3月17日，科技部高技术研究发展中心(科技部基础研究与管理中心)发布了2022年中国十大科学进展，包括:祝融巡视雷达揭示火星乌托邦平原浅层层状结构；快速精细地描绘了活跃的重复快速射电爆发；新原理实现海水直接电解制氢；揭示新冠肺炎突变的特征和免疫逃逸机制；实现高效全钙钛矿叠层太阳能电池和组件；新原理开关器件为高性能海量存储提供了新的方案；实现超冷三原子分子的量子相干合成；在温和压力下实现乙二醇合成；发现复杂体系中飞秒激光诱导微纳结构的新机制； 实验表明超导态是“分段费米面”。
坚持“四个导向”，潜心基础研究，专家学者对十大进展的科学意义和潜在应用价值进行了解读。
中国科学院国家天文台研究员苏烟:
2021年5月15日，田文一号首次火星探测任务祝融号成功降落在乌托邦平原。乌托邦平原是火星上最大的撞击盆地，位于火星北半球。它的直径约为3300公里，可能曾经是一个巨大的古代海洋。中国科学院地质与地球物理研究所的陈颖和张金海团队利用火星车携带的科学载荷探地雷达的科学探测数据取得了突破。探地雷达利用电磁波可以穿透物质的特性，对火星的地下结构进行高精度的CT扫描。首次在乌托邦平原南部距地下80米深处1171米范围内获得精细的层状影像。发现浅表层有三层:第一层是10米的火星土壤， 另外两层是10-30米，30-80米是物质随深度变厚的层状结构。
分析表明，着陆区没有0-80m液态水的证据，但不排除盐冰的可能。这项研究提供了火星长期水活动的观测证据，揭示了火星由湿到干的变化，为进一步了解火星地质演化和环境气候变化奠定了重要基础。
快速精细地描绘了活跃的重复快速射电爆发。
清华大学冯华教授:
快速射电爆发(FRB)是宇宙射电波段中最剧烈的爆发之一。它的持续时间很短(大约一毫秒)，强度很低，很难观察和研究。这是天体物理学研究领域的主要前沿热点之一。
利用500米口径球面射电望远镜FAST，中国科学院国家天文台李勇、李可佳团队发现了世界上首个持续活跃的快速射电爆发FRB20190520B，具有已知最大的环境电子密度，有效推动了FRB的多波段研究。通过监测活跃重复爆发FRB20201124A，研究团队获得了迄今为止FRB最大的极化样本，探测到了FRB局部环境中的磁场变化及其频率相关的极化振荡现象。鉴于活跃的重复爆发，组织了国际合作，特别是GBT协调美国大型望远镜的FAST观测。该研究揭示了描述FRB周围环境的单一参数，即“RM色散”， 并提出了重复快速射电爆发极化频率演化的统一机制。
这项研究详细描述了活跃和重复的快速射电暴，并构建了统一的图景，堪称“教科书级的发现”，为最终揭示快速射电暴的起源奠定了观测基础。
海水直接电解制氢的新原理
中国科学院化学研究所张建玲研究员:
氢能被认为是21世纪最有潜力的清洁能源，电解水制氢被认为是一种清洁高效的方法。目前电解水制氢技术都是基于淡水电解原理，直接实现海水电解水制氢意义重大。
然而，海水的成分非常复杂。除了约96.5%的水外，还含有无机物、有机物、固体颗粒、微生物等各种杂质，造成海水电解的一系列问题。因此，现有的电解海水制氢技术一般需要先将海水淡化，再进行电解制氢。深大/川大谢和平团队通过将分子扩散、界面相平衡等物理力学过程与电化学反应相结合，首创了原位直接电解海水制氢的新原理和新技术，建立了自驱动气液界面相变和自迁移的理论方法，形成了界面压差海水自发相变和传质的力学驱动机制， 实现了海水的动态自调节和稳定的直接电解制氢与电化学反应和海水迁移，无需额外能耗。该研究形成了从原有原理、突破性技术、国产设备到特色电解制氢产业模式的零碳氢能发展路径，具有较大的应用价值。
揭示新冠肺炎突变的特征和免疫逃逸机制
中国科学院微生物研究所研究员颜景华:
人类感染奥米克隆病毒会形成群体免疫，阻断下一轮病毒感染吗？你能预测下一个受欢迎的新冠肺炎吗？
曹云龙、谢晓亮团队和王祥喜团队首次揭示了新冠肺炎奥米克隆突变体及其新亚类的体液免疫逃逸机制和突变进化特征，揭示了奥米克隆中和抗体的逃逸机制及其与病毒刺突蛋白结构特征的关系；发现Omicron/突变体可以逃避人感染后产生的中和抗体，证明通过Omicron感染难以实现群体免疫阻断新冠肺炎的传播。基于自主研发的高通量突变扫描技术，成功预测了新冠肺炎受体结合域的免疫逃逸突变位点，前瞻性筛选了广谱新冠肺炎中和抗体。
该研究加深了人们对新冠肺炎和体液免疫的认识，不仅为广谱新冠肺炎疫苗和抗体药物研发方向的调整提供了重要的数据参考，也积极推动了该领域的科技发展。
高效全钙钛矿叠层太阳能电池及组件
中国科学院化学研究所胡劲松研究员:
钙钛矿太阳能电池是一种利用钙钛矿结构的吸光材料将太阳光转化为电能的装置。目前单结钙钛矿电池的光电转换效率已经达到25.7%。接近31%的理论效率，构建叠层太阳能电池的理论效率可以达到45%左右。全钙钛矿叠层太阳能电池具有低成本液相处理的优势，在大规模应用中显示出广阔的前景。关键瓶颈问题包括:在基础研究中，窄禁带钙钛矿晶体表面缺陷密度高制约了效率的提高；在工业应用方面，大面积组件的制备技术还不成熟。
南京大学谭海仁团队发现，设计钝化分子的极性可以显著增强缺陷的钝化效果，大幅提高全钙钛矿叠层电池的效率。经测试，堆叠式电池效率达到26.4%，刷新了钙钛矿电池效率纪录，首次超过单结钙钛矿电池。在此基础上，团队开发了大面积全钙钛矿叠层光伏组件的量产技术，利用致密的半导体共形层阻挡组件互连区域钙钛矿与金属背电极的接触，显著提高了组件的光伏性能和稳定性，研究具有广阔的发展前景。
新原理开关器件为高性能海量存储提供了新方案。
北京大学教授张行:
高密度和海量存储是大数据时代信息技术和数字经济发展的关键瓶颈。近年来，新的存储技术取得了很大进展。这些存储器大多需要一个双向阈值开关器件来重写作为存储载体的材料的状态，从而实现信息的存储。目前常用的双向阈值开关器件基本都是多材料体系，元件包含很多元素。首先，很难在12英寸的硅片上制备具有均匀原子级的材料，其次，这种多相材料容易发生相分离，从而缩短了开关器件的使用寿命。因此，寻找高性能的开关器件成为新型存储器发展的关键。
中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋和朱敏发明的基于单质碲与氮化钛电极界面效应的新型开关器件，充分发挥了碲在纳米尺度二维有限结构中快速熔化结晶和低功耗的独特优势，且器件简单，可克服双向阈值开关复杂器件带来的器件隔离问题，为发展大容量存储和近存储计算提供了新的技术方案。
实现超冷三原子分子的量子相干合成
清华大学教授尤里:
利用高度可控的过冷分子模拟难以计算的化学反应，可以全方位精确研究复杂体系。2003年，科学家首次从超冷原子气体中合成了双原子分子，随后在其他实验室制备了多种超冷双原子分子，广泛应用于超冷化学和量子模拟研究。与两体相比，三体经典系统极其复杂，一般求解难度更大。三原子分子的量子能级结构在理论上无法准确预测，实验操控难度极大。超冷三原子分子的制备一直是实验中的一大挑战。
中国科大潘建伟和赵波团队与中科院化学所白春礼团队合作，利用射频合成技术，首次在双原子钠钾基态分子和钾原子的超冷混合气体中相干合成了超冷三原子分子。该研究为超冷化学和量子模拟的研究开辟了新的方向。
在温和压力条件下实现乙二醇合成。
天津大学龚金龙教授:
乙二醇是一种重要的化工中间体，需求量很大，开发煤基乙二醇替代石油技术路线意义重大。经过国内众多研究团队30多年的研究，我国在煤和合成气制乙二醇方面取得了技术突破，形成了世界领先的生产工艺和设备。但该技术路线在工业化生产中存在安全隐患、产品纯度和质量不稳定等问题。核心原因是加氢反应中氢气浓度高，操作压力大。
厦门大学谢苏元、袁与中科院福建物质结构研究所姚元根、郭国聪合作，利用富勒烯C60作为“电子缓冲体”修饰铜硅催化剂，开发了富勒烯修饰铜催化剂，实现了温和压力下富勒烯缓冲铜催化合成草酸二甲酯乙二醇。该研究突破了常压低氢浓度条件下反应效率低的难题，有利于合成气制乙二醇工业的绿色安全发展，将对煤化工和催化领域产生深远影响。
发现复杂体系中飞秒激光诱导微纳结构的新机制。
北京工业大学教授王璞:
飞秒是10-15秒。飞秒激光是一种脉冲宽度为1-1000飞秒的脉冲激光，具有超快、超强、超宽带的特点，已广泛应用于科学研究、工业制造等领域。当飞秒激光聚焦到材料中时，会产生各种高度非线性效应。在这种极端条件下，光与物质的相互作用充满了未知和挑战。
浙江大学邱团队、之江实验室谭德志团队和上海理工大学团队发现了飞秒激光在复杂体系中诱导形成微纳结构的新机制。以含氯、溴、碘离子的氧化物玻璃体系为例，实现了玻璃中成分和带隙可控、发光可调的钙钛矿纳米晶的3D直接光刻，呈现红、橙、黄、绿、蓝等不同颜色。所形成的纳米晶体在紫外线照射、有机溶液浸泡和250摄氏度的高温下显示出显著的稳定性。研究团队发现了飞秒激光在玻璃中诱导液体纳米相分离和离子交换的新机制， 并开辟了玻璃中连续可控写入带隙和发光的三维半导体纳米晶结构新技术，为新一代显示和存储技术开辟了新的途径。
实验证明超导态是“分段费米面”
中国科学院教授张富春:
超导是物理学中一个经久不衰的研究方向，具有重要的基础研究和工业应用价值。“分段费米面”是超导研究中的难题之一。费米表面决定了固体材料的许多物理性质，如电学、光学等。手动控制费米表面是控制材料物理性质的最重要的方法之一。超导体一般没有费米面。1965年，科学家做出理论预言，超导能隙中可能产生特殊的“分段费米面”。然而超导的“分段费米面”在实验中并没有实现。原因是，在普通超导体中，产生“分段费米面”所需的超导电流通常接近甚至大于超导临界电流， 所以超导电流在“分段费米面”形成之前就已经把超导体淬火了。
上海交通大学贾金峰和郑浩团队与麻省理工学院付亮团队合作，设计并制备了拓扑绝缘体/超导体异质结系统，用扫描隧道谱仪实现并观测到了库珀动量引起的“分段费米面”，成功验证了50多年前的理论预言。这一研究为控制物质状态和构建新的拓扑超导性开辟了新的方法。(记者赵泳鑫)
”(2023年3月20日第10版)
