清洁能源
　　
电催化析氢研究进展
　　中科大陈乾旺教授团队设计出一种以金属有机框架化合物为前驱体来制备氮掺杂的类石墨烯层包裹合金内核复合结构的工艺，所制备的复合纳米结构作为碱性析氢电催化剂，表现出与贵金属可比的析氢性能。相关研究成果发表于《自然—通讯》。氢被认为是环境友好的清洁能源，电催化分解水可以制备高纯氢气，在碱性介质中电解水是最有可能实现产业化制氢的技术。长期以来贵金属是该领域活性最高的催化剂，科学家们致力于将过渡金属发展成高活性碱性析氢电催化剂以降低成本，然而很多催化剂的活性与贵金属相比还有很大的差距。将少量的贵金属与过渡金属合金化是提升过渡金属电催化性能的一个重要途径。
　　
摩擦纳米发电机的电源管理策略与电力摩擦电子学研究进展
　　中国科学院北京纳米能源与系统研究所张弛研究员和王中林院士领导的研究团队致力于摩擦纳米发电机电源管理技术的研究。相关研究论文发表于《纳米能源》。摩擦纳米发电机自发明以来，在人体动能和环境机械能的收集上展示出了很大优势和应用潜力。摩擦纳米发电机的通用型电源管理策略展现了电子器件对摩擦电的管理与能源利用，拓展出摩擦电子学一个新的分支——电力摩擦电子学，主要研究基于电子器件的摩擦电变换与调控，展现电源管理和高效利用等功能，这将为摩擦纳米发电机的实用化研究开启一个新的起点，并将在未来的能源互联网应用中发挥重要作用。
　　
蓝细菌光合生物合成燃料乙醇
　　中国科学院青岛生物能源与过程研究所微生物代谢工程团队在蓝细菌光合生物合成乙醇技术方面取得了研究进展，在规模化培养9天后乙醇产量达到0.9g/L，而常规pH条件下的对照体系中无乙醇积累。相关研究成果发表于《生物技术与生物能源》。乙醇是生产规模最大、应用程度最高的可再生生物液体燃料。生物乙醇的来源可采用含糖量丰富的农业生物质为原料的生物炼制过程，或以木质纤维素等农业、林业废弃物为原料的纤维素乙醇合成过程。与生物炼制过程相比，通过光合微生物平台将二氧化碳和太阳能直接转化为乙醇的技术路线减少了原材料预处理、底物提炼过程的损耗，也节省了对淡水和用地的需求。
　　
碳纳米管复合薄膜/硅异质结太阳能电池研究进展
　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）先进材料与结构分析实验室“纳米材料与介观物理”研究组在解思深院士、周维亚研究员的指导下，基于连续直接生长的透明导电碳纳米管网络，设计并制备出一种新型的连续网络复合薄膜的太阳能电池，其能量转换效率可达10.2%。研究论文发表于《纳米能源》。传统硅基太阳能电池依然占据主流光伏市场，然而，限制硅基光伏产业发展的主要因素是其生产成本偏高、制备过程繁琐。因此，科学家开始大力发展高效率、低成本、大面积和适合大规模生产的太阳能电池。宏观碳纳米管薄膜具有良好的力学、电学、光学等性质而颇受关注。
　　
风力发电的叶片结构强度研究
　　中国科学院工程热物理研究所国家能源风电叶片研发（实验）中心经过试验设计和数值计算，获得了大型叶片宏观结构破坏现象和微观复合材料破坏特征的跨尺度定量关联；揭示了大型风电叶片在极限载荷状态下多种非线性力学现象：局部屈曲，三维应力和破坏模式的耦合机制；基于这种认识，提出了如何提高大型叶片结构强度的有效方法。研究论文发表于《风能》。在各类绿色能源中,风能是前景潜力巨大的可再生能源之一。通过大型风电叶片全尺度结构破坏试验能够获得叶片在极限载荷状态下的结构响应，为深入理解厚壁板壳结构、纤维复合材料在跨尺度力学上的非线性耦合机制提供重要基础。
　　
Z型光催化剂产氢研究
　　中科院新疆理化技术研究所环境科学与技术研究室通过光沉积法，在材料基底上生长Au纳米颗粒，然后在Au上负载固溶体，制备了Z型光催化剂，并对其结构、形貌和光学性能进行了系统研究。相关论文发表于《科学通报》。开发清洁和可再生能源是缓解能源短缺和环境恶化问题的选择。氢气由于其燃烧产物没有二次污染而被认为是最理想的清洁燃料。太阳光光催化分解水制氢，为清洁高效地转化利用太阳能、消除了环境污染，提供了一条新型技术路径。然而，单一催化剂存在可见光利用率低或电子空穴复合率高的问题，严重制约了其光催化制氢性能。该研究为设计高效光催化产氢催化剂提供了新思路。
　　
基于材料基因组的锂电池固态电解质进展
　　中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）清洁能源实验室陈立泉院士、李泓研究员等，提出了在固体电解质中引入多种阴离子共存的设计思想，并据此设计出一种全新的氧硫化物固体电解质LiAlSO材料。研究成果发表于《物理评论快报》。在锂电池中，从改善安全性的角度出发，全固态锂电池被认为是未来二次电池的发展方向。通过基于晶体结构预测方法的高通量计算，确定了该材料的晶体结构，并研究了其热力学稳定性、动力学稳定性和离子输运性质。计算结果显示该化合物在a轴方向具有很低的锂离子迁移势垒，属于快离子导体，有望成为固态锂电池中固体电解质的备选材料。
　　
硅太阳能电池的机理和新材料研究
　　北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授课题组利用原子力显微镜的开尔文探针对晶体硅太阳能电池不同界面之间的表面电势进行探测，发现了不同界面之间的表面电势变化与晶体硅太阳能电池转换效率之间的关系。相关论文发表于《纳米能源》。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，太阳能光伏电池是把太阳辐射能转换成电能。太阳能电池种类繁多，晶体（单晶和多晶）硅太阳能电池已经大规模应用，我国是全球最大的晶体硅太阳能电池制造和供应商，由于大多数的原材料和设备国产化，硅太阳能电池发电的成本一直在下降，与煤发电的成本存在可比性。
　　
　　
人工智能
　　
运用电子突触进行人脸分类
　　清华大学微电子所钱鹤、吴华强课题组在基于新型忆阻器阵列的类脑计算取得进展。相关研究成果发表于《自然—通讯》。该研究将氧化物忆阻器的集成规模提高了一个数量级，实现了基于1024个氧化物忆阻器阵列的类脑计算；在最基本的单个忆阻器上实现了存储和计算的融合，采用完全不同于传统“冯·诺依曼架构”的体系，可以使芯片功耗降低到原千分之一以下。人工智能由于“冯·诺依曼架构”存在“存储墙瓶颈”，现有计算平台无法高效实现相关算法，功耗问题显著。而人脑可以快速、低功耗地完成各种学习任务。人脑约有1000亿个神经元，每个神经元之间通过成千上万个神经突触连接起来，构成复杂的神经网络。
　　
新型水下通信系统
　　北京大学工学院谢广明教授课题组研制出一种新型的水下电场通信系统，为目前水下机器人通信提供了一种新思路，相关论文发表于《生物灵感和仿生学》。自然界有些鱼类如南美电鳗亚目鱼和非洲管嘴鱼科鱼可以主动发射和感知电场实现水下通信。通过把电鱼通信系统抽象建模为由一对发射电偶极子和一对接收电偶极子组成的简化系统，对该电场系统进行数值仿真，掌握其传播及分布特性，设计开发出一套新型的仿生电场通信系统。研究结果表明水中电场通信比水声通信更为稳定，水体运动、障碍物及水质等复杂环境对电场通信影响都很小。目前发射功率仅为0.25W时即可实现水下3～5米的近距离电场通信。
　　
大脑黑科技：“读脑术”
　　中科院自动化所何晖光研究组提出了一种大脑黑科技：“读脑术”，麻省理工《科技评论》报道了该成果，读脑术算法可以通过大脑扫描数据重建图像，精确读懂人类大脑信号，还原人眼所看到的视觉场景。原理是根据所获得的大脑活动信号，通过数学模型恢复出被试者所看到的图像场景。研究提出了基于多视图生成式模型的视觉信息编解码的研究框架，即假定大脑信号和外部刺激是由同一隐含变量生成。通过学习一个多视图变分自编码器可以建立外部刺激到脑信号的双向映射关系。将视觉信息编解码问题看作多视图学习中缺失视图的推断问题，即通过视觉图像可以推断出大脑信号（编码），通过脑信号也可以推断出图像（解码）。
　　
人体器官芯片技术构建糖尿病肾病模型
　　中科院大连化学物理研究所秦建华研究员领导的微流控芯片团队，利用器官芯片技术构建了一种功能化肾芯片系统，并用于模拟糖尿病肾病早期病理变化，研究成果发表于《芯片实验室》。糖尿病肾病是糖尿病的常见并发症之一，也是导致慢性肾功能衰竭的主要原因，其早期肾脏损害主要表现为高血糖引起的肾小球组织结构和滤过功能破坏。这种工程化的肾芯片系统不仅能模拟肾小球组织的生理微环境，还可获取病理条件下具有时空分辨特点的肾细胞动态迁移、上皮间质化等定量生物学信息。人体器官芯片是近几年发展起来的一种新兴前沿交叉学科技术，在新药发现、疾病机制和毒性预测等领域具有重要应用前景。
　　
新一代微型显微镜
　　北京大学联合中国人民解放军军事医学科学院，成功研制新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜，重量仅为2.2克，适于佩戴在小动物头部颅窗上，实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。通过这一微型显微镜获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像，程和平院士等将该成果发表于《自然—方法》。微型化双光子荧光显微成像改变了在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式，可用于在动物觅食、哺乳、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下，或者在学习前、学习中和学习后，长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。
　　
反事实直接量子通信
　　中科大潘建伟院士及其同事彭承志、陈宇翱等和清华大学马雄峰合作，实现了反事实直接量子通信，在实验中演示了图像的反事实传输，相关成果发表于美国国家科学院院刊。日常经验表明任何信息的传输都需要通过实物载体，如信件、电磁波等。然而，国际著名量子光学专家M. Suhail Zubairy小组2013年提出的反事实直接量子通信方案表明，即使在通信双方Alice和Bob之间没有实物粒子的交换，也可以实现信息的传递。这里“反”的就是人们日常生活中形成的直观认识。反事实直接量子通信本质是光的“波粒二象性”的集中体现。具体到反事实直接量子通信的物理实现，核心的结构是嵌套、级联的智能干涉仪。
　　
穿戴设备的压缩感知应用研究
　　中科院苏州生物医学工程技术研究所光健康研究中心郭立泉课题组基于各种MEMS传感器（加速度、陀螺仪、磁力计和弯曲传感器等）开发出一种可穿戴传感器设备，并结合ZigBee无线协议搭建了无线传感器网络平台。据此，利用互联网技术开发出了远程康复训练与评定系统，从而用于脑卒中患者居家或社区康复训练与评定。相关论文发表于传感器。实验结果表明在压缩域下直接进行特征提取，并进行后续的信号处理，可以避开传统的压缩感知理论框架中的信号重构环节，在减小重构过程计算量的同时，也使得未来在可穿戴传感器硬件上可能实现“On Node Analysis”。
　　
多功能电子皮肤
　　中科院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室沈国震课题组与解放军总医院姜凯教授等合作，开发了一种可直接贴附在人体表面的超薄高像素柔性电子皮肤阵列，通过引入聚合物中空球纳米结构，传感器对环境压力展现出了超高的灵敏度，以及低的探测下限。同时由于所制备的聚合物具有负温阻效应，传感器还对环境温度具有很好的响应。相关成果发表于《纳米能源》。皮肤作为人体最大的器官，负责人体内部与外界环境的交互。在其柔软的组织下面分布着一个庞大的传感器网络，从而实时获得温度、压力、气流等外界信息的变化。电子皮肤通过模拟人类皮肤的传感功能，能实现或超越皮肤的传感性能。