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2023 10.04

中科院合肥研究院科学岛团队在虚像相位阵列光谱仪研制及吸收光谱应用方面取得新进展

近日，中国科学院合肥物质院安光所张为俊研究员团队在虚像相位阵列光谱仪装置研制及其吸收光谱应用方面取得新进展，相关研究成果以《基于虚像相位阵列的可见光波段皮米分辨宽带CCD光谱仪》和《基于虚像相位阵列光谱仪的宽带高分辨CO2吸收光谱测量技术研究》为题分别发表在学术期刊 Analyst 上和《光学学报》上。宽带、高分辨光谱可同时精准识别多种物质成分，获取相关的理化特性，在精密测量等众多科学研究与应用领域具有重要的应用价值。然而传统光谱仪难以兼顾高光谱分辨率与宽光谱检测范围，近年来发展的新型色散元件虚像相位阵列为解决该问题提供了新的紧凑型方案。团队赵卫雄研究员和周昊博士设计并建立了可见光和近红外波段两台虚像相位阵列光谱仪（分别工作于可见光660 nm和近红外1.4 μm波段）。使用近红外光谱仪于1.42 ~ 1.45 μm波段测量了CO2气体的吸收光谱，并利用HITRAN数据库实现了一维光谱信息的高精度提取，测量结果与数据库模拟光谱吻合，证明了研制的虚像相位阵列光谱仪的测量准确性及相关光谱反演算法的可靠性。该装置在大气痕量探测、精密测量及基础物理化学研究等领域有着重要的应用前景。本研究工作得
2023 09.15

中科院苏州纳米所周小春团队Adv. Sci：一种用于高功率密度PEMFC的具有波形流道和微通道脊的新型一体化GDL

氢气具有高能量密度、燃烧热量高、燃烧产物无污染等特点，被誉为二十一世纪的“终极能源”。质子交换膜燃料电池是一种以氢气为能源的能源转换装置，具有高效、环境友好、工作条件温和等优势，受到人们广泛关注。尽管质子交换膜燃料电池近些年得到了快速发展，但是质子交换膜燃料电池目前仍面临着传质和水管理薄弱的问题，从而导致较低的峰值功率密度。一些科研工作者通过改变流场板的流道结构，又或者采用金属泡沫、石墨烯泡沫取代传统流场板，以提高质子交换膜燃料电池的传质能力，提升燃料电池性能。尽管金属泡沫以及石墨烯泡沫这种无流场结构可以促进传质，但是在高电流密度下仍会存在传质和水淹问题，这会极大的影响燃料电池的性能。最近，中国科学院苏州纳米所周小春团队利用激光雕刻技术以东丽碳纸为基材，设计制备了具有波形流道和微通道脊的新型一体化GDL。这种新型一体化GDL底部和脊具有丰富的多孔结构，具有优异的气体传质和水管理能力，可极大提升燃料电池的性能（图1）。　　图1. 传统流道、一体化GDL及新型一体化GDL示意图新型一体化GDL具有波形流道和微通道脊这种特殊结构，使其具有优异的电池性能。可以使用低至0 kPa和50 k
2023 09.15

中科院苏州纳米所吴晓东团队许晶晶等与国家纳米科学中心魏志祥团队合作ACS Nano：无共嵌醚基弱溶剂化电解液实现快充和宽温区锂离子电池

随着电力驱动的新能源汽车的快速发展和普及，对动力储能电池技术提出了更高的要求，下一代锂离子电池技术需要满足高功率快充和宽温度应用需求。然而，传统碳酸酯类电解液由于凝固点较高以及界面脱溶剂化行为较慢的限制，导致锂离子电池在快速充放电和低温条件下的容量表现不佳。相比之下，醚类溶剂具有更低的凝固点和低的粘度，被认为具有改善锂离子电池低温性能的潜力。不过，传统的醚类溶剂（例如乙二醇二甲醚DME）与锂离子间的结合能力很高，导致在充放电过程中难以实现快速的脱溶剂化过程。结果，这类醚类溶剂会和锂离子一起共嵌入到石墨层状结构中，从而破坏了石墨结构，难以有效应用于锂离子电池系统。针对以上问题，中国科学院苏州纳米所吴晓东研究员团队许晶晶项目研究员等与国家纳米科学中心魏志祥研究员团队合作，通过醚类溶剂分子结构设计，筛选出一种与锂离子结合能力较弱，不共嵌入石墨负极，低成本且液态温度范围宽（-140~+106℃）的醚类溶剂环戊基甲醚（CPME）。并以CPME为主溶剂，高介电常数氟代碳酸乙烯酯（FEC）为共溶剂制备了一种具有较高离子电导率（2.23 mS/cm）和快速脱溶剂化能力的弱溶剂化电解液（WSE），成功
2023 09.15

中科院金属所亚纳米尺度配位不饱和Zn催化乙苯脱氢研究取得进展

亚纳米尺度下原子级分散的金属活性中心通常具有较强的C-H键活化能力，但由于其具有高表面能和热力学不稳定性，在烷烃脱氢等高温催化反应中较易烧结形成较大的纳米颗粒，从而降低催化性能。因此开发热稳定性高的烷烃脱氢催化材料是烷烃脱氢领域的一个研究焦点。最近，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心刘洪阳研究员、刁江勇副研究员、特别研究助理王琳琳博士与王晓辉研究员、北京大学马丁教授、香港科技大学王宁教授、中国科学院煤化所温晓东教授等团队合作，通过调控硅酸锌材料的合成方法，成功构建了表面具有高密度配位不饱和结构的Zn催化剂（HD-Zncus@ZS），该催化剂在高温乙苯直接脱氢反应中表现出较高的脱氢活性、结构稳定性和优异的可循环性，为设计新型高温脱氢催化材料提供了新的思路。近日，该成果以“High-Density Coordinatively Unsaturated Zn Catalyst for Efficient Alkane Dehydrogenation”为题发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)期刊上。苯乙烯是工业上重要的聚合物单体，其主要通过乙苯直接脱氢催化反应
2023 09.15

中科院金属所金属材料低温应变硬化研究取得重要进展

长期以来，基于位错理论的晶体材料应变硬化被视为现代凝聚态物理和材料科学领域里最重要且棘手的科学问题之一。其重要性源于提高应变硬化可同时提高材料强度和塑性；而其棘手性在于应变硬化涉及宏量应变载体（位错）的增殖、交互作用、湮灭、重排等极其复杂的动态演变过程，且存储位错的饱和密度依赖于微观结构。普遍认为粗晶中位错存储空间大而具有最强的应变硬化能力。诸多强化策略可有效提升材料强度，但不可避免会降低位错存储密度而显著降低其加工硬化，低温变形亦是如此。追踪溯源，应变硬化能力的降低是造成结构材料强度-塑性/韧性等性能倒置的根本原因。近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心卢磊研究员团队在这一科学难题方面取得重要研究进展，相关研究结果于2023年9月14日在《科学》(Science)周刊First Release在线发布。具有空间梯度序构位错胞结构的合金在低温拉伸变形时不仅具有优异的强度和塑性，而且表现出超高的应变硬化能力，其应变硬化率甚至超过粗晶(图1)，颠覆了粗晶结构具有最高加工硬化能力的固有认识。这种低温超高应变硬化源于多滑移原子尺度层错束萌生主导的动态结构细化。细化形成的亚十纳米层错
2023 09.15

中科院合肥研究院科学岛团队在水稻抗草铵膦基因发掘和功能研究方面取得突破性进展

近日，中国科学院合肥物质院智能所吴跃进课题组在水稻抗草铵膦基因发掘和功能研究方面取得突破性进展。团队利用重离子辐照获得对草铵膦具有耐受性的水稻突变种质，克隆草铵膦抗性新基因，并对其基因功能进行了深入解析。相关研究成果发表在植物分子生物学领域Top期刊Plant Biotechnology Journal上。水稻是世界上最重要的粮食作物之一，养活了全球一半以上的人口。其中直播稻轻简栽培模式因其省时省力节约成本的优势，而得到广泛推广，但是草害却严重影响着直播稻的生产与产量，因此水稻抗除草剂种质资源的选育和研究对有效治理杂草和推进现代农业发展具有重要意义。草铵膦因其非选择性、广谱、高效的除草效果和人畜无毒、环境友好的特性，在农业生产中得到广泛应用。但目前在水稻中还未有关于抗草铵膦内源基因的报道。因而，水稻抗草铵膦种质创建以及基因发掘和育种，应用对未来现代化农业发展具有十分重要的作用。科研团队深入开展重离子束诱变抗草铵膦突变基因克隆和功能以及抗性机制研究。在大田筛选中获得了具有草铵膦抗性的水稻突变体glr1和glr2，围绕glr1突变体及控制基因，已申请专利并获得授权，研究显示，突变体glr1
2023 09.15

中科院合肥研究院科学岛团队揭示新型DNA链置换反应实现G四链体重组装

近期，中国科学院合肥物质院强磁场中心张钠研究员课题组依托稳态强磁场实验装置（SHMFF），首次揭示G四链体中自发进行基于非经典Hoogsteen氢键配对的新型DNA链置换反应，实现G四链体重组装。团队解析了首个由一条靶标链和两条富G短链探针构成异三聚G四链体的核磁共振溶液结构。研究成果发表在国际期刊Journal of the American Chemical Society。DNA链置换反应通常基于经典Watson-Crick碱基配对原则，以一条DNA单链将另一条序列相似的目标DNA单链从所处的DNA双螺旋结构中置换出来。这种在DNA双链螺旋结构中进行的常规链置换反应，已被广泛应用于纳米分子组装、生物传感器、基因诊断与分子治疗等领域。不同于DNA经典双螺旋结构， G四链体是由富含鸟嘌呤G的核酸序列折叠而成的独特拓扑结构，在人类基因组中分布广泛，备受生物、医药等领域关注。G四链体具有丰富的结构多样性，根据核酸链聚集度，可分为单聚、二聚或四聚G四链体，极少有三聚G四链体的报道。G四链体结构具有优良的稳定性，通常不与其他富G序列进行链置换，长期以来G四链体一直被认为对富G链置换反应有惰性
2023 09.15

中科院合肥研究院科学岛团队发现花生四烯酸会促进放射性肠损伤发生

近日，中国科学院合肥物质院健康所韩伟团队发现，膳食中的花生四烯酸会促进放射性肠损伤发生。相关研究结果发表在国际期刊Redox Biology。放射性肠损伤（Radiation-induced intestinal injury）是腹盆腔及腹膜后肿瘤放疗时常见的肠道并发症（发病率约80%），严重时可能导致放疗中断并危害健康，目前临床尚无放射性肠损伤的治疗方法。因此，确定放射性肠损伤的发病机制，是发展放射性肠损伤治疗策略的重要前提。团队对存在放射性肠损伤症状的小鼠的肠组织进行转录组测序，发现该现象可能与小鼠体内铁死亡相关。同时，存在放射性肠损伤症状的小鼠肠组织中也检测到了铁死亡标志物——4-羟基壬烯醛和丙二醛的水平显著上升；而铁死亡抑制剂Ferrostatin-1能有效缓解放射性肠损伤小鼠的死亡和肠道纤维化。在细胞、小肠类器官和小鼠模型中，科研人员均发现Omega-6型必需脂肪酸——花生四烯酸（Arachidonic acid, AA）是放射引发铁死亡的关键因素。外源性花生四烯酸能诱发放射导致细胞铁死亡。机制研究发现：放射后STAT1-IRF1活化正向调控ACSL4表达，会促进放射后铁死亡
2023 09.06

中科院紫金山天文台研究团队在预测中国空间站工程巡天望远镜的本星系群矮星系探测极限研究中取得新进展

紫金山天文台联合法国斯特拉斯堡天文台、浙江大学等单位系统研究了中国空间站工程巡天望远镜（CSST）对于本星系群矮星系的探测能力，结果表明CSST将极大拓展近邻矮星系的搜寻概率。该科研成果于近期在线发表在天文期刊《皇家天文学会月刊》（MNRAS）。在冷暗物质主导的宇宙中，星系形成是等级成团的。宇宙早期的微小量子扰动在宇宙暴胀过程中被放大，小的结构先进入非线性增长阶段并率先坍缩形成小暗晕，更大尺度的暗晕由这些小暗晕相互并合而形成，其中部分小暗晕并合后将在大尺度暗晕内以子结构的形成存在。本星系群作为宇宙学的近场实验室，是由银河系（MW）和仙女座星系（M31）等大型星系以及卫星星系组成的以引力相互约束的星系聚集体。其中卫星星系（主要为矮星系）作为主要探针，可用于研究早期并合遗留下来的子结构。图1 本星系群中星系的空间分布近年来，MW-M31附近的矮卫星星系搜寻工作取得了显著进展。截至目前，在本星群中已经探测到将近一百个矮星系：在 MW 中有 59 个，其中 MV -0.8 ± 0.9，在 M31 中有 39 个，其中 MV -5.9 ± 0.7，这要归功于斯隆数字天文巡天（SDSS）、暗能量巡
2023 09.06

中科院合肥研究院科学岛团队在铁电隧道结性能调控研究方面取得新进展

　近期，中国科学院合肥物质院固体所团队在铁电隧道结性能调控研究方面取得新进展，提出利用双势垒结构可以显著增强铁电隧道结的隧穿电致电阻效应。以Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt双势垒铁电隧道结为例，通过密度泛函计算研究发现，该体系在铁电左极化态和右极化态之间的反转下实现了2.21×108%的巨大隧穿电致电阻（TER）比率，较Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt单势垒铁电隧道结的TER比率提高至少3个数量级。相关结果发表在npj Computational Materials上。铁电隧道结作为非易失性存储器的重要候选材料，近年来引起了人们广泛的研究兴趣。铁电隧道结通常为三层结构，上下层为金属电极，中间势垒层为铁电材料。中间铁电层在外加电场下发生极化方向反转时，通常会导致铁电隧道结的隧穿电阻发生很大变化，表现出高电导和低电导两个不同的导电状态。这两种极化态下隧道结的导电性差异可用TER比率来表示，TER比率越大越有利于区分这两个不同的状态。因此，如何发展新的方法以获得更高的TER比率一直是铁电隧道结研究中的核心科学问题之一。鉴于此，科研人员基于已有的量

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