能源与环境问题是目前人类面临的两个重大危机，也是科研工作者关注的重点领域。钙钛矿太阳能电池以其独特的物理性质、醒目的光电转化效率和良好的工业应用前景等特点，被认为是一种拥有巨大解决能源问题潜力的光伏器件。但其电池效率衰减(稳定性)等问题是其走向工业化应用急待解决的课题。现行钙钛矿电池比较普遍使用的空穴传输材料是一种比较昂贵的螺二芴结构化合物(spiro-OMeTAD)，需要通过掺杂锂盐以提高电池的性能，但这同时加剧了钙钛矿电池的不稳定性。所以一直以来研究人员希望寻找更加廉价和稳定的空穴传输材料来替代传统材料。 酞菁铜是一种具有优异光电特性的廉价小分子半导体材料。但其有机溶解性比较差，不利于廉价液相工艺规模制备光电器件。许宗祥课题组从分子设计层面出发，开发八甲基取代的酞菁铜并制备纳米材料，通过酞菁纳米材料与廉价商业化的高分子材料聚噻吩复合，开发出了具备更高载流子迁移速率及环境稳定性的空穴传输材料，实现溶液法制备出光电转换效率为16.61%的钙钛矿太阳能电池，效率高于传统商业化的螺二芴结构化合物(spiro-OMeTAD)。同时器件的稳定性大幅度提高。

技术人才：高分子材料与工程专业；材料化学专业；应用化学专业

山东大学晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授团队通过自主设计的“微爆炸法”获得了无氧化MXene-Ti3C2Tx量子点，首次提出可将此类二维结构钛基晶体材料用于肿瘤治疗，并与刘宏教授团队合作发现其具有较强的类芬顿反应特性，在抗肿瘤实验中效果显著，从而实现了更高效、更安全的纳米催化治疗方式。相关结果以“Nonoxidized MXene Quantum Dots Prepared by Microexplosion Method for Cancer Catalytic Therapy”为题，发表在材料类权威期刊Advanced Functional Materials（IF=15.621）上，陶绪堂教授和刘宏教授为通讯作者，晶体所博士研究生李雪松和刘锋为共同第一作者，山东大学为独立完成单位。 对于肿瘤治疗，传统的化学、物理疗法都存在严重的副作用，限制了其在实际临床治疗中的应用。最近，基于特殊的肿瘤微环境，利用肿瘤内部催化反应的纳米催化治疗成为前沿且备受关注。其中，研究最为广泛的铁基纳米催化剂可特异性响应肿瘤的弱酸性细胞微环境，释放Fe2+并引发芬顿反应，产生•OH自由基以触发细胞凋亡，从而抑制肿瘤。然而，在弱酸性肿瘤环境中，Fe2+催化的芬顿反应速率较低，导致•OH自由基形成缓慢。此外，众多抗肿瘤复合纳米制剂的潜在毒性值得关注。因此，寻找更高催化活性和更安全的纳米制剂是人们一直追求的目标。晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授团队与刘宏教授团队合作发现所制备的钛基无氧化MXene-Ti3C2Tx量子点具有较强的类芬顿反应特性，其对正常细胞和组织器官均表现良好的生物相容性，并对宫颈癌和乳腺癌均有强烈的杀伤能力，体现出优异的抗肿瘤效果。这种以钛基类芬顿反应为基础的肿瘤治疗方式潜力巨大，为实现肿瘤的高效、精准治疗提供了一条新的探索途径。

我国湖泊水库近在近20年来富营养化发展速度相当快，藻类爆发日趋频繁，已经严重影响到了饮用水水质。上海地处平原，河道水流缓慢，近年来日益严重的“黑臭河道”现象也是典型的半封闭性水域的富营养化。曝气富氧和种植水生植物是修复富营养化水体的有效技术，但是常规大气泡富氧方式富氧效率低，容易造成底泥扰动反而加重水体污染；水生植物在冬季修复效率低下。前期研究结果发现微纳米气泡具有比表面积大、上浮速度慢的特点，可以改善下层水体的溶解氧浓度，恢复好养微生物和浮游动物的活力。本课题针对富营养化水体，采用微纳米气泡富氧技术与水生植物种植技术相结合的方式，根据不同的水质条件（水库、黑臭河道）调控相应的微纳米气泡的应用方式及条件，结合种植适宜的水生植物，促进植物根系发展提高冬季氮磷去除效率，从而实现水体的高效净化。通过对修复过程中的水质变化规律和微生物演替规律进行动态监测，观察不同微纳米气泡的实施条件对水生植物的生长和根际微生物变化的影响，探索微生物群落特征与水体修复效果的映射关系，用以指导该技术的推广和应用。 我国湖泊水库近在近20年来富营养化发展速度相当快，藻类爆发日趋频繁，已经严重影响到了饮用水水质。上海地处平原，河道水流缓慢，近年来“黑臭河道”现象日益严重，黑臭异味的根源是半封闭性水域的富营养化，外源污染物的过量输入超越了水体的环境容量。封闭性和半封闭性富营养化问题亟待解决，本项目拟开发的环保绿色高效的修复技术具有广阔的市场前景。

1、技术分析（创新性、先进性、独占性） 炎症性肠病是一种慢性且易复发的自身免疫性疾病，包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）和克罗恩病（crohn's disease, CD）两种疾病类型。过去一直认为IBD是“西方疾病”，主要集中在欧洲、北美和新西兰等发达国家，而近年来随着工业的发展，亚洲国家的IBD发病率急剧上升，目前，IBD已发展成为全球性的疾病。IBD临床表现为腹泻、便血、体重降低等症状，UC主要影响结肠黏膜，引起血便，CD可在整个胃肠道呈节段性分布，引起瘘管，由于IBD反复发作，病程较长，严重影响人们的生活质量。目前，IBD的病因和发病机制尚未完全明确，但随着检测技术的发展，越来越多的证据表明宿主肠道的共生微生物失调引发先天性和适应性免疫反应紊乱进而导致遗传易感宿主出现肠道炎症。目前IBD的治疗方法主要为药物治疗，容易引起机体代谢紊乱或产生特异性不良反应等毒副作用，不适合长期使用，因此，寻找安全、有效缓解IBD的方法至关重要。 色氨酸作为必需氨基酸，在人体内不能合成，需从饮食中获取，很多研究发现色氨酸在维持肠道微生物和肠粘膜免疫之间的平衡发挥重要的作用。最新的研究表明色氨酸调节肠道免疫的本质并不是色氨酸本身，而是在肠道微生物的作用下，色氨酸分解为吲哚及吲哚酸衍生物，其中吲哚-3-乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）作为芳香烃受体（Aryl hydrocarbon receptor，AHR）的高亲和配体，可激活免疫系统，增强肠上皮屏障，以及肠道激素的分泌，从而发挥抗炎、抗氧化或抗毒性作用[7, 8]。但肠道微生物利用色氨酸的能力有限，本研究以乳酸菌作为实验对象，筛选出一株能够高降解色氨酸的乳酸菌，以期开发出高效、安全的缓解结肠炎的天然药物。 乳酸菌是益生菌的主要来源，主要从酸奶、泡菜等发酵食品中分离得来。乳酸菌除广泛应用于食品中外，已被证明可有效预防或治疗各种疾病，例如免疫调节、降胆固醇、抗肿瘤等益生功能。乳酸菌可通过黏附定植到肠道，调整肠道微生物结构，激活机体免疫，从而发挥出相应的益生功能。大量体内、体外及临床研究证实不同种属乳酸菌具有缓解肠道炎症的功能，但乳酸菌与色氨酸对结肠炎的预防作用报道较少。 本项目创新地研究植物乳杆菌KLDS1.0386与色氨酸混合物在制备预防结肠炎的药物中的的作用及应用，目前国内外尚无相关研究及技术。本项目具有良好的先进性和独占性。

2022年3月，植物免疫团队康振生/张新梅组在小麦与条锈菌互作方面取得新进展，研究揭示了小麦感病基因负调控小麦抗条锈病的新机制。研究成果以“TaBln1negativelyregulateswheatresistancetostriperustbyreducingCa2+influx”为题在《PlantPhysiology》在线发表。植保学院2021级博士研究生郭双元为第一作者，生命学院张新梅副教授为通讯作者。

为了进一步验证红树植物在全球气候变化下是否足够强健，研究人员对现存红树物种的历史群体大小动态变化分析，发现大多数红树物种在海平面快速变化时期发生了种群规模急剧减少和破碎分化。

项目成果/简介:本课题组自主开发了纳米氧化物制备工艺，结合共沸蒸馏和膜处理技术，获得晶粒度在10~20 nm的氧化物陶瓷粉末，最高耐热温度1400℃以上。该项制备技术于2004年获得国家发明专利（专利号ZL01128448.X）。2001年10月，“纳米氧化锆粉体制备”项目通过了湖北省科学技术厅主持的科技成果鉴定（证书编号：鄂科鉴字[2001]第2172380号），鉴定委员会认为：纳米氧化锆粉体制备工艺属于国内外首创，由该工艺生产的纳米氧化锆粉体的质量达到国际领先水平。2002年9月，“纳米氧化锆粉体制备技术”项目列入“十五”湖北省科技攻关计划重大项目：“纳米材料的应用研究与开发”项目。2003年4月，“纳米氧化锆粉体”项目列入国家重点新产品。截止目前，共授权相关领域发明专利26项，系列成果3次获得湖北省技术发明奖。该系列技术专利权在中国地质大学（武汉），已经完成耐高温隔热粉体和涂层的中试验证，技术成熟度高。在进行纳米氧化锆粉体研发工作的同时，还自主研发了二次造粒方法制备纳米氧化锆球形团聚体，试制出适用于热喷涂工艺要求的、具有纳米结构的氧化锆微米级氧化锆喷涂粉末，该粉末可以用于等离子喷涂等相关工艺。课题组研发的纳米氧化锆材料开始在我国航空发动机和燃气轮机热震涂层等领域进行初步试验。目前，纳米氧化锆材料已经经过了**发动机FWS**、舰船动力GT**、地面发电燃气轮机QD70A、QD128 燃气轮机、XX14、XX20 等型号的实际考核、验证，并在空军第三代X10、X11 等型号飞机上成功应用。与北京钢铁研究总院合作，将纳米氧化锆团聚体材料，应用于烟燃气轮机纳米涂层技术及应用，开发出了烟、燃气轮机热端部件纳米ZrO2热障涂层，该涂层具有优良的结合强度、隔热、抗热震性能，已成功应用于PG6541燃气轮机和YL14000A烟气轮机热端部件的实际应用，使用寿命较传统ZrO2涂层提高3倍以上。与贵州***公司合作，将纳米氧化锆材料粉末作为涡轮叶片热障涂层陶瓷面层，经入厂复验检查符合技术标准要求，经生产试验与后期使用考核。在 2011年通过中航工业相关单位组织的评审，并被制定为**系列发动机和**发动机热障涂层陶瓷面层粉末原料提供单位。F***系列发动机是我国自主研发空军第三代系列飞机的重要动力，目前已定形、并批量装备部队使用。解放军第***工厂承担F***系列发动机维修任务。中国人民解放军***工厂在进行已使用300小时寿命F***发动机的维修任务过程中。我们还开发了氧化锆靶材、高熵氧化锆、高熵稀土锆酸盐等，相关技术已经完成了中试。知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国际先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:科技创新重大专项获得经费:600.00万元自筹资金:500.00万元自筹资金来源:企业

本项目属于电子信息功能材料技术领域。 特色及先进性：为了实现同一种单晶薄膜即可应用于磁光器件，又可应用于微波器件中，本项目提出了铋镥铁石榴石（BiLuIG）薄膜的设计体系，为了使其同时具有良好的磁光和微波特性，本项目很好的根据晶格匹配原则设计了材料配方，并选用无铅液相外延技术，大大提高了薄膜的性能。本项目提出了在钆镓石榴石（GGG）衬底上直接外延大口径磁光BiLuIG单晶体的思路，解决我国无大晶格常数掺杂钆镓石榴石（SGGG）晶圆片技术、无铅液相外延大尺寸BiLuIG晶体圆片的不足，突破纯GGG基片上外延超厚（1-20μm）磁光晶体这一难点科学问题。研究内容包括：（1）BiLuIG薄膜材料的配方设计研究：基于四能级跃迁模型，并结合离子替代规律和多离子掺杂技术，寻找最佳配方；（2）液相外延单晶薄膜材料的工艺技术研究：包括薄膜均匀性、缺陷控制、无铅配方、生长速率和薄膜镜面条件控制等；（3）材料在器件中的验证研究，设计制备平面波导型磁光开关对材料磁光性能的验证。 技术指标：（1）建成了我国第一条大尺寸磁光单晶薄膜液相外延的生产线，最大尺寸达到3英寸，单面薄膜厚度达到1μm－20μm。（2）单晶薄膜具体微波和磁光参数：4πMs=1500-1750Gs，△H=0.6-2.0Oe，Θf≥1.6-2.1度/μm＠633nm。（3） 掌握了进行单晶薄膜材料在磁光和微波器件中的设计、制备和测试工作。 促进科技进步作用意义：本项目突破了我国在3英寸石榴石系列单晶体材料以及相关器件研究上的瓶颈技术，获得了高法拉第效应和低铁磁共振线宽的大尺寸高质量石榴石单晶薄膜材料。满足了国内在磁光、微波及毫米波集成器件方面对石榴石系晶体材料的需求，摆脱了完全依赖进口、受制于人的不利局面。该项目研制的材料已提供给中电集团41所、美国Delaware大学、天津大学、中国工程物理研究院、深圳市通能达电子科技有限公司（中电九所下属）、陕西金山电器有限公司（4390厂）等单位使用，并为中电集团9所、33所等单位提供批量样品，用于制备磁光和微波器件，受到好评。