三材料类项目入选2019 年度“中国高等学校十大科技进展” 项目

育部科技委于2019年9月下旬至12月中旬组织开展了2019年度“中国高等学校十大科技进展”评选工作。经过地方和高校遴选及公示、部门形式审查、学部初评和专家综合评议4个阶段，最终推选出10项2019年高校重大科技成果，其中包含3项材料类项目。

高温超导中量子金属态的首次实验证实

量子材料及量子相变是本世纪凝聚态物理与材料领域的研究热点。尽管实验上在各种二维超导体系发现了量子金属态的可能存在的迹象，但受低临界温度的制约以及外界高频噪声的影响，二维量子金属态的存在及其形成机制存在着巨大争议，是三十多年来国际学术界一直悬而未决的重要物理问题。电子科技大学李言荣院士团队和北京大学王健团队等首次在高温超导纳米多孔薄膜中完全证实了量子金属态的存在。通过调节反应离子刻蚀的时间，在高温超导钇钡铜氧（YBCO）多孔薄膜中实现了超导—量子金属—绝缘体相变。通过极低温输运测试发现，超导、金属与绝缘这三个量子态都有与库珀电子对相关的 h/2e 周期的超导量子磁导振荡，证明了量子金属态是玻色金属态，揭示出库珀对玻色子对于量子金属态的形成起到了主导作用。这一发现为国际上争论了三十多年的量子金属态的存在提供了有力的证据，并为研究量子金属态提供了新思路。

研究成果发表在《Science》上，得到国际学术界广泛关注，被 ScienceDaily、Materialtoday、EurekAlert!、Phys.Org 等十余家国际科技媒体专题报道，标志着我国在高温超导量子相变领域取得了重大研究进展。

高能量密度电容器用无机介电材料

电介质电容器具有超高功率密度和超快充放电速度，在能源电力、电子信息、国防军工等高新技术领域有广泛的应用。但其较低的能量储存密度成为制约相关技术发展的瓶颈。近些年来，美国等发达国家一直将高储能密度电介质材料列为重要研发方向。最近，清华大学研究团队提出了一种突破电介质材料低储能密度问题的新途径，即构建一种多形态纳米畴介观结构，以调控材料电畴极化及其翻转能垒，降低极化反转过程中的能量损耗，显著提升储能特性。为此他们设计制备了铁酸铋基三元无铅电介质薄膜材料，使其形成预期的由四方和菱方纳米畴共存于立方顺电基体中的多形态纳米畴结构，成功获得了高极化、低损耗和高击穿强度的综合优异性能，从而实现了高储能密度（112 J/cm³，超过美国阿贡国家实验室在铅基材料中达到的 85 J/cm³ 记录）、高储能效率、优异的充放电循环及温度稳定性。该研究发表在国际著名期刊《科学》上，得到了国内外同行高度关注，被《焦耳》等学术期刊亮点报道。这一研究成果有望为我国自主高端电介质电容器研制提供关键材料及设计思路。

“界面单位点”新型催化剂结构设计与氢气中微量 CO的高效去除

氢燃料电池汽车以氢气为燃料，清洁“零”排放，是未来新能源汽车的主要发展方向之一。普通纯度的工业氢气通常含有微量 CO 杂质气体，然而 CO 分子极易强吸附于燃料电池 Pt电极表面，并导致其 “中毒休克”，进而成为该类汽车推广面临的关键科学难题之一。

中国科学技术大学路军岭教授研究团队，从催化剂原子级精准设计角度出发，利用原子层沉积技术创造性地在 Pt 金属纳米颗粒表面构筑出原子级分散的 Fe1(OH)x 物种，从而设计出一种全新的 Fe1(OH)x-Pt 界面单位点催化剂结构。在富氢氛围 CO 优先氧化反应中，该催化剂首次在-75 °C 至 107 °C 宽温度区间内，成功实现了 CO 的高效去除。韦世强教授和杨金龙院士等合作团队进一步确定了铁物种的原子结构特征，并揭示了其催化反应微观机理。该项成果为氢燃料电池在寒冷条件下频繁冷启动和连续运行期间，避免 CO 中毒、延长电池寿命，提供了一个有效解决方案。研究成果于 2019 年 1 月 31 日发表在《Nature》上，受到《科技日报》、IEEE Spectrum、EurekAlert、Phys.Org、The London Economic 等国内外主流科技媒体专题报道，并被评价到“他们似乎找到了一个可行的解决方案”。该项工作标志着我国成为首个掌握面向氢燃料电池汽车应用的一项高效去除氢气中微量 CO 关键技术的国家，有望为我国氢燃料电池汽车的发展提供助力。

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