1.《Chemical Reviews》刊发华科大王春栋教授/罗为教授团队在ABO3型钙钛矿氧化物能源转化应用方面综述性论文；

2.突破硅基材料和集成规模！复旦团队研制二维半导体芯片“无极”，成果登《自然》主刊 ; 

3.中科院上海微系统所在低温光量子芯片方面取得重要进展；

1.《Chemical Reviews》刊发华科大王春栋教授/罗为教授团队在ABO3型钙钛矿氧化物能源转化应用方面综述性论文；

2025年3月12日，《Chemical Reviews》（IF=51.4）在线刊发我院王春栋教授/罗为教授团队关于钙钛矿型 ABO3 氧化物在能源转化方面的最新综述“Perovskite Type ABO3 Oxides in Photocatalysis, Electrocatalysis, and Solid Oxide Fuel Cells: State of the Art and Future Prospects”。我院王春栋教授、罗为教授，和澳大利亚科廷大学邵宗平教授为共同通讯作者，原博后Muhammad Humayun博士（现沙特阿拉伯利雅得苏丹王子大学助理教授）为论文第一作者，华中科技大学集成电路学院/武汉光电国家研究中心为论文第一完成单位。

图1. ABO3型钙钛矿A位和B位替位式掺杂/取代元素，通过对其进行调控，可实现高的电催化、光催化和燃料电池性能（左）。钙钛矿氧化物催化性能提升可行性策略（右）。

光催化和电催化技术对于应对能源和环境挑战至关重要，因此人们投入了大量精力来研究和开发先进的催化剂。其中，钙钛矿型 ABO3 氧化物因其灵活的物理和化学性质而展现出非常有前景的催化活性。本文综述了钙钛矿型 ABO3 氧化物合成的基本原理和最新进展。详细讨论了电催化析氧反应 （OER）、氧还原反应 （ORR）、析氢反应 （HER）、氮还原反应 （NRR）、二氧化碳还原反应 （CO2RR） 和金属-空气电池的机理。此外，还综述了光催化分解水、CO2 转化、污染物降解和固氮。文中亦强调了钙钛矿型 ABO3 氧化物在固体氧化物燃料电池 （SOF） 中的应用。最后，探讨了钙钛矿型 ABO3 氧化物在各个领域的应用前景，并展望了当前和未来面临的挑战。本文旨在全面概述钙钛矿型 ABO3 氧化物基催化剂的最新进展及其在能源转换和环境修复中的应用，并为这些热门研究领域的未来发展提供指导。

ABO3 钙钛矿氧化物最初是由矿物 CaTiO3 引发的，该矿物于1839年由德国科学家古斯塔夫·罗斯（Gustav Rose）首次在乌拉尔山脉发现。这种矿物后来被称作为“钙钛矿”，以致敬列夫·阿列克谢维奇·冯伯爵Perovski（俄罗斯矿物学家）。到目前为止，已经发现了诸多类型的钙钛矿，形成了广泛的 ABO3 氧化物系列。钙钛矿型 ABO3 氧化物因其独特的晶体结构、高化学和热稳定性以及可调节的结构而受到重视。理想情况下，单个钙钛矿型 ABO3 氧化物具有一个立方晶体晶胞（空间群 Pm3m），其结构由一个柔性框架组成，该框架由共享 BO6 八面体的角链（B 位阳离子与六个氧阴离子配位）组成，并且 A 位阳离子（12 倍配位）占据立方八面体对称性的中心位置。A 位阳离子 （A2+） 比 B 位阳离子 （B4+） 尺寸更大，而氧阴离子以 O2- 的形式存在。在钙钛矿型 ABO3 氧化物中，A 位阳离子通常包括镧系元素、碱或碱土元素，而 B 位阳离子包括过渡金属，如 Co、Mn、Cr、Fe、Ti 和 Ni。在 A 位点和 B 位点，均可以通过调整多种元素来改变其组成，这为钙钛矿材料的多样性特性提供了可能。大量的研究集中在通过掺杂不同元素取代 A 位点和 B 位点，从而开发具有高催化性能的新型功能材料。此外，由于钙钛矿的晶格畸变，其对称性可以调整为四方、斜方、单斜和菱面体结构，因为不同的阳离子具有不同的离子半径。晶格畸变极大地影响了钙钛矿的电子特性、晶场效应和偶极矩，最终影响电荷载流子的激发和转移，从而显著改变了催化性能。元素周期表突出显示了用于设计和合成一些重要的钙钛矿型 ABO3 氧化物的元素组成。合成钙钛矿型 ABO3 氧化物时，通常优先选择某些具有适当氧化态的元素。这些氧化物中的 A 位通常包含较大的碱性或稀土金属（例如 Ca、Sr、La 等），而 B 位通常包含较小的过渡金属（例如，Ti、Mn、Fe 等）。在元素周期表中突出显示这些元素展示了定制钙钛矿特性的丰富选择，这对于提升催化、能量转换和电子材料等各种应用的性能至关重要。

图2. （a） 钙钛矿氧化物晶胞 （ABX3） 的示意图，以及 （b） 通过角共享八面体连接的钙钛矿氧化物的晶体结构。（c） 理想的 ABO3 钙钛矿晶体结构在所有三个空间方向上都表现出倾斜。[BO6] 八面体沿不同方向发生畸变，这降低了立方结构的对称性，从而形成替代晶体结构。正号表示同相旋转 （c+），而负号表示异相旋转 （c–），两者都发生在 z 轴周围。（d） 元素周期表突出显示了用于设计和合成钙钛矿型 ABO3 氧化物的元素组成。

钙钛矿氧化物因其在能源转换和环境修复方面的潜在应用而被广泛研究。本综述全面回顾了钙钛矿型 ABO3 氧化物在各个领域的合成和优化及其最新进展。重要的是，催化剂的本征特性和工作条件对其整体催化性能起着重要作用。由于各种催化过程的反应系统存在差异，因此开发一种适用于所有催化剂的通用设计方法具有挑战性。然而，催化剂设计有一些总体规则需要遵守，特别是本体成分控制、电子结构优化、表面改性、异质结构制造、双功能优化、稳定性优化以及原位和原位表征的顺序。

这综述是王春栋教授在能源转化应用方面的阶段性研究成果。团队长期从事电催化的探索，近三年在能源转化研究方面取得了系统的研究成果（Adv. Mater., 2024, 2400523；Adv. Funct. Mater. 2023, 2303986；Adv. Funct. Mater. 2024, 2401011；Adv. Funct. Mater. 2024, 2408872; Adv. Funct. Mater，2024, 2408823; ACS Nano 2023, 17, 10906；ACS Nano 2024, 18, 1214；ACS Catalysis 2024, 14, 12051; Chem Catalysis, 2024, 100840; Coord. Chem. Rev., 2023, 488, 215189; Sci. Bull, 2022, 67, 1763; Research, 2022, 9837109; J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 3, 1174-1186.）。

2.突破硅基材料和集成规模！复旦团队研制二维半导体芯片“无极”，成果登《自然》主刊 ; 

近日，二维半导体芯片取得里程碑式突破。复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室周鹏、包文中联合团队成功研制全球首款基于二维半导体材料的32位RISC-V架构微处理器“无极（WUJI）”。

该成果突破二维半导体电子学工程化瓶颈，首次实现5900个晶体管的集成度，是由复旦团队完成、具有自主知识产权的国产技术，使我国在新一代芯片材料研制中占据先发优势，为推动电子与计算技术进入新纪元提供有力支撑。

相关成果于北京时间4月2日晚间以《基于二维半导体的RISC-V 32比特微处理器》（“A RISC-V 32-Bit Microprocessor Based on Two-dimensional Semiconductors”）为题发表于《自然》（Nature）主刊。

115→5900实现二维逻辑芯片最大规模验证纪录

面对摩尔定律逼近物理极限的全球性挑战，具有单个原子层厚度的二维半导体是目前国际公认的破局关键，科学家们一直在探索如何将二维半导体材料应用于集成电路中。

十多年来，国际学术界与产业界已掌握晶圆级二维材料生长技术，成功制造出拥有数百个原子长度、若干个原子厚度的高性能基础器件。但是在复旦团队取得新突破之前，国际上最高的二维半导体数字电路集成度仅为115个晶体管，由奥地利维也纳工业大学团队在2017年实现。

核心难题在于，要将这些原子级精密元件组装成完整的集成电路系统，依旧受制于工艺精度与规模匀性的协同良率控制。经过五年攻关，复旦团队将芯片从阵列级或单管级推向系统级集成，基于二维半导体材料（二硫化钼MoS2）制造的32位RISC-V架构微处理器“无极（WUJI）”成功问世。

该芯片通过自主创新的特色集成工艺，以及开源简化指令集计算架构（RISC-V），集成5900个晶体管，在国际上实现二维逻辑芯片最大规模验证纪录。

“反相器是一个非常基础且重要的逻辑电路，它的良率直接反映了整个芯片的质量。”复旦大学微电子学院教授周鹏介绍，二维材料不像硅晶圆可以通过直拉法生长出高质量的大尺寸单晶，而是需要通过化学气相沉积（CVD）法来生长，这就导致了材料本身的缺陷和不均匀性。本项研究中的反相器良率高达99.77%，具备单级高增益和关态超低漏电等优异性能，这是一个工程性的突破。

将ENIAC和Intel 4004 以及无极诞生年实现了加法上的运算联系

“我们要确保每一道工艺都能与其他步骤无缝衔接，从而实现最高良率和最佳性能。”论文共同第一作者、微电子学院直博生敖明睿介绍，团队制造了900个反相器阵列，每个阵列包含30×30个反相器。经过严格测试，发现其中898个反相器的逻辑功能完好无损，翻转电压和争议值都非常理想，领先于同类研究。

“如果把制造硅基芯片比作在石头上雕刻，那么二维芯片就是在一块豆腐上雕花。”微电子学院研究员包文中打比方道，二维半导体作为一种最薄的半导体形态，必须采用更温和、精细的工艺方法进行“雕刻”。

团队通过柔性等离子(Plasma)处理技术等低能量工艺，对二维半导体表面进行加工，从而避免了高能粒子对材料造成的损害，充分发挥出二维半导体的优势，也确保芯片质量。

AI for Science高效筛选最优工艺参数组合

二维半导体芯片制作涉及上百道工艺，每步工艺之间还存在相互影响，这些工艺参数变量联立起来的组合几乎是天文数字。这也是二维半导体研发的最大难点。

“单靠人工调整参数几乎是不可能任务。”包文中介绍，在二维半导体领域，研发工艺参数的复杂性远超传统硅基工艺。如何才能确保每一道工艺步骤都能与其他步骤协同工作？面对这一挑战，AI for Science提供了新的解法。

早在2021年，团队曾在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了一篇文章（https://www.nature.com/articles/s41467-021-26230-x），探讨采用机器学习方法优化工艺参数，此次研究正是在这一基础上发展而来。“我们在前期积累了大量工艺参数，让AI计算出最佳工艺配方。如果没有这些前期的数据积累，AI的效果就会大打折扣。”敖明睿说。

通过“原子级界面精准调控+全流程AI算法优化”的双引擎，团队实现了从材料生长到集成工艺的精准控制，在短时间内筛选出最优的工艺参数组合，大大提高了实验效率。

以接触层的工艺优化为例，团队收集了大量历史数据，包括不同条件下接触电阻的变化情况。将这些数据输入AI模型之后，AI模型能在研究人员的指示下，根据已有数据预测最优的接触层生长参数和掺杂浓度。在后道工艺中，团队也应用了AI技术，涉及多个步骤的精确耦合调控，确保每步操作达到最佳效果。

成果产品具备单级高增益和关态超低漏电等优异性能。通过严格的自动化测试设备测试，团队验证了在1 kHz时钟频率下，千门级芯片可以串行实现37种32位RISC-V指令，满足32位RISC-V整型指令集（RV32I）要求。其集成工艺优化程度和规模化电路的验证结果，均达到了国际同期最优水平。

“这表明我们的芯片不仅可以进行简单的逻辑运算，还能执行复杂的指令集。”论文共同第一作者、微电子学院直博生周秀诚说。

全链条自主研发达到国际领先水平

RISC-V作为一种开源简化指令集计算架构，已逐渐成为当前芯片研发领域的主流选择。本次研发的芯片正是采用RISC-V架构作为设计基础。

“我们的最终目标是将技术送到千家万户，建立开放兼容的用户生态。”微电子学院研究员韩军在本次工作中负责RISC-V架构设计。他介绍，选择这一架构意味着对接全球技术标准且无需依赖封闭架构，未来可自主构建用户生态，不受制于国外厂商的架构和IP专利。

在团队开发的二维半导体集成工艺中，70%左右的工序可直接沿用现有硅基产线成熟技术，而核心的二维特色工艺也已构建包含20余项工艺发明专利，结合专用工艺设备的自主技术体系，为产业化落地铺平道路。

下一步，团队将进一步提高芯片集成度，寻找并搭建稳定的工艺平台，为未来开发具体的应用产品打下基础。周鹏提到，在实时信号处理方面，二维半导体芯片有望适用于物联网、边缘算力、AI推理等前沿计算场景。

当前，国际上对二维半导体的研究仍在起步阶段，尚未实现大规模应用。在全球半导体领域竞争日益激烈的背景下，本次成果意味着中国有机会在二维半导体材料上取得领先优势。

“我们希望通过持续的技术创新和应用拓展，抢占这一领域的制高点。”周鹏说。

复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、浙江绍芯实验室（绍兴复旦研究院）、微电子学院周鹏和包文中为论文通讯作者，博士生敖明睿、周秀诚为论文共同第一作者。研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委等项目的资助，以及教育部创新平台的支持。

3.中科院上海微系统所在低温光量子芯片方面取得重要进展；

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所李浩、尤立星团队在低温光量子芯片方面取得重要进展。面向集成光量子计算、量子互连等应用需求，研制出集成泵浦滤波与单光子探测功能的纠缠接收芯片，并完成低温光量子芯片间的纠缠分发应用演示，相关成果以“On-chip superconducting nanowire single-photon detectors integrated with pump rejection for entanglement characterization”为题发表于中国科学院一区学术期刊Photonics Research上。

图 1 能量-时间纠缠接收芯片应用示意图。

低温光量子技术可用于低温信号高保真读出、跨平台量子系统互连等，在量子计算和经典高性能计算融合发展的趋势下愈发关键。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）凭借近理想探测效率、纳秒级响应速度及极低暗计数率，已成为构建光量子技术体系的关键组件。实现SNSPD异质集成的光量子芯片，可大幅降低芯片间光子耦合损耗，在提升系统集成度的同时显著增强量子操作保真度与可扩展性。微环谐振器等片上量子光源通常需要使用毫瓦级泵浦光激发，导致单光子信号易受泵浦噪声淹没。因此，协同实现高抑制比泵浦滤波和单光子探测是进一步解锁低温光量子芯片集成度和应用的重要突破口。本工作中，研究团队提出了硅基无源泵浦滤波器与SNSPD的单片异质集成方案（如图2）。该方案采用交错布拉格光栅结构作为无源泵浦滤波器，兼容低温工作环境的同时对SNSPD制备过程中引入的额外工艺步骤容忍度大，适合进行级联以获得高抑制比。实验测得片上SNSPD在1550 nm波段实现饱和探测，系统探测效率达到20.1 %（片上量子效率约90%），低温片上泵浦滤波抑制比超过56 dB，展现了该异质集成芯片的优异性能（图3）。

图 2 芯片结构示意与电子显微镜图。

图 3 片上泵浦滤波器与SNSPD性能表征结果。

为了验证该芯片的能量-时间纠缠接收功能，研究团队将微环中自发四波混频产生的能量-时间纠缠光子对经过波分复用器后分别发送至两颗集成泵浦滤波器和SNSPD的芯片上，在两组非正交测量基下测得Franson双光子干涉原始可见度分别达到92.85% ± 5.95%与91.91% ± 7.34%（如图4），违背了贝尔不等式，完成低温光量子芯片间的纠缠分发演示应用，展现了其在未来量子纠缠分发网络中的应用潜力。

图 4 Franson双光子干涉实验结果。

论文第一作者为上海微系统所博士研究生舒志运，通讯作者为上海微系统所李浩研究员。上海微系统所尤立星研究员、清华大学张巍教授等对本工作进行了深入指导。该研究得到了科技创新2030重大项目 (2023ZD0300100)、上海市量子重大专项 (2019SHZDZX01)、国家自然科学基金(61971408, 12033007, 92365210, U24A20320)以及中国科学院青年促进会项目(2020241, 2021230)的资助。