技术突破核心 - 开发出一种将二氧化碳直接高效转化为高附加值C3-C4二醇（如1,3-丙二醇和1,3-丁二醇）的新型电化学-生物催化级联系统[2][4] - 该系统融合电化学模块与AI辅助的生物催化模块，实现了碳负排放的转化过程，为绿色化工提供了可规模化的新范式[4][16] 电化学模块创新 - 使用CuZn合金催化剂，在–1100 mA cm⁻²的电流密度下，将CO₂还原为乙醇的法拉第效率达到35%，乙醇产率接近1200 μmol h⁻¹ cm⁻²[4][6] - 开发了仿西瓜皮结构的J-T膜，有效阻隔乙醇渗透（<1%），解决了传统阴离子交换膜乙醇渗透率>60%的问题，并实现了100 mM高浓度乙醇的快速积累[4][7] 生物催化与AI辅助酶工程 - 利用工程化的醛缩酶（DERA）将乙醇与甲醛通过C–C键延伸反应合成目标二醇[4] - 通过理性设计与AI预测（Saprot模型）对DERA酶进行改造，获得双突变体S233D/F43T，其催化效率提升2.5倍[10] - 分子动力学模拟显示，S233D突变引入了新的氢键网络，扩大了底物结合口袋，提升了底物亲和力[11] 系统性能与成果 - 实现了1,3-丙二醇从CO₂出发的产率达1.2 g L⁻¹ h⁻¹，1,3-丁二醇产率达0.7 g L⁻¹ h⁻¹，系统整体碳原子利用率约80%[15] - 使用¹³C标记CO₂证实产物中所有碳原子均来源于CO₂[15] - 与现有电-生物混合系统（通常产率<0.05 g L⁻¹ h⁻¹）相比，产率提升数十倍，展现出显著技术优势[15][18] 产业应用前景 - 该技术路径为CO₂资源化利用开辟了新途径，展示了电催化与合成生物学深度耦合在绿色智能制造中的巨大潜力[4][16] - 未来将优化电化学模块的能效与生物催化模块的稳定性，并拓展至合成更多种类的长链化学品[16]

重大科技基础设施的战略定位与现状 - 重大科技基础设施是支撑原始创新、突破关键核心技术、实现高水平科技自立自强的重要基石[1] - 当前大设施建设已具备一定规模，但面临跨域协同薄弱、开放共享不畅等问题，亟待从规模扩张向质量跃升转型[1] - 大设施历经数十年发展，已形成国家主导与地方特色互补的世界级体系，上海光源、散裂中子源等标志性设施性能国际领先[2] 重大科技基础设施的应用效能与区域协同 - 在基础研究前沿，散裂中子源精准解析材料微观结构，为量子材料、高温超导等前沿领域提供新研究方法[3] - 在应用与产业领域，同步辐射光源支撑芯片缺陷检测与药物设计，超算中心为AI训练及精准气象预报提供强大算力[3] - 大设施是优化创新资源配置的关键纽带，长三角、京津冀、粤港澳三大创新廊道构建一小时实验圈，中西部节点城市加速布局特色设施[3] 重大科技基础设施的发展趋势与全球竞争 - 大设施加速向体系化、数智化、国际化演进，深度集成5G、人工智能、大数据，从单点运行向智能协同转型[2] - 未来大设施将聚焦深空、深地、深海等前沿方向，强化升级跨学科协同与开放共享能力[2] - 未来5-10年全球科技竞逐将聚焦极限能力前沿竞速，美国、欧盟、日韩等主要发达经济体纷纷加快布局[5] 重大科技基础设施面临的挑战 - 大设施仍面临重基建轻科研倾向尚未根本扭转，部分领域重复布局与资源错配并存等深层结构性挑战[6] - 跨学科跨区域协同网络尚未健全，开放共享机制存在制度性梗阻，适配大设施全周期创新的人才引育体系有脱节[6] - 此类系统性短板严重制约大设施战略效能释放，亟待通过系统谋划与精准政策供给实现体系性攻坚[6] 提升重大科技基础设施效能的政策建议 - 强化顶层设计与全周期治理，聚焦量子科技、核聚变能源、深空深地探测等国家战略必争领域，制定核心设施清单与区域协同图谱[7] - 深化协同联动与精准匹配机制，构建战略需求清单—设施参数库—攻关任务池智能匹配系统，试点国家实验室主导的设施托管模式[7] - 创新多元投入与开放共享生态，实施分类投入策略，基础类设施以中央财政托底支持，应用类设施构建财政引导+竞争经费+社会资本三元投资模式[8] - 重构人才培育与激励体系，设立大设施人才专项基金，打造研用育一体化培养基地，建立工程技术能力与科学研究贡献双轨职称评审体系[8]