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該項(xiàng)目屬于食品發(fā)酵與釀造技術(shù)領(lǐng)域。項(xiàng)目核心技術(shù)成果來(lái)源江南大學(xué)和國(guó)內(nèi)知名大型黃酒公司多年的產(chǎn)學(xué)研合作。浸米環(huán)節(jié)是黃酒釀造中決定能否正常發(fā)酵的關(guān)鍵因素之一，生產(chǎn)上糯米經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸漬后經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)破碎粘糊的現(xiàn)象，這種米在蒸飯機(jī)蒸飯時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量結(jié)塊和生心，不但降低出酒率，而且容易導(dǎo)致發(fā) 酵醪酸敗，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。針對(duì)上述問(wèn)題，本項(xiàng)目從黃酒釀造環(huán)節(jié)中篩選出植物乳桿菌，建立生物酸化浸米新工藝，縮短了大罐浸米時(shí)間，有效解決了蒸飯結(jié)塊和生心問(wèn)題。 從黃酒釀造環(huán)節(jié)篩選出一株適合用于生物酸化浸米的植物乳桿菌（專利保藏號(hào)：CGMCC NO.7184），該菌能在寡營(yíng)養(yǎng)條件下實(shí)現(xiàn)快速產(chǎn)酸，能產(chǎn)生抑菌物質(zhì)，且為產(chǎn)生物胺陰性菌株。通過(guò)選擇合適的培養(yǎng)基原料，優(yōu)化處理方式、培養(yǎng)條件等，使得該菌能達(dá)到 5×109cfu/mL 細(xì)胞密度。建立生物酸化快速浸米工藝，使浸米時(shí)間由原 4~5 天縮短至 3 天，米粒不易破碎，蒸飯后飯粒完整性好，有效解決了蒸飯中出現(xiàn)的生米和結(jié)塊問(wèn)題，降低了黃酒酸敗率和提高了原料出酒率。采用生物酸化浸米后米漿水無(wú)異味、氣味人，同時(shí)浸米水中生物胺的含量降低，有利于米漿水的回收利用。機(jī)械化黃酒生產(chǎn)中采用生物酸化浸米后，米漿水在不殺菌的情況下代替 20%投料水使用，能賦予黃酒更好的風(fēng)味。

納米孔道的離子輸運(yùn)現(xiàn)象是材料科學(xué)和生物物理等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。當(dāng)納米孔道的尺度達(dá)到納米即接近分子大小時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)許多奇異的輸運(yùn)現(xiàn)象。研究這些輸運(yùn)現(xiàn)象對(duì)于了解細(xì)胞膜離子通道機(jī)制，制備新型高效分離設(shè)備淡化海水、處理污水，探索新型DNA測(cè)序方法等都有重要意義。基于核徑跡高分子膜制備的納米孔具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)韌富有柔性并且可以高效大規(guī)模制備的優(yōu)點(diǎn)，但是由于已沿用六十多年的傳統(tǒng)化學(xué)蝕刻制備法不便可靠控制蝕刻速率，無(wú)法達(dá)到亞納米尺度。劉峰和王宇鋼課題組基于多年來(lái)核徑跡納米孔研究工作的基礎(chǔ)（JACS，2008,2009；AFM, 2010,2011; EES, 2011等），首次通過(guò)高能重離子轟擊高分子膜并進(jìn)行充分紫外線照射，不進(jìn)行蝕刻而成功制備亞納米尺度的核孔膜 （Qi Wen, et al., Advanced Functional Materials，2016, Cover Highlights)。該膜具有超高離子選擇性，比如陰陽(yáng)離子選擇性高達(dá)108，但導(dǎo)通量離實(shí)際應(yīng)用尚有一定距離。事實(shí)上，選擇性和通量對(duì)于所有離子分離膜都是一對(duì)難以調(diào)和的矛盾。2017年《Science》專門就此發(fā)表題為“Maximizing the right stuff: The trade-off between membrane permeability and selectivity”的長(zhǎng)篇評(píng)述文章，指出分離膜研究的正確方向是要同時(shí)具有高選擇性和高通量。通過(guò)優(yōu)選高分子膜并利用新的制備工藝，劉峰、王宇鋼課題組所獲得的新型納米尺度核孔膜，在保持堿金屬離子與重金屬離子高選擇性的同時(shí)，將離子的輸運(yùn)率提高了3個(gè)數(shù)量級(jí) （圖A）。 這種納米核孔膜的優(yōu)異分離性能突破了傳統(tǒng)的分離膜和氧化石墨烯等新型分離膜的局限 （圖B）。與此同時(shí)，他們還建立了高分子納米孔模型并通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬揭示，一方面由于孔的半徑在0.5納米左右極大減少了脫水勢(shì)壘的阻礙從而極大提高了輸運(yùn)量，同時(shí)由于部分脫水的離子和表面吸附的電荷之間的相互作用而保持了高選擇性 （圖C）。 這項(xiàng)研究揭示了納米孔道的離子輸運(yùn)新機(jī)制，并且為突破高選擇性和高輸運(yùn)率的矛盾提供了新的思路。通過(guò)該方法所制備的高分子膜在過(guò)濾重金屬元素的水凈化，制備新型電池等方面也有重要應(yīng)用價(jià)值。

北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心的韓偉研究員和謝心澄院士，以及日本理化學(xué)研究所的Sadamichi Maekawa教授，受邀在國(guó)際著名刊物《自然-材料》（Nature Materials)上撰寫綜述文章，介紹“自旋流--新穎量子材料的靈敏探針”這一新興領(lǐng)域的前沿進(jìn)展。 自旋電子學(xué)起源于巨磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)而言，自旋流指的僅僅是電子自旋的傳播。隨著自旋電子學(xué)的蓬勃發(fā)展，與相關(guān)研究的不斷深入，新的自旋流現(xiàn)象與機(jī)制不斷被拓展，相關(guān)研究證明一系列的粒子或者準(zhǔn)粒子攜帶的自旋都能夠形成自旋流，比如磁性絕緣體中的磁振子、超導(dǎo)體中自旋三重態(tài)和準(zhǔn)粒子、量子自旋液體中的自旋子、自旋超導(dǎo)態(tài)等。尤其是對(duì)于量子材料而言，由于其往往具有獨(dú)特的自旋性質(zhì)，基于自旋流探針的研究方法就成為了表征量子材料物性的有效手段。 量子材料都是凝聚態(tài)物理與材料科學(xué)領(lǐng)域的研究前沿之一，其量子性質(zhì)起源于諸多量子效應(yīng)，包括低維尺寸效應(yīng)，量子限域效應(yīng)，量子相干效應(yīng)，量子阻挫效應(yīng)，能帶結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫裕孕壍礼詈希瑢?duì)稱性限制等等。量子材料包括石墨烯，高溫超導(dǎo)體，拓?fù)浣^緣體，外爾半金屬，量子自旋液體，自旋超流體等等。量子材料可以表現(xiàn)出諸多與自旋相關(guān)的量子性質(zhì)，如二維過(guò)渡金屬硫族化合物中的自旋-谷耦合，以及拓?fù)浣^緣體當(dāng)中的自旋-動(dòng)量鎖定等。因?yàn)榱孔硬牧系淖孕龑傩栽谙乱淮牧孔有畔⒋鎯?chǔ)和量子計(jì)算科學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用潛力，所以研究量子材料的自旋相關(guān)性質(zhì)得到了廣泛關(guān)注。 為了研究量子材料的自旋性質(zhì)，發(fā)展一種易于實(shí)現(xiàn)和操控的高效工具顯得尤為迫切與關(guān)鍵。幸運(yùn)的是，在實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和理論物理學(xué)家的不懈努力下，成功的證實(shí)了自旋流探針能夠作為量子材料的有效探測(cè)手段。一系列激發(fā)和探測(cè)自旋流的方法被提出并得以實(shí)現(xiàn)，從而證實(shí)了基于自旋流探針的量子材料物性研究的廣泛適用性。 迄今為止，相關(guān)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)自旋流能夠以超導(dǎo)體系中的自旋三重態(tài)庫(kù)珀對(duì)和超導(dǎo)準(zhǔn)粒子、量子自旋液體中的自旋子、磁性絕緣體和自旋超流體中的磁振子為載體進(jìn)行傳播，相關(guān)物理圖像被總結(jié)在表1中。本篇綜述文章著重介紹了在五類主要的量子材料體系中的基于自旋流探針的物性研究。第一類是超導(dǎo)材料體系，自旋流探針可以被用來(lái)驗(yàn)證自旋三重態(tài)的存在以及自旋動(dòng)力學(xué)的演化過(guò)程。第二類是量子自旋液體材料體系，自旋流探針可以被用來(lái)驗(yàn)證自旋子攜帶的自旋角動(dòng)量的有效傳播過(guò)程。第三類是磁性絕緣體體系，自旋流以磁振子的形式傳播，描述了磁有序材料當(dāng)中的集體激發(fā)行為。第四類是雜化量子激發(fā)體系，自旋流以磁振子-聲子雜化模式（磁振子-極化子）或磁振子-光子雜化模式（磁振子-極化激元）為載體進(jìn)行傳播。第五類是自旋超流體系，自旋流以玻色愛(ài)因斯坦凝聚中的自旋量子數(shù)為1的玻色子為載體進(jìn)行傳播，這種玻色子可以為電子-空穴激子或者是磁振子。 這些重要的研究進(jìn)展已經(jīng)充分證實(shí)了基于自旋流探針的物性表征對(duì)于量子材料而言是一種行之有效的研究手段。因此，這一方法將會(huì)極大的推動(dòng)新穎量子材料的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)物理性質(zhì)的研究。例如量子霍爾和量子自旋霍爾材料，量子鐵磁體和反鐵磁體，六角晶格體系中的量子手征聲子，自旋和力耦合的量子系統(tǒng)，超導(dǎo)體中的自旋動(dòng)力學(xué)和鐵磁與超導(dǎo)界面的超導(dǎo)能隙，自旋三重態(tài)超導(dǎo)體中的超導(dǎo)對(duì)稱性，強(qiáng)耦合自旋系統(tǒng)中的雜化激發(fā)，拓?fù)浯耪褡硬牧希孔幼孕后w中的自旋子，自旋超流體約瑟夫森效應(yīng)，以及其他任何作為自旋流載體的量子態(tài)。另外，這一領(lǐng)域的進(jìn)展還將推動(dòng)自旋成像技術(shù)的發(fā)展，如利用自旋極化掃描隧道顯微鏡和氮空位色心顯微鏡技術(shù)對(duì)量子材料體系中自旋流的原位探測(cè)。

 將醫(yī)學(xué)診斷和治療以“相輔相成”的方式合二為一，實(shí)現(xiàn)診療一體化（theranostics），成為提高疾病防控的重要手段。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，診療試劑的設(shè)計(jì)和制備是關(guān)鍵。常用的構(gòu)筑方式是將不同功能的分子連接或者混合起來(lái)。由于這些組分化學(xué)本質(zhì)的不同，化學(xué)結(jié)構(gòu)往往相差很大，設(shè)計(jì)和合成無(wú)疑會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間與精力，其應(yīng)用條件（如劑量）的兼容性難以得到保證。因此，能否通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)手段，合成結(jié)構(gòu)相似但功能不同的分子，實(shí)現(xiàn)“一體化”與“多功能”的兼容，成為診療試劑設(shè)計(jì)的新思路。 針對(duì)這一問(wèn)題，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院張俊龍課題組進(jìn)行了較為深入的研究。通過(guò)配體區(qū)域異構(gòu)，對(duì)配體激發(fā)態(tài)到稀土的能量傳遞過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)控制，在順/反式稀土異構(gòu)體中，分別實(shí)現(xiàn)近紅外光學(xué)成像和光動(dòng)力治療功能。近期，他們與美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校的Jonathan L. Sessler教授深入討論、交流后，提出“異構(gòu)賦能”的新概念，并在活體中驗(yàn)證了兩個(gè)異構(gòu)體在檢測(cè)與治療中的功能裂分。研究成果發(fā)表在Journal of the American Chemical Society（Split and Use: Structural Isomers for Diagnosis and Therapy，Yingying Ning, Yi-Wei Liu, Zi-Shu Yang，Yuhang Yao，Lei Kang，Jonathan L. Sessler*，Jun-Long Zhang*, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6761-6768）。

南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授鄧永紅團(tuán)隊(duì)針對(duì)下一代高能量密度鋰電池中面臨的鋰枝晶關(guān)鍵問(wèn)題，在新型電解液開(kāi)發(fā)和復(fù)合鋰負(fù)極研究的應(yīng)對(duì)策略方面取得新進(jìn)展。在新型電解液方面，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了具有雙重功效的新型環(huán)狀富氟鋰鹽，研究成果發(fā)表于能源材料類國(guó)際著名期刊《先進(jìn)能源材料》(Advance Energy materials，IF:24.8)；在復(fù)合鋰負(fù)極方面，團(tuán)隊(duì)利用鋅的親鋰特點(diǎn)制備了3D復(fù)合鋰金屬負(fù)極，研究成果發(fā)表于《納米快報(bào)》（Nano Letters，IF：12.7）。發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》的論文以“新型鋰鹽抑制鋰枝晶生長(zhǎng)和Li2Sn的穿梭效應(yīng)（New Lithium Salt Forms Interphases Suppressing Both Li Dendrite and Polysulfide Shuttling）”為題，介紹了具有抑制鋰枝晶生長(zhǎng)和多硫化鋰（Li2Sn，2<n<8）穿梭效應(yīng)雙重功效的新型環(huán)狀富氟鋰鹽。發(fā)表在《納米快報(bào)》上的論文以“多孔銅鋅合金中的親鋰鋅位點(diǎn)誘導(dǎo)金屬鋰的均勻成核與無(wú)枝晶沉積(Lithiophilic Zn Sites in Porous CuZn Alloy Induced Uniform Li Nucleation and Dendrite-Free Li Metal Deposition)”為題，介紹了通過(guò)對(duì)鋰金屬負(fù)極結(jié)構(gòu)改性發(fā)現(xiàn)的抑制鋰枝晶的新方法。

本項(xiàng)目針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中存在的鋁合金機(jī)匣變色、耐磨性不夠高等困擾企業(yè)多 年的技術(shù)難題，經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)和優(yōu)化，開(kāi)發(fā)出了納米尺度陽(yáng)極氧化新技術(shù)，解決 了鋁合金機(jī)匣變色的技術(shù)難題。近5年來(lái)，采用納米陽(yáng)極氧化新技術(shù)處理的鋁合 金機(jī)匣40余萬(wàn)件，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益1200萬(wàn)元，每年節(jié)約成本200萬(wàn)元。同時(shí), 在節(jié)能排放方面產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益。

高性能的相干光源是基礎(chǔ)光物理研究和集成光子學(xué)應(yīng)用的關(guān)鍵前提之一。近年來(lái)，具有超高品質(zhì)因子的回音壁模式光學(xué)微腔已經(jīng)成為研究各種新型高效光源的重要平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)獲得了包括宇稱-時(shí)間反演對(duì)稱激光、軌道角動(dòng)量激光和微腔光學(xué)頻率梳等。然而，回音壁微腔模式存在的固有手征對(duì)稱性導(dǎo)致腔中激光場(chǎng)通常是等強(qiáng)度相向傳輸?shù)模瑖?yán)重阻礙了諸多光子學(xué)器件應(yīng)用的發(fā)展，例如單向光發(fā)射、全光寄存器和非互易光傳輸?shù)取Ｆ瘢@得具有單向性的回音壁微腔手征激光，通常需要直接打破光學(xué)諧振腔的幾何手征對(duì)稱性。這種方法得到的激光方向性是固定的，難以動(dòng)態(tài)調(diào)控其出射性質(zhì)，且對(duì)諧振腔的形狀設(shè)計(jì)和工藝制備要求較高。

運(yùn)用先進(jìn)的相干共振X射線彈性散射，研究了經(jīng)典的電荷密度波材料三碲化鋯（ZrTe3 ）中的雜質(zhì)效應(yīng)。