2017年度中国科学十大进展发布，两材料相关课题榜上有名！

2月27日，滚球体育 部在京召开新闻发布会，发布2017年度中国科学十大进展。“中国科学十大进展”遴选活动旨在深入落实实施创新驱动发展战略，充分发挥滚球体育 创新在全面创新中的引领作用，宣传科学、崇尚创新和追求卓越的科学创新精神，至今已经成功举办13届。

经专家遴选、投票，根据得票高低，10个项目脱颖而出，分别为：①实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态；②将病毒直接转化为活疫苗及治疗性药物；③首次探测到双粲重子；④实验发现三重简并费米子；⑤实现氢气的低温制备和存储；⑥研发出基于共格纳米析出强化的新一代超高强钢；⑦利用量子相变确定性制备出多粒子纠缠态；⑧中国发现新型古人类化石；⑨酵母长染色体的精准定制合成；⑩研制出可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统。下面是对材料相关内容的介绍：

实现氢气的低温制备和存储

氢能被誉为下一代清洁能源，但氢气的存储和运输一直以来是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。其中，氢燃料电池是最具有实际应用潜力的新一代能量供给系统，它在稳定液体中原位产生所需氢气，再将化学能高效地转化为电能，为航空航天、汽车等提供动力。但众所周知，氢气的化学性能十分活泼，如何对产生的氢气进行安全高效的存储就是氢燃料电池在应用过程中所面临的关键问题。

图1 基于Pt/α-MoC催化剂实现水和甲醇低温液相重整反应产氢

北京大学马丁与中国科学院大学周武、山西煤化所/中科合成油温晓东以及大连理工大学石川研究团队研制了双功能Pt/MoC甲醇液相重整制氢复合催化剂体系，利用程序升温渗碳工艺将甲烷和氢气同各种前驱体混合在一起，制成多种铂改性的碳化钼催化剂。最终制成的Pt/α-MoC催化剂具有平均转化频率(ATOF)为18046 h^-1的催化效率，在低温(150 ℃-190 ℃)无碱甲醇液相重整过程中也具有很好的稳定性，而之前文献报道的高活性Ru基催化剂必须在8M的KOH溶液中才能活化甲醇。以产氢活性估计，仅需含有6克铂的该催化剂即可使产氢速率达到1 kg H₂/h，基本满足商用车载燃料电池组的需求。以目前甲醇市场价格（2,400元/吨）计算，采用此技术路径储放氢气，氢燃料电池汽车每百公里燃料价格仅需约13元，而加60-80升甲醇可供家用小轿车行驶600-1,000公里。

文献链接：Low-temperature hydrogen production from water and methanol using Pt/α-MoC catalysts(Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature21672)

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图2 Au₁₅/α-MoC（111）上水煤气变换反应的反应路径

此外，该研究团队为了在低温下实现高水煤气变换(WGS，CO + H₂O=H₂+ CO₂) 反应活性，设计了能够低温有效解离水的催化剂，并在低温下能有效催化表面羟基与吸附态的CO之间的反应。研究发现，面心立方（fcc）结构的α-MoC负载的二维层状Au团簇可以在低于423K的反应条件下表现出比之前报道的催化剂高至少一个数量级的活性。α-MoC衬底和外延生长的Au原子层具有强相互作用，调制了Au与CO的良好结合，同时，与α-MoC中的相邻Mo位点的协同作用可以在低温下有效活化水。

文献链接：Atomic layered Au clusters on α-MoC as catalyst for the low temperature water gas shift reaction（Science,2017, DOI: 10.1126/science.aah4321)

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上述研究进展被多家科学媒体报道并高度评价，美国化学会C&E News杂志和英国皇家化学会Chemistry World杂志分别以“氢能源：制备氢燃料新过程”和“新型催化剂点亮氢能汽车未来”为题进行了亮点报道,认为“随着此高活性催化体系的成功，把氢气存储于甲醇并在需要时重整释放的概念可能得到实际应用，这是氢能储存和输运体系的一个重大突破”。

研发出基于共格纳米析出强化的新一代超高强钢

超高强钢在航空航天、交通运输、先进核能以及国防装备等国民经济重要领域发挥了重要的支撑作用，而且也是未来轻型化结构设计和安全防护的关键材料。然而几十年来高性能超高强钢的研究始终基于传统的半共格析出产生强共格畸变的学术思路，存在着析出相数量有限，析出尺寸不够合理且分布不均匀的固有缺陷，这既降低了材料的塑韧性又严重影响服役安全性。此外，昂贵的制备成本也限制了其实际应用，成为困扰高端钢铁工业发展的难题。

图3 Ni(Al,Fe)-马氏体时效钢在固溶退火（950℃下15min）和时效（500℃下3h）状态下的机械性质和STEM图

北京滚球体育 大学吕昭平教授课题组通过创新超高强度钢的合金设计理念，发展了超强韧的高密度有序Ni(Al,Fe)纳米颗粒强化高性能新型马氏体时效钢，其中抗拉强度不低于2.2GPa，拉伸塑性不低于8%。新型超高强韧钢的强化主要是基于最低错配度下获得最大程度弥散析出和高剪切应力的创新思想，即一方面通过“点阵错配度最小化”，显著降低金属间化合物颗粒析出的形核势垒，促进颗粒均匀弥散分布，并显著提高强化颗粒的体积密度和热稳定性，低错配度共格界面结合小尺度有效缓解增强颗粒周边微观弹性畸变，改善材料宏观均匀塑性变形能力；另一方面，引入“有序效应”作为主要强化机制，有效阻碍位错对增强相颗粒的切过作用，从而获得优异综合性能的新型马氏体时效钢。除此之外，新型超强韧马氏体时效钢通过采用Al元素代替传统马氏体时效钢中昂贵的合金元素，可添加传统马氏体时效钢所避免的C元素，初步实现了高端钢铁材料的制备工艺简化和低成本的目标，不但有力地推动该类材料的实际工程应用，同时为新型超高强度材料的发展打开了新的研究思路。

文献链接：Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22032）

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《自然·材料》(Nature Materials)发表专门评述文章指出，该研究“以完美的超强马氏体钢设计思想，简化的合金元素及析出相强化本质，为研发具有优异的强度、塑性和成本相结合的结构材料提供了新的途径”。

滚球体育 部基础研究管理中心主任刘敏表示，入选的十大进展项目完成时间为2016年12月1日至2017年11月30日，绝大多数入选项目相关研究成果在《自然》、《科学》等国际顶尖刊物发表，得到国际学术界高度评价，被视为“重大突破”或“填补空白”。

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