yyds！北京大学，2025年已发表11篇Nature/Science/Cell

本文由“TOP大学来了”公众号编译整理，来源：Nature、Science、Cell、北京大学等

截至2025年2月20日，北京大学已发表11篇Nature/Science/Cell，其中8篇为“通讯+一作”（不含共通和matters arising）。

1、刘雄军等揭示超冷费米气体中的二维非厄米趋肤效应

2025年1月8日，香港科技大学物理系Gyu-Boong Jo副教授、北京大学量子材料中心刘雄军教授为共同通讯作者在全球顶级科研期刊《Nature》发表题为“Two-dimensional non-Hermitian skin effect in an ultracold Fermi qas”的研究论文。香港科技大学是本文第一完成单位。

该研究团队为处于自旋-轨道耦合光晶格中的超冷费米子创建了一个具有可调耗散的二维（2D）非厄米拓扑能带，该能带展现出非厄米趋肤效应（NHSE）。研究人员首先在实验上证明了在存在非零耗散的情况下，复能量平面上存在明显的非零谱绕数，从而确立了二维趋肤效应的存在。此外，研究人员通过监测原子的质心运动，在实空间中观察到了非厄米趋肤效应的动力学特征。

最后，研究人员还证明了在动量空间中形成了一对特殊点，它们通过一条开放的体费米弧相连，这与厄米系统中发现的闭合环路形成对比。随着耗散的增加，这对异常点出现并移动，从而形成了费米弧。这项研究工作为在高维度中模拟非厄米物理的进一步研究奠定了基础，并为理解量子统计与非厄米趋肤效应的相互作用开辟了道路。

据悉，非厄米性的概念拓展了人们对能带拓扑的理解，催生出诸多反直觉的现象。非厄米趋肤效应（NHSE）便是其中一例，该效应表现为本征态在边界上的集中。然而，尽管高维非厄米量子系统在弯曲空间、高阶拓扑相和黑洞等领域可能带来深刻见解，但这一效应在高维空间中的实现尚未被探索。

2、周欢萍&张艳锋团队在钙钛矿太阳能电池的重要进展

2025年1月10日，北京大学材料科学与工程学院周欢萍教授，北京大学材料科学与工程学院张艳锋教授等为共同通讯作者在全球顶级科研期刊《Science》发表了题为“Wafer-scale monolayer MoS2 film integration for stable, efficient perovskite solar cells”的研究论文。北京大学是本文第一完成单位。

钙钛矿太阳能电池（PSC）商业化的主要挑战之一是实现高功率转换效率（PCE）和足够的稳定性。北京大学周欢萍和张艳锋等人通过转移工艺将晶圆级连续单层 MoS2 缓冲器集成在钙钛矿层的顶部和底部。这些薄膜以物理方式阻止钙钛矿的离子迁移到载流子传输层中，并通过强配位相互作用以化学方式稳定甲脒碘化铅相。

Pb-S 键的形成产生有效的化学钝化，并且少数载流子通过 I 型能带排列被阻挡。采用 MoS2/钙钛矿/MoS2 配置的平面 p-i-n PSC（0.074 平方厘米）和模块（9.6 平方厘米）的 PCE 分别高达 26.2%（经认证的稳态 PCE 为 25.9%）和 22.8%。

此外，这些器件还表现出优异的湿热（85°C 和 85% 相对湿度）稳定性，1200 小时后 PCE 损失 <5%，以及显着的高温（85°C）操作稳定性，1200 小时后 PCE 损失 <4%。

图1：构型表征。（A−C）MoS2、钙钛矿、钙钛矿/MoS2薄膜的XPS（A、B）和拉曼光谱（C）。（D、E）钙钛矿、MoS2/钙钛矿、MoS2/钙钛矿/MoS2薄膜的PL光谱（D）和TRPL衰减曲线（E）。（F）钙钛矿和单层MoS2之间的能级排列。

3、庞全全团队造出新型全固态锂硫电池

2025年1月16日，北京大学材料科学与工程学院特聘研究员庞全全为唯一通讯作者在全球顶级科研期刊《Nature》发表了题为“All-solid-state Li–S batteries with fast solid–solid sulfur reaction”的研究论文。北京大学是本文第一完成单位。

随着对高能量密度、长寿命电池的需求不断增加，全固态电池由于具有较高的安全性和比能量，在电动交通等应用中具有很强的竞争力。

北京大学材料科学与工程学院庞全全团队开发了一种具有高离子电导率的新型玻璃相硫化物固态电解质材料，并基于该材料研制出具有优异快充性能和超长循环寿命的全固态锂硫电池。

图2：传统全固态锂硫电池的问题及本研究的快速固固硫转化反应机制。

4、徐成冉团队揭示单细胞分辨率下内胚层器官发生的时空轨迹与遗传谱系

2025年1月16日，北京大学基础医学院教授、生命科学联合中心研究员徐成冉为唯一通讯作者在生医类科研期刊《Cell》上发表题为“Spatiotemporal and genetic cell lineage tracing of endodermal organogenesis at single-cell resolution”的研究论文。北京大学是本文第一完成单位。共同第一作者包括北京大学基础医学院博士生李可冉、八年制本科生余佩隆以及前沿交叉学科研究院PTN项目博士生郑奇棋。

该研究整合遗传追踪、单细胞分析及高分辨率成像技术，在单细胞分辨率下全面解析了哺乳动物内胚层的器官发生过程，提出了新的内胚层细胞分化模型，为发育生物学和再生医学研究提供了重要的理论支持。

图3：内胚层谱系分化的遗传追踪编码的生成

5、周欢萍团队在钙钛矿太阳能电池稳定组分的重要进展

2025年1月17日，北京大学材料科学与工程学院周欢萍教授为唯一通讯作者在全球顶级科研期刊《Science》发表了题为“Nonalloyed α-phase formamidinium lead triiodide solar cells through iodine intercalation”的研究论文。北京大学是本文第一完成单位。周欢萍课题组博士后张钰和博士研究生陈彦润为本文共同第一作者。

北京大学周欢萍教授等人开发了一种动力学调制策略，通过共生成的挥发性碘插层和脱层辅助制备高质量且稳定的非合金化α-FAPbI3薄膜。碘的插层促进了角共享Pb-I框架构建块的形成，并降低了α-FAPbI3形成的动力学障碍，而碘的脱层则改善了最终钙钛矿薄膜的质量，包括组成纯度和整体均匀性。基于这种非合金化α-FAPbI3（不含其他外在组成离子）的太阳能电池实现了超过24%的光电转换效率。这些设备还表现出出色的耐久性，在85°±5°C的光照下运行超过1100小时后，仍保持其原始光电转换效率的99%。

图4：碘介导反应形成非合金化FAPbI3的设计与验证。（A）非合金钙钛矿组分设计和优点示意图。（B）碘介导的α-FAPbI3形成机制示意图。（C）由浸在氯苯中的PbI2薄膜与可溶性碘和FAI固体转化为α-FAPbI3的示意图。（D）不同反应温度下α-FAPbI3、δ-FAPbI3和PbI2XRD峰面积的积分。（E）FAI（左）或FAI+I2（右）旋涂在PbI2薄膜上的XRD图与退火温度的关系。（F）FAI（左）或FAI+I2（右）旋涂在PbI2薄膜上的紫外-可见吸收光谱与退火温度的关系。

6、魏文胜团队发布新一代线粒体碱基编辑器助力建立疾病动物模型

2025年1月22日，北京昌平实验室及北京大学魏文胜教授、伊宗裔（北大博士后）在全球顶级科研期刊《Nature》发表了题为“Precise modelling of mitochondrial diseases using optimized mitoBEs”的研究论文。北京昌平实验室是本文第一完成单位。北京昌平实验室博士后张小雪为论文的第一作者。

该研究报道了通过优化后的mitoBEs实现高效且精准地构建线粒体疾病小鼠模型的成果。利用优化版mitoBEs，研究团队成功建立了具有高突变频率的小鼠模型，这些模型表现出了与疾病相关的典型表型。此外，通过杂交实验，还获得了突变负荷达到100%以及仅含单碱基突变的精确小鼠模型。

为准确建立突变与疾病表型之间的直接联系，消除碱基编辑工具的脱靶效应尤为重要。在利用mitoBEs进行建模时，需要将RNA编码的mitoBEs注射到小鼠受精卵中。因此，该研究首先对RNA编码的mitoBEs系统的脱靶效应进行了全面评估。结果表明，RNA编码的mitoABE存在广泛的转录组脱靶效应，而mitoCBE则表现出一定程度的依赖于APOBEC1蛋白的线粒体基因组脱靶效应。为了提高mitoBEs的精准性，该研究重点优化了脱氨酶。针对mitoABE，通过突变筛选发现，TadA8e-V106W-V28F能够显著降低转录组脱靶至背景水平（图1）。针对mitoCBE，筛选了多种现有的胞嘧啶脱氨酶，并发现TadA衍生的胞嘧啶脱氨酶CBE6d在线粒体基因组上表现出的脱靶效应接近背景水平。基于这些优化成果，研究团队将改进后的mitoBEs命名为mitoBEs v2，包括mitoABE v2和mitoCBE v2（图1）。此外，该研究还系统性地评估了优化前后mitoBEs在核基因组上的脱靶效应，结果显示，无论是优化前还是优化后的mitoBEs，均未在核基因组上引发明显的脱靶效应，从而验证了其在基因编辑中的安全性和可靠性。

图5：优化mitoBEs的编辑精准性

7、马丁&周武在Nature发文:实现高效氢能生产

2025年2月12日，北京大学工学院马丁教授、中国科学院大学周武教授为联合通讯作者在全球顶级学术期刊《Nature》发表了题为“ Shielding Pt/γ-Mo 2N by inert nano-overlays enables stable H 2 production”的研究论文。北京大学为第一完成单位。北京大学博士后高子睿，中国科学院大学已毕业博士生李傲雯，北京大学访问学者刘兴武，北京大学特聘副研究员彭觅以及博士研究生于士翔为该论文的共同第一作者。

这项研究突破了催化科学中的稳定性瓶颈，首次在不降低活性的前提下，实现了高稳定性的界面催化剂设计，为贵金属催化剂的低成本、高稳定性应用提供了可行方案，预计未来将在绿色能源、氢燃料电池、可持续化学工业等领域发挥重要作用，加速迈向零碳排放的未来。

图6：1Pt/γ-Mo2N和1Pt/2La-Mo2N催化剂的结构表征。

实验数据显示，在甲醇重整制氢反应中，该新型Pt/La-Mo2N催化剂展现出超过1000小时的稳定性而未有明显失活（图2）。更令人惊叹的是，该催化剂仍然保持超高活性和选择性，实现了超过1500万的超高催化转化数（TON），创造了甲醇-水制氢催化反应的最高纪录。

图7：Pt/La-Mo2N催化剂与典型贵金属甲醇重整催化剂的催化性能比较。

图8：1Pt/2La-Mo2N催化剂抗失活机理。

研究团队进一步发现，该策略具有良好的普适性，不仅适用于镧（La），还可拓展至其他稀土元素（如Y、Pr、Ho），甚至适用于部分惰性非稀土元素（如Ca、Sr），展现出广泛的适用性（图4），为未来兼具“高活性、高选择性和高稳定性”的高性能高催化剂的设计提供了全新思路。

图9：不同惰性助剂修饰的Pt/γ-Mo2N催化剂的催化性能及抗失活机理比较。

8、马丁&周武等在Science发文:零碳制氢技术获得新进展

2025年2月14日，北京大学工学院马丁教授和周继寒研究员，中国科学院大学周武研究员和英国卡迪夫大学Graham J. Hutchings院士为联合通讯作者在国际顶级学术期刊《Science》发表的题为“Thermal catalytic reforming for hydrogen production with zero CO 2 emission”的研究成果，该研究聚焦于乙醇和水分子重整的零碳排放制氢路径。北京大学为第一完成单位。

科研团队团队开发了一种高效的Pt-Ir/α-MoC界面催化剂，不仅实现了水分子和乙醇分子的同时活化，还成功避免了乙醇分子C-C键的断裂。这意味着，除了目标产物氢气外，反应还能生成高附加值的乙酸，同时整个过程实现了零CO2排放。这一重大成果为零碳排放的工业制氢奠定了坚实的科学基础。

该成果创新性地提出了一个新概念，即精准调控赤霉素到最佳中等水平是同时提高水稻碱-热胁迫耐受性和产量的关键；并发现一个有望成为潜在的“后绿色革命”基因ATT2，它可以微调赤霉素到最佳中等水平，从而进一步同时提高半矮秆绿色革命水稻品种的碱-热耐受性和产量。这些新发现为应对全球气候变化引发的粮食安全问题提供了新的策略，对于盐碱地的开发利用和未来农业的可持续发展具有重要的意义。

图10：PtIr/α-MoC催化剂的结构及催化性能

9、李毓龙等新作定量测量活体内肠道细胞五羟色胺的释放和传播

2025年2月12日，加州大学旧金山分校David Julius教授、Kouki K. Touhara博士后和北京大学李毓龙教授、澳大利亚阿德莱德大学Stuart M. Brierley教授为共同通讯作者在全球顶尖科研期刊《Nature》发表了题为“Topological segregation of stress sensors along the gut crypt–villus axis”的研究论文。加州大学旧金山分校为第一完成单位。加州大学旧金山分校的博士后Kouki K. Touhara为本文第一作者。

10、李龙/宋晨/高宁课题组合作揭示膜蛋白进入脂膜折叠的分子过程

2025年2月19日，北京大学生命科学学院李龙研究员，高宁教授以及前沿交叉学科研究院定量生物学中心宋晨研究员为论文联合通讯作者在生医类科研期刊《Cell》题为为“SecY translocon chaperones protein folding during membrane protein insertion”的研究论文。北京大学为第一完成单位。北京大学2022级生科院博士生欧晓敏，高宁实验室前博士后马成英博士，李龙实验室前技术员孙东杰，李龙实验室前博士后许金坤和宋晨实验室前博士后王洋为共同第一作者。

该论文捕获了膜蛋白转位过程中的一系列中间状态，揭示Sec转位复合物在膜蛋白转运过程中不仅提供蛋白质穿膜的通道，更扮演“分子伴侣”的重要角色。研究结果第一次在分子水平揭示了膜蛋白转位与折叠的关系，提出“共转位折叠”的概念，为理解膜蛋白的生物合成提供了新的研究方向。

图11：Sec复合物促进膜蛋白的跨膜及正确折叠

11、王剑威、龚旗煌课题组在连续变量光量子芯片领域取得重大突破

2025年2月20日，北京大学物理学院现代光学研究所王剑威教授与山西大学苏晓龙教授为共同通讯作者在全球顶尖科研期刊《Nature》发表了题为“Continuous-variable multipartite entanglement in an integrated microcomb”的研究论文。北京大学为第一完成单位。北京大学物理学院2020级博士研究生贾新宇、2021级博士研究生翟翀昊、山西大学2021级博士研究生朱学志为文章共同第一作者。

在本研究中，研究团队首次在国际上实现了基于集成光量子芯片的连续变量纠缠簇态的确定性制备、可重构调控与严格实验验证。这一突破性成果不仅填补了连续变量光量子芯片领域的关键技术空白，还为大规模量子纠缠态的制备与操控提供了全新的技术路径，对推动量子计算、量子网络和量子模拟等领域的实用化发展具有非常重要的意义。