安徽网 大皖客户端讯 记者从中国科大获悉，北京时间10月9日凌晨两点，中国科学技术大学季恒星教授团队和赵忠教授团队的两项科研成果在国际顶尖杂志《科学》上刊发，两个科研成果分别是新型电极材料助力锂电子电池快充技术，以及科学家发现植物干细胞广谱抗病毒机制。
成果一 电动汽车未来可在10分钟左右充满电
电动汽车愈发受到市场青睐，但漫长的充电时间也让人望而却步。传统燃油汽车仅需五分钟即可满油增程500 公里，而目前市售最先进的电动汽车则需要“坐等”充电一小时才能达到同样的增程效果。发展具有快速充电能力的大容量锂离子电池一直是该行业的重要目标。记者了解到，一项最新研究突破使该目标更加接近。中国科学技术大学季恒星教授研究组与合作者们在新型锂离子电池电极材料研究方面取得重大突破：全新设计的黑磷复合材料使兼具高容量、快速充电且长寿命的锂离子电池成为可能，该成果在《科学》发表。
通过碳磷共价键连接在一起的黑磷复合材料具备更加稳定的结构和更高的锂离子传输能力。美术设计：董逸涵，石千惠，梁琰
黑磷复合材料达到性能上的突破
季教授介绍，他们的研究结果是关于一款用在锂离子电池当中的新型电极材料。大家对于锂离子电池都不陌生 ，它是一款改变了人们生活方式的发明。人们希望手机越来越轻薄，而决定手机是否轻薄的一个关键因素，就是电池的体积和重量。人们希望电动汽车充电的时间和燃油车加油的时间相当。但目前最好的技术，让电动汽车充 满电的时间也在一个小时左右，达不到我们对于这些产品性能上的预期。
如果想提高电池充电的速度，就需要一款充电的电化学反应速度很快的材料。其中一个非常重要的判断标准就是电极材料传导电子和离子的能力是否够强。“我们希望能够发现一款既能在综合性能指标方面给行业以期待 ，又能适应工业化电池生产流程的电极材料。”季恒星教授说。
论文第一作者金洪昌博士介绍：“能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池，因此电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键；另一方面，单位质量或体积的电极材料容纳锂离子的多少也是一个重要因素。 “
基于前人的研究，团队研究人员发现，黑磷是一个优异的选择。首先，它的理论容量非常高，仅次于单晶硅或金属锂。同时，作为一款半导体材料，它传导电子的能力也很强。另一方面，黑磷具有层状的结构，锂离子可以在黑磷片层的层间快速传导，这三方面的优异性质，让黑磷成为一款非常有潜力的、能够实现锂离子电池快充的电极材料。
但理想很丰满，现实比较骨感。目前一系列的研究报道发现，黑磷的综合性能指标跟预期有一定的差距。
为解决这样的问题，团队研究人员一方面把黑磷跟石墨通过碳磷共价键的方式连接在一起，使它的结构更加稳定，锂离子进入黑磷颗粒的过程更加容易，这样就极大地提高了原本可能受限的锂离子传导。另一方面，他们给这个复合材料穿上了一层衣服，让电极在周围充满电解液的环境下，界面更稳定，更适合锂离子的进入。在这两个层面的界面优化下，这款黑磷复合材料达到了性能上的突破。
十分钟左右充满电行驶五百公里
“我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明，电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量，2000次循环后仍可保持90%的容量。”共同第一作者，中国科学院化学研究所的辛森研究员介绍说，”如果能够实现这款材料的大规模生产，找到匹配的正极材料及其他辅助材料，并针对电芯结构、 热管理和析锂防护等进行优化设计，将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池。”
具备能量密度350瓦时/千克的锂离子电池能够使电动汽车的行驶里程接近1000千米，而特斯拉Model S满电后 的行驶里程为650千米。而快速充电能力将使电动汽车的用户体验上升一个台阶。
“在综合考虑压实密度，面负载量等工业界比较关心的一系列技术指标的前提下，我们有可能让电动汽车在10 分钟左右的时间内充满电，并能行驶约500公里。”季恒星教授表示，带着这样的一个愿景，科研团队还有大量的工作要做，尤其是在基础研究层面和规模化制备技术方面，但是他们对未来充满了希望。
在新技术的基础上，团队将在基础研究层面和规模制备技术方面继续探索。“深入认识电极材料的微观结构、 理化性质和电化学反应过程等基础科学问题，掌握以界面工程为例的化学手段，同时了解产业界对核心材料的性 能需求是实现电池技术突破，推进相关领域如消费电子、电动汽车行业发展的必备条件。”季教授说道，“我们将在现有基础上持续努力，使论文中的研究结果更加贴近电池产业的要求。”
成果二 科学家发现植物干细胞广谱抗病毒机制
中国科学技术大学生命科学学院赵忠教授团队通过发育生物学和植物病毒学两个领域的交叉研究，找到了植物干细胞免疫病毒的关键因子—WUSCHEL（WUS）蛋白，揭示了植物干细胞的广谱抗病毒机制。该成果发表在《科学 》杂志上。
植物干细胞广谱抗病毒机制示意图。美术设计：马子颂，梁琰 目前，植物病毒病害已经成为农业生产中的第二大病害，植物一旦染上病毒将带来毁灭性的后果，比如在水稻中由稻飞虱传播的病毒（条纹叶枯病和黑条矮缩病）一旦爆发，轻则减产16%左右，重则绝收。
尽管国内外研究人员已经从多个角度进行了大量的研究，包括RNA干扰，细胞自噬和植物激素等途径，但是对于植物干细胞存在广谱抗病毒能力的原因仍然不清楚。由于病毒种类繁多，已知的植物病毒就有1000多种，现有的抗病毒手段只能针对少数的病毒，且随着病毒不断进化，抗性也会逐渐减弱。“茎尖脱毒”是少有的可以应用 于大多数植物、清除体内病毒的最有效的生物技术，但其深层机理一直未被揭示。
中国科学技术大学赵忠团队另辟蹊径，以传统的茎尖脱毒技术为灵感来源，历经8年潜心研究，发现WUS是一个 存在于植物干细胞中的关键抗病毒蛋白。干细胞内的WUS是一个非常保守的蛋白，从低等植物到高等植物中普遍 存在。这个蛋白受病毒感染诱导，并且通过直接抑制一类甲基转移酶基因，影响了细胞参与蛋白质合成的主要细胞器-核糖体的组装，从而降低了蛋白质合成速率。这将直接导致病毒不能利用植物细胞完成自身蛋白质的翻译 ，以及病毒的复制和组装的过程，从而抑制了病毒的传播。
同时，WUS蛋白也可以成为其他细胞抵抗病毒的“利器”，研究人员在植物其它细胞中表达WUS蛋白，可以保护植物免受病毒的感染。同时研究人员还检查了多种病毒，并证实WUS蛋白均可以抑制这些病毒对植物细胞的感染 ，说明WUS蛋白介导的干细胞病毒免疫具有广谱性。
这项工作研究了植物分生组织存在的广谱抗病毒免疫活性，第一次发现在病毒抗性和分生组织维持基因之间存 在如此精确的分子连接。同行专家评论：“此研究解决了一个长期存在且备受关注的问题，是植物病理学和植物发育领域的一个开创性研究。”
下一步，研究团队计划怎样将其应用到育种中，基于蛋白质人工进化技术，筛选高抗病蛋白，并利用生物技术转入多种作物中，以得到广谱高抗病的作物新品种。团队研究人员表示， WUS作为一个保守的干细胞调节蛋白，其同源蛋白存在于多种植物中。WUS蛋白介导的广谱抗病毒机制可以为多种作物抗病毒防治提供一个新的研究思路 ，可能为解决全球粮食稳产带来新曙光。
范琼 李晓曦 赵小娜 胡冬寅 新安晚报 安徽网 大皖客户端记者 陈牧
