从水中提取清洁燃料 - 一种突破性的低成本催化剂被发明出来

从水中提取清洁燃料-一种突破性的低成本催化剂被发明出来由美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（ArgonneNationalLaboratory）领导的一个多机构团队开发出了一种低成本催化剂，用于从水中产生清洁氢气的过程。其他贡献者包括能源部的桑迪亚国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室以及Giner公司。阿贡高级化学家Di-JiaLiu说："一种名为电解的工艺可以从水中产生氢气和氧气，这种工艺已经存在了一个多世纪。"他还在芝加哥大学普利兹克分子工程学院担任联合职务。质子交换膜（PEM）电解器代表了这一过程的新一代技术。它们能在接近室温的条件下以更高的效率将水分离成氢和氧。能源需求的减少使其成为利用太阳能和风能等可再生但间歇性能源生产清洁氢气的理想选择。高级化学家Di-JiaLiu在管式炉内检查热处理后的催化剂样品，博士后ChenzhaoLi正在搬运用于催化剂合成的压力反应器。图片来源：阿贡国家实验室这种电解器的每个电极（阴极和阳极）都使用不同的催化剂。阴极催化剂产生氢气，而阳极催化剂形成氧气。问题在于阳极催化剂使用的是铱，而铱目前的市场价格约为每盎司5000美元。铱的供应不足和高昂的成本成为PEM电解槽广泛应用的主要障碍。新催化剂的主要成分是钴，其价格比铱便宜得多。Liu说："我们试图在PEM电解槽中开发一种低成本阳极催化剂，这种催化剂能以高产能产生氢气，同时能耗极低。通过使用我们的方法制备的钴基催化剂，可以消除在电解槽中生产清洁氢气的主要成本瓶颈。Giner公司是一家致力于电解槽和燃料电池商业化的领先研发公司，该公司利用其PEM电解槽测试站在工业运行条件下对新型催化剂进行了评估。其性能和耐用性远远超过了竞争对手的催化剂。要进一步提高催化剂的性能，重要的是了解电解槽运行条件下原子尺度的反应机制。研究小组利用阿贡高级光子源(APS)的X射线分析，破解了催化剂在工作条件下发生的关键结构变化。他们还在桑迪亚实验室和阿贡纳米材料中心（CNM）使用电子显微镜确定了催化剂的关键特征。APS和CNM都是能源部科学办公室的用户设施。阿贡材料科学家文建国说："我们对新催化剂在不同制备阶段的表面原子结构进行了成像。此外，伯克利实验室的计算建模揭示了催化剂在反应条件下的耐久性的重要见解。该团队的成就是能源部氢能源地球射击计划（HydrogenEnergyEarthshotinitiative）向前迈出的一步，该计划模仿了20世纪60年代美国太空计划的"月球射击"（MoonShot）。该计划的宏伟目标是在十年内将绿色氢气的生产成本降至每公斤一美元。以这样的成本生产绿色氢气可以重塑国家经济。其应用领域包括电网、制造、运输以及住宅和商业供暖。Liu指出："更广泛地说，我们的研究成果为用成本更低、资源更丰富的元素取代昂贵的贵金属催化剂开辟了一条充满希望的道路"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372121.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372121.htm

科学家提出新模型 有助于理解分子自组织成生命结构的过程

科学家提出新模型有助于理解分子自组织成生命结构的过程这种缓慢的集群形成似乎与生命出现的速度不符。MPI-DS生命物质物理系的科学家们现在提出了一个替代模型，可以解释这种集群的形成，从而解释形成生命所需的化学反应的快速发生。这项研究的第一作者文森特-瓦赞-雷布尔（VincentOuazan-Reboul）说："为此，我们考虑了不同的分子，在一个简单的新陈代谢循环中，每个物种都会产生下一个物种所需的化学物质。""模型中的唯一要素是分子的催化活性、分子跟随其产生和消耗的化学物质浓度梯度的能力，以及循环中分子顺序的信息，"他继续说。一个新模型描述了参与代谢循环的催化剂的自组织过程。不同种类的催化剂（以不同颜色表示）形成簇群，并能相互追逐。资料来源：MPI-DS/LMP因此，该模型显示了包括各种分子物种在内的催化簇的形成。此外，集群的增长速度呈指数级增长。因此，分子可以快速、大量地组装成动态结构。"此外，参与新陈代谢循环的分子种类数量对所形成的簇的结构起着关键作用，"MPI-DS主任RaminGolestanian总结道："我们的模型提出了大量复杂的自组织方案，并对奇数或偶数参与物种的功能优势做出了具体预测。值得注意的是，我们新提出的方案所需的非互惠相互作用普遍存在于所有代谢循环中。"在另一项研究中，作者发现，在小型代谢网络中集群并不需要自我吸引。相反，网络效应甚至可以使自我排斥的催化剂聚集在一起。由此，研究人员证明了复杂的相互作用可以产生自组织结构的新条件。总之，这两项研究的新发现为复杂生命如何从简单分子中产生的理论增添了另一种机制，并更广泛地揭示了参与代谢网络的催化剂如何形成结构。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375427.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375427.htm

石墨烯研究的最新进展有助于廉价、可持续地生产氢气

石墨烯研究的最新进展有助于廉价、可持续地生产氢气这一科学传奇始于十年前，当时曼彻斯特大学的科学家证明了石墨烯对氢原子核质子的渗透性。这一发现出乎意料，与理论预测相悖，理论预测认为质子需要数十亿年才能穿过石墨烯致密的晶体结构。由于这种差异，有一种理论认为质子可能是通过石墨烯结构中的小孔（或针孔）而不是晶格本身渗透的。石墨烯是以二维蜂巢晶格排列的单层碳原子。石墨烯以其卓越的强度、导电性和超薄性而闻名，是科学和技术领域最有前途的多功能材料之一。最近，由PatrickUnwin教授领导的华威大学和由MarceloLozada-Hidalgo博士和AndreGeim教授领导的曼彻斯特大学联合在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。通过超高空间分辨率测量，他们最终证明了完美的石墨烯晶体确实允许质子传输。令人惊讶的是，他们还发现质子在石墨烯晶体中存在的纳米级皱纹和波纹周围被强烈加速。质子在二维晶体中传输的意外不均匀性。资料来源：《自然》/DOI:10.1038/s41586-023-06247-6对氢经济的影响这一突破性发现对氢经济具有重大意义。目前生成和使用氢气的机制通常依赖于昂贵的催化剂和薄膜，其中一些对环境有显著影响。用石墨烯等可持续二维晶体取代这些材料，可在推进绿色制氢、减少碳排放和帮助实现净零碳环境方面发挥关键作用。为了得出结论，研究人员采用了扫描电化学电池显微镜（SECCM）。这项技术使他们能够测量纳米级区域的微小质子电流，让研究人员能够直观地看到质子电流通过石墨烯膜的空间分布。如果质子运动仅限于石墨烯上的孔，那么电流就会被隔离在特定的点上。然而，并没有观察到这种集中的电流，从而推翻了关于石墨烯结构中存在孔洞的理论。研究人员的评论和观察该研究的主要作者SegunWahab博士和EnricoDaviddi博士对石墨烯晶体中没有缺陷表示惊讶，他们说："我们惊讶地发现石墨烯晶体中完全没有缺陷。我们的研究结果从微观上证明了石墨烯对质子具有内在的渗透性"。意想不到的是，质子电流在晶体纳米级皱纹周围被加速。科学家们发现，这是因为皱纹有效地"拉伸"了石墨烯晶格，从而为质子渗透原始晶格提供了更大的空间。现在，这一观察结果使实验与理论相吻合。洛萨达-伊达尔戈博士说："我们实际上是在拉伸原子尺度的网格，并观察到更大的电流通过网格中被拉伸的原子间空间--这确实令人匪夷所思"。Unwin教授评论道："这些结果展示了我们实验室开发的SECCM是一种从微观角度深入了解电化学界面的强大技术，它为设计涉及质子的下一代膜和分离器开辟了令人兴奋的可能性。"研究小组对这一发现如何为新型氢技术铺平道路持乐观态度。Lozada-Hidalgo博士说："利用二维晶体中波纹和褶皱的催化活性是加速离子传输和化学反应的一种全新方法。这可能导致氢相关技术的低成本催化剂的开发。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379509.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379509.htm

意识在大脑中居于何处？新发现有助于确定它的位置

意识在大脑中居于何处？新发现有助于确定它的位置科学可能越来越接近弄清意识在大脑中的位置。新研究证明了某些种类的神经连接对识别意识的意义。该研究的通讯作者、东京大学一般系统研究系的项目研究员JunKitazono进行了这项研究，据悉，该研究成果已发表在《CerebralCortes》上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1320629.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1320629.htm

可修复 DNA 的代谢物可能有助于改进癌症治疗方法

可修复DNA的代谢物可能有助于改进癌症治疗方法被称为核苷酸的代谢物是DNA的组成成分，它们参与了DNA的修复，但细胞新陈代谢是如何调节这种修复的还不完全清楚。现在，密歇根大学密歇根医学院的研究人员发现了一种特定核苷酸代谢物--三磷酸鸟苷或GTP--控制DNA修复并影响脑癌放疗和化疗效果的机制。该研究的通讯作者丹尼尔-瓦尔（DanielWahl）说："我们了解到，如果增加细胞的GTP水平，就会使细胞对放疗或化疗产生真正的抵抗力。降低GTP水平，细胞就会变得更加敏感"。人们早就知道，GTP等核苷酸的水平控制着DNA损伤的修复速度，这直接影响到一个人对癌症疗法的敏感性。但在目前的研究中，研究人员发现了GTP是如何影响DNA修复过程的。瓦尔说："GTP影响抗药性或对治疗的敏感性，并不像我们以前认为的那样，仅仅因为它是DNA的一个组成部分。GTP不仅仅影响DNA的物理结构，它还起着信号器的作用。GTP的水平开启了一条信号通路，向细胞发出修复受损DNA的指令。"重要的是，研究人员发现，GTP的DNA修复作用发生在恶性和非恶性（即健康）细胞中。他们说，他们发现GTP作为信号源具有重要的临床意义。这项研究的第一作者周伟华说："这是一个可推广的发现。未来，我们希望开发出利用GTP与DNA损伤反应之间关系的疗法，既能使癌细胞对化疗和放疗更敏感，也能提高GTP水平，保护正常组织免受损伤。"研究人员目前正在使用美国食品及药物管理局批准的药物霉酚酸酯（MMF）对胶质母细胞瘤（一种致命的脑癌）患者进行临床试验，结果发现这种药物能消除GTP。他们说，这些发现增强了他们的信念，即关注GTP是一种值得追求的方法，它可能有助于确定哪些患者在未来的临床试验中将从GTP调节剂中获益最多。"我们知道，消耗GTP可能会使脑癌对化疗和放疗产生更好的反应，"Wahl说。"现在，这些发现表明了发生这种情况的原因。当信号通路活跃时，癌症就会对放疗和化疗产生抵抗力。这些发现可能有助于我们为下一步临床试验选择合适的患者。"这项研究发表在《癌症发现》（CancerDiscovery）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1394107.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1394107.htm

金纳米粒子催化剂有助于将塑料废料转化为有用的化合物

金纳米粒子催化剂有助于将塑料废料转化为有用的化合物金纳米粒子催化剂可以回收聚酯和生物质来自东京都立大学的研究人员发现，支持在氧化锆表面的金纳米粒子有助于将像生物质和聚酯这样的废料变成有机硅烷化合物，这是用于广泛用途的宝贵化学品。新方案利用了金纳米粒子和氧化锆支持物的两性（酸和碱）性质之间的合作。其结果是一个需要较少条件的反应，以及一个更环保的废物升级回收方法。循环利用是人类解决全球塑料垃圾问题的一个重要部分。它的大部分内容是将塑料垃圾变成塑料产品。然而，科学家们也一直在探索其他方法，以鼓励将废物材料作为一种资源使用。这包括升级再造，将废料转化为全新的化合物和产品，这些化合物和产品可能比用来制造它们的材料更有价值。醚和酯在由安装在氧化锆基底上的金纳米粒子组成的混合催化剂存在下与二硅烷反应。金纳米粒子的存在以及支持物上的酸性和碱性位点有助于将醚和酯基转化为硅烷基。资料来源：东京都立大学由三浦宏树副教授领导的东京都大学的一个研究小组一直致力于将塑料和生物质转化为有机硅烷，有机硅烷是连接有硅原子的有机分子，形成碳硅键。有机硅烷是高性能涂料的宝贵材料，也是生产药品和农用化学品的中间体。然而，硅原子的添加往往涉及对空气和水分敏感的试剂，需要高温，更不用说苛刻的酸性或碱性条件可能使转换过程本身成为环境负担。现在，该团队已经应用了一种混合催化剂材料，由支持在氧化锆载体上的金纳米粒子组成。该催化剂采用醚基和酯基，这两种基团在聚酯等塑料和纤维素等生物质化合物中都很丰富，并帮助它们与一种被称为二硅烷的含硅化合物发生反应。在溶液中温和加热的情况下，他们成功地在酯或醚基所在的地方创建了有机硅烷基团。通过对机制的详细研究，该团队发现，金纳米粒子和支持物的两性（包括碱性和酸性）性质之间的合作是在温和条件下有效、高产地转换原材料的原因。鉴于塑料垃圾处理通常需要燃烧或苛刻的酸性/碱性条件，该工艺本身已经提供了一条在要求低得多的条件下分解聚酯的简便途径。然而，这里的关键点是，反应的产物本身是有价值的化合物，可以用于新的应用。该团队希望，这条生产有机硅烷的新路线构成了我们通往碳中和未来的途径的一部分，在那里，塑料不会进入环境，而是成为社会中更有用的产品。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350321.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350321.htm