近日，华南理工大学电子显微中心/前沿软物质学院教授韩宇团队联合香港科技大学（广州）助理教授周胜团队在气体分离膜领域取得重要进展，提出“准纯MOF膜”新概念。相关成果发表于《自然》（Nature），清华大学、沙特阿卜杜拉国王科技大学等单位参与合作。
低剂量电子显微表征揭示“准纯 MOF 膜”构筑基元的有序埃米孔道结构：
(a）[100]取向ZIF-67纳米片；（b）[110]取向ZIF-67纳米片
| 图源：研究团队 |
研究团队将MOF晶体二维化为取向纳米片，并利用分子锚定剂将聚合物链动态固定于MOF表面，构筑出MOF体积分数超过90%的准纯MOF膜。该策略克服了传统混合基质膜中MOF填料含量受限、界面缺陷及规模化制备困难等瓶颈，使膜的气体分离性能接近纯MOF膜的本征水平。
团队成功制备了ZIF-67、CALF-20和CuBDC等多种准纯膜，并应用于丙烯/丙烷、乙烯/乙烷分离、二氧化碳捕集及氢气纯化等过程。其中，取向ZIF-67膜在丙烯/丙烷分离中实现丙烯渗透率约160 barrer、混合气选择性约100，且已完成长20米、宽20厘米的连续卷对卷制备，展现出良好的产业化前景。
据悉，华南理工大学电子显微中心采用低剂量高分辨扫描透射电子显微技术，为多种成膜用MOF纳米片提供了直观、可靠的微观结构证据。
图像清晰揭示了[110]投影ZIF-67纳米片中交替排列的四元环与六元环结构、[100]投影ZIF-67纳米片的四元环孔口，以及CuBDC纳米片的方形网格结构与一维孔道入口。这些原子/近原子尺度证据证实了MOF纳米片的高结晶性、取向性及孔口暴露方式，为理解其有序堆叠、孔道取向与气体筛分性能提供了关键结构基础。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10655-9
作者：朱汉斌 来源：中国科学报
如果电子跑得像光一样快，分子里的化学键会怎样？美国布朗大学团队在一项针对铋—碳带电分子的实验中，首次亲眼看到了答案：电子以接近光速飞奔，直接改变了化学键的“模样”。相关论文发表于近期《科学》杂志。
在铋（以晶体形式显示）等重原子内，电子能以相对论速度运动
| 图源：英国《新科学家》网站 |
狭义相对论告诉我们，物体的运动速度一旦接近光速，时空体验就会发生奇妙变化。这种效应常被认为与粒子加速器或航天器有关，但事实上，在一些重原子内部，电子也会以接近光速的速度移动，因而足以重塑分子内的化学键。只不过，此前没有人能在实验中直接“看”到这一幕。这一次，科学家做到了。
在研究的铋-碳带电分子中，一个铋原子与一个碳原子由三根化学键相连。团队推测，其中一根是σ键，另外两根是π键。这两种键的根本差别来自电子的量子特性：每个电子并非一颗紧实的小球，而是铺展在空间某个区域的概率云——这些云若是“头对头”重叠，便形成σ键；若是“肩并肩”并排重叠，便形成π键。
实验中，团队绘制了整个分子的电子分布图，相当于给化学键拍了一张肖像。奇怪的是，他们并没有看到纯粹的σ型和π型分布，而是发现其中两根键呈现出σ与π的混合模样。
计算表明，这种混合，源于铋核附近的电子感受到了极其强烈的电磁拉扯，以至于被加速到接近光速。正是这近乎光速的运动，把原本规整的键型揉成了亦σ亦π的混合体。这种效应，过去从未被实验观测到。
团队表示，实验的关键一步，是在观测电子之前先将分子冷却到极低温度，从而抑制了所有可能让最终图像变得模糊的热振动和激发，让键的轮廓纤毫毕现。
铋-碳键的重塑，可能会影响有机铋化合物在化学反应中的表现。事实上，德国马克斯·普朗克煤炭研究所科学家近期已证明，相对论效应有助于让这类重金属成为化学过程的出色催化剂。
作者：刘霞 来源：科技日报
中国科学院院士、华东理工大学教授朱为宏与该校教授张维伟团队，揭示了表面活性剂诱导界面微环境调控在有机纳米光催化中的关键作用机制，也为设计高效、稳定的光催化体系提供了一种低成本、简便且通用的新策略。相关研究成果近日发表于《先进材料》。
在子纳米光催化剂共组装吐温20表面活性剂
构筑外亲水内疏水界面微环境
| 图源：研究团队 |
有机纳米光催化剂具有分子结构可调、可见光吸收优异、激子迁移距离短及催化活性位点丰富等优势，是光催化分解水制氢领域的研究热点。然而，有机纳米光催化剂在反应过程中易发生团聚而失活，通常需要引入表面活性剂以提升其分散稳定性。同时，目前仍然缺乏表面活性剂对界面微环境的调控机理，及其对有机光催化剂光物理特性、界面传质过程的协同作用规律的系统研究，限制了高效、稳定纳米光催化体系的精准理性设计。
针对上述瓶颈，研究团队选取给体-受体（D-A）型小分子CNP90作为模型体系，采用纳米沉淀共组装策略，制备了经聚乙二醇（PEG）、吐温20（T20）、吐温80（T80）等不同表面活性剂包裹的分子纳米光催化剂。
系列测试结果表明，吐温类表面活性剂具有独特的双亲性结构，且T20和T80包裹的CNP90表现出显著抑制的非辐射复合、增强的电荷分离效率以及明显延长的激发态寿命。
研究团队以T20为例进行了进一步分析。T20在CNP90界面构筑了两亲性界面微环境，其中疏水的烷基链有效保护CNP90的有机核心免受高极性水环境诱导的激发态非辐射失活，而亲水的聚氧乙烯链则通过调控界面氢键网络，强化了水-催化剂之间的相互作用层。
得益于这一协同微环境工程，T20/CNP90与T80/CNP90的光催化制氢速率相较于CNP90及PEG/CNP90均获得大幅提升，其中T20/CNP90表现最优，超越了目前绝大多数已报道的有机光催化体系。此外，T20/CNP90可通过涡流强化瞬时纳米沉淀法实现规模化制备，展现了宏量制备的潜力。同时，该共组装策略在多种光电功能分子体系中均显示出良好的普适性。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.73981
作者：江庆龄 来源：中国科学报
韩国科学技术研究院（KAIST）与成均馆大学联合研究团队成功开发出一种新型半导体结构，使电流在二维材料中能够无阻碍地流动。这一成果突破了长期困扰芯片行业的“电气瓶颈”，有望大幅降低下一代半导体器件的接触电阻，为人工智能芯片、超低功耗半导体等领域提供关键技术支撑。
| 图源：韩国科学技术研究院 |
在半导体器件中，金属电极与半导体接触的界面会产生接触电阻，导致性能下降和功率损耗。随着芯片尺寸不断缩小，这一问题愈发突出，被视为制约下一代半导体发展的主要技术瓶颈之一。
传统方法只能将金属电极直接附着在半导体表面，但仍然难以彻底消除界面电阻。这可以理解为电流从金属流进半导体时，中间横着的一道“能量小坡”，也就是业内所说的势垒。在普通硅芯片里，换个合适功函数的金属能把坡削低一点。但在单层二维材料这种原子级厚度的体系里，材料本身的缺陷态会把费米能级“钉”在原处，导致换金属电极后那道“坡”的高度也几乎纹丝不动，接触电阻因此长期降不下来。
此次研究团队另辟蹊径，在单层二硒化铂（PtSe2）薄膜（仅一两层原子厚的二维材料）内部，连续构建出半金属区域和半导体区域，并使两种区域在同一材料内自然衔接。这种一体化结构避免了不同材料界面的突变，从而让电流能够平滑地从半金属区流向半导体区，不再受界面阻挡。
为验证这一设计，团队利用原子力显微镜在纳米尺度上直接观测薄膜内部的电荷输运行为。结果显示，当电流穿越半金属与半导体之间的边界时，流动连续、稳定，未出现路径阻塞或弯曲现象。这是首次实验直接证明单片接口不会干扰电流流动。此外，通过对半导体区域施加电场，团队成功控制了电流的通断，证实该结构具备实际器件操作能力。
相关论文已发表于《细胞》旗下《Matter》。研究人员表示，这项技术为基于二维材料的下一代半导体提供了降低接触电阻的源头方案。
作者：张梦然 来源：科技日报
近日，中国农业科学院农业基因组研究所超级稻种质创新团队揭示了水稻器官边界建成的分子机制。相关研究成果发表在《植物细胞》（The Plant Cell）上。
水稻新器官的形成始终伴随边界区域产生，这类区域既是新旧器官的天然分界，也是新组织、新器官起始的核心位点，对器官形态建成至关重要。
水稻的分蘖数、叶片夹角、籽粒落粒性等核心产量性状，分别与分生组织边界、叶枕区、小穗离层等多类边界的有序发育密切相关，但不同类型边界是否存在统一的调控规律，缺少深入研究。
该研究发现，水稻中存在一类转录因子，在器官边界特异表达，像“分子开关”调控下游功能基因，可同时调控分蘖起始、叶枕发育、离层形成等多类边界发育过程，最终决定水稻多项核心产量性状。这不仅完善了单子叶植物器官边界发育的基础理论，也为禾本科作物的株型改良提供了基因靶标。
相关论文信息：https://doi.org/10.1093/plcell/koag152
作者：李晨，马昕怡 来源：中国科学报
新闻素材撷取：科学网
部分配图参考：摄图网
选摘时段：2026年7月13日-7月19日
