科創(chuàng)中國·成果

新型催化劑實(shí)現(xiàn)高效全分解水制氫

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員章福祥團(tuán)隊在寬光譜捕光催化劑全分解水制氫研究方向取得新進(jìn)展。團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)金屬載體強(qiáng)相互作用可顯著促進(jìn)Ir/BiVO4光催化劑體系的界面電荷分離和水氧化性能，進(jìn)而建立了高效的Z機(jī)制全分解水制氫體系，其室溫下制氫表觀量子效率達(dá)到16.9%。相關(guān)成果發(fā)表在《焦耳》上。

利用懸浮粉末光催化劑全分解水制氫雖然被認(rèn)為是最廉價、最易規(guī)模化應(yīng)用的太陽能光化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑之一，但是其制氫效率一直受到光生電荷分離效率低的制約。

在該研究中，團(tuán)隊通過高溫氫還原處理獲得具有SMSI作用的Ir/BiVO4光催化劑，發(fā)現(xiàn)金屬載體強(qiáng)相互作用可顯著促進(jìn)其界面電荷分離。此外，團(tuán)隊通過原位光誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)負(fù)載Ir物種在BiVO4晶面定向轉(zhuǎn)化成Ir和IrO2雙助催化劑，進(jìn)一步提高其表面催化和電荷分離能力，使得BiVO4產(chǎn)氧性能提升75倍以上。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊通過耦合TaON基產(chǎn)氫光催化劑，建立了Z機(jī)制可見光催化全分解水制氫新體系。

該研究不僅將金屬載體強(qiáng)相互作用的應(yīng)用從傳統(tǒng)的熱催化拓展至光催化領(lǐng)域，而且為促進(jìn)光生電荷分離提供了新思路，有望為構(gòu)筑高效光催化新體系奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

“超級光盤”誕生

2月21日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所對外宣布存儲容量是普通光盤上萬倍、普通硬盤上百倍的“超級光盤”誕生。據(jù)計算，十幾張“超級光盤”就可以存儲下整個國家圖書館的數(shù)據(jù)量。“超級光盤”是上海光機(jī)所與上海理工大學(xué)等科研單位緊密合作、在超大容量超分辨三維光存儲研究中取得的突破性進(jìn)展。2月22日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）雜志發(fā)表了相關(guān)研究成果。

經(jīng)過長達(dá)7年堅持不懈的攻堅克難，“超級光盤”研究團(tuán)隊利用國際首創(chuàng)的雙光束調(diào)控聚集誘導(dǎo)發(fā)光超分辨光存儲技術(shù)，實(shí)驗(yàn)上首次在信息寫入和讀出均突破光學(xué)衍射極限的限制，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)尺寸為54納米、道間距為70納米的超分辨數(shù)據(jù)存儲，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量達(dá)千萬億字節(jié)量級。經(jīng)老化加速測試，光盤介質(zhì)壽命大于40年。

“拉索”確認(rèn)首個超級宇宙線起源天體

日前，由中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭的高海拔宇宙線觀測站“拉索”國際合作組宣布，在銀河系北部天區(qū)天鵝座恒星形成區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個巨型超高能伽馬射線泡狀結(jié)構(gòu)，歷史上首次找到能量高于1億億電子伏特的宇宙線的起源天體。這是迄今為止人們能夠確認(rèn)的第一個超級宇宙線源。該成果于北京時間2月26日以封面文章的形式在《科學(xué)通報》上正式發(fā)表。

此次“拉索”發(fā)現(xiàn)的巨型超高能伽馬射線泡狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)有多個能量超過1千萬億電子伏特的光子。團(tuán)隊成員、中國科學(xué)院高能物理研究所副研究員李驄說：“一般來說，產(chǎn)生能量為2千萬億電子伏特的伽馬光子，需要能量至少高10倍的宇宙線粒子。因此，這表明泡狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在超級宇宙線加速器，源源不斷地產(chǎn)生能量至少達(dá)到2億億電子伏特的高能宇宙線粒子，并注入到星際空間?！毖芯勘砻?，位于泡狀結(jié)構(gòu)中心附近的大質(zhì)量恒星星團(tuán)是超級宇宙線源最可能的對應(yīng)天體。

螢火蟲成蟲發(fā)光器發(fā)育的關(guān)鍵機(jī)制被揭開

近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授付新華團(tuán)隊揭示了螢火蟲成蟲發(fā)光器發(fā)育的關(guān)鍵機(jī)制，為發(fā)光昆蟲的發(fā)光及閃光控制研究提供了新的思路。相關(guān)論文近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

付新華介紹，螢火蟲發(fā)光是一種生物化學(xué)反應(yīng)，由其腹部特有的發(fā)光器發(fā)出。螢火蟲的發(fā)光器分為幼蟲形態(tài)和成蟲形態(tài)的發(fā)光器。其中，螢火蟲幼蟲具有一對位于倒數(shù)第二腹節(jié)的球形或半球形的發(fā)光器，可在黑暗中發(fā)出無規(guī)律的閃光，用以警戒天敵。而螢火蟲成蟲的發(fā)光器則是在蛹期獨(dú)立發(fā)育，在短短5至7天的蛹期，成蟲發(fā)光器從無到有，快速發(fā)育成熟并具備發(fā)光功能。

研發(fā)團(tuán)隊利用比較基因組學(xué)、比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)及基因干擾等技術(shù)，對水棲螢火蟲雷氏螢蛹的早、中、晚期的發(fā)光器進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)了兩個關(guān)鍵的hox轉(zhuǎn)錄因子AlAbd-B和AlUnc-4，兩者通過相互作用，啟動并調(diào)控?zé)晒馑孛傅鞍椎谋磉_(dá)。沉默其中任何一個轉(zhuǎn)錄因子，都會造成螢火蟲不能發(fā)光。

付新華介紹，研究發(fā)現(xiàn)，在螢火蟲成蟲發(fā)光器的發(fā)育過程中，熒光素酶蛋白在細(xì)胞質(zhì)中的大量表達(dá)是一個關(guān)鍵因素。另外一個關(guān)鍵因素是需要調(diào)控過氧化物酶體的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將細(xì)胞質(zhì)中的熒光素酶蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)過氧化物酶體，只有在過氧化物酶體中，螢火蟲發(fā)光的這種生物化學(xué)反應(yīng)才能正常進(jìn)行。研究證實(shí)了AlAbd-B和AlUnc-4正是調(diào)控過氧化物酶體的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對熒光素酶蛋白進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)的兩個轉(zhuǎn)錄因子。

付新華表示，螢火蟲成蟲發(fā)光器的形狀和閃光頻率是螢火蟲生物多樣性的基礎(chǔ)，弄清螢火蟲成蟲發(fā)光器的發(fā)育機(jī)制，有助于進(jìn)一步深入了解螢火蟲生物多樣性的形成機(jī)制。

我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松會加劇認(rèn)知功能衰退

南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院科研團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，骨質(zhì)疏松會加劇認(rèn)知功能衰退，為臨床上治療阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病提供了新思路。相關(guān)論文近期在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·代謝》上。

該研究發(fā)現(xiàn)骨細(xì)胞源性Sclerostin可以通過血腦屏障抑制Wnt/β-catenin通路，加重衰老和阿爾茨海默病進(jìn)展過程中的認(rèn)知能力下降。該成果不僅揭示了骨腦軸代謝紊亂在阿爾茨海默病等疾病過程中認(rèn)知功能損傷的機(jī)制，也豐富了器官之間相互調(diào)控的理論基礎(chǔ)，為臨床治療阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病提供新的思路。

具有高抗疲勞性能的3D打印鈦合金研制成功

近期，中國科學(xué)院金屬研究所研究員張哲峰團(tuán)隊制備出具有高抗疲勞性能的3D打印鈦合金材料。2月29日，該項(xiàng)研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。

研究人員發(fā)現(xiàn)，理想狀態(tài)下3D打印技術(shù)直接制備出的鈦合金組織本身應(yīng)具有天然的超高疲勞性能，而打印過程中產(chǎn)生的氣孔等缺陷掩蓋了其自身組織抗疲勞的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致3D打印材料疲勞性能大幅降低。然而，目前消除氣孔的工藝往往伴隨組織粗化，而細(xì)化組織的處理又會帶來氣孔復(fù)現(xiàn)，可謂進(jìn)退兩難。

TC4鈦合金（Ti-6Al-4V）是一種應(yīng)用廣泛的鈦合金。研究人員在對其進(jìn)行試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，高溫下3D打印態(tài)組織的晶界遷移及氣孔長大與相轉(zhuǎn)變過程表現(xiàn)出不同步的特性。這意味著，存在一個寶貴的熱處理工藝窗口，既可實(shí)現(xiàn)板條組織細(xì)化，又能有效抑制氣孔復(fù)現(xiàn)。為此，研究人員發(fā)明了缺陷與組織分步調(diào)控的新工藝，最終制備出幾乎無氣孔的新型鈦合金，其在典型條件下的疲勞強(qiáng)度增幅高達(dá)106%。

這項(xiàng)成果更新了人們以往對3D打印材料疲勞性能不高的固有認(rèn)識，有望促進(jìn)3D打印材料在航空航天等領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。