吴长征团队Chem封面:钙钛矿催化剂电子自旋态调节在析氧反应中的应用

电催化析氧反应(OER)在多种能源存储与转换技术中起着关键作用,如金属-空气电池和燃料电池等,但是多电子转移过程导致其反应动力学缓慢。目前OER催化性能较好的仍是贵金属材料,如钌(Ru)和铱(Ir),但其成本高及储量短缺促使研究人员致力于发展更低成本的非贵金属OER电催化剂。钙钛矿材料,由于具有结构稳定、环境友好以及独特的可调节电子态结构等特点而备受关注。理论和实验已经证明钙钛矿材料的OER催化活性与其中过渡金属的eg电子结构和电导率有着紧密的联系,但是在优化钙钛矿催化剂eg电子结构和电导率的过程中往往会引起结构的转变。因此如何实现电子态调控和电导率的协同优化而又不会引起结构的转变,对发展高效钙钛矿电催化材料具有极为重要的作用。 为了解决这个问题,中国科学技术大学的吴长征教授课题组选择钙钛矿薄膜作为基础,合成了具有不同晶面取向的LaCoO3薄膜,利用基底材料对上层薄膜的应力作用实现了其电子自旋态的梯度优化,协同优化了eg电子结构和电导率。通过一系列的表征手段,该团队证实LaCoO3 (100)薄膜具有最好的OER催化活性。相关研究结果以封面文章的形式发表在Cell Press旗下的综合性化学期刊Chem 杂志上,共同第一作者为博士生童赟和特任副研究员郭宇桥。 当期Chem 封面。图片来源:Chem 对于不同晶面取向的LaCoO3薄膜,如(100)、(110)和(111),基底对不同晶面取向薄膜样品的应力作用致使三个取向薄膜样品中的CoO6八面体有着不同程度的结构扭曲,引起Co3+从低自旋态(LS t2g6eg0)到中间自旋态(IS t2g5eg1)的转变。而这一自旋态的转变引起薄膜的eg电子填充态、电导率以及反应吸附自由能发生变化,从而实现了OER催化性能的最优化(图1)。 图1. 薄膜合成实验示意图和三种取向样品的截面高分辨图。图片来源:Chem 该研究团队通过旋涂和高温烧结的方法,基于三种不同取向的基底合成了三种取向的LaCoO3薄膜样品LCO (100)、LCO (110)和LCO (111)。截面的高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)分析发现,得到的LaCoO3薄膜分别与基底取向相匹配,由此证明他们成功合成出三种不同取向的薄膜样品(图1)。X射线衍射(XRD)和能量色散X射线谱(EDS)分析进一步证实了合成的薄膜样品具有单一的取向性。随后他们通过磁性表征和数据拟合,得到不同晶面取向的薄膜样品中的eg电子数,发现当低自旋态Co3+的eg电子数为0,而中间自旋态Co3+的eg电子数为1时,LCO (100)薄膜拥有最高的eg电子填充数,约为0.87;LCO (111)薄膜的则仅为0.31。电导率测试发现,LCO (100)薄膜样品同样也具有最好的电导率,而LCO (111)的电导率则最差(图2)。由于电导率与OER过程中集流器界面与催化剂表面的电子传递相关,因而具有最高电导率的LCO (100)薄膜具有最好的催化活性。 图2. XRD、EDS、磁性基本表征和电导率测试。图片来源:Chem 研究团队进一步表征合成薄膜样品的精细结构,利用X射线近边吸收谱(XANES)研究了三种材料中Co的电子结构(图3)。谱图中显示在三种薄膜样品中,LCO (100)的中间自旋态比例最高,与之前磁性表征的结果一致。同时,他们还对三种薄膜样品在碱性电解液条件下的吸附自由能进行了理论计算(图4),LCO (100)薄膜样品具有最低的超电势,因而具有最好的OER催化性能。 图3. XANES用以研究三种薄膜样品更精细的电子结构。图片来源:Chem 图4. 理论计算三种不同取向的LaCoO3薄膜样品对电解液中有效物质的吸附自由能。图片来源:Chem 作者还对三种取向的薄膜样品进行了电化学析氧反应测试。实验测试表明,LCO (100)薄膜具有最好的OER催化性能,在过电位为470 mV时,电流密度为6.58 A•g-1,明显高于其他两种样品同等过电位下的电流密度(LCO (110)为2.51 A•g-1;LCO (111)为1.01 A•g-1)。同时LCO (100)薄膜样品表现出较低的塔菲尔斜率(Tafel)(180 mV/dec),表明LCO (100)薄膜作为OER电催化剂具有较快的反应动力学速率。此外,电化学稳定性测试结果证实了LaCoO3薄膜在长时间的碱性OER测试环境中仍可以保持良好的稳定性。 图5. 三种不同取向的LaCoO3薄膜样品在碱性电解液中的OER催化性能。图片来源:Chem ——总结—— 吴长征教授课题组以构筑钙钛矿薄膜为基础,利用界面效应实现了LaCoO3薄膜纯电子态的调控,并协同优化了其eg电子填充态、电导率和反应的吸附自由能,最终获得具有最优OER催化活性的LaCoO3 (100)薄膜。该工作为发展更高效的钙钛矿电催化材料提供了新的思路。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Spin-State Regulation of Perovskite Cobaltite to Realize Enhanced Oxygen Evolution Activity Chem, 2017, 3, 812, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.09.003 导师介绍 吴长征 http://www.x-mol.com/university/faculty/14810 (本文来自Chem)

来源: X-MOL 2017-11-23

RSC主编推荐:纳米领域精彩文章快览(免费阅读原文)

英国皇家化学会(RSC)是一个拥有175年历史的面向全球化学家的非营利会员制机构,旗下拥有43种期刊,其中很多在化学领域有很高影响力。为了进一步帮助广大读者追踪科技前沿热点,X-MOL团队与英国皇家化学会合作,推出英国皇家化学会期刊主编推荐的精彩文章快览,本期文章属“纳米领域”,英文点评来自英国皇家化学会期刊的主编。如果大家对我们的解读有更多的补充和点评,欢迎在文末写评论发表您的高见! Nanoscale Horizons (IF: pending) 1. Sliced graphene foam films for dual-functional wearable strain sensors and switches Nanoscale Horiz., 2018, Advance Article DOI: 10.1039/C7NH00147A This article presented a simple and innovative design for new wearable electronics. Tailoring the thickness of a graphene foam allows these dual-functional strain sensors and switches to have tunable sensitivities. The paper shows the devices integrated in a smartphone. 该研究展示了一种简单而新颖的新型可穿戴电子设备的设计策略。通过调整石墨烯泡沫的厚度可以使这些双功能应变传感器和开关具有可调的灵敏度。实验证明这种设备能够成功集成于智能手机中。 限时免费阅读原文,登陆后可下载 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文 2. Computational approaches to cell–nanomaterial interactions: keeping balance between therapeutic efficiency and cytotoxicity Nanoscale Horiz., 2018, Advance Article DOI: 10.1039/C7NH00138J Nanomaterials are widely used in biomedicine, but they can induce cytotoxic responses. This review discusses the current understanding of how cell-nanomaterial interactions lead to cytotoxicity from a theoretical perspective. 纳米材料现已广泛应用于生物医学领域,但也可诱导细胞毒性反应。该综述从理论的角度讨论了目前人们对细胞和纳米材料之间的相互作用如何引发细胞毒性这一问题的理解。 限时免费阅读原文,登陆后可下载 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文 3. Gradient in defect density of ZnO nanorods grown by cathodic delamination, a corrosion process, leads to end-specific luminescence Nanoscale Horiz., 2018, Advance Article DOI: 10.1039/C7NH00111H This work shows that by using the corrosion process of cathodic delamination of a polymer coating from zinc, rods can be produced with different defect densities at both ends. These “Janus” type rods show different luminescence and Raman spectra at both ends. 该工作发现,利用阴极剥离对锌的聚合物涂层进行腐蚀,会形成两端具有不同缺陷密度的氧化锌纳米棒。这种“双面神”型纳米棒的两端表现出不同的光致发光和拉曼光谱特性。 限时免费阅读原文,登陆后可下载 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文 Chemical Science (IF: 8.668) 1. Synthesis of ultrathin platinum nanoplates for enhanced oxygen reduction activity Chem. Sci., 2018, Advance Article DOI: 10.1039/C7SC02997G Researchers in China and the USA have synthesized ultrathin Pt nanostructures using Ag nanocrystal templates without involving galvanic replacement. Ultrathin Pt nanoplates are desirable for their superior catalytic activity and cost-effectiveness in the electrocatalytic oxygen reduction reaction. The nanoplates synthesized in this study were reported to have a 1-2 nm thickness and {111} exposed facets. This resulted in a 22-fold and 9.5-fold increase in specific activity and mass activity, respectively, when compared to commercially available Pt/C catalysts. 中国和美国的研究人员在不使用电置换反应的情况下,利用银(Ag)纳米晶体模板合成了超薄的铂(Pt)纳米材料。这种超薄铂(Pt)纳米片在电催化氧还原反应中表现出优异的催化活性和成本效用。所合成的纳米片厚度为1-2纳米,暴露面晶型为{111}。与商品化的铂/碳(Pt/C)催化剂相比,这种材料的比活性和质量活性分别增加22倍和9.5倍。 Open Access(可免费阅读原文) 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文 2. Water dispersible surface-functionalized platinum/carbon nanorattles for size-selective catalysis Chem. Sci., 2018, Advance Article DOI: 10.1039/C7SC03785F Scientists in Switzerland report that selective dealloying of cobalt-platinum-alloy nanoparticles led to rattle-type nanostructures, which were able to conduct size-selective catalysis via platinum-catalysed oxidation of differently sized sugars. These nanorattles consisted of outer-surface functionalized graphene-like carbon nanoshells that incorporated platinum nanoparticles. They combine liposomal properties, such as good dispersion stability and high mobility in aqueous solutions, and carbon sphere properties. This route has the potential to be expanded to a range of nanostructure materials with various applications. 瑞士的科学家发现对钴-铂合金纳米粒子选择性去合金化能够形成蛋黄-蛋壳型(rattle-type)纳米结构,这种结构可通过铂催化的氧化过程对不同大小的糖分子进行尺寸选择性催化。该纳米结构具有类似于官能化石墨烯的碳纳米壳层,中心为铂纳米粒子。这种材料集合了脂质体的性质,比如水溶液中的高流动性和良好分散稳定性,以及碳球的性质。该方法有望扩展到一系列应用于诸多领域的纳米结构材料。 Open Access(可免费阅读原文) 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文

来源: X-MOL 2017-11-23

反萤石Cu2S系列拓扑材料中的正负自旋轨道耦合、左右自旋手征、Nodal box和杂化表面态

自旋轨道耦合(spin-orbit coupling,SOC)是一个非常重要的概念,在材料的电子结构中扮演着极其重要的性质。那么什么是SOC呢?直观地说,就是电子在绕原子核转动的时候,站在电子的角度看,它感受到的电场一直在发生变化,变化的电场产生磁场,磁场与电子的自旋相互作用,这就是SOC。取球对称近似,SOC可以写成λl•s的形式,其中l 是轨道角动量,s 是自旋角动量,λ 是相互作用强度。 什么是负SOC?SOC的符号又是怎么回事呢?首先说一下通常的SOC,也就是正SOC。以p轨道为例,p轨道有px、py和pz三个轨道,假设晶体场环境对它们的影响一样,不考虑SOC时,这三个态构成的能带在Γ点一般是简并的。考虑SOC后,能带劈裂为两组,一组是j = 1/2的二重态,一组是j = 3/2的四重态,前者比后者的能量低,这就是正SOC的情况。当j = 1/2的能量高于j = 3/2的能量时,这时SOC引起的能级分裂次序是相反的,科学家们就把这种SOC称之为负SOC。 据介绍,负SOC早在几十年前就被科学家们在ZnO材料中发现了,只是由于负SOC对ZnO的电子结构的影响远低于材料的化学势,其作用不太明显,因此鲜为人知。直到近几年在拓扑绝缘体和拓扑半金属的研究中,科学家们才注意到负SOC的重要性。据他们介绍,负SOC来源于d轨道的t2g(dxy,dyz,dxz) 成份,其有效SOC是负的。在正八面体或正四面体晶体场中,d轨道劈裂为两组,一组是t2g(dxy,dyz,dxz),另一组是eg(dx2-y2,dz2),这种劈裂是由对称性决定的。把t2g(dxy,dyz,dxz)单拿出来,其有效角动量为1,与p轨道类似,考虑SOC后与p轨道有相似的劈裂方式,唯一的差别是系数多了一个负号,其后果是j = 1/2的态高于j = 3/2的态(如图1所示)。在实际材料中,会发生p-d轨道杂化:如果p轨道占主导,SOC就是正的;如果t2g(dxy,dyz,dxz) 轨道占主导,SOC就是负的。 图1. p轨道的SOC是正的,如黄色区域所示;d-t2g的SOC是负的,如蓝色区域所示。图片来源:J. Phys. Chem. Lett. 这样以来,如果我们能够找到一类材料,调节其SOC的符号,就可以实现体系从拓扑半金属到拓扑绝缘体的拓扑相变。既然负SOC如此奇妙,存在这样的候选材料吗?尽管这样的材料的确很少,但仍然是存在的。由北京航空航天大学、中科院物理所和新加坡科技设计大学组成的联合研究团队发现,反萤石结构的Cu2S系列材料就具有这样的属性:Cu2S是负SOC拓扑绝缘体,Cu2Se是正SOC的拓扑半金属,破缺空间反演对称性的CuAgSe是Nodal box拓扑半金属,单向拉伸的CuAgSe是Weyl半金属(J. Phys. Chem. Lett., 2017, 8, 3506-3511)。 首先讨论拓扑绝缘体Cu2S。我们知道HgTe是正SOC的拓扑半金属,要想打开能隙,使之变成真正的拓扑绝缘体,有三种办法:(1)截取薄膜,形成二维量子阱,体系由于量子受限效应打开能隙;(2)单轴压缩,破坏j = 3/2的四重简并态,从而打开能隙;(3)改变SOC的符号,使得j = 1/2的能量高于j = 3/2的能量,电子数就刚好填充在二者之间。这三种方法都可以使HgTe变成拓扑绝缘体,但前两个办法需要破坏体系的晶体对称性,而第三个办法对不需要破坏晶体对称性。Cu2S材料就是由于第三个原因打开能隙的负SOC拓扑绝缘体,其费米面附近主要是Cu的t2g轨道贡献的,这时,其表面态也与正SOC拓扑绝缘体有很大不同,狄拉克锥上半部的自旋-动量锁定(spin-momentum locking)是右手螺旋的(如图2所示),而正SOC的情况是左手螺旋的,刚好相反。 图2. 负SOC材料TlN的表面态与自旋结构,其手性与正SOC的拓扑材料的自旋结构指向相反(如图3中Cu2Se)。图片来源:J. Phys. Chem. Lett. 接下来讨论拓扑半金属Cu2Se。把S替换成Se后,一方面Se的p轨道SOC比S的大,另一方面Cu2Se材料中的p-d杂化也更强,p轨道的SOC就占主导地位,符号为正,体系就是拓扑半金属。表面态形成的狄拉克锥埋在费米面下面,其自旋结构为左手螺旋的,与负SOC的情况相反(图3)。 图3. 正SOC拓扑半金属Cu2Se,能带、表面态与自旋结构(手性与负SOC相反)。图片来源:J. Phys. Chem. Lett. 最后讨论CuAgSe中的Nodal box和Weyl半金属态。CuAgSe与Cu2Se相比,破坏了空间反演对称,能带的两重简并解除,在Γ点附近的能带有一些起伏,从而形成了一些能带交叉。取一个镜像面,这些能带交叉点连线成蝴蝶型;在整个第一布里渊区,这些能带交叉点形成Nodal box型,如图4所示。尽管这是考虑SOC后的结论,这里的Nodal line不需要非简单(nonsymmorphic)对称性的保护,这也是这篇文章的一个新颖点。 图4. CuAgSe材料的(a)晶体结构,(b)Γ点附近的能带,导带和价带在(c)[110]镜像面上的交叉点,(d)形成蝴蝶型,(e)在整个第一布里渊区形成Nodal box型。图片来源:J. Phys. Chem. Lett. 有趣的是,如果把CuAgSe单向拉伸,Nodal box解除,但形成了Weyl半金属态,Weyl点的分布和费米弧,如图5所示。需要说明的是,关于在这类材料中形成Weyl半金属的情形,南京大学的张海军教授团队有两篇文章对此做了详细的介绍,他们研究的是HgTe材料和黄铜矿材料(Nat. Commun., 2016, 7, 11136; Phys. Rev. Lett., 2016, 116, 226801)。尽管材料不同,Weyl点的形成机制是一样的。 图5. CuAgSe受到3%的单向拉伸:(a)Γ点附近能带,在Γ-Z沿线上有能隙打开;(b)Weyl点在第一布里渊区的分布;(c)[001]表面的费米弧;(d)[010]表面的费米弧和表面态,(e)[010]表面在-5meV处的等能面,费米弧和杂化表面态区分的更清晰。图片来源:J. Phys. Chem. Lett. 除此之外,还有一类Wurzite结构的TlN系列材料也具有上述特性(Phys. Rev. B, 2014, 90, 245308)。TlN是负SOC的拓扑半金属,TlAs是正SOC的狄拉克半金属,TlP基本位于二者的分界线上。值得注意的是,在这类材料的拓扑相变中,晶体的对称性无需改变,这不同于朗道的相变理论,属于拓扑相变。 上述两篇文章主要是北京航空航天大学的胜献雷博士先后在中科院物理所(合作导师:翁红明、方忠、戴希)和新加坡科技设计大学(合作导师:杨声远)做博士后期间的完成的。感兴趣的读者可以进一步阅读原文,两篇文章通过对两类不同材料的研究,对SOC符号变化引起的拓扑物态给予了系统的讨论,内容互有补充。 1. 该论文作者为:X.-L. Sheng, Z.-M. Yu, R.Yu, H. Weng, and S. A. Yang 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): d Orbital Topological Insulator and Semimetal in the Antifluorite Cu2S Family: Contrasting Spin Helicities, Nodal Box, and Hybrid Surface States J. Phys. Chem. Lett., 2017, 8, 3506-3511, DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b01390 2. 该论文作者为: X.-L. Sheng, Z. Wang, R.Yu, H. Weng, Z. Fang, and X. Dai 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Topological insulator to Dirac semimetal transition driven by sign change of spin-orbit coupling in thallium nitride Phys. Rev. B, 2014, 90, 245308, DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.245308 官网报道 http://datastorage.buaa.edu.cn/info/1043/1370.htm

来源: X-MOL 2017-11-23

唐功利团队Nat. Commun.:GyrI-like蛋白通过其环丙基水解活性实现细胞保护功能

微生物对抗生素的抗性是一种古老的自然现象,它的出现远远早于人类对抗生素的使用。临床上使用的抗生素有相当一部分是由微生物发酵产生的,这些微生物需要进化出对应的抗性基因来保护自己免受所产生抗生素的伤害(自抗性)。这些抗性基因在不同微生物间的水平转移导致多药耐药菌、甚至泛耐药菌变得越来越普遍。因此,对抗生素的生物合成与自抗性机制的研究将有助于人们对抗性基因的产生、进化以及转移得到深入的认识和理解。 中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室的唐功利(点击查看介绍)课题组多年来一直致力于对结构独特、活性显著的复杂天然产物进行生物合成和自抗性机制研究,从酶催化反应的角度理解自然界神奇的化学反应和生理性拮抗的生化/化学本质,属于典型的有机化学-微生物学-生物化学-天然产物药学的交叉学科,对于天然产物药物研究中重点关注新结构的发现、创造和复杂化合物的高效制备均具有重要的推动作用。 以谷田霉素(YTM)和CC-1065为代表的苯并二吡咯生物碱家族抗肿瘤抗生素的生物合成和自抗性机制研究则集中体现了上述思想。该家族的天然产物是一类来源于微生物、含有环丙烷药效团的高活性天然产物,目前包括YTM、CC-1065和多卡霉素。这些化合物主要是对细胞内的遗传物质DNA进行烷基化修饰,从而达到杀死细胞的目的(IC50为pM级)。研究表明这类化合物是靶向治疗中理想的“弹头”,例如,由多卡霉素衍生的抗体药物偶联分子MDX-1203已进入临床一期,主要治疗非霍奇金淋巴瘤和肾细胞癌。唐功利课题组前期克隆了YTM(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 8831)和CC-1065(ACS Chem. Biol., 2017, 12, 1603)的生物合成基因簇,并发现DNA糖苷酶YtkR2可以将由YTM烷基化引起的损伤碱基移除,从而开启DNA的一系列修复机制(Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 10532)。 最近,唐功利研究团队在该家族天然产物的自抗性机制研究方面再获新突破。该团队从YTM研究材料出发,证明了YtkR7(属于GyrI-like家族蛋白)可以水解YTM的环丙基,从而起到YTM失活的目的。接下来他们揭示了GyrI-like家族的一个亚家族蛋白(截至2016年9月已有1696条蛋白序列都来源于原核生物)具有水解YTM和CC-1065环丙基的特性,这也是GyrI-like家族蛋白成员首次证明具有酶的活性(作者将这类酶定义为cyclopropanoid cyclopropyl hydrolase, CCH)。 图1. CCH蛋白催化环丙烷化合物的环丙基水解反应 为了深入阐明CCH是如何识别并催化底物中环丙基水解反应的机理,唐功利课题组与上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室的周佳海(点击查看介绍)课题组以及瑞士洛桑联邦理工学院EPFL的袁曙光(点击查看介绍)课题组在晶体学和计算生物学方面展开合作,通过共晶结构以及分子动力学模拟发现,CCH蛋白都具有一个保守的用于多种底物结合的芳香口袋(由Y46、W85、W99、F154和Y187组成)以及两个高度保守的负责催化的酸性氨基酸残基对(E185/E157)。作者通过点突变实验证实了这个芳香口袋和催化残基在YTM和CC-1065环丙基水解反应中起着关键作用,随后提出了可能的催化机理。 图2. 通过共晶复合物以及分子动力学模拟研究CCH蛋白成员lin2189与底物YTM的识别 接下来,作者从CCH蛋白中选取四个代表成员YtkR7、lin2189(来源于Listeria innocua)、ETI84332.1(来源于Streptococcus anginosus,属于肠道微生物)以及MA1133(来源于Methanosarcina acetivorans),并将其分别转化大肠杆菌,发现这些蛋白都能够赋予大肠杆菌对YTM的抗性。 GyrI-like蛋白广泛存在于原核与真核生物中(截至2016年9月已有12304条蛋白序列),这类蛋白被注释为小分子结合蛋白。但是这种小分子结合属性仅限于对枯草芽孢杆菌MerR家族调控蛋白BmrR的研究。BmrR可以对多种结构不同的配体化合物进行响应,而结合了配体的BmrR能够激活多药抗性外排泵蛋白Bmr基因的转录,从而起到细胞的自我保护作用。SbmC和Rob是GyrI-like家族蛋白中另外两个已报道的具有生理功能的成员。但是,SbmC和Rob是否能结合小分子尚无文献报道。因此,在文章最后,作者通过分子互作分析(SPR)证明了SbmC、Rob以及YtkR7均保留了结合若干抗生素的能力。 CCH蛋白功能的发现使人们重新审视GyrI-like蛋白功能,即生物体利用GyrI-like蛋白作为抗生素抗性蛋白可能是一种古老的现象,这类蛋白可以看作是细胞内的清道夫,通过隔离外源性有毒化合物达到保护细胞的目的。因此,这项工作不仅为真核生物中GyrI-like蛋白的功能研究提供了重要的借鉴,也为药物研发领域提供了一定的参考意义。 这一成果发表在最近的Nature Communications 上,唐功利课题组的袁华副研究员和周佳海课题组的张金儒博士为共同第一作者。该工作得到国家自然科学基金委、上海市科委和中国科学院战略性先导科技专项(B类)等经费的大力资助。 该论文作者为:Hua Yuan, Jinru Zhang, Yujuan Cai, Sheng Wu, Kui Yang, H. C. Stephen Chan, Wei Huang, Wen-Bing Jin, Yan Li, Yue Yin, Yasuhiro Igarashi, Shuguang Yuan, Jiahai Zhou & Gong-Li Tang 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): GyrI-like proteins catalyze cyclopropanoid hydrolysis to confer cellular protection Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01508-1 导师介绍 唐功利 http://www.x-mol.com/university/faculty/15570 周佳海 http://www.x-mol.com/university/faculty/15579 袁曙光 http://www.x-mol.com/university/faculty/45898 课题组链接 http://www.gpcrm.org

来源: X-MOL 2017-11-23

机器学习方法预测材料性能的新进展

注:文末有本文作者科研思路分析 近二十年来,机器学习方法的发展为我们的生活带来了许多便利。智能网络搜索、语音识别,乃至无人超市、无人驾驶汽车等,依托于机器学习方法的新事物正迅速地在我们的生活中普及。Alpha Go的横空出世更是让世界惊叹于人工智能的潜在价值。在科研领域,大数据的理念正在改变着科研人员对未知世界的探索模式。美国在2011年提出了材料基因组计划(Materials Genome Initiative),以期加快材料的研发进程。在我国怀柔科学城的发展规划中,重点平台项目“材料基因组研究平台”现已全面开工,高通量实验+高性能计算+深度数据分析的研究模式已经成为时代发展的趋势。 在非晶合金研究领域,如何设计并开发具有良好玻璃形成能力的合金,一直是一个具有重要产业价值的基础科学问题。过去,受到经验性判据的准确性和通用性的限制,新型高性能非晶合金材料的研发进程非常缓慢。如何提高材料设计的效率,寻找具有更优性能的材料,是一个非常具有挑战性的问题。 最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)汪卫华研究组(EX4组)博士研究生孙奕韬在汪卫华研究员、白海洋研究员的指导下,与人民大学物理系李茂枝教授合作,采用机器学习的方法,对影响二元合金玻璃形成能力的诸多因素进行了系统的研究,建立了合金成分与性能之间的关联,并对可能的新材料进行了预测。研究过程中使用到了支持向量机(Support Vector Machine)这种方法(图1),通过构建多维空间,并在这个多维空间内对数据进行分割,从而建立输入参量与输出参量之间的关联。 图1. 支持向量机方法的基本过程,包括四个主要部分:数据库的建立,模型的训练,模型的评估,以及最优模型的预测。 在该研究方法下,通过不断选择新的参数对模型进行重复训练,探讨了合金的不同性质对其玻璃形成能力的影响(图2)。研究发现,参量ΔTliq(表征合金过冷能力)与合金的玻璃形成能力有最为显著的关联,而且在使用参量ΔTliq与Tfic(表征合金热稳定性)作为输入参数时,可以得到具有最佳预测效率的模型。通过对最佳模型的分析,可以看到已发现的具有良好玻璃形成能力的二元合金,其分布与模型的预测值具有很好的一致性(图3)。使用这个模型,可以对未知的合金成分进行预测,这样由深度数据分析指导设计的实验,能够极大地缩短新材料的研发周期(图4)。 图2. 不同的输入参数得到的模型的预测结果。 图3. 最优模型的预测结果。已发现的优秀材料与模型预测(红色区域)有很好的一致性。 图4. 最优模型预测得到最佳玻璃形成能力的合金体系的成分云图。 该结果表明,机器学习的方法在材料设计与研发领域具有重要的应用前景。在更全面、完善的数据库,更深入的人工智能算法支撑下,机器学习方法能够为科研人员提供更准确的信息,加速材料的研发过程。 该工作作为使用新的工具对经典问题进行分析的一种尝试,得到了初步成果。这项研究结果最近发表在J. Phys. Chem. Lett. 上。上述研究工作得到国家自然科学基金项目(51571209,51631003,51461165101)、973项目(2015CB856800)和中科院前沿科学关键研究项目(QYZDY-SSW-JSC017)的支持。 该论文作者为:Y. T. Sun, H. Y. Bai, M. Z. Li, W. H. Wang 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Machine Learning Approach for Prediction and Understanding of Glass-Forming Ability J. Phys. Chem. Lett., 2017, 8, 3434, DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b01046 科研思路分析 Q:这项研究的最初目的是什么?或者说想法是怎么产生的? A:如上所述,我们的研究重点主要是非晶合金材料。非晶合金作为一种新兴的具有重要功能特性的材料,它仍有许多重要的问题亟待解决,玻璃形成能力就是其中之一。影响合金玻璃形成能力的因素很多,已有的理论模型只能从某个方面对其进行分析和探讨,具有很大的局限性。是否能够综合考虑各方面因素,是理论模型的一个巨大挑战。在大数据的时代背景下,机器学习这种先进的数据分析方法能够综合分析各种影响合金玻璃形成能力的实验和理论数据,建立较全面的理论模型,为解决非晶合金材料领域的关键瓶颈问题提供了新的途径和契机。幸运的是,过往几十年的实验研究让我们有足够的数据累积,而机器学习方法的不断突破,也为我们的研究提供了必不可少的条件。在这样的背景下,我们通过不断尝试,得到了上述结果。 Q:在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里? A:作为一项主要内容为数据处理的工作,我们在对其的研究过程中,主要面临两个方面的挑战:一是数据库的建立。我们虽然有着长期的实验累积,但是要把我们能够收集到的原始数据转化为可以进行机器学习的数据库,需要很大的工作量。而且往往文献中报道的数据只选取了部分实验数据,而对于机器学习方法,完整的实验数据能够更有效地训练模型;二是机器学习的算法。由于此项研究属于交叉学科的研究,我们团队主要来源于物理和材料专业,缺少在机器学习领域的专业背景知识,这对我们研究的进展造成了很大的困难。未来希望能够与相关领域的学者将这项工作进一步深入,得到更有意义的结果。 Q:本项研究成果最有可能的重要应用有哪些?哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助? A:这项研究最重要的意义在于展示了机器学习在非晶合金材料领域的重要应用前景。目前金属玻璃的市场规模不断扩大,这让领域内一些尚未解决的科学问题愈发关键。机器学习提供了解决问题的一个新思路,在大数据的时代背景下,不仅仅是玻璃形成能力,非晶合金材料的力学性能、磁性能、弛豫特征等关键科学问题都有可能在新的研究范式下产生重大突破。

来源: X-MOL 2017-11-23

微资讯:东华大学原副校长获刑20年 | 2017年度率先行动“百人计划”技术英才候选人公示

【11月23日】我国首个《干细胞通用要求》发布 近日,我国首个《干细胞通用要求》在京发布。发布会上,中国细胞生物学干细胞生物学分会会长、中国科学院动物研究所所长周琪院士表示,我国干细胞领域应用中存在异质性及其带来的安全性威胁,亟待行业准则的建立。为此,在中国细胞生物学学会干细胞生物学分会领导下,北京干细胞库、中国标准化研究院和中国计量科学研究院等单位参照国内外相关规定,并征询干细胞领域多方专家的建议共同起草制定,经广泛征求意见,最终修订发布《要求》。 据悉,干细胞生物学分会组织干细胞领域专家和标准工作专家于2016年正式成立了干细胞标准工作组并着手制定相关标准。《要求》规定了干细胞术语和定义、分类、伦理、质量要求等六个部分的内容,围绕干细胞制剂的安全性、有效性及稳定性等关键问题,建立了干细胞的供者筛查、组织采集、细胞分离、培养、冻存及检测等的通用要求。 http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2017/11/329660.shtm 【11月22日】哈佛大学被指录取时歧视亚裔,美国司法部展开调查 近日,美国司法部正在对哈佛大学在招生工作中使用种族考量的做法展开调查。根据报道,日前司法部在一封致哈佛大学律师的信函中表示,根据《1964年民权法案》第五条对哈佛大学进行调查;该法案禁止接受联邦资助的机构进行基于种族、肤色和原国籍的歧视。同时,司法部通知哈佛大学,如果在12月1日的最后期限之前仍未提交与该学校招生政策和做法相关的文件,司法部可能会提起诉讼以强制其遵守规定。 据悉,司法部在9月20日已经正式通知哈佛大学,该校正在面临调查。11月21日,哈佛大学发出声明表示,将“肯定履行其义务”,但同时需要保护与学生和申请人有关的保密记录。哈佛大学曾经表示,该校的招生拥有充分的法律依据。美国最高法院去年曾经维持得克萨斯大学带有种族考量的招生做法,但同时表示该裁定不一定适用于其他学校。 http://www.chinanews.com/gj/2017/11-22/8382606.shtml 【11月22日】2017年度率先行动“百人计划”技术英才候选人公示 按照《中国科学院率先行动“百人计划”管理办法》有关规定,经过研究所组织的现场答辩评审、院综合评审等招聘程序,中科院正式公示马璐等21位候选人拟入选2017年度率先行动“百人计划”技术英才(B类)。公示期11月22日至11月28日。 2017年度率先行动“百人计划”技术英才(B类)候选人名单:物理研究所马璐,高能物理研究所鲍煜,地理科学与资源研究所戚友存,大气物理研究所吴林,微电子研究所陈朝晖,电工研究所高召顺,光电研究院江锐,空间应用工程与技术中心赵海峰,计算机网络信息中心吴超,大连化学物理研究所王毅,青岛生物能源与过程研究所武建飞,东北地理与农业生态研究所修艾军,上海应用物理研究所董晓浩,上海药物研究所余学奎,南京地理与湖泊研究所付丛生,广州生物医药与健康研究院聂金福,深圳先进技术研究院李剑平,深圳先进技术研究院林闯,深海科学与工程研究所李平静,西安光学精密机械研究所董波,国家授时中心云恩学。 http://www.cas.cn/tz/201711/t20171122_4624008.shtml 【11月22日】东华大学原副校长江建明被判贪污、受贿、挪公款,获刑20年 上海市第一中级人民法院于11月22日公开宣判东华大学原副校长江建明、虹口区人大常委会原副主任华东平、上海东华大学科技园发展有限公司原总经理刘更贪污、受贿、挪用公款、故意销毁会计凭证、会计账簿、财务会计报告、隐瞒境外存款案。 上海市一中院一审判决,江建明犯受贿罪、贪污罪、挪用公款罪合并判处有期徒刑20年,罚金人民币200万元;华东平犯受贿罪、贪污罪、故意销毁会计凭证、会计账簿、财务会计报告罪、隐瞒境外存款罪合并判处有期徒刑15年,罚金人民币160万元;刘更犯受贿罪、贪污罪、挪用公款罪、故意销毁会计凭证、会计账簿、财务会计报告罪合并判处有期徒刑18年,罚金人民币210万元。 http://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1875303 【11月22日】两名中国科学家获颁法国科学院年度大奖 近日,法国科学院2017年度颁奖典礼在巴黎举行,在法国从事科研工作的中国科学家麻小南和彭玲凭借各自在数学和生物化学研究领域取得的突出成果分别获颁“索菲•热尔曼奖”和“昂里•拉贝博士夫妇奖”。这两个奖项均是首次授予中国科学家。 “索菲•热尔曼奖”创建于2003年,每年被授予一名在基础数学研究领域做出重要贡献的在法工作科学家,获奖者由法国科学院推选,奖金来自索菲•热尔曼基金会。“昂里•拉贝博士夫妇奖”设立于1948年,用于表彰在生物化学领域有突出贡献的在法科学家。该奖项最初每4年评选一次,颁发给一名获奖者,从今年起改为逐年颁奖。 http://news.xinhuanet.com/politics/2017-11/22/c_1121994946.htm 【11月22日】葛兰素史克首款抗HIV双药疗法获批 近日,美国FDA批准了葛兰素史克的首款抗HIV双药疗法Juluca。与竞争对手的“鸡尾酒”疗法需要三种或更多的药物相比,这种疗法使用一种固定剂量的片剂,仅包括两种药物——dolutegravir(Tivicay)和rilpivirine(Edurant)。 FDA官员表示,限制HIV治疗方案中的药物数量有助于减少毒副作用,也有助于降低治疗成本。不过,目前葛兰素史克并没有公开Juluca的标价。 https://www.fiercepharma.com/pharma/glaxosmithkline-turns-up-heat-gilead-landmark-two-drug-hiv-win https://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm586305.htm

来源: X-MOL 2017-11-23

清华大学药学院何伟课题组招聘博士后

清华大学药学院何伟教授课题组的主要研究方向之一是基于新药物靶点的药物发现。研究基本思路是首先利用基于片段的筛选发现能有效结合药物靶点蛋白的阳性片段,然后结合结构生物学手段来开展药物设计和分子优化。近来,何伟课题组在表观遗传蛋白的特异性抑制剂发现上取得了重要进展,正在和国内外制药公司开展紧密合作,力图发现具有临床应用前景的药物先导物。为此,何伟课题组诚聘博士后研究人员若干名。 何伟教授的个人主页 http://www.sps.tsinghua.edu.cn/cn/team/team/2016/0704/3.html 要求 1、获得或即将获得博士学位。研究方向为合成化学和药物化学。 2、具有强烈进取心和良好的团队合作精神,能够独立开展药物化学及生物学相关课题研究。 待遇 1、按照清华大学博士后管理方法,提供五险一金。 2、按照先到先得的顺序可申请校内宿舍。未能申请到校内宿舍的提供租房补贴。 3、根据申请者背景提供优厚薪酬。 履历合格者可另外申请清华-北大联合生命中心博士后基金(8-16万/年)。作为参考,目前何伟组博士后的薪酬范围为24-30万/年。 培训 进站博士后将能获得药物筛选、药物设计、药物评价等方面的系统培训。何伟课题组已经出站的博士后研究人员均已在国内外研究院所获得有竞争力的职位。 联系方式 申请人请将应聘材料 (个人简历+科研总结) 发至何老师邮箱:whe@mail.tsinghua.edu.cn,邮件标题请注明“应聘博士后”。 即日有效,招满为止,欢迎各位优秀的博士加入我们的课题组。

来源: X-MOL 2017-11-23

清华尹航团队Nature子刊:牢牢“锁住”TLR8的小分子抑制剂

免疫系统对人体的重要性不言而喻。免疫系统衰弱时,外界病原体比如病毒、致病性细菌或真菌等便有机可乘;与之相对,如果免疫系统过于活跃或活跃得不合时宜,人体则可能发生一些自身免疫性疾病,如红斑狼疮、银屑病、类风湿性关节炎等。控制人体免疫系统的开关是一系列重要的免疫调节受体,其中Toll样受体家族(Toll-like receptors,TLRs)在先天性免疫和适应性免疫中都占据了重要地位。Toll样受体成员众多,人体拥有从TLR1到TLR10共十种Toll样受体。它们各司其职,每时每刻都在甄别进入人体的分子中有没有“坏分子”,比如TLR5专事识别细菌鞭毛中的鞭毛蛋白。 今天小氘要介绍的主角是Toll样受体家族的老八TLR8的抑制剂。TLR8住在细胞内部,它的邻居还有TLR3、TLR7和TLR9。TLR8的特长是识别细菌或病毒的单链RNA。由此很容易想到,对TLR8的调节在抗菌或抗病毒治疗中将有重要作用。另外,研究表明多种关节炎中TLR8也起到了重要的免疫调节功能。不过可惜,TLR8的小分子激活剂已经有不少,特异性的小分子抑制剂却一直没有着落。直到最近,清华大学尹航课题组、东京大学Toshiyuki Shimizu课题组的研究人员报道了第一例TLR8的特异性小分子抑制剂,而且以蛋白-小分子共结晶为基础,对其抑制机理做了详细讨论。文章于11月20号在线发表在Nature Chemical Biology 杂志上。 尹航教授。图片来源:清华大学基础分子科学中心 寻找TLR8的特异性小分子抑制剂并非易事。首先,TLR8在激活或非激活状态下都是两两形成二聚体,两个蛋白质的结合界面非常大,想单靠一个小分子就实现精确地调节,难度可想而知。再者,TLR8处于细胞内,小分子要想作用在上面,需要具有良好的跨膜性和相当的稳定性。此外,由于Toll样受体家族的成员同源性很高,尤其是TLR7和TLR8像孪生兄弟一样,要想实现特异性的调节难度也很大。但为了便于抑制剂应用于化学生物学研究或药物开发,特异性是一个必须满足的指标。 尹航课题组利用高通量筛选方法从14,400分子中找到了4个候选苗头化合物。 四个苗头化合物。图片来源:Nat. Chem. Bio. 其中化合物1/2、化合物3/4分别共享一个分子骨架。研究人员以第一个骨架为基础,进行了一系列构效关系研究,最终找到了IC50仅为67 nM的化合物CU-CPT8m和IC50仅为6 pM左右的CU-CPT9a、CU-CPT9b分子。CU-CPT8m分子不仅对TLR8有超强的抑制活性,而且对其他TLRs几乎没有任何影响。 CU-CPT8m、CU-CPT9a、CU-CPT9b的分子结构,以及CU-CPT8m的特异性测试。图片来源:Nat. Chem. Bio. 东京大学的研究人员则成功培养出CU-CPT9b和TLR8的共结晶,以便研究它的抑制机理。同时为了对比,他们还培养了无配体的TLR8晶体和TLR8-R848共结晶(R848是经典的TLR7/8激活剂)。 从左至右分别为TLR8-R848、无配体TLR8、TLR8-CU-CPT9b的晶体图像。图片来源:Nat. Chem. Bio. 从晶体图像可以清楚地看到,在没有配体存在时,两个TLR8形成二聚体,蓝色和绿色区域有相互作用,它们的碳端相距51埃。如果溶液中加入R848,TLR8被激活。R848分别于粉色和绿色区域结合,使二聚体中的TLR8发生平移,碳端距离缩短为34埃。如果溶液中加入CU-CPT9b,它会紧密地与蛋白的蓝色和绿色区域结合,使发生了平移的TLR8重新被拉回到无配体状态,碳端距离也再次变长,回到48埃。就是这么几埃的改变就决定了TLR8被激活还是被抑制。 Toshiyuki Shimizu教授。图片来源:University of Tokyo 研究人员报道的这些抑制剂分子可以看作一把“锁”,牢牢把TLR8二聚体锁住,使其无法发生激活需要的构象改变。这是一种非常新颖的抑制机理。 除了细胞实验和机理研究,研究者还从协和医院收集了骨关节炎患者的滑膜细胞。这些病人的滑膜细胞均有较高程度的炎症反应,而加入CU-CPT8m分子可以有效地降低这些滑膜细胞产生IL-1β、TNF-α等炎症因子的水平。这些结果展现了TLR8抑制剂分子作为抗炎药物的潜力。 CU-CPT8m分子能够有效地降低病人滑膜细胞的IL-1β、TNF-α水平。图片来源:Nat. Chem. Bio. 这项成果来自中美日三国科研人员的国际合作,共同第一作者包括清华大学张淑婷博士、美国科罗拉多大学博尔德分校Zhenyi Hu和日本东京大学Hiromi Tanji。除了首个TLR8的小分子抑制剂,尹航课题组也曾首次报道了TLR1/2的小分子抑制剂、激活剂,TLR3的小分子抑制剂和TLR5的小分子抑制剂,在该领域处于领先位置。目前尹航课题组在清华大学基础分子科学中心从事免疫调控、细胞外泌体等方面的研究。 免疫调节剂除了应用于传统的抗感染、抗炎等领域,近年来随着癌症免疫疗法的兴起,免疫调节剂作为抗癌药物的“免疫伴侣”颇受追捧。而最近多款治疗银屑病等自身免疫疾病的药物获得FDA批准,让免疫调节剂更受医药市场的广泛关注。希望有更多活性、特异性、成药性俱佳的免疫调节剂诞生,为治疗相关疾病铺平道路。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Small-molecule inhibition of TLR8 through stabilization of its resting state Nat. Chem. Biol., 2017, DOI: 10.1038/nchembio.2518 参考文献: Drugging Membrane Protein Interactions, Annu. Rev. Biomed. Eng. 2016, 18, 51-76 (本文由氘氘斋供稿)

来源: X-MOL 2017-11-22

UT Austin余桂华团队Joule:基于低共熔体系设计的低成本高能量密度的液流电池

人类社会的可持续发展依赖于对新能源的有效利用,所以太阳能、潮汐能和风能等环境友好的可再生能源受到了越来越多的关注。然而,这些可再生能源的随机性、间歇性等特点又需要发展高效快捷的储能技术以满足人类的需求。液流电池因为其独特的液态储能方式和特点,所以被视为大规模储能的理想技术。但是传统的液流电池,例如全钒或者锌溴电池,也一直面临一些问题,比如元素丰量低、强酸性电解液带来安全隐患以及锌枝晶生长等。另外,为了提高电池的能量密度,一方面需要尽可能地提升电池的工作电压,另一方面还希望活性物质在电解液中的浓度越高越好。虽然基于金属锂负极的混合电池设计有利于提高电池电压,但是金属锂枝晶的生长、易燃电解液的使用和较高的材料成本依然限制着金属锂负极在液流电池领域的广泛使用。 针对这些问题,近日,德克萨斯大学奥斯汀分校(UT Austin)的余桂华教授(点击查看介绍)课题组提出了一种基于低共熔体系设计的新型铁铝液流电池。首先,铝金属是地壳中储量最丰富的金属元素,其理论容量高达2980 mAh g–1,并且成本低廉。另外,铁作为储量第二的金属元素,具有相对较高的电极电势、电化学可逆性好和反应动力学快等优势。近日,该团队基于之前的铝基液流电池的工作(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 7454-7459),进一步开发了一种全部基于低共熔溶剂用作液流电池电解液的新体系。这一成果近期以封面文章的形式发表在Cell Press旗下的能源领域新旗舰期刊Joule 上。 基于铁和铝低共熔体系的混合液流电池设计示意图 一方面,铝基低共熔溶剂结合了铝金属在成本和体积能量密度方面上的优势,并且其活性组分浓度高达3.2 M,另外还可以实现可逆的电化学沉积和溶解,没有枝晶生成。另一方面,铁基低共熔溶剂同样具有成本和体积能量密度方面上的优势,此外其活性组分浓度可以达到5.5 M。除了具有极高的活性物质浓度,通过合理的添加剂的筛选和使用,低共熔溶剂的粘度可以得到显著的降低,从而提高溶剂的电导率,进而实现更高能量密度和电池效率。进一步测试分析表明添加剂分子在铁基低共熔溶剂中可以实现铁配合离子的解离,从而进一步提升反应的可逆性。 (A)一系列铁基低共熔溶剂;铁基低共熔溶剂的(B)电导率、(C)氧化还原电位以及(D)粘度 电化学测试结果表明,该铁铝混合液流电池,充放电电位在1.6/1.4 V,完全充放电循环1500小时后电池容量基本没有衰减。另外,电池的体积比容量可达120 Ah L-1,能量密度达166 Wh L-1,显著高于传统的全钒液流电池(~25 Wh L-1)。 铁铝混合液流电池的(A)首次充放电曲线和(B)功率密度曲线 该研究工作提出了一种利用低共熔体系同时作为液流电池正极和负极的新颖设计,为进一步构建低成本高能量液流电池提供了全新的理念和思路。 余桂华教授课题组专注于从化学的角度来设计新型液流锂电池,综合化学、材料科学和能源科学的跨学科研究,包括通过化学合成对活性物质的物理、化学性能进行优化,结合分子水平的电化学反应机理和反应动力学研究,辅以高性能理论计算模拟,发展了一系列新型水系、有机体系液流电池。在该领域取得了一系列的前沿研究成果,相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.、Chem、Energy Environ. Sci.、Joule、Nano Lett. 等期刊上。基于上述一系列工作基础,余桂华教授应邀在顶级化学综述期刊Chemical Society Reviews 上发表了两篇相关综述,并对该领域做了总结与展望。 该论文作者为:Leyuan Zhang, Changkun Zhang, Yu Ding, Katrina Ramirez-Meyers, Guihua Yu* 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): A Low-Cost High-Energy Hybrid Fe-Al Liquid Battery Achieved by Deep Eutectic Solvents Joule, 2017, 1, 623, DOI: 10.1016/j.joule.2017.08.013 (Featured Cover) 导师介绍 余桂华 http://www.x-mol.com/university/faculty/37838 参考文献 C. Zhang, Y. Ding, L. Zhang, X. Wang, Y. Zhao, G. Yu, Angew. Chem. Int. Ed. 56, 7454 (2017). (HOT paper) (本文由Leyuan Zhang供稿)

来源: X-MOL 2017-11-22
真二天尊发布于2017-11-23  1
图片放错了, 第二第三张图片一样了
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X-MOL  回复  真二天尊发布于2017-11-23  2 回复
抱歉哈,已经改过来了。

巧借天然产物手性中心,制备新型PAR-1拮抗剂类抗血小板药物

在我国,由血管栓塞引起的心脑血管疾病发病率逐年上升,且呈成年轻化趋势,该类疾病病程长、费用贵、致死致残及复发率高。目前治疗血栓性疾病的药物按照作用机制可分类为抗凝血药、溶栓药和抗血小板药,其中抗血小板药物占整个抗血栓药物市场的60%。血小板蛋白酶激活受体-1(Protease-activated receptor-1, PAR-1)是近年新发现的抗血小板药物靶点,抑制PAR-1受体能够阻断由凝血酶介导的血小板聚集和病理性血栓扩大的过程,但不会影响由TXA2和ADP参与的人体正常保护性止血过程。因此,PAR-1抑制剂具有高安全性和高效性的特点。 近期,美国默沙东公司在对从澳大利亚木兰皮中获得的天然产物喜巴辛(Himbacine)研究基础上,经结构优化最先研发出了第一个小分子PAR-1拮抗剂—抗血小板药物沃拉帕沙(Vorapaxar,商品名Zontivity)(图1)。该药物于2014年5月经美国FDA批准上市,主要用于有心脏病发作史的患者和下肢动脉栓塞的患者,并可进一步降低心脏病发作和中风的风险,临床效果明显。不足之处除了其结构复杂(具有7个手性中心)、合成路线较长(其线性合成步骤为16步)和制备成本高外,该药的生物半衰期较长(约为10~15天),当副作用发生时,没有合适的药品能够抵抗和缓解这种毒副症状,存在安全风险。 图1. 沃拉帕沙、穿心莲内酯和舒心帕沙的化学结构 近日,山东大学娄红祥教授(点击查看介绍)课题组在国际主流药物化学学术期刊Journal of Medicinal Chemistry 发表文章,首次提出利用天然易得的二萜类化合物穿心莲内酯(Andrographolide)结构中手性中心的构象与沃拉帕沙结构中对应的关键手性中心构象完全一致的特点,在确保其关键手心中心构象保持不变的前提下,对其进行结构修饰与改造,借助其原有的多手性中心结构药效团,快速、高效地制备了一系列的结构新颖的沃拉帕沙类似物(图2)。该方法路线短、产率高、成本低,能够实现该类化合物的快速大规模制备。 图2. 沃拉帕沙类似物的设计策略。图片来源:J. Med. Chem. 课题组通过体外PAR-1抑制活性评价,筛选出了多种活性优良的PAR-1小分子拮抗剂,再经不断的结构优化,改善化合物的药代动力学参数和生物利用度,最终发现了具有全新结构的PAR-1小分子拮抗剂舒心帕沙(Andropaxar 39)。该化合物具有显著的PAR-1拮抗活性,体外半数抑制浓度与沃拉帕沙相当,豚鼠体内实验可显著延长凝血时间和血栓形成;口服生物利用度高达50%以上,且半衰期为3.1小时,较沃拉帕沙明显缩短,能够大幅降低引起出血风险,具有成药性高、安全性好的特点。此外,该化合物的制备路线共9步,较沃拉帕沙(16步)制备工艺有明显简化,收率明显提高(总收率为13%左右),成本显著降低,为将其开发成为以PAR-1为靶点的新型抗血小板药物奠定了坚实的基础。 该工作巧妙地借助了大宗天然产物穿心莲内酯的多手性核心骨架,通过一系列的结构改造,实现了沃拉帕沙结构复杂衍生物的快速、高效合成,并通过后续以药代动力学为指导的结构修饰,最终获得了活性显著、安全性好、成药性高的PAR-1小分子拮抗剂——舒心帕沙(Andropaxar 39)。目前,该团队正在进行新药申报的临床前研究。 该论文作者为:Jun Liu, Bin Sun, Xiaoyu Zhao, Jie Xing, Yanhui Gao, Wenqiang Chang, Jianbo Ji, Hongbo Zheng, Changyi Cui, Aiguo Ji, Hongxiang Lou 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Discovery of potent orally active protase-activated receptor 1 (PAR1) antagonist based on andrographolide J. Med. Chem., 2017, 60, 7166-7185, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.7b00951 导师介绍 娄红祥 http://www.x-mol.com/university/faculty/23535

来源: X-MOL 2017-11-22

耐烧结和抗浸出的核壳结构纳米催化剂

解决高活性超细金属纳米催化剂热稳定性和化学稳定性的问题,一直是困扰化学、化工科研工作者能否将其应用于催化反应与工程的关键。超细金属纳米催化剂颗粒在高温气固相催化反应体系中易于颗粒尺寸增大、烧结,导致催化活性降低;而在液固相催化反应体系中,金属纳米颗粒在反应过程中易于从载体上浸出、脱落,严重影响催化剂使用过程中活性和稳定性的发挥。能否利用纳米技术有效地解决这一问题? 多孔碳材料具有高比表面积、均匀的孔径和优异的化学稳定性,广泛应用于气体储存、超级电容器和催化剂载体等领域。最近,采用金属有机骨架材料(MOF)热解制备多孔碳材料备受关注,该方法可通过在惰性气氛下高温热解MOF便捷地实现。 核壳结构催化剂将纳米颗粒封装在壳内,可有效地防止纳米颗粒的烧结和浸出。介孔SiO2 (meso-SiO2)具有稳定的物理化学性质和优异的反应物及产物的扩散性能。清华大学的王定胜(点击查看介绍)研究团队将超细金属纳米催化剂颗粒Pd、多孔碳材料和meso-SiO2相结合,设计合成出一种兼具耐烧结、耐浸出的稳定性良好的高活性纳米催化剂。 图1. 纳米催化剂制备的示意图 他们将硝酸锌、2-甲基咪唑和乙酰丙酮钯混合原位合成Pd2+/ZIF-8,然后在其表面包覆一定厚度的介孔二氧化硅形成Pd2+/ZIF-8@meso-SiO2核壳结构。该步骤通过引入阳离子模板剂CTAC、TEOS的碱催化水解来实现;随后在氩气气氛下800 ℃处理Pd2+/ZIF-8@meso-SiO2,形成Pd/ZDC (ZIF-derived porous carbon)@meso-SiO2核壳结构纳米催化剂。在焙烧过程中,Pd2+还原为Pd纳米颗粒,ZIF-8转化为氮掺杂的多孔碳材料,同时meso-SiO2中的CTAC被除去。最终,核ZDC基本保持ZIF-8的形貌,且均匀负载着约~3 nm左右的Pd纳米颗粒,壳层为厚度40-50 nm左右的meso-SiO2。BET测试结果表明该催化剂的比表面积可达1041 m2/g,同时具有微孔和介孔的多级孔特性。通过与不含meso-SiO2的Pd/ZDC催化剂对比,Pd/ZDC@meso-SiO2由于存在meso-SiO2壳层的保护,在高温时(800 ℃)有效防止了Pd纳米颗粒的烧结,Pd颗粒的尺寸明显小于无壳层的Pd/ZDC样品。 图2. 纳米催化剂的暗场STEM表征及相应元素的分布图 Pd/ZDC@mesoSiO2在苯甲醇的氧化反应体系中表现出优异的催化性能。在空气气氛中,苯甲醇的转化率达到~99%,苯甲醛的选择性达到~99%;催化剂循环使用八次,苯甲醇的转化率基本保持不变,而且苯甲醛的转化率维持在~99%。ICP-OES的结果表明,循环使用后,Pd的含量基本没有发生变化。而对于不含mesoSiO2的Pd/ZDC催化剂,苯甲醇的转化率仅为21%,循环使用三次,苯甲醇的转化率降低到~8%。这一结果表明,mesoSiO2壳层有效地避免了Pd纳米颗粒在液相催化体系中浸出,表现出卓越的稳定性。 图3. Pd/ZDC@mesoSiO2和Pd/ZDC纳米催化剂的活性(a)和循环性能(b)的对比 这一成果近期发表在Chemical Communications 上,文章的第一作者是清华大学的博士后张少龙博士。 该论文作者为:Shaolong Zhang, Aijuan Han, Yanliang Zhai, Jian Zhang, Weng-Chon Cheong, Dingsheng Wang, Yadong Li 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): ZIF-derived porous carbon supported Pd nanoparticles within mesoporous silica shells: sintering- and leaching-resistant core-shell nanocatalysts Chem. Commun., 2017, 53, 9490, DOI: 10.1039/C7CC04926A 王定胜博士简介 王定胜,清华大学化学系副教授,2009年于清华大学取得博士学位,2009年至2012年在清华大学物理系从事博士后研究工作,2012年7月起就职于清华大学化学系。 研究领域是纳米催化,近年来围绕单原子、团簇催化剂的精准合成及原子尺度上的构效关系开展了系统深入的研究工作。 http://www.x-mol.com/university/faculty/12030 发表论文 1. Design of ultrathin Pt-Mo-Ni nanowire catalysts for ethanol electrooxidation; Sci. Adv., 2017, 3, e1603068 2. Confined Pyrolysis within Metal−Organic Frameworks to Form Uniform Ru3Clusters for Efficient Oxidation of Alcohols; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 9795 3. Metal (Hydr)oxides@Polymer Core−Shell Strategy to Metal Single-Atom Materials; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 10976 4. Isolated Single-Atom Pd Sites in Intermetallic Nanostructures: High Catalytic Selectivity for Semihydrogenation of Alkynes; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 7294 5. Isolated Single-Atom Iron Anchored on N-Doped Porous Carbon as Efficient Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 6937. 6. Rational Control of the Selectivity of a Ruthenium Catalyst for Hydrogenation of 4-Nitrostyrene by Strain Regulation; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 11971. 7. Rational Design of Single Mo Atoms Anchored on N-doped Carbon for Effective Hydrogen Evolution Reaction; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, Accepted

来源: X-MOL 2017-11-22

可见光激发的超长有机磷光研究的新进展

超长磷光,即长余辉发光,是指停止光激发时仍能持续发光几秒到几小时的发光现象。目前,超长磷光材料主要局限于稀土元素掺杂的无机长余辉材料。但是这些材料成本高、制备条件苛刻并且绝缘,限制了超长磷光的发展。有机半导体材料不仅种类繁多、可修饰性强,而且还具有半导体特性,成为取代无机长余辉材料的不二选择。近年来,基于有机半导体的超长有机磷光材料备受关注。然而,已报道的有机超长磷光材料只能被紫外光激发。与紫外光相比,可见光的生物毒性小,且易得便于实际应用,但设计并合成可见光激发的有机超长磷光材料仍面临巨大的挑战。 近日,南京工业大学IAM团队的安众福教授(点击查看介绍)和黄维院士(点击查看介绍)课题组基于前期H-聚集稳定的三线态激子实现了可见光激发的超长有机磷光(Nat. Mater., 2015, 14, 685),该工作发表在国际材料领域顶级学术期刊Advanced Materials 上。通过合理的分子设计、调控分子间的堆积、调节发光材料的吸收波长、结合H-聚集结构稳定的三线态激子,他们实现了日光灯、手机LED等易得的可见光激发超长有机磷光。关闭光源后,肉眼可见达数十秒的超长余辉,寿命长达0.84 s。该材料具有可见光激发且超长发光等特性,可成功应用于双重数据加密,365 nm的光激发显示数字“8”,停止激发显示数字“6”,用手机LED灯光激发后,显示加密字母“E”,实现了由数字向字母的双重加密。同时,他们将该材料制备成纳米粒子,实现了其在生物成像方面的应用。该工作得到科技部973计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金与江苏省“六大人才高峰”计划的支持。 该论文作者为:Suzhi Cai, Huifang Shi, Jiewei Li, Long Gu, Yun Ni, Zhichao Cheng, Shan Wang, Wei-wei Xiong, Lin Li, Zhongfu An, Wei Huang 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Visible-Light-Excited Ultralong Organic Phosphorescence by Manipulating Intermolecular Interactions Adv. Mater., 2017, 29, 1701244, DOI: 10.1002/adma.201701244 安众福教授简介 安众福,南京工业大学教授,博士生导师,2014年毕业于南京邮电大学获工学博士学位,并获得江苏省优秀博士学位论文,随后赴新加坡国立大学化学系从事博士后研究,2015年12月加入南京工业大学IAM团队。 安众福的研究领域是有机余辉材料/有机电致发光材料/新能源材料与智能响应材料的制备,首次设计并制备了多个系列的室温单组分有机超长寿命磷光材料,即有机“夜明珠”,其激发态寿命长达秒级;开创了一种新型的数据加密方法,使其加密效果可通过裸眼直接观察,目前已在Nature Materials、Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Coordination Chemistry Reviews、Chemistry-A European Journal 等国际知名期刊上发表30余篇学术论文;研究成果被人民网、《科技日报》、中国在线等多家媒体冠以“世界首例有机夜明珠”进行了报道。 安众福 http://www.x-mol.com/university/faculty/27682 黄维 http://www.x-mol.com/university/faculty/27680

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微资讯:华东师范大学拟对72名无法完成学业研究生作退学处理 | 白血病患儿廉价救命药巯嘌呤已恢复供应

【11月22日】白血病患儿廉价救命药巯嘌呤已恢复供应 近日,备受关注的“白血病患儿遭遇廉价国产药短缺”一事有了最新进展。国家卫计委药物政策与基本药物制度司副司长张锋表示,治疗儿童急性淋巴细胞白血病的必备药“巯嘌呤片”已于20日恢复供应,由浙江浙北药业生产的第一批295万片巯嘌呤已全部完成生产检验并做好发货准备,约可满足临床一年用量。 据悉,巯嘌呤每年全国临床用量约300万片(总价约300万元),临床用量小,利润不高,生产供应不充分。经国家卫计委、食药监总局与有关企业会商协调,加快了GMP认证审批程序,促使巯嘌呤尽快恢复生产供应。国家卫计委也已下发通知,要求各地抓紧协调组织做好巯嘌呤的采购配送工作,减少中间环节,直接挂网采购,确保供应。 http://www.ce.cn/xwzx/gnsz/gdxw/201711/22/t20171122_26956322.shtml 【11月21日】阿克苏诺贝尔收购艾仕得涂料以失败告终 近日,荷兰涂料和化学品巨头阿克苏诺贝尔(AkzoNobel)发表声明,因合并条款未能达成一致,所以终止了与艾仕得涂料(Axalta)的合并谈判。此前,阿克苏诺贝尔公司10月30日曾确认,正在洽谈收购美国涂料生产商艾仕得涂料系统有限公司。目前,双方都没有透露谈判破裂的详细原因。 阿克苏诺贝尔在声明中表示,通过创建两个重点突出、业绩优秀的业务,继续致力于加速可持续增长和盈利的战略。阿克苏诺贝尔特种化学品业务的分离和大部分净收益归还给股东的工作仍在进行中。 https://www.akzonobel.com/for-media/media-releases-and-features/akzonobel-and-axalta-end-merger-discussions 【11月21日】“地沟油”变废为宝,中国首班生物航煤跨洋航班启航 近日,中国海南航空HU497航班载着从餐饮废油炼化而成的生物航煤,从北京首都国际机场腾空而起,飞往美国芝加哥。这标志着首班中美绿色示范航线生物航煤航班成功启航,海南航空成为中国国内首家使用生物航煤跨洋载客飞行的航空公司。 起飞当日,海南航空在北京首都国际机场T2航站楼携手中国石化、美国波音、中国航油等合作单位共同举办主题为“筑梦绿航新时代,共创可持续新体验”的启航仪式。 海南航空相关负责人表示,此次使用国产生物航煤进行载客飞行作为GAIN可持续航线试点项目,海南航空从地面运行、空中运行、飞机瘦身等方面进行全方位节能降碳精细化管控,将可持续理念和意识融入全旅途的每一个环节;建立分析模型,进行项目实施前后效果分析与对比,为中美绿色航线积累可复制、可推广经验。 http://www.chinanews.com/cj/2017/11-21/8382300.shtml 【11月21日】中国血液安全供应水平居全球前列 近期,世界卫生组织发布《2016年全球血液安全与供应报告》,三项指标显示中国血液安全供应水平居全球前列。一是无偿献血比例持续攀升,实现了全球罕见的近20年连续增长。二是血液安全水平显著提升,全球仅有24%的国家开展了血液核酸检测,我国是其中之一。三是临床合理用血明显改善,临床成分输血率达到99.6%,超过高收入国家97%的平均水平,血液报废率为5.95%,低于中高收入国家6.7%的平均水平。 据悉,无偿献血是保障血液质量安全的重要举措,也是衡量社会文明程度的一项重要标志。近年来,广大人民群众踊跃参加无偿献血,据统计,我国2016年无偿献血人次达到1400万,采血总量达到2360万单位。2017年前3个季度无偿献血人次数和采血量较去年同期分别增长5%和7%。 http://zqb.cyol.com/html/2017-11/21/nw.D110000zgqnb_20171121_1-05.htm 【11月20日】华东师范大学拟对72名无法完成学业研究生作退学处理 根据2017年5月15日第7次校长办公会议决以及《华东师范大学研究生学籍管理规定(2017年修订)》(华师研【2017】34号)第三十三条第一款和第四十七条之规定,拟对已经超过学校规定的最长学习年限仍无法完成学业且未办理结业或肄业手续的72名研究生统一作退学处理。 根据公告,受处理的研究生本人如对处理决定有异议,可以在公告期内向研究生院提请复核,超过公告期的,研究生院不再受理。学校对于公告期满无异议的研究生将作自动退学处理。 http://www.yjsy.ecnu.edu.cn/b5/8f/c3610a112015/page.htm 【11月20日】食药监总局:长期食用氟苯尼考残留超标蛋品有风险 近日,国家食药监总局发布《关于鸡蛋中氟苯尼考的风险解读》。解读指出,氟苯尼考的ADI值(平均日允许摄入量)为0~3 μg/kg体重/天,以60公斤体重成人计算,每日从饮食中摄取0~180μg氟苯尼考没有健康危害。正常情况下消费者不必对鸡蛋中检出氟苯尼考过分担心,但长期食用氟苯尼考残留超标的蛋品,对人体健康有一定风险。 氟苯尼考是一种农业部批准使用的动物专用抗菌药,主要用于敏感细菌所致的猪、鸡、鱼的细菌性疾病,尤其对呼吸系统感染和肠道感染疗效明显,但产蛋家禽禁止使用氟苯尼考。氟苯尼考自研究成功以来在日、美、欧多个国家及地区得到广泛应用。 http://www.sda.gov.cn/WS01/CL1688/217124.html

来源: X-MOL 2017-11-22

美国罗格斯大学纽瓦克校区化学系Michal Szostak课题组招Phd学生

PhD Studentship - Organic and Organometallic Chemistry Project: Novel Transition Metal-Catalyzed Methods for Organic Synthesis Applications are invited for a Ph.D. studentship ($25,959, including full health benefits, and with tuition and fees waived + $ 2,500 summer subsidy) available to start in Fall 2018 at the Department of Chemistry at Rutgers University, Newark, USA working on Synthetic Organic Chemistry & Transition Metal Catalysis under the supervision of Prof. Michal Szostak. The student will receive extensive training in organic synthesis and organometallic chemistry in new laboratories housed in the Olson Hall. The student will gain expertise in small and large-scale synthesis, inert gas techniques (Schlenk, glove box), design, optimization and validation of reaction conditions, analysis techniques (NMR, GC, GC-MS, LC-MS, HPLC), mechanistic, kinetic studies, X-ray crystallography. Students in the Szostak group regularly publish research papers in top organic chemistry journals (Angew. Chem., J. Am. Chem. Soc., ACS Catal.). On average, each student publishes >2 papers/year (check http://szostakgroup.com/publications ). As an example, Guangrong Meng, a current 4th year Ph.D. student (PhD started in Fall 2014) has already published 20 research papers (10 as the first author): 2 x Angew. Chem., 3 x ACS Catal., 1 x Chem. Sci., 6 x Org. Lett., 1 x Chem. Commun., 1 x Chem. Eur. J., 4 x J. Org. Chem., 1 x Org. Biomol. Chem, 1 x Synlett. We further expect to submit several high impact papers in the last year of his PhD. His profile can be found in our Synlett account, which features mostly his own work from the first two years of his PhD (Synlett, 2016, 27, 2530.). Send your CV, together with a covering letter and contact details of three academic referees to Prof. Szostak at michal.szostak@rutgers.edu GRE and TOEFL scores are required for application. Candidates with high TOEL will receive preference. In some cases, IELTS scores (6.0 or higher) can be used instead of TOEFL. Applications from candidates with prior experience in organic synthesis and organometallic chemistry are preferred; however, all qualified applicants with strong educational and research background will be considered for this or future openings. The deadline for applications is 30th November 2017. The studentship covers fees and an annual stipend. All projects are in the hot-topic areas (N–C activation, C–H activation, visible light photoredox catalysis, NHC-transition metal catalysis). For some background information on recent work by Prof. Szostak see: - J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 14473 (the first graphene-catalyzed alkylation) -Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 14518. (the first Heck reaction of amides) -Angew. Chem. Int. Ed., 2016,55, 6959. (Biaryl coupling, Highlighted in Synfacts, 2016, 12, 731) -ACS Catal., 2016, 6, 4755. (Ru-catalysis, one of the most accessed papers in ACS Catal. in June 2016) -ACS Catal., 2016, 6, 7335. (Cooperative catalysis, Highlighted in Synfacts, 2017, 13, 84) -Chem. Sci., 2017, 8, 6525. (the first RT amide and ester activation, Highlighted in Synfacts, 2017, 13, 1189) -Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 12718. (the first phosphorylation of amides, Hot Paper) The Chemistry Department at The State University of New Jersey, features state-of-the-art facilities and equipment (http://chemistry.rutgers.edu/ ), and is located in a vibrant Newark campus at the heart of metropolitan New York area (15 min to Manhattan and Newark airport). The Szostak labs are located in a brand-new LSC-II building (opened on 2nd Nov 2017, https://www.newark.rutgers.edu/tags/lsc-ii ). Prof. Michal Szostak: http://chemistry.rutgers.edu/szostak/ Webpage:http://szostakgroup.com/

来源: X-MOL 2017-11-22
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