近日，微电子学院汪胜祥教授团队杜康副教授在陶瓷领域国际顶级期刊Journal of Advanced Ceramics上发表了题为“Machine-learning-guided discovery of Ca3SnSi2O9-based ceramics with ultra-high Q×f values for topological metasurface filters”的研究成果，团队在高性能微波介质材料与高频拓扑器件研究领域取得重要进展。武汉纺织大学杜康副教授为第一作者兼通讯作者、魏国超博士和汪胜祥教授为论文的共同通讯作者。

当前，毫米波通信、万物互联及新一代卫星通信技术快速发展，高频滤波器、介质谐振器、超表面天线等核心器件对基础材料提出低介电常数、超低损耗、宽温稳定的严苛要求。传统微波介质陶瓷研发高度依赖 “试错法”，存在实验量大、周期长、成本高、构效关系不明确等短板，且将高性能介电材料与拓扑超表面器件相结合的全链条研究仍处于起步阶段。面向国家新一代信息通信技术发展需求，团队创新性将可解释机器学习引入陶瓷材料理性设计，构建小样本高精度性能预测模型，借助SHAP与部分依赖分析破解模型 “黑箱” 问题，精准锁定影响介电性能的关键结构因素。在此指导下，团队在枪晶石型Ca3SnSi2O9基材料中实现了优异的介电性能：εr = 8.88, Q×f = 120413 GHz, τf = ‒25.8 ppm/oC，创下枪晶石型硅酸盐材料体系性能与热稳定性协同优化的新纪录，并基于该材料实现X波段可调谐拓扑超表面滤波器的研制。

依托上述自研材料作为介质基板，结合双层被银工艺，团队进一步完成X波段可调谐拓扑超表面滤波器的设计、制备与测试。该器件利用对称性破缺诱导拓扑相变，在界面处产生局域拓扑界面态，具备传输效率高、品质因子可调、工作频率可定制化等突出优势，可满足毫米波通信、射频系统、卫星终端等场景对低损耗、高稳定滤波器件的迫切需求，实现了从关键材料到功能器件的直接转化。

近日，纺织新材料与先进加工全国重点实验室杨应奎教授团队在Nature Communications期刊发表题为“Dynamic Ligand-Vacancy Engineering Drives Metal Dimerization for Efficient Urea Electrooxidation”的高水平研究论文。武明杰教授为第一作者，杨应奎教授为通讯作者，武汉纺织大学为唯一署名单位。

尿素氧化反应因其热力学电位低、可与废水处理耦合，被视为替代传统析氧反应实现节能制氢的理想途径。然而，现有金属有机框架（MOF）催化剂在碱性氧化环境下易发生不可逆结构转变，活性位点快速失活，制约其实际应用。针对这一挑战，研究团队基于MOF材料，利用Fe与Co在碱性高电位下热力学与动力学行为的差异，构建了一种自适应的配位微环境。该结构在电化学活化过程中选择性诱导Co位点产生配体空位，同时Fe位点保留配体结构，进而增强金属-金属相互作用，形成稳定的二聚体构型（图1）。

图1. 金属有机框架（MOF）催化剂设计策略

研究表明，该动态重构后的催化剂（DR-FeCoBMF）在尿素氧化反应中表现出优异的性能（图2）：达到10 mA cm-2电流密度仅需1.222 V，比商业IrO2低188 mV，氮氧化物法拉第效率高达87.7%。在工业级电流下，该催化剂可在1 A cm-2条件下稳定运行100小时，性能无明显衰减，相比传统水电解节能13%。结合光谱表征与理论计算，研究进一步揭示，配体空位诱导的金属二聚化将C–N键裂解能由1.33 eV降至0.80 eV，并将速控步从非电化学步骤（C–N裂解）转变为电化学步骤（*NO氧化），显著降低了反应活化能。

图2. 尿素辅助水电解系统设计与电催化性能

该研究针对碱性电氧化环境中MOF催化剂易发生表面重构导致失活的关键难题，从MOF重构的角度出发，提出了“异核空位-成键”动态自适应策略，通过在原子尺度上调控配体空位与金属二聚化，实现了催化活性与结构稳定性的协同提升，为高效、耐用的非贵金属电催化剂设计提供了新思路。

第一作者武明杰教授：2023年5月入职全国重点实验室，主持国家自然科学基金、加拿大FRQNT博士后基金和加拿大FRQNT卓越博士PBEEE项目，入选湖北省高层次人才计划、武汉英才计划、江夏区高层次人才计划、湖北省科技副总等。入职以来，以第一/通讯作者在Nature Communications、Energy & Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition、ACS Nano、Advanced Functional Materials等TOP期刊上发表高水平论文20余篇，包括ESI高被引论文3篇、热点论文1篇；申请国家发明专利8项。

短波紫外非线性光学（NLO）晶体是支撑全固态激光器实现频率转换的核心功能材料，其研究核心在于对结构基元在晶体结构堆积过程中的调控，进而实现关键光学性能的调控优化与协同均衡，包括倍频效应、双折射率和光学带隙等。平面型π共轭结构基元（如[BO3]3–、[CO3]2–、[NO3]–和[B3O6]3–）是产生二阶倍频响应的重要来源，其共面排布与堆积方式直接决定晶体的光学各向异性，即Δn的大小。

目前相关研究多集中于刚性π共轭基元化合物，这类材料在晶体堆积过程中，π基元的共面性受金属配位多面体构型、阴离子间键合作用等多种结构因素共同制约，而现有研究对各因素的调控机制往往多依赖经验判断，难以同时实现宽带隙、强倍频效应与适中双折射的综合最优性能。

针对关键光学性能连续可调这一挑战性难题，武汉纺织大学陈玲教授团队提出新思路：采用由脂肪链结构连接羧基与胍基两个π共轭单元的胍基丙酸（GP+）柔性基元，设计并构筑短波紫外非线性光学晶体。研究表明，在该体系中可通过调控抗衡阴离子X⁻的尺寸大小（Cl⁻ < Br⁻ < [HSeO3]⁻ < [NH2SO3]⁻），实现二维晶体层间距的连续可控调节（从3.14 Å增至3.69 Å），更为关键的是，层间距的变化可直接影响胍基丙酸离子中脂肪链的折叠构型，进而诱导其羧基与胍基两个π共轭平面之间的二面角发生连续改变，实现从近平面的175°逐步调节至65°。随着π共轭基团共面性的系统性变化，该系列材料的双折射率（Δn）可在0.20到0.11范围内的调节。此项研究以抗衡阴离子尺寸为结构调控手段，成功实现胍基丙酸基元构象由近平面向非共面的连续转变，进而使体系的的双折射率、带隙及倍频性能同步实现连续可调。其中氨基磺酸盐晶体(C4H10N3O2)(NH2SO3)（GPMS）兼具宽带隙（5.63 eV）、适中双折射率（Δn = 0.11）和大倍频响应（3.3 × KDP），具有很好的短波紫外NLO晶体应用前景。该研究为NLO晶体材料和其它光学材料的结构调控设计提供了重要参考。

近日，该成果以“Anion Size-Dependent Conformational Folding of Guanidinopropionate: Enabling Tunable Birefringence and Balanced Second-Harmonic Generation Performance”为题发表于Angewandte Chemie International Edition。武汉纺织大学是唯一通讯署名单位，第一作者是纺织新材料与先进加工全国重点实验室24级硕士研究生蒋思骞，通讯作者是王雪飞、吴立明和陈玲教授。

非线性光学晶体是激光技术与光通信技术的核心材料之一，然而，日盲紫外（SUV，200–280 nm）波段高效晶体材料还是相对短缺。这是由于双折射与非线性光学晶体材料的重要构筑单元是π 共轭功能基元，但受强偶极–偶极相互作用影响，该类体系中仅有不足20%能结晶为非中心对称（NCS）结构。同时π共轭基元自身的HOMO–LUMO 带隙较小。而含孤对电子的金属（Sn、Pb）、过渡金属阳离子以及多碘阴离子（[I₄]²⁻、[I₃]⁻、[IX₂]⁻等）往往会窄化带隙，导致吸收截止边红移至280 nm 以上，仅能覆盖可见或近红外波段。因此，适用于日盲紫外波段的晶体极为稀缺。

本研究中，武汉纺织大学的陈玲教授团队报道了十二种全新的4 -羟基吡啶鎓卤化物，其中[4HPH]⁺与[X]⁻功能基元具有较大的HOMO–LUMO带隙，使其可应用于日盲紫外区域。该系列晶体展现出多阴离子体系材料中最宽的带隙，且可通过氢键强度实现带隙调控。通过调控溶液 pH 值，该体系可实现可控结构相变：从中心对称相（空间群：P1(I)、C2/c (V,VI)、Pbcm (VII–IX)、P2₁/c (II–IV)）转变为非中心对称相 Pca2₁(X–XII)。其中 C–O 键长可作为特征结构标识。在这些化合物中，[C5H6NO]+(HF2)−在 4HPX 家族以及已报道的无水 SUV 晶体中表现出最大的双折射率值（0.293）；而具有无心结构的化合物(C5H6NO)+(Cl)−、(C5H6NO)+(Br)−、(C5H6NO)+(I)−分别展现了较强的二次谐波产生响应，分别为1.84、1.01 和 0.75 × KDP。这些化合物有望应用于日盲区双折射晶体材料和倍频晶体材料。

近日，该成果以“Protonation-Triggered Structural Transformations in 4-Hydroxypyridinium Halides for Solar-Blind UV Functional Crystals.”为题发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2026, e24953。北京师范大学、武汉纺织大学是共同通讯署名单位，第一作者是北师大博士研究生陆静，通讯作者是纺织新材料与先进加工全国重点实验室吴立明和陈玲教授。

热电材料是一种能够实现热能与电能直接相互转化的先进电子功能材料，其应用主要覆盖航天国防、微电子热管理、汽车尾气及工业余热回收等领域。TAGS固溶体（(GeTe)ₓ(AgSbTe₂)₁₋ₓ）是太空电源（RTG）的经典p型热电材料，尤其用于NASA深空探测器的放射性同位素温差发电器，被用于好奇号、毅力号火星车、新视野号等代表性任务。而TAGS固溶体体系的关键组分就是AgSbTe2。

作为一类重要的中温区热电材料，AgSbTe2存在热力学稳定性差，室温下块体AgSbTe2基体中常析出Ag2Te和Sb2Te3杂相。即便采用机械合金化、熔融退火及区域熔炼等多种制备工艺下仍不可避免地残留少量的α-Ag2Te第二相。

本研究中，武汉纺织大学的陈玲教授团队通过高温固相反应法，成功制备出铅在阳离子位掺杂的AgSbTe2基化合物（AgSb0.96Pb0.04Te2）。在该材料中，Pb2+取代Sb3+引发了晶格膨胀，并将Ag空位的形成能由-0.133 eV（自发过程）提升至0.024 eV，进而有效抑制了Ag2Te杂相析出，稳定了AgSbTe2材料基体。在此基础上，Pb掺杂还实现了电子输运与声子输运的协同优化。电子输运层面，载流子浓度提升两个数量级，电导率显著提高，获得18.14 μW cm-1 K-2的高功率因子。声子输运层面，Pb引入的位错可有效增强声子散射，同时软化了晶格中的成键，降低声学与光学声子频率，促进声光振动间的耦合，显著抑制热传导，获得接近热扩散极限的超低晶格热导率。最终，在623 K下，将AgSbTe2 基材料的热电优值ZT从0.8提升到AgSb0.96Pb0.04Te2 2.0，达到该类材料的最优性能值之列。

近日，该成果以“Lead-Doping Enabled Band Engineering and Phonon Transport Modulation: Key to High-Performance Thermoelectric AgSbTe2”为题发表于Angewandte Chemie International Edition（链接：doi.org/10.1002/anie.2554196）。北京师范大学、武汉纺织大学是共同通讯署名单位，第一作者是北师大23级硕士研究生韩云冲，通讯作者是纺织新材料与先进加工全国重点实验室吴立明和陈玲教授。

近日，在国家级大学生创新创业训练计划项目支持下，张兆威和张若筠等指导生康学院本科生张德翼，在本领域顶级期刊Trends in Analytical Chemistry发表题为Detection of microplastics from food and beverage packaging materials的评述论文。该论文第一署名单位为武汉纺织大学，第一作者为张若筠，共一作者为张德翼，通讯作者为张兆威。

该论文聚焦农产品食品安全，评析了食品包装复杂基质下，前处理新方法，食品包装来源微塑料的先进鉴定和测量技术，迁移途径和机制，剖析当前痕量纳米塑料定性定量、光谱数据库、跨研究数据可比性等核心瓶颈，展望人工智能识别、高光谱成像筛查、多技术联用策略的应用前景，为农产品食品包装中微塑料检测技术和产品的标准化、食品危害因子风险评估、预警和防控提供理论参考。本文受到国家和省部等科研项目的支持。

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来源 | 各单位 新闻文化网

通讯员 | 苗帅 蒋思骞 武明杰 陆静 韩云冲 张若筠

排版 | 杨菁菁

责编 | 罗祎

审核 | 姜永杰

投稿邮箱 | whfdzg@wtu.edu.cn

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