒng)的李雅普諾夫函數(shù)，推導(dǎo)出能夠保障追蹤穩(wěn)定性的控制器參數(shù)約束條件；將多條不同追蹤軌跡作為示教數(shù)據(jù)，開發(fā)出基于寬度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練算法，自動解算控制器參數(shù)。