世界地球日 | 清华大学深圳国际研究生院：聚合“新材料”势能，共筑可持续未来

2025年4月22日

是第56个世界地球日

今年的主题

“Our Power, Our Planet”

再次唤醒了人类对守护地球的

深切期盼和主动探索

值此地球日诞生后的第56个年头

当“碳中和”成为全球共识

当“清洁能源”写入联合国可持续发展目标

我们是否已找到与地球共生的答案？

在科技创新前沿的深圳

清华大学深圳国际研究生院

（下称“清华SIGS”）

以材料研究院牵头

新材料新能源研发团队

围绕“顶天立地”的科研理念

深耕先进能源材料与器件、低维材料与器件

生物医用材料与器件等关键领域

从工业废水“变废为宝”

到退役电池“起死回生”

从阳光高效转化为电能

到绿氢规模化生产

从水污染精准治理

到环境友好型抗菌材料研发

清华SIGS的材料人

始终以创新科技守护地球生态

为地球的可持续发展提供“清华方案”

值此地球日之际

让我们聚焦清华SIGS材料学科的创新突破

看他们如何聚合

“新材料”“新能源”之力

赋能可持续发展

守护蓝色星球

转“危”为“氨”→

地球工业废水的“魔法革命”

在现代工业高速发展的背景下

光伏制造、核工业等生产排放的

高浓度硝酸盐废水

已成为生态环境的一大挑战

为了使工业废水转“危”为“氨”

刘碧录教授团队通过

电催化硝酸根还原手段（NO3RR）

开发了一种大电流硝酸盐废水制氨技术

能同时实现“废水处理”与“资源回收”

团队自主研发的

富晶界铜纳米片催化剂

在常温常压下能够

将废水中的硝酸盐污染物转化为氨

及其高附加值化学品

此外，团队构建的

模块化光伏驱动的硝酸盐制氨系统

集成了光伏电源、废水预处理

膜电极电堆、氨回收等子系统

1小时内就可将硝酸盐浓度

降低三个数量级

并回收克级氯化铵

实现氮资源的可持续循环

为工业脱氮与氮循环经济开辟了新路径

也为地球生态环境的修复和

高值化学品电合成提供了新的范式

刘碧录团队研发的光伏驱动的硝酸盐废水制氨系统

变“废”为“宝”→

为电池循环注入“绿色动能”

近年来随着新能源产业的爆发式发展

锂电池的使用量与报废量与日俱增

面对2030年中国将达

350万吨退役电池的“城市矿山”

周光敏副教授团队首创的

直接回收技术颠覆传统工艺

能够变“废”为“宝”

通过精准修复失效正极材料

团队规避了强酸、强碱试剂的使用

使回收率得到大幅提升

目前

课题组着力推进的失效正极材料

正在深圳市龙岗区打造中试场地

并已建成100公斤级的

正极材料再生示范线

年处理量达到10吨级别

回收产物的性能

基本已达到同类商业材料水平

这项“无需分解、直接回收”的技术

让锂、钴等重要资源“浴火重生”

为电池产业的循环注入“绿色动能”

周光敏团队的直接回收技术产业化进程

追“光”逐“电”→

打造地球清洁能源的“采集站”

随着新能源产业和电子技术的快速发展

人们对能量转换器件的性能

提出了更高的要求

当传统光伏遭遇刚性限制

韦国丹副教授团队聚焦

太阳能电池的材料开发和器件制备

致力于将太阳能转化为

清洁能源电能的高效率器件制备

让建筑“自己发电”

团队聚焦第三代光伏材料研发

在新型钙钛矿、有机半导体薄膜太阳能电池领域

实现关键突破

通过自主研发的“化学键管理技术”

能将新开发的薄膜太阳能电池的

光电转化效率提升至25.4%（实验室数据）

使未封装器件在连续照明条件下

保存超过350小时后

仍保持90%的初始PCE

有望打破该技术路线的产业化瓶颈

此外

新开发的薄膜太阳能电池

正突破传统硅基光伏的边界

让光伏设备从笨重的“工业组件”蜕变为

玻璃幕墙、帐篷篷布

甚至手机屏幕的“隐形发电层”

为太阳能电池的转型按下“加速键”

未来，阳光所至之处

皆有望成为清洁能源的“采集站”

韦国丹团队实验室的大面积透明有机太阳能电池

“氢”启未来→

用绿氢技术破地球“能源困局”

在地球能源生态转型的背景下

绿氢作为零碳能源载体

已成为实现碳中和目标的关键路径之一

电解水制氢技术因其高效、清洁的特性

被视为规模化生产绿氢的核心手段

但高电流密度下

气泡干扰、催化剂失活等难题

长期制约电解水技术

杨诚副教授团队

从蕨类植物的叶片中受到启发

通过仿生设计制造出

具有分级有序结构的合金气凝胶电极（LFA）

这种电极兼具高导电性、机械强度和催化活性

不仅显著提升了

电极在高电流密度下的

催化性能和稳定性

更为多相催化体系中的气泡管理

提供了普适性解决方案

对推进电解水制氢等

新能源转换技术的发展具有重要意义

杨诚团队研发出具有优异传质能力的蕨类电极阵列

以“氟”治“菌”→

地球水安全的“隐形卫士”

如何赋予原子级厚二维材料广谱灭菌功效？

雷钰副教授团队另辟蹊径

通过利用氮化硼中的活性缺陷

实现以“缺陷”治“菌”

这种“纳米刀片”材料

可物理切割细菌膜并破坏电子传递

对大肠杆菌等致病菌的杀灭率达99.99%

且对正常细胞毒性极低

该材料在水中稳定分散的特性

使其可应用于污水处理、医疗器械涂层等领域

减少细菌对水体等环境的污染

实现污水处理以及宠物饮用水净化

通过提升水质

减少细菌对环境的危害

成为守护地球水安全的“隐形卫士”

雷钰团队研发的抗菌机理示意图

人“材”汇聚

在这里，建成国际一流的新材料科研人才高地

2024年

清华SIGS新增三个学科进入ESI前1%

其中，材料学科进入前1.22‰

值得一提的是

在清华SIGS材料研究院

约40多人的全职教师中

就有8位教师、9人次入选

“科睿唯安2024年度全球高被引科学家”

（以下照片按姓氏拼音排序）

材料研究院贺艳兵（第一排左1）、康飞宇（第一排左3）、李宝华（第一排左4）、刘碧录（第一排右1）、吕伟（第二排左1）、彭乐乐（第二排左2）、

周光敏（第二排左4）、邹小龙（第二排左5）

入选“科睿唯安2024年度全球高被引科学家”

宋清华副教授团队与合作者在拓扑光学领域取得进展，首次提出一种实动量拓扑光子晶体的概念，相关工作发表于《自然》（Nature）期刊。

育“材”践行

在这里，培养守护地球的“清华之力”

材料研究院的创新

不仅是实验室里的突破

更延伸至人才培养与社会服务

通过“优秀学生与青年学者论坛”

材料研究生院的青年教师和优秀学生代表

以学术报告的形式

向大家分享各自研究领域的

最新发展动向与科研成果

在交流中共谋学术创新

实现相互促进，共同成长

推动新能源材料产学研转化

通过“导学思政”系列活动

材料专业的学生们与学科代表老师

围绕学术研究、学习生活、

职业规划等方面进行深入交流

激励着自己埋头钻研的同时不忘初衷

专注自身能力之余

像材料学科的老师一样“为后人撑伞”

材料研究院学生在功能材料与器件教学实验室进行实验操作

“材”业集群

在这里，打造全球功能材料领域的科学研究中心

材料科学领域

是清华SIGS学科建设

“6+1”主题领域之一

紧密结合国家战略需求

材料研究院目前已建成了

多个研发和产业化平台

包括1个国家级（国地联合）工程实验室

4个省部级重点实验室和创新中心

及多个深圳市创新载体

如：炭功能材料国家地方联合工程实验室

深圳市诺贝尔奖科学家实验室

—深圳盖姆石墨烯中心等

经过多年的努力及积累

材料研究院现已形成

总资产超过1.5亿元的

材料与器件检测分析平台

该平台于2013年通过了

中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认可

年均对外服务600多家企事业单位

为广东省和深圳社会经济发展

做出了重要贡献

“材”链世界

在这里，构建新材料新能源国际学术交流平台

计划建成国际一流的

材料研究人才的培养基地和科学高地

材料研究院始终

以人才培养为根本

面向未来世界和材料学科的发展趋势

每年主办高水平国际会议

构建具有全球影响力的

新材料新能源国际学术交流平台

每年举办的深圳石墨烯国际论坛

储能材料国际研讨会等重大学术会议

让世界顶尖学者专家汇聚一堂

激发出材料领域更大的创造力

2025深圳国际石墨烯论坛暨

二维材料国际研讨会在清华SIGS举办

华南地区中国科学院院士

年度学习交流活动在清华SIGS举办

与此同时

清华SIGS材料研究院

与众多知名科研团队和知名企业

保持密切联系和长期合作

与深圳周边地区的

先进电池产业和科研团队共享相关资源

积极推动科研成果向产业转化

形成产学研高端交流的“朋友圈”

（来源：清华大学深圳国际研究生院中文官网、“清华SIGS材料研究院”公众号）

科技赋能生态

材料重塑未来

清华大学深圳国际研究生院

以“材料之力”诠释“Our Power”

值此地球日

我们呼吁

关注清洁能源技术

践行资源循环理念

参与绿色科技传播

以“我”之力

共筑地球的可持续未来

新“烯”望！这场国际学术盛会正在推动“二维材料产业革命”

院士领航，他们在清华SIGS共议新能源新材料前沿！

突破！清华SIGS宋清华团队与合作者

在拓扑光学领域取得新进展

来源|清华大学深圳国际研究生院材料研究院

策划|清华大学深圳国际研究生院宣传办公室

资料收集|姜楠、原洋、戴雨静

统稿|戴雨静

审核|聂晓梅

排版|杨俊