“中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)由科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心（科學(xué)技術(shù)部基礎研究管理中心）牽頭組織，至今已成功舉辦18屆，旨在宣傳我國重大基礎研究科學(xué)進(jìn)展，激勵廣大科技工作者的科學(xué)熱情和奉獻精神，開(kāi)展基礎研究科學(xué)普及，促進(jìn)公眾理解、關(guān)心和支持基礎研究，在全社會(huì )營(yíng)造良好的科學(xué)氛圍。

中國科學(xué)十大進(jìn)展遴選程序分為推薦、初選、終選、審議、發(fā)布五個(gè)環(huán)節。2022年度，《中國基礎科學(xué)》《科技導報》《中國科學(xué)院院刊》《中國科學(xué)基金》和《科學(xué)通報》等5家編輯部共推薦了600余項科學(xué)研究進(jìn)展，所推薦的科學(xué)進(jìn)展皆是在2021年12月1日至2022年11月30日期間正式發(fā)表或完成的研究成果。

2022年12月，科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心（科學(xué)技術(shù)部基礎研究管理中心）組織召開(kāi)了2022年度中國科學(xué)十大進(jìn)展初選會(huì )議，按照推薦科學(xué)進(jìn)展的學(xué)科分布，分成數理天文信息科學(xué)、化學(xué)材料能源科學(xué)、地球環(huán)境科學(xué)、生命醫學(xué)科學(xué)等4個(gè)學(xué)科組，邀請專(zhuān)家從推薦的科學(xué)進(jìn)展中遴選出了30項進(jìn)展進(jìn)入終選。終選采取網(wǎng)上投票方式，邀請中國科學(xué)院院士、中國工程院院士、原國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任、原973計劃顧問(wèn)組和咨詢(xún)組專(zhuān)家及項目首席科學(xué)家、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃有關(guān)重點(diǎn)專(zhuān)項總體專(zhuān)家組成員和項目負責人等3000余位專(zhuān)家對30項候選科學(xué)進(jìn)展進(jìn)行網(wǎng)上投票，并邀請高水平專(zhuān)家對得票數排名前10位的科學(xué)進(jìn)展進(jìn)行審議，最終確定入選2022年度中國科學(xué)十大進(jìn)展。

2022年度中國科學(xué)十大進(jìn)展簡(jiǎn)介

1.祝融號巡視雷達揭秘火星烏托邦平原淺表分層結構

詳細的火星地下結構和物性信息是研究火星地質(zhì)及其宜居性演化的關(guān)鍵，是火星探測的重要內容之一。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所陳凌、張金海團隊等對祝融號火星車(chē)行進(jìn)約4個(gè)月、探測長(cháng)達1171米的低頻雷達數據進(jìn)行了深入分析和精細成像，獲得了烏托邦平原南部淺表80米之上的高精度結構分層圖像和地層物性信息，研究發(fā)現該區域數米厚的火壤層之下存在兩套向上變細的沉積層序：第一套層序位于地下約10～30米，其形成可能與距今約16億年以來(lái)短時(shí)洪水、長(cháng)期風(fēng)化或重復隕石撞擊作用有關(guān)；第二套層序位于地下約30～80米，可能是距今35～32億年前大型洪水事件沉積?，F今該區域80米之上未發(fā)現液態(tài)水存在的證據，但不排除存在鹽冰的可能性。該研究揭示了現今火星淺表精細結構和物性特征，提供了火星長(cháng)期存在水活動(dòng)的觀(guān)測證據，為深入認識火星地質(zhì)演化與環(huán)境、氣候變遷提供了重要依據。

祝融號火星車(chē)在烏托邦平原進(jìn)行原位雷達探測，首次揭示了烏托邦平原淺表精細分層結構（圖片設計：中科院地質(zhì)與地球所研究團隊；圖片繪制：武漢大學(xué)鄧?。?/span>

祝融號火星車(chē)沿由北向南行進(jìn)路徑采集的低頻雷達數據成像結果及解譯

2.FAST精細刻畫(huà)活躍重復快速射電暴

快速射電暴（FRB）是宇宙無(wú)線(xiàn)電波段最劇烈的爆發(fā)現象，起源未知，是天文領(lǐng)域重大熱點(diǎn)前沿之一。中國科學(xué)院國家天文臺李菂團隊聯(lián)合北京大學(xué)、之江實(shí)驗室和中國科學(xué)院上海天文臺團隊利用FAST發(fā)現了世界首例持續活躍的快速射電暴FRB20190520B，擁有已知最大的環(huán)境電子密度，有效推進(jìn)了FRB多波段研究。通過(guò)監測活躍重復暴FRB20201124A，獲得了迄今為止最大的FRB偏振樣本，探測到FRB局域環(huán)境的磁場(chǎng)變化及其頻率依賴(lài)的偏振振蕩現象。針對FRB20190520B、FRB20201124A為代表的活躍重復暴，組織國際合作，特別是美國大型望遠鏡GBT協(xié)同FAST觀(guān)測，揭示了描述FRB周邊環(huán)境的單一參數即“RM彌散”，提出了重復快速射電暴偏振頻率演化的統一機制。FAST精細刻畫(huà)活躍重復快速射電暴，構建統一圖景，為最終揭示快速射電暴起源奠定了觀(guān)測基礎。

“中國天眼”發(fā)現重復快速射電暴

3.全新原理實(shí)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(wèn)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(xué)/四川大學(xué)謝和平團隊通過(guò)將分子擴散、界面相平衡等物理力學(xué)過(guò)程與電化學(xué)反應結合，開(kāi)創(chuàng )了海水原位直接電解制氫全新原理與技術(shù)，建立了氣液界面相變自遷移自驅動(dòng)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(fā)相變傳質(zhì)的力學(xué)驅動(dòng)機制，實(shí)現了無(wú)額外能耗的電化學(xué)反應協(xié)同海水遷移的動(dòng)態(tài)自調節穩定海水直接電解制氫。自主研制的386 L/h H2原理樣機在真實(shí)海水中穩定制氫超過(guò)3200小時(shí)，法拉第效率近乎100%，電解能耗約5.0 kWh/Nm3 H2，隔絕海水離子的同時(shí)實(shí)現了無(wú)淡化過(guò)程、無(wú)副反應、無(wú)額外能耗的高效海水原位直接電解制氫技術(shù)突破，為解決該領(lǐng)域長(cháng)期困擾科技界和產(chǎn)業(yè)界的技術(shù)難題奠定了基礎。

原理與技術(shù)樣機圖

4.揭示新冠病毒突變特征與免疫逃逸機制

新冠病毒奧密克戎突變株及其變體持續涌現，及時(shí)地解析新冠突變株如何逃逸疫苗接種所建立的免疫屏障和病毒感染所產(chǎn)生的人體免疫力對于未來(lái)疫苗設計與疫情防控至關(guān)重要。北京大學(xué)、北京昌平實(shí)驗室曹云龍、謝曉亮團隊聯(lián)合中國科學(xué)院生物物理研究所王祥喜團隊率先揭示了新冠奧密克戎突變株及其新型亞類(lèi)的體液免疫逃逸機制與突變進(jìn)化特征，揭示奧密克戎BA.1中和抗體逃逸機制，及其與病毒刺突蛋白結構特征的聯(lián)系；發(fā)現奧密克戎BA.4/BA.5變異可逃逸人體感染BA.1后所產(chǎn)生的中和抗體，證明了難以通過(guò)奧密克戎感染實(shí)現群體免疫以阻斷新冠傳播；基于自主研發(fā)的高通量突變掃描技術(shù)，成功預測了新冠病毒受體結合域免疫逃逸突變位點(diǎn)，并前瞻性篩選出廣譜新冠中和抗體。相關(guān)研究為廣譜新冠疫苗和抗體藥物研發(fā)提供了理論依據和設計指導，為全球新冠疫情防控提供了重要參考。

介導免疫逃逸的新冠病毒受體結合域突變位點(diǎn)的預測

5.實(shí)現高效率的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池和組件

鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池具有低成本溶液處理的優(yōu)勢，在薄膜太陽(yáng)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(guān)鍵瓶頸。南京大學(xué)譚海仁團隊通過(guò)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(diǎn)上的吸附強度，顯著(zhù)增強缺陷鈍化，大幅提升全鈣鈦礦疊層電池的效率。經(jīng)國際權威檢測機構日本電器安全環(huán)境研究所（JET）獨立測試，疊層電池效率達26.4%，創(chuàng )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(chǎng)主流的晶硅電池最高效率相當。該團隊開(kāi)發(fā)出大面積疊層光伏組件的可量產(chǎn)化制備技術(shù)，使用致密半導體保形層來(lái)阻隔組件互連區域鈣鈦礦與金屬背電極的接觸，顯著(zhù)地提升了組件的光伏性能和穩定性，實(shí)現了國際認證效率21.7%的疊層組件（面積20 cm2）。

創(chuàng )世界紀錄效率的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池和組件

6.新原理開(kāi)關(guān)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(shí)代信息技術(shù)與數字經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所宋志棠、朱敏團隊發(fā)明了一種基于單質(zhì)碲和氮化鈦電極界面效應的新型開(kāi)關(guān)器件，充分發(fā)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(yōu)勢，“開(kāi)態(tài)”碲處于熔融狀態(tài)是類(lèi)金屬，和氮化鈦電極形成歐姆接觸，提供強大的電流驅動(dòng)能力，“關(guān)態(tài)”半導體單質(zhì)碲和氮化鈦電極形成肖特基勢壘，徹底夾斷電流。該晶—液態(tài)轉變的新型開(kāi)關(guān)器件，組分簡(jiǎn)單，可克服雙向閾值開(kāi)關(guān)（OTS）復雜組分導致成分偏析問(wèn)題；工藝與CMOS兼容且可極度微縮，易實(shí)現海量三維集成；開(kāi)關(guān)綜合性能優(yōu)異，驅動(dòng)電流達到11 MA/cm2，疲勞壽命>108次，開(kāi)關(guān)速度~15ns，尤其碲原子不丟失情況下開(kāi)關(guān)壽命可大幅提升。該研究為發(fā)展海量存儲和近存計算提供了新的技術(shù)方案。

新原理開(kāi)關(guān)器件示意圖

7.實(shí)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(lái)模擬復雜的難于計算的化學(xué)反應，可以對復雜系統進(jìn)行精確的全方位的研究。自從2003年美國科羅拉多大學(xué)Deborah Jin研究組從超冷原子氣中合成了鉀雙原子分子以來(lái)，多種超冷雙原子分子先后在其他實(shí)驗室中被制備出來(lái)，并被廣泛地應用于超冷化學(xué)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(shí)驗操控也極其困難，因此制備超冷三原子分子一直是實(shí)驗上的巨大挑戰。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、趙博團隊與中國科學(xué)院化學(xué)研究所白春禮團隊合作，在鈉鉀基態(tài)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(shù)首次相干地合成了超冷三原子分子。該研究為超冷化學(xué)和量子模擬的研究開(kāi)辟了新的方向。

從超冷雙原子分子和原子混合氣中利用射頻場(chǎng)合成三原子分子的示意圖

8.溫和壓力條件下實(shí)現乙二醇合成

目前乙二醇的全球年需求量達數千萬(wàn)噸級，主要來(lái)源于石油化工。為降低乙二醇的對外依存度，以中國科學(xué)院福建物質(zhì)結構研究所為代表的科研機構與企業(yè)合作，在2009年發(fā)展了從煤或合成氣經(jīng)過(guò)酯加氫轉化為乙二醇的萬(wàn)噸級非石油路線(xiàn)全套技術(shù)。但在該技術(shù)路線(xiàn)中，存在安全隱患和乙二醇產(chǎn)品的純度質(zhì)量不夠穩定等問(wèn)題。廈門(mén)大學(xué)謝素原團隊與袁友珠團隊，聯(lián)合中國科學(xué)院福建物質(zhì)結構研究所和廈門(mén)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(fā)了以C60電子緩沖來(lái)穩定亞銅的富勒烯—銅—二氧化硅催化劑，實(shí)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(shù)路線(xiàn)的依賴(lài)。

富勒烯改性銅催化煤/合成氣常壓制乙二醇技術(shù)

9.發(fā)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(shí)，會(huì )產(chǎn)生各種高度非線(xiàn)性效應，這種極端條件下光與物質(zhì)相互作用充滿(mǎn)未知和挑戰。浙江大學(xué)邱建榮團隊及其合作者們發(fā)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(shí)現了玻璃中具有成分和帶隙可控發(fā)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(fā)光。形成的納米晶在紫外線(xiàn)輻照、有機溶液浸泡和250℃高溫環(huán)境中表現出顯著(zhù)的穩定性。并進(jìn)一步演示了這種3D微納結構在超大容量長(cháng)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(shí)現了1080p級別動(dòng)態(tài)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(guān)尺度分相和離子交換的規律，開(kāi)拓了飛秒激光三維極端制造新技術(shù)原理。

飛秒激光誘導帶隙可控結構示意圖以及三維圖案化的實(shí)現

10.實(shí)驗證實(shí)超導態(tài)“分段費米面”

費米面決定了固體材料的電學(xué)、光學(xué)等多種物理性質(zhì)。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(méi)有費米面。1965年P(guān)eter Fulde理論預言，讓超導體中庫珀對動(dòng)起來(lái)，增加其動(dòng)量，會(huì )導致庫珀對破裂，能在超導能隙中產(chǎn)生出一種特殊的“分段費米面”。上海交通大學(xué)賈金鋒、鄭浩團隊與麻省理工學(xué)院傅亮團隊合作，設計制備了拓撲絕緣體/超導體（Bi2Te3/NbSe2）異質(zhì)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(chǎng)在體系中產(chǎn)生較小的庫伯對動(dòng)量，得益于Bi2Te3拓撲表面態(tài)的費米速度極高的獨特優(yōu)勢，在拓撲表面態(tài)中庫伯對已經(jīng)破裂，最終實(shí)現并觀(guān)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(kāi)辟了調控物態(tài)、構筑新型拓撲超導的新方法。

超導“分段費米面”