據科技日報報道，3月17日，科技部高技術研究發展中心（基礎研究管理中心）發布2022年度中國科學十大進展。祝融號巡視雷達揭秘火星烏托邦平原淺表分層結構、全新原理實現海水直接電解制氫等10項重大科學進展，從30項候選進展中脫穎而出。

根據得票高低，2022年度中國科學十大進展分別為：

• 祝融號巡視雷達揭秘火星烏托邦平原淺表分層結構
• FAST精細刻畫活躍重復快速射電暴
• 全新原理實現海水直接電解制氫
• 揭示新冠病毒突變特征與免疫逃逸機制
• 實現高效率的全鈣鈦礦疊層太陽能電池和組件
• 新原理開關器件為高性能海量存儲提供新方案
• 實現超冷三原子分子的量子相干合成
• 溫和壓力條件下實現乙二醇合成
• 發現飛秒激光誘導復雜體系微納結構新機制
• 實驗證實超導態“分段費米面”

1. 全新原理實現海水直接電解制氫

海水復雜組分引起的副反應和腐蝕性等問題一直是海水直接電解制氫難以破解的重大難題。

深圳大學/四川大學謝和平團隊通過將分子擴散、界面相平衡等物理力學過程與電化學反應結合，開創了海水原位直接電解制氫全新原理與技術，建立了氣液界面相變自遷移自驅動的海水直接電解制氫理論方法，形成了界面壓力差海水自發相變傳質的力學驅動機制，實現了無額外能耗的電化學反應協同海水遷移的動態自調節穩定海水直接電解制氫。

自主研制的386L/hH2原理樣機在真實海水中穩定制氫超過3200小時，法拉第效率近乎100%，電解能耗約5.0 kWh/Nm3H2，隔絕海水離子的同時實現了無淡化過程、無副反應、無額外能耗的高效海水原位直接電解制氫技術突破，為解決該領域長期困擾科技界和產業界的技術難題奠定了基礎。
2.  實現高效率的全鈣鈦礦疊層太陽能電池和組件

鈣鈦礦疊層太陽能電池具有低成本溶液處理的優勢，在薄膜太陽能電池的大規模應用中顯示出重要前景。但全鈣鈦礦疊層電池光電轉換效率仍低于單結鈣鈦礦電池，其中窄帶隙鈣鈦礦晶粒表面缺陷密度高，是制約提升疊層電池效率的關鍵瓶頸。

南京大學譚海仁團隊通過設計鈍化分子的極性，提升其在窄帶隙鈣鈦礦晶粒表面缺陷位點上的吸附強度，顯著增強缺陷鈍化，大幅提升全鈣鈦礦疊層電池的效率。經國際權威檢測機構日本電器安全環境研究所（JET）獨立測試，疊層電池效率達26.4%，創造了鈣鈦礦電池新的紀錄并首次超越了單結鈣鈦礦電池，與市場主流的晶硅電池最高效率相當。

該團隊開發出大面積疊層光伏組件的可量產化制備技術，使用致密半導體保形層來阻隔組件互連區域鈣鈦礦與金屬背電極的接觸，顯著地提升了組件的光伏性能和穩定性，實現了國際認證效率21.7%的疊層組件（面積20cm2）。

3. 新原理開關器件為高性能海量存儲提供新方案

高密度與海量存儲是大數據時代信息技術與數字經濟發展的關鍵瓶頸。

中國科學院上海微系統與信息技術研究所宋志棠、朱敏團隊發明了一種基于單質碲和氮化鈦電極界面效應的新型開關器件，充分發揮納米尺度二維限定性結構中碲熔融—結晶速度快、功耗低的獨特優勢，“開態”碲處于熔融狀態是類金屬，和氮化鈦電極形成歐姆接觸，提供強大的電流驅動能力，“關態”半導體單質碲和氮化鈦電極形成肖特基勢壘，徹底夾斷電流。

該晶-液態轉變的新型開關器件，組分簡單，可克服雙向閾值開關（OTS）復雜組分導致成分偏析問題；工藝與CMOS兼容且可極度微縮，易實現海量三維集成；開關綜合性能優異，驅動電流達到11MA/cm2，疲勞壽命>108次，開關速度約15ns，尤其碲原子不丟失情況下開關壽命可大幅提升。該研究為發展海量存儲和近存計算提供了新的技術方案。
4.  實現超冷三原子分子的量子相干合成

利用高度可控的超冷分子來模擬復雜的難于計算的化學反應，可以對復雜系統進行精確的全方位的研究。

自從2003年美國科羅拉多大學Deborah Jin研究組從超冷原子氣中合成了鉀雙原子分子以來，多種超冷雙原子分子先后在其他實驗室中被制備出來，并被廣泛地應用于超冷化學和量子模擬研究中。三原子分子的能級結構理論上難以計算，實驗操控也極其困難，因此制備超冷三原子分子一直是實驗上的巨大挑戰。

中國科學技術大學潘建偉、趙博團隊與中國科學院化學研究所白春禮團隊合作，在鈉鉀基態分子和鉀原子混合氣中，在分子-原子Feshbach共振附近利用射頻合成技術首次相干地合成了超冷三原子分子。該研究為超冷化學和量子模擬的研究開辟了新的方向。
5. 溫和壓力條件下實現乙二醇合成

目前乙二醇的全球年需求量達數千萬噸級，主要來源于石油化工。為降低乙二醇的對外依存度，以中國科學院福建物質結構研究所為代表的科研機構與企業合作，在2009年發展了從煤或合成氣經過酯加氫轉化為乙二醇的萬噸級非石油路線全套技術。但在該技術路線中，存在安全隱患和乙二醇產品的純度質量不夠穩定等問題。

廈門大學謝素原團隊與袁友珠團隊，聯合中國科學院福建物質結構研究所和廈門福納新材料科技有限公司的研究人員將富勒烯C60作為“電子緩沖劑”用于改性銅—二氧化硅催化劑，研發了以C60電子緩沖來穩定亞銅的富勒烯—銅—二氧化硅催化劑，實現了富勒烯緩沖的銅催化草酸二甲酯在溫和壓力條件下數千克規模的乙二醇合成，有望降低對石油技術路線的依賴。

6. 發現飛秒激光誘導復雜體系微納結構新機制

當將飛秒激光聚焦到材料內部時，會產生各種高度非線性效應，這種極端條件下光與物質相互作用充滿未知和挑戰。

浙江大學邱建榮團隊及其合作者們發現了飛秒激光誘導復雜體系微納結構形成的新機制。以含氯溴碘離子的氧化物玻璃體系為例，實現了玻璃中具有成分和帶隙可控發光可調的鈣鈦礦納米晶3D直接光刻，呈現紅橙黃綠藍等不同顏色的發光。形成的納米晶在紫外線輻照、有機溶液浸泡和250℃高溫環境中表現出顯著的穩定性。并進一步演示了這種3D微納結構在超大容量長壽命信息存儲、高穩定的最小像素尺寸微米級的Micro-LED列陣，實現了1080p級別動態立體彩色全息顯示。

該成果揭示了飛秒激光誘導空間選擇性介觀尺度分相和離子交換的規律，開拓了飛秒激光三維極端制造新技術原理。

7.  實驗證實超導態“分段費米面”

費米面決定了固體材料的電學、光學等多種物理性質。對費米面的人工調控，是材料物性調控的最重要途徑。超導體因為在費米能級處有能隙，沒有費米面。1965年Peter Fulde理論預言，讓超導體中庫珀對動起來，增加其動量，會導致庫珀對破裂，能在超導能隙中產生出一種特殊的“分段費米面”。

上海交通大學賈金鋒、鄭浩團隊與麻省理工學院傅亮團隊合作，設計制備了拓撲絕緣體/超導體（Bi2Te3/NbSe2）異質結體系，借助超導近鄰效應在Bi2Te3中誘導出超導，并用水平磁場在體系中產生較小的庫伯對動量，得益于Bi2Te3拓撲表面態的費米速度極高的獨特優勢，在拓撲表面態中庫伯對已經破裂，最終實現并觀察到了這種特殊的“分段費米面”，成功驗證了58年前的理論預言。該研究開辟了調控物態、構筑新型拓撲超導的新方法。