基于光流交换的下一代弹性,动态,超大容量核心光网络
香港首席研究员：张国伟教授 (香港中文大学)
内地首席研究员：徐安士教授 (北京大学)

本提议书旨在研究一种全新的方式以建立下一代超高容量的核心光网路。现有网路采用庞大的电子IP路由交换机，其缺点是运行时耗费大量的电能，这日益成为一个突出的环境问题。另一方面，传统IP路由交换也容易遭受各种恶意攻击。随着核心网的流量需求飞速增长，尤其是点对点技术（peer-to-peer）和视频应用的普及，服务提供商可用的带宽容量正在急剧地耗尽。此外，从传统的电信业务到数据交换业务，是一次重大的业务模式的转换，核心网路的数据流程量在过去的十年中从几个百分点增长到了97%以上。由于数据不必像实时连续通信那样对于时延有严格的限制，因此在规划设计中需要一种新的模式，以使得下一代核心网路具备弹性、稳健、动态、可扩展、低成本以及低能耗的特性，并能够支持百兆百兆位/秒的带宽容量。

我们提出的方法结合了两项最新研究成果：香港中文大学的广义生存网路（Generalized Survivable Network, GSN）和北京大学的时空标签交换协议（Time-Space Label Switching Protocol, TS-LSP），在同一个框架下解决光流交换（Optical Flow Switching, OFS）网路的若干研究课题。光流交换技术仅采用光交叉连接（Optical Cross Connect，OXC）来实现交换，不存在电的交换和处理，非常透明，这使得光交换结构可以实现低成本和低能耗。光流交换适用于高带宽需求的数据应用，如高清电视、IP电视、视频点播、数据交换中心以及网格计算等。

将光流交换技术广义生存网路和时空标签交换协议相结合，一个很大的优势是资源预留问题会变得非常直观，因为广义生存网路保证了所有的动态流量需求可以得到满足，无须在特定请求到达时计算和查找可用资源，这对于整体的网路吞吐量和延时有相当大的改善。综上所述，通过本研究我们将更好的理解下一代核心网路技术中光流交换的可行性，解决可扩展性、分布式路由以及资源冲突、信令、生存性以及应用服务特性等等方面的绝大多数问题。本研究将引导下一代核心网络取得突破性的发展。

基于回复式神经网络的计算机辅助精准肝切除研究
香港首席研究员：王平安教授 (香港中文大学)
内地首席研究员：章毅教授 (四川大学)

医学图像处理技术的发展为精准外科手术规划与操作提供了基础。但是，在精准肝脏图像处理上仍然有许多难点，如：（1）肝实质与腹腔内其他组织相邻，甚至有些部分在图像上重叠；（2）肝脏血管、肝管、胆管与周围组织对比度较小，且易受噪声影响；（3）肝脏病灶与周围组织交迭，且形状体积各异。现有的基于形状与基于灰度优化的方法并不适合于精确肝脏图像的处理。

回复式神经网路的发展为解决上述问题提供了新的途径。相比传统的神经网路，回复式神经网路具有多稳定性、连续吸引性、局部共同活动性和静止性等性质，因而具有更强大的计算能力。 另外，利用回复式神经网路的特征绑定原理实现医学图像的区域与边缘特征的内在结合，可为处理复杂肝脏图像的难题提供合适的工具。在回复式神经网路中分割、配准、融合等医学图像处理问题可转变为能量最小化的问题。回复式神经网路还可以用于模拟软组织内部势能在离散化质点中的传播，为实时软组织变形研究提供新的思路。

针对精准肝切除的临床需求，发挥回复式神经网路在医学图像处理上的优势，我们提出一系列创新研究方法以解决电脑辅助精准肝切除的几个重要的难点问题。

交互式英语口语学习对话系统研究 (面向母语是普通话和广东话的英语口语学习对象)
香港首席研究员：蒙美玲教授 (香港中文大学)
内地首席研究员：刘加教授 (清华大学)

该项目旨在开发一个交互式的英语口语学习对话系统，以协助母语为普通话或广东话（即两个主要的汉语方言）的成年人学习英语以作为第二语言。英语是世界通用的语言，据估计，到2010年全球将有20亿英语学习者，而在中国就大约有3亿8千万，掌握运用英语进行交际的能力至关重要。第二语言的学习，特别是发音的学习，涉及到目标语言的正确感知和正确发音。这个学习进程往往会受到母语迁移的影响，而负迁移会导致第二语言发音不够标准，或者错误。这些错误往往会随着年龄的增长而固化，成为成年人学习第二语言的重要障碍。英语与汉语具有鲜明的差异，中国学习者在说英语时经常会受到原来汉语的负迁移影响。

要改善第二语言的发音，学习者需要在感知和发音这两方面进行长期的训练。为了能够支持高效的训练（即诱导学习者说第二语言以进行评价），我们提出了开发具有差异性的自动语音识别技术，以检测和诊断由于语言负迁移效应而造成的目标发音的不准确之处（即错误发音）。值得注意的是，从交际的角度看，某些音素的发音错误会显得尤其严重，例如一对近似的单词，如果把其中具有区分性的音素读错，将会导致单词混淆；相对地，其他一些音素的混淆可能并不会妨碍交流。此外，单词中的音素发音错误越多，错误通常会越严重。一般地，相对于高级学习者，初级学习者会出现更多的发音不准确。高效的训练应该帮助初级学习者专注于那些比较严重的错误，并纠正它们，然后循序渐进。理想的是能够标出那些初学者经常出现的错误发音，因为这些错误发音会使得他们丧失学习的信心。对于高级学习者，往往只有较少的发音错误，训练应该侧重于那些普通而细微的错误，以帮助他们完善第二语言的发音。为了满足不同教学层次的需求，我们提出从基于数据库的研究中开发出一套错误发音变化，这些发音变化包括了从细微的错误到严重的错误，将有助于开发一个能够适应不同教学层次需求的对话模型。该对话模型将引发新一代的发音反馈方式，这些反馈是针对检测和诊断到的发音错误，为学习者提供中肯的发音矫正提示。

为了能够支持感知训练（即开发学习者准确区分目的语言不同发音的能力），我们提出开发新一代的自动回应系统，它能够提供多模式视觉化（例如通过使用文本到视听的语音合成）的语音产生过程，以提供有助于指导学习者矫正发音错误和改进发音的提示。我们相信，这种互动的口语对话的开发，能够有效地帮助中国学习者学习英语，特别是那些处于偏远地区的学习者，因为这些地区缺乏符合资格的英语教师。

隐私无泄漏网络数据发布
香港首席研究员：陈雷教授（香港科技大学)
内地首席研究员：梅宏教授 (北京大学)

随着Internet 应用的不断拓展，以Hi5、Facebook、Myspace 为代表的社会网络已 经成为人们日常交流和信息共用的重要平台。但是社会网络数据中包含了大量的用户隐私信息，保护这些隐私信息在任何数据分享或挖掘活动中不被泄露是一项重要而紧迫的任务。

在本项目中，我们计划开展一系列研究工作以实现隐私无泄漏网络数据发布，在保持网络数据中信息可用性的同时保护数据网络中的隐私信息不被泄露。

多模态迁移学习及其在网络数据挖掘中的应用
香港首席研究员：杨强教授 (香港科技大学)
内地首席研究员：余勇教授 (上海交通大学)

随着现代信息技术的发展，互联网上的知识呈几何级数增长。其知识的表现形式也从过去单一的文本形式，发展到文本、图像、语音、视频等多模态信息相互呈现，互相补充。传统的机器学习往往关注于单一媒体的研究缺乏将各种媒体联系到一起的能力。而事实上，多模态信息是相互关联的，特别是文本和语音、图像和视频。本课题从理论与应用等角度重新研究该领域的问题。从理论角度上，我们侧重多模态下的迁移学习基本理论与核心演算法，这将有助于我们理解各种媒体数据之间的联系与。从应用角度，多模态迁移学习技术的发展，将会给互联网挖掘、图像理解、计算机视觉等应用带来新的机遇。研究多模态信息的迁移学习，将会极大地推动认知科学、机器学习、人工智慧、心理学等学科的发展，同时也将有利于改进信息检索、自然语言处理、计算机视觉等应用领域的核心技术。因此，本课题的研究具有着重要的理论与实际应用价值。

密码演算法的分析与实现
香港首席研究员：许志光博士 (香港大学)
内地首席研究员：王小云教授 (山东大学)

Hash函数与分组密码演算法是保证电子商贸安全的重要数学工具。

本课题主要开展Hash函数与分组密码演算法的分析及实现的研究。在Hash函数方面，主要跟踪NIST开展的Hash函数演算法标准SHA-3的筛选过程，对候选演算法进行安全性分析，并进行Hash函数快速实现技术的研究及其在计算机取证领域的应用。在分组密码演算法方面，深入分析AES及其他通用演算法的安全性，针对特殊结构的密码演算法进行分析。研究基于Hash函数和分组密码演算法的随机预示模型的可证明安全密码体制。

总括来说，通过本课题的研究，能提高Hash函数与分组密码演算法的安全性，从而提高电子商贸的安全性。

PPARδ改善糖尿病血管内皮功能的分子细胞机制及其临床意义
香港首席研究员：黄聿教授 (香港中文大学)
内地首席研究员：汪南平教授 (北京大学)

２型糖尿病和肥胖是全球性的流行性疾病，多数患者死于心血管及肾脏并发症，因此迫切需要开发更为有效的治疗策略以改善其心血管预后。近期研究揭示了过氧化物酶体增殖物启动受体(PPAR)激动剂在改善胰岛素敏感性方面的作用。PPARα和PPARγ已经在临床上应用多年，而PPARδ亚型迄今仍然不是药物的作用靶点，目前研究多集中于其代谢调控作用，有关其心血管功能调节研究较少，仅有少数研究提示PPARδ具有重要的血管生物学功能。环氧酶(COX)表达及活性的升高参与了血管炎症反应，而PPARδ激动剂抑制内皮细胞COX -２表达。本项目将集中研究COX -２在糖尿病db/db小鼠内皮功能紊乱中的病理生理作用及PPARδ激动剂的内皮血管保护效应。本课题旨在研究COX-2 和 PPARδ在调控糖尿病血管内皮功能中的相互作用及分子机制。深入理解PPARδ的血管功能具有重要的理论价值和临床意义。研究结果将会为PPARδ激动剂作为防治糖尿病血管病变的潜在药物及作用机制提供新的证据。

BDNF诱导的小脑GABA能信号传递中离子电化学驱动力可塑性的机制和功能研究
香港首席研究员：容永豪教授 (香港中文大学)
内地首席研究员：王建军教授 (南京大学)

至今对抑制性突触传递的突触可塑性仍知之甚少。新近发现的离子电化学驱动力可塑性（ionic plasticity）是抑制性GABA能信号传递突触可塑性的一种重要和有趣的形式，且为GABA能突触所独有。本项目将在我们预实验基础上，从分子、细胞、神经元环路和整体行为水平，深入研究BDNF诱导的小脑GABA能信号传递中ionic plasticity的机制和功能。研究结果将不仅有助于从理论上深入认识中枢抑制性突触可塑性，而且有助于临床治疗那些由抑制性突触可塑性变化引起的神经系统疾病。

体外诱导的多能干细胞向眼表面上皮干细胞定向分化及其应用于角膜上皮组织工程的研究
香港首席研究员：连祺周博士 (香港大学)
内地首席研究员：刘祖国教授 (厦门大学)

本研究从全角膜缘干细胞缺乏患者的眼表面取得上皮细胞及成纤维细胞，采用Oct4,Sox2,Nanog 以及Lin28 四基因共转染方法在体外诱导产生多能干细胞（iPSC），然后通过P63 和/或 Pax6 基因转染，角膜缘基质微环境表面共培养，以及角膜缘基质成纤维细胞条件培养基共培养等方法，诱导iPSC 向角膜上皮干细胞方向定向分化。在此基础上，采用这些定向分化的角膜上皮干细胞构建组织工程角膜上皮，并进行裸鼠皮下移植，以探讨iPSC 来源的细胞用于重建眼表面的可能性。

孤儿核受体Nur77与β-catenin信号转导交互作用与调控
香港首席研究员：黄思齐博士 (香港大学)
内地首席研究员：曾锦章教授 (厦门大学)

Wnt/β-catenin信号转导通路参与细胞周期和增殖的调控，在许多肿瘤尤其是结肠癌中起到极其重要的作用。近年来，核受体与Wnt/β-catenin交互作用引起人们广泛的注意，这种交互作用可能是发展新型治疗方法的一个重要途径。在前期的研究中，我们首次发现核受体中的一个孤儿成员Nur77的诱导表达可以控制β-catenin的表达水平和抑制β-catenin的转录激活功能，非常有意思的是，胆酸中的某些成分可以调控Nur77和β-catenin的交互作用，本课题将深入研究这种分子调控机制，并寻找新的调控化合物。

综合运用有机合成和全基因组RNAi筛选方法鉴定cADPR介导之钙信号通路中新型调控蛋白
香港首席研究员：岳剑波博士 (香港大学)
内地首席研究员：张亮仁教授 (北京大学)

诸多的细胞功能包括细胞的增殖，分化，受精作用，肌肉收缩，神经递质、激素和酶的分泌，淋巴细胞的活动以及增殖等等都涉及到胞内钙库的动员[1-5]。环腺苷二磷酸核糖（cADPR）是一种起胞内钙离子动员作用的核苷酸，广泛存在于从植物到动物的多种细胞中。cADPR是由烟醯胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）在ADP核糖基环化酶的作用下形成的。现已证实很多的胞外刺激都可以诱导cADPR的合成继而导致胞内的钙释放或钙内流[1, 6-8]。 虽然有证据显示cADPR介导的钙释放是经由ryanodine受体完成，但其确切的分子机制仍有待阐明。本研究提出了一种新的化学合成膜透性cADPR类似物的策略。同时，我们发现一种膜透性的cADPR类似物--cTDRE, 可以诱导人Jurkat细胞中的钙释放，而Jurkat细胞中的3型ryanodine受体（Ryr-3）被敲除后，cTDRE的这种诱导钙释放的作用被显著抑制了。我们进一步推测新的调节信号蛋白在cADPR介导的经由ryanodine受体实施的钙释放作用中也是存在的。因此，我们计划综合运用有机合成和全基因组RNAi筛选方法去鉴定cADPR介导之钙信号通路中新型调控蛋白。我们的设计是：（1）化学合成高效新型的膜透性cADPR类似物并对其进行药理鉴定；（2）利用全基因组RNAi技术筛选鉴定新型cADPR介导之钙信号通路的调控因数。鉴于cADPR介导的钙信号通路在多种细胞途径中的重要作用，了解这一信号通路中的分子机制不仅具有重要的科学价值，同时也有重要的临床价值。

用金属组学追踪细胞中的金属: 对金属相关的病理生理过程的启示
香港首席研究员: 孙红哲教授 (香港大学)
内地首席研究员: 柴之芳研究员(院士) (中国科学院高能物理研究所)

生物体内金属离子的平衡对于维持生命体的生物和生物化学过程的正常进行具有极端重要的作用。总体上，约有三分之一的蛋白质需要金属离子以保持它的正常活性。然而，金属的作用对于细胞而言具有两面性，一方面可以起到有益的作用，同时也可能产生毒性。金属浓度的失衡会极大影响细胞的功能（例如：信号传导），增加氧化性损伤，和干扰新生蛋白质的的折叠。因此，全面、系统的研究金属（过渡金属）在细胞内的组成、种态（例如：金属与生物大分子的相互作用）、分布和功能是非常有必要的。与基因组和蛋白质组的概念类似，生物体内（细胞或组织）所有金属的组成、种态、特征、含量和分布就叫做金属组(metallome)。对于金属组的研究，以及金属与基因，蛋白质和代谢过程之间的相互作用以及功能之间的相关性的研究就叫做金属组学(metallomics)。

幽门螺旋杆菌是人体内主要的病原体之一，它能导致胃溃疡，慢性胃炎，甚至癌症。由于两种重要的金属酶-尿素酶和[镍，铁]-氢化酶的存在，它能在极强的酸性条件下存活。在对于幽门螺旋杆菌的感染和胃溃疡的治疗中，铋化合物的应用有很长的历史。尽管金属对于细菌体在很多方面都起到了非常重要的作用，但是很少研究详细地报道过细菌体中的金属组成。

本研究的目的是以幽门螺旋杆菌为研究对象进行详细的金属组学方面的研究，全面的分析细胞内金属的组成。具体来讲包括以下几个方面：
1） 利用一维或二维凝胶电泳与先进核分析手段（例如：微束同步辐射X荧光成像技术）联用的技术定量分析与幽门螺旋杆菌蛋白质组和病原体密切相关的重要金属（如铁，锌和镍）；
2） 利用金属亲和层析法分离、X-射线吸收光谱法测定研究蛋白质里金属存在的"环境"；
3） 利用核磁共振、X-射线衍射和X-射线吸收光谱法测定关键金属蛋白的结构和功能；
4） 开发一种应用于定位细胞内金属结合蛋白或二维凝胶电泳中蛋白质定位和定量的荧光探针。
本研究将会极大的增进我们对于幽门螺旋杆菌中金属的位置和种态的了解，同时有助于揭示金属和金属蛋白在重要的病理生理学过程中的作用。这一合作研究的长期目标是建立一个现代化的金属组学研究中心，致力于与金属相关的疾病的研究。

全球气候变化及环境恶化对中国南海造礁珊瑚的可预见影响
香港首席研究员：伍泽赓教授 (香港中文大学)
内地首席研究员：黄晖博士 (中国科学院南海海洋研究所)

珊瑚礁是地球上生物多样性最高的生态系统，它为超过3亿人提供了丰富的蛋白质资源，并且每年产生超过数十亿美元的经济价值。 但是世界范围的珊瑚正面临全球气候变化及环境持续恶化等带来的威胁。本研究选择中国华南沿岸和南海的一条温度和污染的梯度断面，由北往南依次为香港污染最重，海南三亚其次，西沙群岛污染最轻。 从｢香港-三亚─西沙群岛｣这样一条全球范围内独特的研究断面，采用现场调查与室内实验相结合的方法，评估造礁石珊瑚对环境压力包括升高的温度、富营养化和有机物污染影响的反应。基于室内实验和野外调查的结果，利用计算机模拟未来环境恶化和全球气候变化对中国南海珊瑚生物多样性和群落结构的影响，为制定适宜的珊瑚礁保护政策和措施提供依据。

珠江三角洲地区大气卤代烃研究
香港首席研究员：郭海 博士 (香港理工大学)
内地首席研究员：王新明教授 (中国科学院广州地球化学研究所)

珠江三角洲是我国城市化和工业化程度较高的重要城市群之一，其卤代烃的使用和排放在我国占有较大比重。本研究拟通过区内45个站点的面上网格化同步观测及3个代表性站点长期观测，揭示珠江三角洲大气卤代烃的时空分布特征，并对照前期观测数据探讨大气卤代烃浓度水平的演化趋势；在此基础上，结合气象因素分析卤代烃排放源区，利用受体模型解析不同排放源的贡献率，并用CO 比值法等估算珠三角地区主要卤代烃排放量。

来源于海洋微生物的丁烯酸内酯和吲哚生物碱两类抗污损活性化合物的构效关系与作用机制（基因和蛋白水平）的研究
香港首席研究员：钱培元教授 (香港科技大学生物系)
内地首席研究员：漆淑华研究员 (中国科学院南海海洋研究所)

海洋生物污损是由海洋生物附着在人造物体表面形成的。海洋生物污损每年给海洋产业造成巨大的经济损失。最近三丁基有机锡的禁用促使我们寻找无毒或低毒的抗污损添加剂。尽管已经从事了大量的筛选无毒抗污损化合物的工作，但是我们还是很缺乏以下几方面的知识：
1) 已知抗污损物质的化学结构和功能的关系方面的研究甚少，从而很难设计高效、低毒的抗污损化合物；
2) 化合物对污损生物幼虫的抑制机理，从而很难将化合物开发成产品；
3) 污损生物的基因组学和蛋白组学方面的信息太缺少，从而很难研究抗污损化合物的作用机制。

在本课题中，我们将利用一些与污损生物附着变态相关的生物标记研究两组抗污损化合物作用机制。我们将要进行一下几方面的工作：
1) 从海洋链霉菌和芽孢杆菌中分离和纯化属于丁烯酸内脂和吲哚生物碱的抗污损化合物；
2) 分别分析这两组化合物的构效关系，确定抗污损活性的官能团；
3) 比较丁烯酸内脂和吲哚生物碱对华美盘管虫幼虫中p38MAPK基因表达的影响；
4) 分析丁烯酸内脂和吲哚生物碱对纹藤壶幼虫中与附着变态相关蛋白表达的影响。

我们希望通过分析构效关系，我们能得到活性更强的化合物。更重要的是，我们希望能更深入的了解这两类化合物在污损生物幼虫中怎样在基因和蛋白水平作用从而抑制幼虫的附着变态。通过本课题的研究，我们也希望能够找到更好的解决生物污损问题的方法。

环境污染物复合效应高通量研究平台
香港首席研究员：吴洪开 (香港科技大学)
内地首席研究员：江桂斌 (中国科学院生态环境研究中心)

由于环境污染物种类繁多，组分复杂，使得复合毒性筛选的工作相当繁重，需要大量的时间和人力。本项目以环境污染物 的复合效应研究为目标，拟建立一个基于微流控技术的高通量研究平台。利用该平台对标准品及实际环境样品中内分泌干扰物的复合效应进行快速筛查。根据实验数据，对现有的复合效应理论模型进行验证，并发展更为精确的模型。通过对大量实际环境样品的筛查，寻找环境中尚未发现的内分泌干扰物。

产品召回和供应链质量管理模式研究
香港首席研究员：赵先德教授 (香港中文大学)
内地首席研究员：范秀成教授 (复旦大学)

产品危害及相应的召回是企业其中一个最糟糕的恶梦, 因为产品召回是一项成本高昂的行动。 这些行动不单止导致一个国家的经济蒙受巨大损失, 亦引大量的永久意外伤亡及复杂的医疗处理。

考虑到对企业的影响, 产品危害不单止对生产商及海外品牌商造成巨大伤害, 也对供应链产失一连串的恶性影响。 换言之, 供应链中每一部份都受伤害。产品危害甚至会打击知名品牌, 使企业名声受损因而使盈利及市场份额流失。 所以产品危害就好像其他的负面宣传一样, 不单止严重地损害企业的形象及品牌, 甚至会催毁整个企业。

本研究就是在此前提下提出, 我们研究企业如何利用不同的产品召回策略去减低产品危害的影向。 我们会提出一套管理方针去规划产品召回的决策及找出一个优良及可行的产品召回制度应有的元素, 以便企业能在供应链中有效地找出, 追踪及回收问题产品。尽管如此, 企业透过产品召回去处理产品危害只是一个短暂措施却并不足以在市场中维持竞争力。 所以企业需寻求建立一套能使它保持长期成功的供应链质量管理制度(SCQM)。故此, 本研究会着眼于建立一个全面的SCQM模式以协助企业不单止可藉此去防止产品危害的再发生, 更可以去改善及维持供应链上下游的质量表现。

本研究在学术上有明显的供献, 它描述多种关系存在于"消费者对产品危害所意识到的危险", "他们所理解企业应负的责任", "企业的社会合法性", "潜在的风险及信任", "客户满意度", "再采购的意向"以及"外界的负面评价"。 此研究会揭示产品召回策略如何影向这些关系。它更是首个研究着力于透过严谨的程序去将SCQM概念化及操作化。 我们会综合过往的文宪并建议一些过往研究所忽略的因素。最后我们会测试该模型在不同情况及环境中的表现。

网络拥挤收费机制的多目标设计、优化和实现
香港首席研究员：杨海教授 (香港科技大学)
内地首席研究员：黄海军教授 (北京航空航天大学)

拥挤道路使用收费不仅能够有效地管理交通需求，而且能够得到额外收入以补偿道路建设上的巨额开支，正在世界范围内被检验和完善。理论和实践都迫切需要研究适用于一般道路网络的拥挤收费模型，该模型应考虑网络用户之间的时间价值属性差异，从而引出了时间最小化和成本最小化的双目标优化问题。本专案旨在从理论和实践两个方面对多目标、多用户类的网络拥挤定价进行深入研究，包括无约束的帕累托系统最优收费和有约束的次优收费。

基于贵金属,半导体和稀土复合纳米结构材料的,具有等离子体共振增强和宽带光活性的光催化剂
香港首席研究员：王建方教授 (香港中文大学)
内地首席研究员：严纯华教授 (北京大学)

基于半导体材料的光催化剂在污水净化、空气净化以及太阳能转化等领域有着广泛的应用。在众多种类的光催化剂中，二氧化钛（TiO2）纳米材料由于具有特殊的光催化活性、较好的化学稳定性和光稳定性而受到了广泛的关注。但是，由于锐钛矿结构的TiO2带隙能量高达3.2eV，其吸收光的范围在紫外区域（<388nm）。而太阳光中只有约1.4%的光能量是分布在280到400nm的紫外区域的。与此相对的是，太阳光中有约26.2%的光能量分布在400到700nm的可见区域。因此，很多工作都集中在如何生产具有可见光活性的光催化剂。对于TiO2而言，通常是采取掺杂或是染料敏化的方法拓宽TiO2的光回应区域。但是，这种方法对于吸收光谱带的加宽范围有限，同时得到的材料吸光系数比较小，光稳定性也不好。因而得到的材料很难拥有较高的光活性。

我们因此计划设计具有较高光活性以及较宽吸收范围（从可见到近红外区域）的光催化复合纳米材料和薄膜，该材料由半导体、贵金属和稀土共同组成。在半导体纳米晶体中掺杂或者引入稀土元素，会使其具有吸收近红外光的特性，同时将较低能量的红外光子转化为较高能量的可见或紫外光子。这种行为被称为上转换行为。通过上转换得到的较高能量光子将被催化剂中的半导体吸收，从而进行光催化反应。由于太阳光中有47.4%的能量分布在700到1500nm近红外区域，该催化剂的光催化效率将会有显著的提高。贵金属纳米材料有着丰富的表面等离子共振行为，它们的特征共振波长可以从400调节到2000nm。利用贵金属纳米材料表面等离子共振的性质，可以显著地提高其周围材料的光吸收效率。因此，将贵金属纳米颗粒复合到光催化剂中，可以提高光催化剂从可见到近红外波段的光吸收效率。同时，贵金属纳米颗粒还能提高半导体吸收光后的电荷分离能力。这两种性质都将会很大地提高复合材料的光催化性质。我们将尝试制备具有不同几何和拓扑学结构的复合材料，研究其光吸收、上装换、能量转移、表面等离子共振、电荷分离以及光催化活性，期望开发出一种具有高度光活性的宽带光催化剂。

一维纳米材料及其阵列的制备、表征和在高性能锂离子电池中的应用
香港首席研究员：杨世和教授 (香港科技大学)
内地首席研究员：孙世刚教授 (厦门大学)

锂离子二次电池已广泛应用于移动电子设备。目前，商品化锂离子电池的负极石墨化碳材料及正极LiCoO2、LiMnO2或LiFePO4等材料，其容量已接近其极限值。社会发展对携带型能源、电动交通工具能源、以及能量储存和转换提出了越来越高的要求。而要发展高比能、高功率、高安全性锂离子二次电池，研发新型高容量电极材料则是关键之一。
过去十年来，香港研究小组发展了简易可行，条件温和的方法在金属电极上原位制备一维有序纳米结构材料。这些一维纳米材料陈列用于高性能锂离子电池具有如下优点：（1）可以为电子提供一维通道，减小内阻；（2）具有很大的比表面积，可以增加电解液与活性材料的接触面积，从而减小单位几何面积上的电流密度；（3）具有足够的空隙缓冲活性材料嵌锂时的体积膨胀，能够更有效地抑制活性物质的粉化，从而减缓锂嵌入比容量下降的趋势；（4）活性材料直接生长在集流体上，因此不用加入导电剂和粘结剂，减少它们的引入带来的复杂的介面过程。同时，大陆研究小组在纳米材料表面结构可控合成及电极表面过程方面取得了突破性进展。例如通过系统地对锡基合金电沉积机理和沉积层的结构进行研究，阐明了锡基合金材料表面微晶的择优取向和多孔结构有利于缓解合金电极的结构变化，能够更有效地抑制活性物质的粉化，从而减缓锂嵌入比容量下降的趋势，同时也减弱了锂的滞留或积累现象，表现出较好的充放电性能。这些均为本项目的顺利实施打下了坚实的基础。
通过强化香港科大和厦大小组之间的合作来攻克技术难关和探讨基础问题，本申请项目旨在研发一维纳米材料及其阵列的合成和在高性能锂离子电池中的应用。我们将结合双方在纳米材料和电化学方面的优势，共同实现以下目标：（1）原位合成及表面修饰无机一维纳米材料及其阵列；（2）研究这些新型材料的结构，电子，及电化学性能；（3）发展这些新型材料在通高性能锂离子电池中的应用。

混凝土健康监测的水泥基压电复合材料及其感测器的研究
香港首席研究员：李宗津教授 (香港科技大学)
内地首席研究员：程新教授 (济南大学)

本项目旨在为智慧土木工程结构开发水泥基压电复合材料及其相应的感测器。据我们所知，香港科技大学是首先开展水泥基压电智慧材料的第一家院校，并已在水泥基压电材料及其感测器开发方面积累了相当丰富的经验。本项目将集中精力改进水泥基压电材料及其传感系统的性能。溶胶凝胶法将用来生产具有微米尺度的新型的压电晶体。新型的压电晶体将与不同的水泥，包括氯氧镁水泥，一起生产水泥基压电复合材料及传感元件。为了诱导基体材料与压电晶体的化学反应，将根据分子动力学的模拟选择某些适用的耦连剂。这些水泥基压电复合材料用来开发具有创新性的传感元件与感测器。将这些感测器埋置于高楼大厦与大型公共结构之中，就可以监测其使用及健康状态。从而可以根据健康监测的信息适时地提出相关维护措施以保障更安全、更舒适的生活与工作环境。这一健康监测系统不仅能改善香港及大陆高层建筑与大跨度桥梁的服役性能，也将香港及大陆在土木工程结构健康监测方面的研究推到世界前沿。

铁基超导材料的输运和热电性质
香港首席研究员：张富春教授(香港大学)
内地首席研究员：许祝安教授(浙江大学)

某些材料的电阻在温度低于某个临界温度 Tc时会突然消失，这种现象被称为超导。超导是一种非常令人关注的量子现象，但是多数超导材料的临界温度都非常之低，这大大限制了它的应用。而最近发现的铁基超导体则是临界温度仅次于铜氧化物超导体的另一大类超导材料。目前已经在全世界引发了大量的针对这一类材料及其物理性质的研究。铁基超导材料的超导电性是对母体材料进行化学掺杂而实现的，而且不同掺杂对超导电性影响很大。因此化学掺杂的影响是铁基超导体研究中最重要的问题之一。在这个专案中，我们计划研究三种典型的掺杂系统： 1) 使用 Co 或者 Ni 原子替代铁原子，2) 在铁砷面外的不同价态元素的电子或者空穴型掺杂，以及 3) 会导致化学压力效应的同价元素替代。我们将系统的探索这些材料的输运，磁，以及热点性质。再结合光谱测量研究这一体系的基态的演化，特别是寻找其中可能存在的量子相变和量子临界现象。我们力图获得这些掺杂系统的全面的相图。我们将通过理论结合实验力图阐述不同的有序相的演化，并增进对铁基超导体超导机理的理解。

具有混杂特性的间歇过程的容错控制
香港首席研究员：高福荣教授 (香港科技大学)
内地首席研究员：周东华教授 (清华大学)

间歇过程(批处理过程)在制造业中具有举足轻重的地位，被广泛用来生产高附加值的产品。控制性能在间歇过程的产品质量及其一致性上起着至关重要的作用。控制系统的设计和分析应遵循并充分利用间歇过程的特性。香港和内地的申请人都具备优秀的间歇过程知识。一直以来，间歇过程的控制设计主要是利用其重复性。然而，除了重复性，间歇过程还有一些其它的重要性质：（一）2维动态性质。在一个批次内，间歇过程有沿着时间方向的动态特性，同时，由于环境因素，材料变化，或使用批次控制的影响，它也有显著的沿批次方向的动态特性;（二）混杂性质。一个典型的间歇过程通常包含几个操作或具有不同特征的阶段。所谓的多阶段控制框架就是在不同的阶段采用不同的控制目标和控制策略。从一个阶段到另一个阶段，控制策略的转换会在这个转换之后对控制性能产生显著的干扰。为了获得更好的控制性能和设计，本项目提出将多阶段控制问题看成一个混杂系统，从而放在一个统一的框架下去设计控制系统。（三）由于间歇过程必须在复杂的条件下工作，它很可能遇到故障，但对于间歇过程的容错控制是一个被忽略的问题。通过充分研究上面提到的间歇过程的特性，本国家自然科学基金委员会（NSFC）与香港研究资助局（RGC）联合科研基金项目结合了香港申请人和大陆研究小组的专业知识去系统研究间歇过程。本项目的成功完成，不仅可以解决这些重要的学术问题，而且还提供了一个与间歇过程特性相一致的控制方法；由于在香港的制造产业主要都是基于间歇过程的，所以间歇过程对香港来说显得尤为重要。