2025 Regeneron ISEF大奖-EGSD能源可持续材料和设计获奖作品汇总-3

最新官方消息！全球科创天花板赛事——国际科学与工程大奖赛（Regeneron ISEF），现已正式公布了2026年总决赛的举办时间和地点。这场汇聚全球青年创新力量的科技盛宴，将于2026年5月9日至15日，在美国亚利桑那州凤凰城会议中心（Phoenix Convention Center, Arizona）璀璨启幕。

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-EGSD能源可持续材料和设计2025的获奖作品方便学习

EGSD能源可持续材料和设计获奖作品集合

EGSD001 - 用于IMD的新型无线充电系统

3500万美国人体内植入了植入式医疗设备 (IMD)，例如心脏起搏器。IMD 的电池寿命是固定的（约 7-12 年），需要进行侵入性手术才能更换电池，并发症发生率约为 10% 至 20%。本研究使用电磁波为 IMD 电池充电。\n无线充电系统 (WCS) 由 9 单元相控阵天线（用于以 2.4GHz 电磁波形式传输能量）、3 菲涅尔透镜系统（用于将电磁波聚焦成集中的功率波束）以及小型 2.4GHz 整流天线（用于将电磁波转换为直流电）组成。\n电磁波在自由空间中（传输功率呈二次衰减，衰减率为 1/距离的平方）、穿过皮肤和接收天线以及整流天线的信号路径时会迅速损失能量。为了抵消自由空间损耗，我们设计了独创的电磁菲涅尔透镜，用于将1-2米范围内的波束聚光、准直和相位调整，从而形成窄而高效的功率波束。新型3菲涅尔透镜系统将半功率波束宽度从34°减小到11°，在1米范围内将增益提高7dB，并将波束宽度缩小至10厘米。\n此外，我们还对天线和手工原型整流器进行了能量捕获优化。我们对独创的PCB整流器进行了测试，最终设计的射频到直流能量转换效率超过85%。基于每年70mWh的能源需求，WCS可以通过发射1W（30dBm）的功率，在20-30分钟的医生就诊时间内为起搏器电池充电，自由空间/皮肤/天线的损耗为8dB，设计的整流器的效率为75%。该 WCS 可以作为 IMD 电池充电的解决方案，从而取代侵入性手术。

EGSD003T——绿色氢产品的双功能催化剂。

本研究提出了一种制备具有三维分级纳米阵列结构的双功能催化剂的新方法，用于高效尿素氧化反应和析氢反应，该反应涉及混合水电解，从而实现绿色制氢。通过碱性氧化Cu泡沫制备CuxNi1–xS2基催化剂，形成一维Cu(OH)2纳米阵列，然后用镍前驱体和硫脲进行水热处理。所得催化剂在两种反应中均表现出优异的性能，实现了高效的电荷传输和稳定性，具有更低的过电位、更小的塔菲尔斜率和更高的TOF值。在1.80 V尿素辅助混合水电解中，制氢速率约为0.365 mmol hr⁻¹，库仑效率为67.3%。这种不含稀土元素的CuxNi1–xS@Cu纳米阵列为太阳能驱动的尿素辅助混合水电解制氢提供了一种有前景且经济高效的电催化剂。

EGSD008T - 用于快速充电锂离子电池的 BP 阳极

黑磷 (BP) 具有较高的理论容量 (2596 mAh/g) 和安全的锂化电位 (0.7V)，展现出用于快速充电锂离子电池 (LIB) 的潜力。然而，低电导率和严重的体积膨胀（约 300%）严重阻碍了其应用。此外，快速充电 LIB 的固有缺陷令人担忧，例如不规则的固体电解质界面 (SEI) 形成和由于多磷化锂溶解（穿梭效应）导致的容量损失。在本研究中，引入磷酸锌作为多功能添加剂，以减轻多磷化锂的溶解，增强电池的反应动力学，并形成规则、富含 LiF 且导电的 SEI。因此，磷酸锌改性 BP 负极表现出优异的长期循环稳定性和高倍率性能，在 1C 倍率下循环 600 次后容量保持率为 1735 mAh/g。此外，即使在4C的高倍率下，经过250次循环后，其容量仍高达1330 mAh/g，相当于每次循环的容量损失仅为0.04%。最终，这项研究展现了磷酸锌改性BP负极的广泛应用潜力，因为它的成本与商业化的石墨（Gr）和硅碳（Si/C）负极相近，同时实现了与这两种负极相比更出色的快速充电性能。此外，在整个材料合成过程中使用高能球磨（HEBM）被认为是一种环保高效的大规模生产方法。

EGSD016 - 通过诱变优化芦竹作为生物燃料

对可靠可再生能源的需求日益增长，扩大了对生物燃料机遇的研究。然而，目前的原料占用农业用地，造成了重大影响。这项研究填补了芦竹（Arundo Donax）——一种入侵物种——作为可行生物燃料原料的探索和优化中的一个关键空白。本研究重点关注两个关键的基因靶点：开花位点T (FT) 基因，该基因通过抑制开花来增加生物量；以及矮人53 (D53) 基因，该基因可降低入侵性。在本研究中，我们通过计算机模拟设计了向导RNA (gRNA)，用于通过CRISPR/Cas9介导的两个靶基因的诱变进行优化。利用最新的染色体组装数据，本研究对基因组进行了功能注释以提取靶基因，然后通过NCBI与水稻和玉米等同源物种的比对验证了靶基因。随后，我们为每个选定的基因设计了3个gRNA，以确保广泛的选择范围。我们根据现有的AI评分模型，调整了一种系统性评分方法，用于预测每种gRNA的效率，从而确保在实验中成功筛选出合适的gRNA。与实验中成功的水稻gRNA的验证结果显示出高度相关性，表明该评分方法的可靠性。对于每个基因，相应的gRNA序列被确定为最优gRNA：FT-1 (5'-CCCACTAGTCGTAGGACATG-3')；FT-2 (5'-CATCACAACAGCGTCGCTGA-3')；D53 (5'-CGTCGATGGCGAAGCTACAG-3')。最后，CRISPR-Cas9编辑的计算模型预测了成功的移码突变，这些突变将有效地破坏基因功能。经计算，芦竹的生物量将增加55%，误差幅度为5%，分枝数量将显著减少，超过了行业标准。

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