美国 University of South Carolina (USC) 计算材料学博士后招聘 (锂电池+MOF+AI/ML方向)

Postdoc Research Associate Position inComputational Materials with AI and Machine learning Postdoctoral Research Associate opening is available at Machine Learning and Evolution group at the Department of Computer Science and Engineering, the University of South Carolina (USC). This position will be focused on collaborating with computer science teams to develop machine learning, deep learning and AI based computational approaches for discovery of battery materials and metal oxide framework (MOF). It will be jointly supervised by Professor Jianjun Hu (https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=_iD3nyMAAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdate  )  of Computer Science with focus on AI algorithm design and by Professor Ming Hu (https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=8Wt2yS0AAAAJ  )  whospecializes in first-principle calculation (DFT and MD). Our group develops and employs machine learning and AI algorithms together with DFT/MD based computational modeling and simulation techniques for inverse design and discovery of materials (battery and MOF). Our group collaborates closely with computational and experimental materials research groups at USC (especially the Solid Oxide Fuel Cell center), leading to many opportunities for data and AI driven materials discovery. More information about our group can be found at http://mleg.cse.sc.edu  . Qualifications of the candidate: Ph.D. in Materials Science, Physics, Chemistry or any related field is required. Knowledge of materials science andsolid state physics. Experience with molecular dynamics simulations and ab initio computational methods (DFT via VASP). Basic scientific programming skills(Python preferred); Experience in electrochemical storage system modeling, preferably in lithium-based batteries or MOF is a plus. Benefits : 250,000 to 320,000 RMB/Year. A wide range of machine learning techniques and deep learning models will be developed in our group by close collaboration between machine learning teams and the computational materials team. We encourage the applicants with strong interests in AI+ computational materials to apply. We particularly look for candidates who are good atidentifying key computational problems in current materials discovery and inverse materials design to be addressed by the latest deep learning and machine learning techniques. We like candidates with strong innovation and passion to bridge fundamental scientific inquiry and high-impact applications by working with our strong AI and deep learning team. A cover letter, curriculum vitae, and alist of references ‘should be sent to Prof. Hu at jianjunh@cse.sc.edu. Astarting date of early 2020 is preferred. University of South Carolina, is locatedin Columbia, the capital of South Carolina. Our team and our collaborators have been supported with multiple grants from Federal funding agencies including the Department of Energy (DOE), the National Science Foundation (NSF), the National Aeronautics and Space Administration (NASA), the National Institutes of Health (NIH).

来源: X-MOL 2019-12-09

Nature:虚拟现实,看得见还要“摸得着”

前一段时间热映的电影《头号玩家》,着实让游戏宅男们兴奋了一把,小希也不例外。电影中,在各种虚拟现实设备的帮助下,玩家们进入名为“OASIS”的虚拟世界,“可以做任何事,去任何地方”,无论是度假冲浪,还是与小伙伴大杀四方,给人的感觉都和现实一样。电影终归是电影,作为一名理工男,小希非常关注类似的技术何时才能真正上市。 图片来源:电影《头号玩家》海报 虚拟现实(virtual reality, VR)在如今已经不能算是项新技术。世界上第一台VR设备——达摩克利斯之剑,出现于1968年。不过据说由于设备太重,不得不把它固定在天花板上。经过多年的发展,目前的VR设备大多能虚拟视觉和听觉,而且精细程度也几乎能够以假乱真,让人们能看到和听到虚拟世界,但更复杂的虚拟触觉却涉及不深。有些专门为赛车游戏配备的力反馈方向盘、踏板、排档等设备,可以很好地模拟赛车时的手感和脚感,算是比较接近虚拟触觉的了。 “达摩克利斯之剑”。图片来源于网络 赛车游戏相关的装备。图片来源于网络 除了VR之外,增强现实(Augmented Reality,AR)也是热门技术,相当于把虚拟物体放在你周围,带给你身临其境的体验。不久前,《Pokemon Go》曾在全球范围内引起了AR技术的热潮,在手游中上演现实版“捉妖记”。 Pokemon Go。图片来源于网络 Pokemon Go漫画。图片来源于网络 然而,相比于越来越成熟的针对眼睛和耳朵的虚拟体验,想要在技术上“蒙蔽”人体负责感知触觉同时也是面积最大的器官——皮肤,难度非常之大。近日,美国西北大学黄永刚(Yonggang Huang)教授(点击查看介绍)和John Rogers教授(点击查看介绍)等研究者在Nature 杂志上发表文章,首次实现将复杂的触摸感融合到VR和AR中。他们发明了一种无线、无电池的皮肤虚拟现实装置,能够轻轻地贴合于皮肤,并通过时空可编程的局部机械振动模式来传递信息。下面,让我们一起进入带有触觉的VR/AR体验。 图片来源:Nature Video 虚拟触觉。图片来源:Nature [1] 研究者开发的皮肤虚拟现实装置,包括将电能转化为振动的机械部件;封装在聚酰亚胺(PI)中的铜丝,具有可拉伸的弹簧式结构,将NFC环形天线、电阻器、电容器等器件连接在一起;无线控制系统夹在有机硅聚合物层之间,用于接收无线传输信号;最下面利用柔软的弹性层,无需胶带即可粘附到皮肤上。 皮肤虚拟现实装置。图片来源:Nature 每个微型振动装置只有1.4克,直径12到18 mm、厚度2.5 mm。设计原理很简单,利用的就是基本的高中知识:当电流通过线圈时,磁铁在洛伦兹力的作用下完成机械振动,而调节狭缝的角度就可以改变谐振频率。考虑到人类皮肤触觉可以检测出几微米的振幅,未来微型振动装置的直径和厚度可以分别减少10倍和3倍。 微型振动装置结构及优化。图片来源:Nature 由于每一个振动装置都很小,不但可以降低功耗,还可以增加相同电流下磁铁振动的加速度。通过对不同年龄的人不同部位的皮肤进行测试和模拟,当电流频率在100 Hz到300 Hz之间时,磁铁的振动给人体皮肤带来最强烈的感觉。 关键振动部件性能测试。图片来源:Nature 这些微型振动装置只需要大约1.75毫瓦,振幅约35 μm,就可以在指尖和手上引起显著的感觉。如此小的功率,通过电磁感应就可以满足供电需求,只要满足装置和无线电源的距离在1米以内即可。其通信方式采用近场通信(NFC),我们平日里坐地铁刷卡采用的就是这种无线协议。这就完美实现了无线、无电池的皮肤虚拟现实装置制备。 皮肤虚拟现实装置的总体结构和电路图。图片来源:Nature 这种皮肤虚拟现实装置可不仅仅可以用于玩游戏。研究者希望这种技术能够在通信、医疗等领域大放异彩。 现实场景应用。图片来源:Nature 2005年10月15日凌晨4时,Anderson在伊拉克战争中遭到伏击,“一枚炸弹在卡车下面爆炸了”,这使得他右臂肘部以下被截肢。他最近就尝试了西北大学的虚拟触觉系统,力量从假肢指尖传给手臂,震动强弱取决于他握紧物体的力度。“我需要知道我的握力,以防止抓取鸡蛋时把它弄碎,以及用力时伤到其他人” Anderson说。[2] 体验虚拟触觉系统的Anderson。图片来源:西北大学 [2] “过去的触感设计包括驱动器、电线、电池等各种外部装备,而我们设计的皮肤接口利用微型驱动器,很容易的实现了设备轻便可穿戴。”John Rogers教授说。“与眼睛和耳朵相比,针对皮肤的虚拟现实可以显著提升设备的体验。”黄永刚教授说,“在可预见的未来,与家人视频时的虚拟触摸可能会变得和现在打电话一样平常。”[2] “触感皮肤”。图片来源:西北大学 [2] 当然,这套刚刚问世的“触感皮肤”还存在一定局限性。比如,相对于目前市面上的其他智能穿戴产品,电流设定偏高;尽管优化后的微型驱动装置只需要1.75毫瓦的功率,但该技术仍面临功耗大的问题;而且装置的散热性能也没有考虑在设计范围之内[1]。不过,正如作者所说,驱动器的小型化可能是解决这些问题的一个最可行的方法。触觉在VR/AR中的应用才刚刚开始,触觉接口的开发对于个性化康复、手术训练、教育反馈和多媒体娱乐体验等领域都有着潜在的应用,未来一定会有更令人兴奋的研究进展。 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): Skin-integrated wireless haptic interfaces for virtual and augmented reality Xinge Yu, Zhaoqian Xie, Yang Yu, Jungyup Lee, Abraham Vazquez-Guardado, Haiwen Luan, Jasper Ruban, Xin Ning, Aadeel Akhtar, Dengfeng Li, Bowen Ji, Yiming Liu, Rujie Sun, Jingyue Cao, Qingze Huo, Yishan Zhong, ChanMi Lee, SeungYeop Kim, Philipp Gutruf, Changxing Zhang, Yeguang Xue, Qinglei Guo, Aditya Chempakasseril, Peilin Tian, Wei Lu, JiYoon Jeong, YongJoon Yu, Jesse Cornman, CheeSim Tan, BongHoon Kim, KunHyuk Lee, Xue Feng, Yonggang Huang, John A. Rogers Nature, 2019, 575, 473–479, DOI: 10.1038/s41586-019-1687-0 导师介绍 黄永刚 https://www.x-mol.com/university/faculty/26798 John Rogers https://www.x-mol.com/university/faculty/61111 参考资料: 1. Tao X. Virtual and augmented reality enhanced by touch. Nature, 2019, 575, 453-454. DOI: 10.1038/d41586-019-03506-3 https://www.nature.com/articles/d41586-019-03506-3 2. ‘Epidermal VR’ gives technology a human touch https://news.northwestern.edu/stories/2019/11/epidermal-vr-gives-technology-a-human-touch (本文由小希供稿)

来源: X-MOL 2019-12-08
davejing发布于2019-12-09  0
刀剑神域新的系列啥时候出来啊(*^__^*)
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快速响应湿气的“变色”聚合物超薄膜

比如在自然界中,许多动物可以通过体表颜色变化以躲避天敌、求偶或者捕食,植物更不用说,叶子春绿秋黄是很常见的自然现象。生物或植物呈现出的颜色变化,根据变化内在原因可细分为色素变化引起宏观颜色变化,以及组织或器官组成结构变化引起颜色变化。通过学习自然,目前很多合成材料体系的表面也能够在外界刺激作用下调节颜色变化。其中,因材料微结构改变导致材料宏观颜色变化的现象引起了科学家们的广泛研究兴趣。 近日,美国德州理工大学Wei Li博士和纽约州立大学布法罗分校Qiaoqiang Gan博士等研究者通过在硅基底上层层自组装光敏性纳米层状聚电解质多层膜(polyelectrolyte multilayer film, PEM),基于后续选区光辐照交联处理,简便构筑了具有湿气刺激响应性的快速变色材料体系。局部光交联实现聚合物膜(交联/未交联)不同区域具有不同的溶剂(水)溶胀度是实现复合膜图案化显色的关键。 智能复合膜制备过程及湿气响应机理示意图。图片来源:Adv. Funct. Mater. 研究人员选用壳聚糖(CHI)、羧甲基纤维素-叠氮衍生物(CMC-N3)为复合物膜构筑原料,通过简便的层层自组装(LBL)技术在基底上构筑呈纳米层状的光敏性复合膜(CHI/CMC-N3)。CMC-N3通过CMC结构上的羧基与叠氮苯胺偶联反应制备,产物结构及UV-vis吸收分别采用1H NMR、FT-IR光谱和UV-vis光谱表征分析。 CMC-N3结构表征。图片来源:Adv. Funct. Mater. 基于LBL技术的简便性及可控性,CHI/CMC-N3复合膜的厚度可实现几十纳米到四百纳米尺度范围的精细调控;不同厚度复合膜在湿度变化条件下呈现不同程度的膨胀(膜厚增加)行为。同时,研究表明复合膜((CHI/CMC-N3)21~29)在湿度变化下呈现连续的颜色变化,在10 RH%~ 80 RH%时复合膜颜色由蓝色变为绿/黄色,湿度>90 RH%时呈现更为明显粉色/紫色。 不同层数PEM厚度、显色性及湿度响应性表征。图片来源:Adv. Funct. Mater. 复合膜体系中存在反应性叠氮基团,在UV诱导下叠氮能够分解形成高活性氮烯中间体与相邻C-H基团形成氨基苯共价交联键,从而实现PEM膜的交联。FT-IR光谱中2117 cm-1处、UV-vis光谱中265 nm处叠氮吸收峰强度UV辐照后吸收强度的下降,表明了交联反应的成功进行。同时,SEM和AFM测试表明光辐照交联前后PEM膜皆具有均匀致密的表面形貌,其膜表面粗糙度分别为4.9和4.7 nm。 UV光辐照交联反应及膜表面形貌变化表征。图片来源:Adv. Funct. Mater. PEM体系交联点的引入使其在湿度氛围下呈现相对较小的膨胀度(膜厚变化);因此,使用光掩膜借助选区UV辐照(局部交联)处理,使得PEM图案化膜在高湿度氛围(>90 RH%)下呈现交联区域和非交联区域明显的因膜厚度(结构)差异导致的颜色差别,从而实现膜表面图案化的快速可视化显示。 局部交联PEM膜表面的湿气响应性颜色变化。图片来源:Adv. Funct. Mater. 总结 该研究巧妙的利用湿度氛围下PEM膜交联/未交联状态具有不同膨胀度的特点,简便的实现构筑了具有湿度刺激响应性变色行为的PEM膜体系。该智能复合膜体系具有低成本、可逆的湿气快速响应性、高分辨率以及优异的器件兼容性等优点,在湿度传感器、防伪及制备光学滤色片等光学器件领域具有广阔的应用前景。 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): Photopatternable Nanolayered Polymeric Films with Fast Tunable Color Responses Triggered by Humidity Ziye Dong, Nan Zhang, Yinggui Wang, Jiangyu Wu, Qiaoqiang Gan, Wei Li Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1904453, DOI: 10.1002/adfm.201904453

来源: X-MOL 2019-12-08

非铅钙钛矿纳米晶载流子动力学

激发态载流子动力学对半导体发光、光电转化效率起着至关重要的作用。近日,中国科学院大连化学物理研究所韩克利研究员(点击查看介绍)团队在非铅钙钛矿纳米晶载流子动力学方面的研究工作受到国际同行的广泛关注,并受邀在Acc. Chem. Res.发表了题为“Charge-Carrier Dynamics of Lead-Free Halide Perovskite Nanocrystals”的专论文章。本篇文章是该团队继2012年(Acc. Chem. Res., 2012, 45, 404),2015年(Acc. Chem. Res., 2015, 48, 1358)和2018年(Acc. Chem. Res., 2018, 51, 1681)之后,第四次在Acc. Chem. Res.上发表专论文章。 全无机钙钛矿纳米晶CsPbX3(X:Cl,Br,I)具有发光量子产率高、光谱易调谐,发光线宽窄等优异的光学性能,并被广泛的应用于发光二极管(LED)、高亮度激光、光电探测器等光电子器件的研究。然而,其中含有的Pb为有毒元素,可对人体和环境造成危害;此外含铅钙钛矿在空气中的稳定性较差,这些因素限制了其进一步商业化应用。因此,开发稳定且具有优异光学性能的非铅钙钛矿纳米晶成为当下研究热点。 2017年,该团队首次在国际上采用飞秒瞬态吸收光谱技术研究了无毒且稳定的Bi基钙钛矿纳米晶的发光动力学,发现缺陷态对载流子存在超快(<20 ps)的捕获过程,是限制其发光效率的关键因素(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 12471);进一步研究发现在非铅双钙钛矿纳米晶中存在两种不同时间尺度的快过程(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 5359);分别对应表面缺陷态和光诱导自陷态对载流子的捕获(Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 2278);通过设计纳米晶由间接带隙到直接带隙的转变,并钝化表面缺陷态,可将带边发光效率提高100多倍(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 17001)。同时,通过调控电子-声子耦合,实现了自陷态激子由“暗”态到“亮”态的转变,最终可实现明亮的宽谱白光发射(Sci. China Chem., 2019, 62, 1405)。这些结果表明非铅钙钛矿纳米晶在显示、照明等领域的潜在应用价值。同时该研究成果为指导设计新型高效发光材料提供新思路。 文章的第一作者是大连化学物理研究所杨斌副研究员。 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): Charge-Carrier Dynamics of Lead-Free Halide Perovskite Nanocrystals Bin Yang, Keli Han Acc. Chem. Res., 2019, 52, 3188-3198, DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00422 作者简介 韩克利,大连化物所首席研究员,博士生导师,课题组长。1983年获山东大学理学学士学位,1990年中国科学院大连化学物理研究所获理学博士学位, 1998年获“国家杰出青年基金”的支持。在JACS、Angew. Chem.、PRL、Nat. Protoc.、Nat. Commun.、 Acc. Chem. Res.、Adv. Mater.等学术刊物上发表SCI学术论文450余篇,他人引用20000余次。2015, 2016和2018年荣获Thomson Reuters全球高被引用科学家名录。 https://www.x-mol.com/university/faculty/22670

来源: X-MOL 2019-12-08

Angew. Chem.:区域选择性可调的亚胺分子内亲核加成反应构建含氮杂环化合物

含氮杂环化合物广泛存在于天然产物和药物分子中,其高效构建对于药物研发具有重要意义,一直是合成化学的热点研究领域。基于亚胺C=N双键的转化是构建含氮杂环的基本策略之一。基于此,尽管已发展了杂Diels-Alder、Povarov、1,3-偶极环加成反应以及串联合成等方法,但发展多样性合成含氮杂环的新方法依然是研究趣向。 近日,华东师范大学周剑教授(点击查看介绍)团队发展了通过调控亚胺分子内亲核加成反应的区域选择性来多样性构建含氮杂环的方法。对亚胺的亲核加成往往发生在带部分正电荷的C端,要实现对N端的亲核加成,则需亚胺碳上具有拉电子取代基来稳定过渡态中产生的负电荷。对亚胺N端的分子间亲核加成反应已有一定进展,但主要利用格式试剂等金属试剂与非环状活泼亚胺反应来制备氨基酸衍生物等,尚未用于含氮杂环化合物的合成。作者认为,若能发展分子内的对亚胺C端或N端的区域选择性亲核加成反应,将为含氮杂环的多样性构建提供一个新策略,因为改变亚胺结构、亲核试剂种类和链接基团均将导向不同的含氮杂环化合物。他们首先尝试在亚胺氮上链接硝基烷烃作为亲核试剂来研究这一设想。经条件优化,发现从靛红和2-(2-硝基乙基)苯胺衍生的亚胺出发,在无机碱/甲醇体系下,主要发生对亚胺N端的亲核加成反应,以95%的产率得到吲哚化合物;而使用手性铜催化剂,则专一地发生对C端的加成,以高产率和er值得到手性氧化吲哚螺四氢喹啉化合物。 图1. 亚胺分子内亲核加成反应的区域选择性调控 通过与四川大学王欣教授(点击查看介绍)合作进行理论计算研究发现,吲哚产物的生成是通过N-亲核加成和硝基的消除来实现,而甲醇和底物以及反应中间体之间的O-H∙∙∙O氢键相互作用起了关键作用。这种作用强于O-H∙∙∙N作用,使得N-亲核加成反应的过渡态能量要低于C-亲核加成。另外,N-亲核加成反应中间体要比C-亲核加成反应的更稳定,对亚胺N端的反应是热力学自发的过程。 图2. 机理研究 利用该方法,可从靛红和2-(2-硝基乙基)苯胺出发,通过一锅法串联反应方便合成系列3-吲哚基取代的氧化吲哚,或高产率和立体选择性得到螺四氢喹啉化合物。α-酮酸酯衍生的亚胺同样能区域选择性生成吲哚衍生物,或在手性相转移催化条件下发生C-亲核加成生成手性四氢喹啉化合物。 图3. 底物拓展 所得N-官能团化的吲哚化合物具有重要合成用途。如利用不对称Michael加成反应作为关键步骤,实现了天然产物(-)-Psychotrimine的形式合成。此外,还可合成多种复杂含氮杂环化合物。 图4. 产物转化 相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。文章的第一作者是王雨卉博士。 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): Regiodivergent Intramolecular Nucleophilic Addition of Ketimines for the Diverse Synthesis of Azacycles Yu-Hui Wang, Jun-Song Tian, Peng-Wei Tan, Qiang Cao, Xue-Xin Zhang, Zhong-Yan Cao, Feng Zhou, Xin Wang,* Jian Zhou* Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201910864 导师介绍 周剑 https://www.x-mol.com/university/faculty/10524 王欣 https://www.x-mol.com/university/faculty/12815 (本稿件来自Wiley)

来源: X-MOL 2019-12-08

Angew. Chem.:新型三维类雷帕霉素小分子芯片助力膜蛋白小分子调节剂的研发

近日,约翰霍普金斯大学医学院药理与分子科学系刘钧(Jun O. Liu)课题组发表题为“利用新型三维类雷帕霉素小分子芯片研发葡萄糖转运蛋白抑制剂(Discovery of a Potent GLUT Inhibitor from a Library of Rapafucins by Using 3D Microarrays)”的研究论文, 通过将类雷帕霉素 (Rapafucins) 文库打印到新研发的三维小分子芯片,开发出葡萄糖转运蛋白(GLUT)的活性小分子抑制剂RgA;RgA能有效地抑制葡萄糖吸收、引起细胞凋亡、并抑制人乳腺癌细胞在小鼠动物模型上的生长。该研究不但阐明了Rapafucins文库在新药和工具分子研发方面具有广阔的前景,也为今后膜蛋白的药物筛选与开发提供一种新的技术模式。 葡萄糖是细胞最主要的能源物质,不仅为生长代谢提供能量,而且作为前体参与合成大分子。葡萄糖由于本身亲水的性质无法通过疏水的细胞膜自由进出细胞,其运输过程需要依靠膜上的转运蛋白完成。葡萄糖转运蛋白GLUT家族成员(目前已知14个),特别是GLUT1,在转运过程中扮演着至关重要的作用。已有研究表明,相对于正常细胞而言,快速生长的肿瘤细胞为满足它们对能量的需求会上调GLUT1的表达。抑制肿瘤细胞的葡萄糖转运蛋白不但能抑制细胞生长,还能使其对其它药物变得敏感。近年来,GLUT1作为肿瘤治疗靶点备受人们关注。 刘钧教授研究组于今年初在《自然-化学》发表研究论文,首次报导了类雷帕霉素小分子文库的设计、合成、筛选与应用(Nat. Chem., 2019, 11, 254-263)。类雷帕霉素小分子文库的设计灵感来自于天然产物雷帕霉素与FK506。两个化合物通过类似的FKBP 结合结构域(FKBD)与蛋白FKBP12 结合,形成二元复合物后再利用完全不同的效应结构域(effector domain) 结合各自的靶标蛋白mTOR 和Calcineurin,形成三元复合物后发挥抗肿瘤和免疫抑制的作用。这种特殊的作用机制使得它们具有更好的稳定性、更高的细胞内富集、更优越的药代动力学和药效动力学等成药优势。根据这两种天然产物的特性,作者通过组合肽库替换雷帕霉素的效应结构域构建了含45000个类雷帕霉素小分子的文库。类雷帕霉素小分子具有雷帕霉素和FK506 的成药优势,更有机会成功发展成为小分子药物,在药物研发领域具有更好的前景。通过对该文库的高通量筛选,作者鉴定了一系列新型抑制剂,其中包括核苷酸转运蛋白1 (ENT1) 抑制剂Rapadocin。Rapadocin不但有着类似于雷帕霉素和FK506的作用模式,而且在小鼠动物模型中能有效抑制肾缺血再灌注损伤。该研究证实了从Rapafucins中寻找膜蛋白,特别是溶质转运蛋白家族成员调节剂的可行性。由于ENT1和GLUT1同属于溶质转运蛋白家族成员,作者决定以葡萄糖转运蛋白GLUT1为例,在Rapafucin文库中寻找新型抑制剂。 近年来,越来越多的文献报导小分子芯片是基于靶标的高效活性小分子发现的强有力手段。作者选择在芯片上引入光交联基团diazirine,经光交联反应后生成活性卡宾分子共价结合类雷帕霉素小分子芯片。和二维芯片不同的是,三维芯片的表面结构是通过在玻璃表面上生长聚合物而形成的,每个聚合物链最多可承载数百个diazirine基团,因此可显著增加类雷帕霉素小分子的结合数量。作者优化了三维芯片聚合物生长时横向和纵向交联剂的比例,发现优化后的三维芯片平均信噪比强度是二维芯片的6倍以上。随后,在HEK293T细胞上过表达GLUT1,接着用detergent DDM把GLUT1从膜上溶出来,然后直接拿细胞裂解物作用于类雷帕霉素小分子芯片上。经过筛选和验证,作者找到了两个潜在的GLUT1抑制剂,并把其中活性最高的命名为Rapaglutin A (RgA)。 为了进一步验证RgA的作用方式和作用机制,作者证实RgA在体内可以作用于GLUT 1,3和4。作者还发现RgA的抑制作用不受高剂量FK506和雷帕霉素的影响,也不受FKBP12、51或者52蛋白敲除的影响,表明了RgA的抑制作用不具有FKBP依赖性。作者和杜克大学Jason Locasale研究组合作,发现RgA短期处理过后,细胞的葡萄糖前期代谢产物有明显的降低,三羧酸循环和氧化还原状态则没有明显变化,进一步表明了RgA作用于葡萄糖代谢的前期。 最后,作者利用人乳腺癌肿瘤移植小鼠模型进行了RgA抗肿瘤活性的体内实验。实验结果表明,经过1个月的给药,2 mg/kg RgA的处理组较对照组明显减轻肿瘤大小,表明RgA的抗肿瘤活性在体内有效。同时,处理组与对照组的体重对比没有明显变化,说明2 mg/kg的剂量在小鼠的耐受范围之内,没有毒性。这些结果表明了葡萄糖转运蛋白新型抑制剂RgA有作为抗乳腺癌的药用前景。 相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,文章的共同第一作者是Zufeng Guo、Zhiqiang Cheng和Jingxin Wang博士。 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 a Potent GLUT Inhibitor from a Library of Rapafucins by Using 3D Microarrays Zufeng Guo, Zhiqiang Cheng, Jingxin Wang, Wukun Liu, Hanjing Peng, Yuefan Wang, A. V. Subba Rao, Ruo‐jing Li, Xue Ying, Preethi Korangath, Maria V. Liberti, Yingjun Li, Yongmei Xie, Sam Y. Hong, Cordelia Schiene‐Fischer, Gunter Fischer, Jason W. Locasale, Saraswati Sukumar, Heng Zhu, Jun O. Liu Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 17158-17162, DOI: 10.1002/anie.201905578

来源: X-MOL 2019-12-08

具有高电压放电平台的柔性水系锌基混合离子电池

从传统的碱性锌电池到如今的中性/弱酸性锌离子电池,基于锌金属负极的水系电池变得越来越安全可靠,也促使它成为可穿戴柔性电子器件中极具应用前景的储能器件。然而对于水系锌电池,工作电压成为制约其实际应用的一大瓶颈。一方面,水系锌电池的工作电压完全受限于水系电解液的电化学稳定窗口,难以取得突破。另一方面,许多文献报道的锌电池在工作时仅能输出很低的放电电压平台,或是没有电压平台,而是呈电容器式的放电斜坡。这些电池尽管具有较高的放电容量(比如基于钒系正极材料的锌离子电池),其实际能量密度并不突出,不利于稳定持续的高能量供给,制约了柔性可穿戴应用的发展。 锂电池领域丰富的研究经验为锌电池的研究提供了许多有价值的参考。由于较厚的水合层以及较大的电荷直径比,锌离子的嵌入/脱出动力学比较缓慢,许多优秀的储锂正极材料并不能很好地供锌离子嵌入/脱出。于此,构建锌/锂离子混合电池不失为一个有效的解决方案,这不仅能利用大量性能优异的锂电正极材料,同时有望实现水系电池平缓、高电压的放电平台,为柔性可穿戴器件提供稳定持续的电压输出。 最近,香港城市大学支春义教授(点击查看介绍)课题组设计了一个以高电位LiVPO4F储锂材料为正极、锌金属为负极的水系混合离子电池。为实现锂离子在LiVPO4F正极可逆的嵌入/脱出,该课题组采用了高浓度的水系双离子电解液(HCE),它具有更宽的电化学稳定窗口,其析氧电位比普通电解液高出0.5 V以上。采用此方案制得的锌基混合离子电池,具有2.1 V的高开路电压,接近1.9 V的放电平台,以及1.8 V的中值电压,是目前所有报导的锌基电池体系中最高值之一。其能量密度达到了235.6 Wh kg-1,高于大部分文献报道的水系电池体系。该课题组进一步制备了基于HCE的固态水凝胶电解质,该电解质具有优异的柔韧性和保水性。基于此固态水凝胶电解质的柔性水系锌基混合离子电池能够在各种弯曲形变下保持稳定的性能,并通过串联组装成自供能的柔性冷光板系统。将两块此柔性水系锌基混合离子电池串联成可穿戴电子表的表带,可以实现0.8 A g-1下3.7 V稳定持续的电压输出,能良好兼容采用传统锂离子电池的电子器件。 相关成果近期发表在Advanced Energy Materials 上,论文的第一作者是香港城市大学博士生刘卓鑫。 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 Flexible Solid-State Aqueous Zinc Hybrid Battery with Flat and High‐Voltage Discharge Plateau Zhuoxin Liu, Qi Yang, Donghong Wang, Guojin Liang, Youhuan Zhu, Funian Mo, Zhaodong Huang, Xinliang Li, Longtao Ma, Tiancheng Tang, Zhouguang Lu, Chunyi Zhi Adv. Energy Mater., 2019, DOI: 10.1002/aenm.201902473 导师介绍 支春义 https://www.x-mol.com/university/faculty/35062

来源: X-MOL 2019-12-08

北京理工大学姚长江课题组诚招特别研究员/副研究员、博士后及研究助理

课题组介绍 北京理工大学姚长江课题组主要从事光电功能材料、光电化学、绿色储能器件等基础前沿交叉领域的研究。本课题组依托爆炸科学与技术国家重点实验室,面向基础研究与军工应用结合,拟开发多种新型有机光电功能材料、高效储能器件(可充放电池、电容器)和绿色合成方法(光、电催化)。 应聘条件及待遇 1. 特别研究员/副研究员 具有良好的教育背景和科研经历,具有2年及以上海外科研工作经历者优先,熟悉相关领域的发展动态,具备较强的学术发展潜力,取得同行公认的学术业绩,在化学、材料方向顶级期刊以第一作者或通讯作者发表论文不少于2篇,具体视研究方向情况。热爱教育科研,为人正直,有团队合作精神。 学校聘任为博士/硕士生导师,优先提供博士生、硕士生招生名额;聘期内实行年薪制,年薪30-36万元(不含学校缴纳的社保和公积金);提供科研启动经费 40-60万元;解决本人的北京市户口,事业编制人员;协助解决子女入学入托等生活问题。 2. 博士后(2-4名) 有光电化学,能源材料化学,有机半导体高分子功能材料化学与物理等相关研究背景,具有有机、高分子及材料合成基础优先;具有独立开展工作的能力,已取得优秀的学术成果,以第一作者发表多篇高水平代表作;热爱科研,勤奋刻苦,学风正派,具有良好的沟通能力。 工资待遇按照北京理工大学相关规定执行,课题组将补齐有竞争力的工资待遇,基础年薪20-50万,依托重庆创新中心年薪可达到50-65万,并根据科研成果提供业绩津贴。入站博士后按照国家有关规定解决本人、配偶及子女在京落户,子女入托入学等生活问题;按照学校有关规定享受与教职工同等福利待遇,其它政策参照北京理工大学博士后研究人员管理办法;博士后研究人员出站后可应聘学校教学、科研、成果转化等岗位,优秀者通过考核优先推荐留校任教,提供赴海外访学交流机会。 联系方式 请有意者将个人简历(包括学习工作经历、研究工作及论文发表情况)等材料命名“姓名+毕业院校+拟聘职位”发送至邮箱:cjyao@bit.edu.cn并抄送yaochemistry@iccas.ac.cn。 联系人:姚长江 地址:北京市海淀区中关村南大街5号北京理工大学 邮编:100081 电话:010-68912728 课题组负责人简介 姚长江,北京理工大学教授,博士生导师。曾获洪堡学者、中科院院长优秀奖等荣誉,受邀参加第63届林岛诺贝尔奖获得者大会。2013年博士毕业于中科院化学所光化学重点实验室,师从钟羽武研究员/姚建年院士,随后留所任助理研究员,2014-2019年先后在德国雷根斯堡大学、维尔兹堡大学和新加坡南洋理工大学从事科研工作,合作导师分别为物理有机化学家Burkhard Koenig教授、德国科学院院士Holger Braunschweig教授/欧洲科学院院士Todd Marder教授和Zhang Qichun教授,主要研究方向为有机光电化学和光电功能材料。近年来已在SCI期刊发表论文近50篇,其中在JACS、Angew Chem、ACS Catalysis 等国际知名期刊以第一作者身份发表20余篇。主持德国洪堡基金会、中德科学中心和中科院等资助的多个项目。课题组处于起步建设阶段,目前已有优秀的青年才俊即将加盟,导师将保障组内良好的学术氛围,打造一流的学术团队。此外,课题组与国内外很多一流的科研单位有长期稳定的合作关系,可以共享中科院和北京高校的诸多资源,为团队成员以后的研究生和博士生的面试推荐和申请出国等方面提供指导和帮助。

来源: X-MOL 2019-12-08

学术党微笑指南:据说,这是每一个科研狗的真实经历...

在人类社会中 科研狗往往被归为一类神奇的种群 他们利用实验室里的瓶瓶罐罐 和堆满屏幕的数据公式 化腐(发)朽(量)为神(数)奇(据) 这个种群有着高度的相似性 并且极易对其他群成员的经历产生共鸣 比如 每个熬夜成精的学术党 都或多或少经历过以下窘境 为了让广大学术党免受通宵的煎熬 远离脱发的伤害 迅速高效地提升论文配图质量 倾情推出 SCI科研绘图速成视频教程 我们很抱歉这是一则广告植入 但这是一则有干货的广告植入 我们总结四年的科研绘图培训经验 近3000名学员的教学实战精华荟萃 按照真正贴合科研一线实际需求的原则 7大科研绘图常用模型 7招论文配图必备技巧 超过120分钟的实战视频教程 涵盖科研领域常用的经典模型和高频技巧 小白变大神由此开启 先来看下都有哪些干货 这细致、严谨、完整、流畅的教程 你还没看够? 别急 我们有高水准、超系统的科研绘图课程 在全国多个城市等你 每月超过5场 报名一次终身免费复听 作为一家与Wiley®和RSC®有着密切合作的机构 我们从八千余幅封面插图作品中 总结出让编辑一见倾心的配图设计规律 帮助无数科研小白成功逆袭成为绘图达人 让众多数据惊人的学霸文章轻松“更上一分区” 作为国内领先的专业科研绘图企业,中科幻彩拥有百位硕博组成的设计师团队,深厚的科研背景+专业的设计水准=每年为超过1000个课题组制作超过3000幅论文配图作品+开课四年内举办超过400场科研绘图培训教授超过4000名学员。NSC金牌设计师,手把手教你如何从小白变大神! 如果你是没基础的科研小白,不要担心入门难,因为我们90%以上的学员都是零基础,经验丰富的金牌讲师,手把手带你从入门到精通; 如果你是有基础的老司机,不要担心课程只是蜻蜓点水浮于表面,充实的案例教学模式,带你挖掘更多隐藏技能,游刃有余玩转各种科研绘图软件。 科研绘图·学术图像专题培训 (基础班) 课程内容 1 “高颜值”论文配图的基本标准 ▲国际期刊投稿对图片的标准清单解读:版式、分辨率、格式、色彩模式; ▲掌握所投期刊的要求,如何利用高质量配图博得审稿人的认可,做到“投其所好”; ▲科研论文配图的图像学知识:位图与矢量图的不同适用场合及优劣对比、原始图像获取的注意事项、投稿返修图片问题汇总分析、各种图像格式的适用场合及优劣对比; ▲结合实例,讲解论文配图常见设计误区及标准解决方案; ▲科研论文配图的设计思路:构图、箭头、线条、文字、配色以及形象化的表现手法 2 图像数据的美化处理 ▲电子显微镜等成像设备的采图原理、及其数据处理差异、采图参数; ▲SCI杂志对图像的尺寸要求、采图原则、后处理注意事项; ▲照片类图像数据的色彩校正深入分析讲解:图像剪裁、颜色匹配、颜色通道合成、明暗对比优化、电镜伪彩上色、黑场白场中性灰场等详解、多图像排版、某些图片数据如何获取原始图等; ▲电镜图的伪彩上色处理,纳米球尺寸/粒径分布测量,光照不均校正/物镜污渍去除,白平衡的规范化调节; ▲图片瑕疵修复及科研论文配图允许范围内的修改方式和操作; ▲图层/蒙版/曲线、调色:曲线/色阶、图像裁剪、像素/尺寸修改、自动拼接、测量、TEM照片上色。 『学习软件:Photoshop』 3 科研论文TOC&Scheme的设计制作 ▲快速制作高质量科研论文插图的基本设计思路与流程,示意图绘制、配色入门、美化图表、论文大图排版、会议展报制作等。学员在老师的带领下练习由简单到复杂的案例,课程结束后学员有能力自己制作Nature等顶刊级别的图表; ▲TOC内容图/Scheme流程图的基本要求,箭头标注的设置制作和使用标准,深入分析并详细解释如何思考布局、设置画布大小、字体与字号的选择、线条粗细、如何科学裁剪图片、如何精准排版、各种标注线和箭头的规范化处理、矢量绘图原理、常见效果及其实现、配色/字体/排版、论文配图要点及如何导出小体积高清图片; ▲AI常规操作及科技绘图常用工具,利用该软件进行数据图的修饰美化、二维图像的设计制作、流程图的排版整合,结合实例详细教授AI绘制科研配图的技巧和要点; ▲文章插图中基本图形的艺术化设计制作,深入剖析高级色彩搭配的要点,两色/三色搭配、主色/辅助色/点缀色、相近色/对比色、论文配色思路,并附赠超值资源包下载。 『学习软件:AI』 4 Photoshop在科研绘图中的应用 ▲结合高档次杂志最新案例进行技术学习,核心技巧如图层/蒙版/曲线、曲线/色阶、图像裁剪、像素/尺寸修改、自动拼接等重点功能; ▲学习高级抠像的常用技巧(并赠送人像美化技法和超值资源素材包下载),根据当场次学员科研背景,详细教授论文配图中常用图形绘制; ▲利用Photoshop实现艺术化封面/配图的设计,顶级杂志的封面设计技巧和基本思路,如何独立完成一张封面的设计。 『学习软件:Photoshop』 5 如何让你的配图更立体、更高级 ▲三维绘图软件在科研论文配图设计中的重要应用,根据当场次学员科研背景进行特定模型素材的制作学习; ▲通过基础科研模型(如甲烷分子等)熟悉工具栏和基本操作,学习常用功能的快捷操作,常用工具的调用:快速创建准确分子模型晶格工具,创建任意弯曲的形状路径变形绑定工具,快速创建规律排列的晶体模型阵列工具,一次性创建大量相同模型散布工具,制作多孔模型布尔工具,自由形式工具绘制细胞表面的凹凸,软选择工具制作材料表面的鼓包等,学习使用Vray渲染器渲染模型和修改材质让图像更加立体生动。 『学习软件:3ds Max/C4D』 6 各种软件的综合运用 ▲结合国际顶级SCI期刊杂志封面及配图进行实战训练,从设计思路的整理、模型的设计制作和图片内容的排版制作进行深度解析,手把手带领学员从零开始设计制作,综合运用包括Chem Office、Origin等科研作图软件以及Ps、AI、3ds Max/C4D等专业绘图软件的各种优势功能,教授PPT软件的高阶使用技巧,包括如何利用PPT制作技术路线图,反应机制图,基本几何图形如矩形/圆形/线条/多边形/箭头等,并使用填充,渐变,阴影等效果; ▲随课赠送原版科研绘图素材包以供学员课后投稿使用,掌握绘制常用图像处理/示意图,轻松应付日常应用场景,并具备以后自我提升的方法能力。 『学习软件:Chem Office、Origin、PPT、3ds Max/C4D』 课程目标 ▲熟练使用国际通用的论文配图制作软件Photoshop、Illustrator、3ds Max及其他图表制作软件; ▲配合制作出符合国际规范的、可投稿至世界任何国际期刊的高质量论文配图; ▲掌握所投期刊的要求,如何利用高质量配图博得审稿人的认可,做到“投其所好”; ▲科研论文配图的设计思路:构图、箭头、线条、文字、配色以及形象化的表现手法; ▲毕业答辩、成果汇报、项目申请书撰写、著作编纂等工作中,需要高质量图片均可轻松应对。 ✔不犯错图像错误; ✔提升日常图像处理效率、准确度; ✔具备部分高级图像分析能力。 案例展示 课程福利 报名后可无限次参加中科幻彩科研绘图同类课程,并随课赠送科研绘图工具书、必备软件下载安装和常用绘图素材包,课后学员交流群持续讨论学习/专业讲师答疑指导。 必备科研绘图软件及素材包下载安装 根据课程安排赠送教材 学员作品 课程特色 ★特色一:无论是3ds Max、Photoshop还是AI都不是专为科研人员而开发。我们课程将从科研实例出发,帮助学员掌握各种技巧和套路,轻松玩转绘图软件。 ★特色二:讲师总结八千余幅科研配图设计经验,带领学员快速入门科研绘图,从设计思路到建模组装、图片渲染,掌握科研中常见模型的绘制方法和图片美化的能力。 ★特色三:将化学、物理、生物、材料等领域中典型模型作为实战案例,同时根据学员专业背景进行素材整理,量身定制课程内容,将学以致用发挥到极致。 ★特色四:建立专属学员微信群,课前专业助教协助安装软件下载素材包,课后讲师长期群内随时答疑,不定期推送绘图技能提升小视频,帮助学员轻松应对科研绘图中的常见难题。 ★特色五:我们承诺:学员一次报名,终身免费复学。无需担忧学不会、学不精,只要你愿意学,幻彩保证奉陪到底。 报名方式 时间地点: 2019年12月14-15日 广州·暨南大学 2019年12月14-15日 北京·中科院物理所 2019年12月21-22日 南京·南京工业大学 2019年12月28-29日 天津·天津大学 2020年1月4-5日 武汉·武汉大学 2020年1月11-12日 成都·中科院成都分院 2020年2月22-23日 合肥•中国科技大学 2020年2月22-23日 重庆·重庆大学 2020年2月22-23日 北京•中科院物理所 2020年2月22-23日 济南•济南大学 2020年2月29-3月1日 上海•复旦大学 2020年2月29-3月1日 天津•天津大学 2020年2月29-3月1日 广州•华南师范大学 具体会议地点以邮件通知为准 (更多场次请扫描下方二维码,表单中的场次实时更新) 注册费用: 原价:2990元/人 团报价:2790元/人(3人及以上) 报名咨询:17686689807(微信同号) 备注:如有专场培训需求,可安排讲师赴贵单位开展专场培训,专场培训价格更优,详询请加课程助理微信:wuruixue2910 提供正规发票(包括会议注册表、邀请函等报销材料)、费用包含两日午餐,住宿及其他费用自理。 老学员复听不再重复安排午餐和资料,请提前联系课程助理报名,并携带身份证现场签到。 报名后将会有工作人员联系学员确认相关信息,具体会议地点以邮件通知为准。 扫描二维码在线填写报名表,工作人员会在收到报名信息的第一时间电话联系确认相关信息。表单报名如出现异常,请联系助教️18560061984(微信同号) 缴费方式: ▷ 银行转账汇款 开户行:北京银行中关村海淀园支行 收款单位:北京中科幻彩动漫科技有限公司 银行账号:20000030083400006498686 备注:姓名+单位+场次 ▷ 支付宝转账 企业支付宝账户:zhongkehuancai@126.com 请核对户名:北京中科幻彩动漫科技有限公司 ▷ 现场刷卡/现金 培训当天可刷公务卡或现金或微信支付,请扫码填写报名信息以便我们提前为您准备发票等报销手续。 常见问题 科研绘图·学术图像专题培训 (高阶班) 如果你有一定的科研绘图基础,想深入学习更全面的设计技能,实现独立设计封面的专业化水平,我们特为有一定绘图基础和已经参加过基础班学习的老学员开设了科研绘图“高阶班”。 课程特色 1. 拥有多年顶刊设计经验的金牌设计师,深度开发你的审美与设计技能 2. 学成之后,学员们可以像设计师一样游刃有余地画图,不仅能够彻底解决自己的论文配图,甚至可以凭借一身绘图技能小赚一笔 3. 此课程仅对有一定绘图基础的学员开设,入学需要通过测试哦。未达到高阶班入学要求的小伙伴,我们提供基础班➕高阶班的打包课程 4. 每期课程仅招收15名学员,根据学员时间安排设置培训日程安排。我们承诺:学员一次报名,终身免费复学。无需担忧学不会、学不精,只要你愿意学,幻彩保证奉陪到底。 课程内容 收费标准 收费标准:3850元/人。发票及相关报销材料会议当天发放,费用包括午餐,晚餐和住宿自理。 培训地点:北京·中科院理化所 培训时间:2020年1月4-5日 报名咨询:武老师 18560061984(微信同号) 收费标准 基础班➕高阶班的打包课程 基础班(原价2990元)➕高阶班(3850元) 仅需4500元 备注: 老学员报名高阶班可以补差价(4500元减去基础班报名费)或者直接缴纳4500元开具发票并退还2000元现金。 学习目标 通过学习科研绘图软件的高阶操作技巧,并通过大量实战演练逐步培养学员独立设计封面等高难度作品的能力,帮助学员实现科研绘图技能的职业化转型,培训结业后能够独立承担绘图设计业务,实现从熟练到精通的目的。 报名方式 扫描二维码在线填写报名表,工作人员会在收到报名信息的第一时间电话联系确认相关信息。表单报名如出现异常,请联系助教️18560061984(微信同号) 缴费方式: ▷ 银行转账汇款 开户行:北京银行中关村海淀园支行 收款单位:北京中科幻彩动漫科技有限公司 银行账号:20000030083400006498686 备注:姓名+单位+场次 ▷ 支付宝转账 企业支付宝账户:zhongkehuancai@126.com 请核对户名:北京中科幻彩动漫科技有限公司 ▷ 现场刷卡/现金 培训当天可刷公务卡或现金或微信支付,请扫码填写报名信息以便我们提前为您准备发票等报销手续。 往期佳作 北京中科幻彩动漫科技有限公司,位于北京海淀区中关村恒兴大厦5F,专业从事科研论文配图制作,由中科院化学所和北京大学研究人员创立,主营包括SCI期刊封面,插图、示意图、TOC、科学动画/科普视频等设计制作,科研绘图培训,有限元仿真模拟与培训,是目前国内最大的科研绘图服务商,现已与Wiley®、Springer®、RSC®和Elsevier®等出版单位建立合作关系。公司设计作品已发表在包括Science Nature Cell PNAS 等各学科国际著名杂志上,拥有超过八千幅的配图制作经验。 更多作品展示请登录 http://www.zhongkehuancai.com 扫描下方二维码回复“绘图教程” 获取全部绘图教程链接

来源: X-MOL 2019-12-07

“简单到发指”的刚玉纳米粒制备,值得一篇Science

高纯度刚玉(α-Al2O3)纳米颗粒具有高表面积以及稳定的物理及化学性质,有着广泛的应用空间。比如,α-Al2O3纳米颗粒可直接用作汽车尾气净化催化剂的载体,无需涂层保护,无惧汽车尾气的高温、高湿度及复杂的化学组成;用作合成氨的催化剂组分,能使催化活性提高3倍;用于在较低的烧结温度下制备断裂韧性和密度较高的陶瓷。不过,想制备高纯度α-Al2O3纳米颗粒并不容易。最简单粗暴的方法,莫过于将大块刚玉破碎,但由于刚玉的硬度很高,仅次于金刚石,研磨等常规方法只能产生微米级的颗粒。而用其他结构的氧化铝(如γ-Al2O3)来合成α-Al2O3纳米颗粒也很难实现,转换这些立方密排氧化物晶格结构的活化势垒非常高。勃姆石(γ-AlOOH)是另外一类可能的原料,目前报道的有两种方法:第一种通过水热法合成α-AlOOH,α-AlOOH经过加热得到α-Al2O3纳米颗粒(图1红);第二种经过两步加热先后生成γ-Al2O3和α-Al2O3纳米颗粒(图1蓝)。这两种方法都需要非常高的反应温度,并且反应时间长,耗能高,不利于规模化应用。 图1. 制备α-Al2O3的两种传统方法和球磨法。图片来源:Science 近期,德国马普煤炭研究所Ferdi Schüth和Amol P. Amrute等研究者在Science 上发表文章,报道了一种简单到“令人发指”的方法——球磨——来解决这些问题。他们以易于获得、廉价的勃姆石(γ-AlOOH)为原料,通过简单的球磨就可以在室温下快速制备高纯度、高表面积刚玉(α-Al2O3)纳米颗粒。γ-AlOOH经过球磨发生机械诱导的脱水反应,并且球磨过程也影响颗粒的表面能,可制备出高纯度、比表面积在120 m2 g−1以上、粒径约为13 nm的α-Al2O3纳米颗粒,整个过程在室温下进行,可在3 h内完成(图1绿)。 表1. 勃姆石球磨前后的变化。图片来源:Science 图2. α-Al2O3纳米颗粒的表征。图片来源:Science 球磨法是一种简单、节能、可规模化的方法,可用于制备纳米材料和进行化学反应。最开始,研究者的兴趣集中在γ-Al2O3上,希望通过球磨γ-Al2O3获得α-Al2O3。但是,γ-Al2O3粉末会在球磨过程中持续团聚,虽然完全转化为α-Al2O3,但所得α-Al2O3比表面积远低于γ-Al2O3。研究者之前在对比表面积为109 m2 g−1的γ-Al2O3粉末进行球磨的过程中加入质量分数为1-5%的水,得到的α-Al2O3的比表面积只有70 m2 g−1。如果继续增加水含量,反而会影响γ-Al2O3至α-Al2O3的转化。 这时,γ-AlOOH由于结构中自带质量分数为15%的水而引起了研究者的注意。他们在室温下对比表面积为89 m2 g−1的γ-AlOOH粉末进行不同时间的球磨。前30分钟γ-AlOOH相没有发生任何变化,60分钟后出现α-Al2O3相和α-AlOOH相,180分钟后γ-AlOOH相完全转化为α-Al2O3相和α-AlOOH相(或者5Al2O3•H2O相),720分钟后只有α-Al2O3相。180分钟后剩下的α-AlOOH相在823K被煅烧后转化为α-Al2O3相。γ-AlOOH球磨体系的比表面积在前60 min的球磨过程中减少,但在60分钟后恢复为原来的数值。动态光散射表征的结果为该体系的粒径在前60分钟的球磨过程中增加和随后减少,表明该体系先团聚后破碎成较小的α-Al2O3纳米颗粒。这个过程在TEM表征中也能体现出来。研究者认为γ-AlOOH结构中的水对于α-Al2O3纳米颗粒的形成和稳定起到重要的作用。γ-AlOOH分解成α-Al2O3的过程释放的水会在团聚的体系中形成裂纹,裂纹促进这个体系的破碎。释放的水对α-Al2O3表面进行羟基化,从而稳定α-Al2O3纳米颗粒。 图3. γ-AlOOH转化为α-Al2O3的过程和相关表征。图片来源:Science 研究者还从热力学的角度分析了上述转化的机理。球磨前,γ-AlOOH的热力学稳定性优于α-Al2O3和γ-Al2O3。球磨过程中,γ-AlOOH含有的水分子增加了γ-AlOOH的表面能,α-Al2O3成为最稳定的相,为从γ-AlOOH至α-Al2O3的转化提供了驱动力。 图4. γ-AlOOH、α-Al2O3和γ-Al2O3的表面能。图片来源:Science 该文作者之一Lodziana博士说道:“与以往的方法相比,我们的方法由于极其简便而突出,只需对粉末进行一段时间的球磨就可以了。重要的是,整个过程在室温下进行,只需数小时就能得到α-Al2O3纳米颗粒。” [1] 大道至简,说的应该就是这种解决问题的方法吧…… 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): High-surface-area corundum by mechanochemically induced phase transformation of boehmite Amol P. Amrute, Zbigniew Łodziana, Hannah Schreyer, Claudia Weidenthaler, Ferdi Schüth Science, 2019, 366, 485-489, DOI: 10.1126/Science.aaw9377 参考资料: 1. An amazingly simple recipe for nanometer-sized corundum https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=53909.php (本文由幻影供稿)

来源: X-MOL 2019-12-07

宁波材料所在热界面材料方面取得进展

随着半导体器件朝着微型化、高度集成化方向发展所带来的功率密度的提高,电子设备的发热量越来越大,热失效已经成为阻碍电子设备性能和寿命的首要问题。据统计,电子器件的温度每升高10 ℃ – 15 ℃,其相应的使用寿命将会降低50%。高效的热管理技术是解决这一问题的关键,其中一种有效的方法就是在发热源和散热器之间填充一层热界面材料。性能优异的热界面材料需要同时具有高的导热系数和良好的可压缩性,但是这两个特征很难同时满足。比如大多数金属具有高的导热系数(70 – 400 W m-1 K-1),但是其压缩模量也很高(70 – 120 GPa),难以填充发热芯片和热沉之间的缝隙;而硅胶虽然具有很低的压缩模量(0.3 – 2 MPa),但是其导热系数只有0.1 – 0.3 W m-1 K-1,难以满足热界面材料对纵向热传导的需求。在硅胶中加入高导热的填料虽然可以提高导热系数,但同时也提高了压缩模量。据相关文献报道,在PDMS中加入垂直排列的碳纳米管阵列后,面外热导率提高到25 W m-1 K-1,但是压缩模量也增加到10 MPa。因此,开发同时具有高导热系数和低压缩模量的热界面材料尤为重要。 近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所表面事业部功能碳素材料团队制备了一种基于垂直排列石墨烯结构的高导热系数低压缩模量的热界面材料。该材料的制备过程如图1所示:对抽滤的石墨烯纸施加横向机械力,使石墨烯具有褶皱结构,然后施加压力得到密实的石墨烯导热垫;该方法使得石墨烯纸的取向由水平变成垂直,实现了石墨烯纸水平传热到垂直传热的转变。 图1 石墨烯导热垫的制备流程 图2 石墨烯导热垫的形貌变化 图2(a – k)为石墨烯导热垫在制备过程中各阶段的形貌变化,最终的石墨烯导热垫在微观上呈现多层结构,中间以垂直排列的石墨烯为主,顶部和底部有一薄层水平排列的石墨烯,整体结构与蜂巢板类似(图2l)。实验所用的作为原料的石墨烯纸的面内热导率为273 W m-1 K-1,经过结构转制之后所得到的的石墨烯导热垫的纵向热导率为143 W m-1 K-1(转化率:52%),已经超过了大多数的金属(如Mo、Zn、In、Ni、Fe等),相应的结果见图3(a – d)。除了拥有高的导热系数,该石墨烯导热垫还具有与硅胶相当的压缩模量,仅有0.87 MPa,远低于金属材料(图3d),有利于在封装时产生变形,实现较低的接触热阻。在30%压缩率下,石墨烯导热垫的面外热导率仍超过了100 W m-1 K-1,接触热阻低至5.8 K mm2 K-1,如图3(e – g)所示。 图3 石墨烯导热垫热导率以及热阻 在实际的热界面性能评测实验中,以石墨烯导热垫作为热界面材料的系统热源温降达到65 ℃,远高于应用商用热界面材料所实现的温降(38 ℃),实验结果如图4(a – c)所示。图4(d – e)为CFD仿真软件对散热过程的模拟,结果显示石墨烯导热垫的接触热阻低于主流的商用导热垫。在图4f中,石墨烯导热垫表现出了良好的热循环稳定性,在经过2500次热冲击测试后散热性能性波动 低于 0.5%;除此之外,该石墨烯导热垫还具有长时稳定性,在20 W cm-2的功率下连续工作7天,加热片与环境温度的差值无明显变化(图4g),显示出良好的热冲击稳定性以及长程稳定性。 图4 石墨烯导热垫的热界面性能测试及仿真 目前相关工作已经发表在ACS Nano。该研究工作获得国家重点研发计划(2017YFB0406000)、中国科学院战略重点研究计划(XDA22000000)、中科院装备(YZ201640)、宁波市重大专项(2016S1002和2016B10038)以及宁波市国际合作(2017D10016)的资助。 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): Metal-Level Thermally Conductive yet Soft Graphene Thermal Interface Materials Wen Dai, Tengfei Ma, Qingwei Yan, Jingyao Gao, Xue Tan, Le Lv, Hao Hou, Qiuping Wei, Jinhong Yu, Jianbo Wu, Yagang Yao, Shiyu Du, Rong Sun, Nan Jiang, Yan Wang, Jing Kong, Chingping Wong, Shigeo Maruyama, Cheng-Te Lin ACS Nano, 2019, 13, 11561-11571, DOI: 10.1021/acsnano.9b05163

来源: X-MOL 2019-12-07

Adv. Sci.:低维金属有机框架材料—合成、性能和应用

由金属离子/簇与有机配体组装而成的金属有机框架(MOFs)材料具有组成多样、孔道结构可调、高比表面积等特点,近年来成为了研究热点。低维纳米材料具有独特的物理化学性质,如高长径比、丰富的表面活性位点等。低维MOFs材料兼具MOFs材料和低维纳米材料的结构特性,在材料科学和化学领域具有极大的吸引力。到目前为止,许多低维MOFs以不同的形态和结构出现,例如一维单层MOF纳米管、六方MOF纳米棒,二维超薄MOF纳米片等。为实现低维MOFs的可控制备,多种合成方法已经被开发出来,如模板法、超声剥离、表面活性剂辅助法等等。此外,近年来各种低维MOFs基复合材料及其衍生的多功能杂化纳米材料被成功制备。由于其独特的结构,低维MOFs及其衍生物在气体吸附分离、多相催化、储能等领域具有广泛的应用前景。 近期,浙江工业大学的曹澥宏教授(点击查看介绍)团队对低维MOFs材料的研究进展进行了系统总结。在该综述中,作者首先介绍了低维MOFs的结构优势,包括良好的柔性和丰富的活性位点等。此外,作者对近年来低维MOFs复合材料及其衍生物的合成策略进行了概述。具体来说,现有一维MOFs材料的制备方法主要可分为模板法和无模板法,模板法是合成尺寸和组份可控的纳米材料的有效方法,但模板的合成和去除过程繁琐,不利于大规模应用。无模板法是基于特定设计的金属盐溶液与有机配体之间的反应直接合成一维MOFs晶体材料,简化了合成过程。 二维MOFs材料的合成主要以剥离法、直接溶液合成法、界面合成法等方法为主。其中,剥离法是在适当的机械力作用下,将层状MOFs晶体剥落成超薄的二维MOFs纳米薄片。然而,在剥离过程中可能同时发生结构破坏和形态畸变,这极大限制了高质量MOFs纳米片的制备。直接溶液合成法能够有效克服剥离法的问题,得到了高质量、厚度可调的MOFs纳米片。但是直接溶液合成二维MOFs纳米片时通常采用表面活性剂等限制MOFs晶体在一定方向上的生长,这不可避免地会阻塞MOFs的部分活性位点。界面合成法是通过限制MOFs晶体在两相界面的生长来制备MOFs纳米片。主要包括气-液界面合成、液-液界面合成和固-液界面合成。 作者进一步介绍了低维MOFs基材料在电催化、储能、气体吸附分离、传感等领域的潜在应用,并阐述了低维MOFs这一研究领域所面临的挑战和机遇。例如,如何精确控制MOFs晶体的生长方向,实现高质量、大规模的低维MOFs制备;如何实现低维MOFs复合材料的可控合成,控制低维MOFs在另一个低维MOFs基体上的异质外延生长过程等。该综述帮助读者全面了解了低维MOFs在合理的设计策略、可控的合成方法和潜在的应用方面的最新进展。 这一成果近期发表在Advanced Science 上,文章的第一作者是浙江工业大学刘文贤副教授。 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): Structural Engineering of Low-Dimensional Metal-Organic Frameworks: Synthesis, Properties, and Applications Wenxian Liu, Ruilian Yin, Xilian Xu, Lin Zhang, Wenhui Shi, Xiehong Cao Adv. Sci., 2019, 6, 1802373, DOI: 10.1002/advs.201802373 曹澥宏博士简介 曹澥宏,浙江工业大学教授。2008年本科毕业于浙江大学。2013年博士毕业于新加坡南洋理工大学,之后留校从事博士后研究。2015年加入浙江工业大学,材料科学与工程学院。 主要研究新型二维能源材料,相关成果在Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev. Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.等期刊发表SCI论文58篇,其中ESI热点论文2篇、高被引论文17篇,他引8300余次(H因子36)。他引次数超过100次的论文22篇。目前主持国家基金2项,浙江省杰青项目1项。担任浙江省材料研究学会理事。获国家优秀留学生奖学金,先后入选省千人计划(2015年)、“钱江学者”省特聘教授(2015年)、“151人才”第一层次(2016年)、“全球高被引学者”(科睿唯安,2018-2019年)。 https://www.x-mol.com/university/faculty/18746 刘文贤博士简介 刘文贤,浙江工业大学校聘副教授。2012年本科毕业于天津大学应用化学专业。2017年博士毕业于北京化工大学。之后加入浙江工业大学材料科学与工程学院。主要研究方向为金属有机骨架(MOF)基材料的合成及其在储能和转化方面的应用。

来源: X-MOL 2019-12-07

Angew. Chem.:限域空间耦合作用实现氧化还原客体调节的纳米分子笼高效光催化产氢

纳米化学空间限域效应往往会赋予材料或者分子更多新颖的物理、化学特性。在配位超分子化学领域,金属-有机分子笼(MOCs)由于其独特的纳米几何结构,被认为是一种理想的人工模拟酶模型。通过选择合适的组装单元及组装策略,化学家们已经构筑出了一系列具有纳米尺寸限域空腔的金属-有机分子笼,并展现出基于空间限域和耦合作用的丰富主-客体化学性质。最近,人们更是将具有氧化还原活性、手性、催化活性等的次级结构单元引入到分子笼结构当中,实现了其在响应、识别、分离、催化等领域的应用。 中山大学化学学院苏成勇教授(点击查看介绍)研究团队长期致力于金属-有机分子笼的组装与微纳化学空间的限域耦合效应研究。基于配位超分子自组装和配位空间功能化的指导思想,他们组装得到了同时集合光氧化还原活性和催化活性中心于一体的Ru-Pd异金属分子笼(MOC-16),并开展了光敏性分子保护(J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 4456),手性分子拆分(Nat. Commun., 2016, 7, 10487),光化学分子产氢器件(Nat. Commun., 2016, 7, 13169)与MOC@MOF多相化光催化(J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 13057),以及不对称光催化偶联(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 3852)等方面的研究。最近,他们又发现在该分子笼的限域化学空间内,具有氧化还原活性的四硫富瓦烯(TTF)客体可以发挥电子中继体的作用,通过与分子笼光化学产氢的氧化还原过程协同耦合,大大提高电子传递效率,进而显著提升光催化产氢性能。实验研究表明,在TTF的调节下分子笼47h的产氢量高达2680 μmol(TON = 1015),产氢能力几乎是不存在TTF下的两倍。为了证明空间限域条件下电子中继体TTF的耦合作用,作者使用分子尺寸较大、不能进入MOC-16空腔的TTF衍生物为客体进行产氢实验对比,结果发现这些客体不仅没有增加产氢效果,反而抑制了MOC-16体系本身的产氢性能。这一结果说明只有能进入分子笼限域空间内部的客体才能发挥协同耦合作用来提升产氢能力,而溶液中自由的氧化还原客体反而会干扰电子传递不利于产氢。 为了进一步研究TTF提高产氢的机理,作者利用核磁、电子顺磁共振(EPR)、荧光等手段研究了它与MOC-16的作用过程。核磁证明只有尺寸合适的TTF才能进入MOC-16的空腔;EPR和荧光猝灭实验表明TTF可以和激发态的MOC-16发生光诱导电子转移(PET),自身被氧化成TTF+•自由基,循环伏安实验则表明激发态分子笼的还原电位(E=1.038 V)高于TTF的还原电位(E=0.357 V),证明了TTF发挥电子中继体作用在热力学上的可行性。据此,作者提出了一种TTF促进光催化产氢的机理:在光照下,分子笼集合的Ru光敏中心从基态跃迁到激发态*[MOC-16-Ru]2+,并将TTF氧化成TTF+•,同时自身被还原为[MOC-16-Ru]+,还原态的光敏中心再发生到Pd催化中心的电荷转移,催化中心最后还原水产生氢气。体系中的电子牺牲剂TEOA将电子转移给TTF+•将其还原为TTF,来推动光催化循环的进行。可以看出,TTF作为电子中继体在MOC-16限域空间发生的氧化还原耦合作用促进了电荷分离及电子传递,这是提升产氢能力的关键,这一结果对研究复杂的太阳能转化体系具有很好的借鉴意义。 相关工作发表于Angew. Chem. Int. Ed.(VIP文章)。文章的共同第一作者是中山大学化学学院博士生吴凯和副研究员李康。 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): Redox Coupling Effect in a Photocatalytic Ru(II)-Pd(II) Cage with TTF Guest as Electron Relay Mediator for Visible-Light Hydrogen-Evolving Promotion Kai Wu, Kang Li, Sha Chen, Ya-Jun Hou, Yu-Lin Lu, Jing-Si Wang, Mei-Juan Wei, Mei Pan, Cheng-Yong Su Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201913303 导师介绍 苏成勇 https://www.x-mol.com/university/faculty/15344 (本稿件来自Wiley)

来源: X-MOL 2019-12-07

柔性汞齐合金膜实现高稳定性锂金属负极

锂金属二次电池在循环过程产生的枝晶生长问题一直困扰着锂负极的实际应用,人工界面SEI膜是解决锂枝晶的重要手段。近日,天津理工大学的丁轶(点击查看介绍)团队通过在金属锂表面原位组装一层锂汞齐薄膜实现了大电流循环下无枝晶锂负极。 锂金属由于其独特的低电位(-3.04 V vs SHE)和高理论容量(3860 mAh g-1)一直被认为是理想的负极材料。但锂金属在反复沉积和剥离过程中体积变化较大,在循环过程中不能在表面形成稳定的SEI膜,导致电解液的持续消耗,造成低库仑效率和较差的循环性能;更重要的是,自发形成的SEI膜机械性能较差,不能有效地阻止锂枝晶的生长,引起内部短路等严重的安全问题。在锂负极表面原位构筑一层人工SEI膜可以调控其组分和结构改善电极与锂结合的表面能,引导锂均匀沉积和成核。相较于碳基材料对锂枝晶的物理限制作用,合金类SEI膜通过合金化反应控制锂离子在电极表面的沉积行为,从根本上抑制枝晶生长。然而,常用的合金材料在常温下与锂反应的动力学性能很差,无法满足商业化电池大容量、高倍率充放电的需求。此外合金材料在循环过程中由于持续的体积膨胀/收缩易出现粉化,从而影响电池的实际性能。 针对这一挑战,天津理工大学丁轶团队通过原位合成柔性锂汞齐SEI膜实现对锂金属负极的有效保护。该SEI膜可通过室温下在锂金属表面分散汞滴制备,形成锂-汞混合负极,这种原位生成的柔性SEI膜作为锂金属缓冲层,在持续沉积与剥离过程中缓冲负极巨大的体积变化。采用合金薄膜保护后的金属锂组装的对称电池在8 mA cm-2的电流密度和8 mAh cm-2的容量下实现长达720 h的循环寿命。与12 mg cm-2的高载量LFP正极或NCM622正极匹配为全电池,该复合金属负极同样表现出优异的循环稳定性,证明该方法具有一定的实用化前景。 这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition,文章作者是天津理工大学教授丁轶、何广教授、申勇立博士和博士生李青文。 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): Flexible Amalgam Film Enables Stable Lithium Metal Anodes with High Capacities Guang He, Qingwen Li, Yongli Shen, Yi Ding Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201911800 丁轶教授简介 丁轶,天津理工大学特聘教授,天津市先进多孔功能材料重点实验室主任,国家杰出青年基金获得者。丁轶教授长期从事纳米多孔材料、先进表征以及高比能电源设计相关的基础和应用研究工作,已在国际知名期刊(Nat. Energy, Adv. Mater., JACS, Angew. Chem.等)发表相关研究论文100余篇,引用10000余次,个人H指数55。 https://www.x-mol.com/university/faculty/53904

来源: X-MOL 2019-12-07

Angew. Chem.:细菌膜嵌入式高效光敏剂分子设计进展

细菌对传统抗生素的耐药性是当今世界面临的最为严重的医疗健康难题之一。在过去的几十年里,世界范围内数以百万计的人群经受由细菌引起的感染疾病威胁,且随着多药耐药细菌(MDR)的出现,这个健康威胁更加严峻。据统计,MDR细菌引起的感染病例一直在急剧上升,给临床医疗带来巨大的挑战。2019年世界经济论坛报告指出:抗生素耐药性对全球健康构成了严重威胁。因此,迫切需要开发新的策略来解决这个严重的问题。 光动力治疗是一种利用特定波长的光激发光敏剂产生活性氧物种以实现治疗的非抗生素新方法。由于其非侵入性和高时空选择性的特点,光动力治疗已经在肿瘤和细菌感染等疾病治疗方面展现出巨大的优势和应用前景。但是,传统的光敏剂的单线态氧效率在水溶液里面往往会降低并伴随着荧光淬灭,从而限制了其在临床上的实际应用。此外,细菌靶向性的缺失也降低了其实际的抗菌效果。因此,一种具有细菌靶向作用,且能在水溶液中依旧保持高效单线态氧产生效率和荧光发射的光敏剂有待进一步开发。 近日,香港城市大学李振声(Chun-Sing LEE)教授(点击查看介绍)、李盛亮博士(点击查看介绍)和新加坡国立大学刘斌教授(点击查看介绍)等联合报道了基于聚集诱导发光(AIE)的细菌膜嵌入式光敏剂(TBD-anchor)。得益于其本身AIE特征的单线态氧发生单元和靶向细菌膜的三季铵盐尾巴,该光敏剂在水溶液里面具有高效的单线态氧(1O2, 0.48)产生效率与特异靶向细菌膜的功能。研究表明,TBD-anchor可通过疏水和静电双重作用与细菌膜产生作用,这有利于该光敏剂在白光光照下产生高效单线态氧而起到原位抗菌作用。抗菌实验表明TBD-anchor对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌同时产生高效的杀菌作用,且在小于5 μM 浓度下TBD-anchor对革兰氏阴性菌(E. coli)、革兰氏阳性菌(S. aureus)和阳性多药耐药菌(MRSA)都超过99.9%的杀菌作用。进一步实验证明,在800 nM浓度下,TBD-anchor可以杀死99.8% MRSA。这是首次报道基于AIE特征的光敏剂在低光强度下,在纳摩级别浓度下依旧具有超强的多药耐药菌抗菌效果,为抗菌光敏剂的设计提供了一个新思路。 图1. 光敏剂TBD-anchor的结构及其渗透到细菌膜的机理示意图 图2. (a) TBD-anchor的吸收和发射光谱;(b) TBD-anchor在不同甲醇和甲苯比例混合液中的发射谱;(c) TBD-anchor在650 nm处发射谱的相对光谱强度; (d) TBD-anchor在白光照射下,ABDA(1O2检测器)在可见光区域下的吸收谱;(d) TBD-anchor 和 (e) RB在白光照射下,ABDA在可见光区域下的吸收谱;(f) TBD-anchor和RB在同一白光照射条件下,ABDA在378 nm处的吸收峰变化。 图3. (a-c) TBD-anchor和阳性菌(E. coli)细菌膜的共聚焦成像图。其中,绿色是阳性菌的DNA, 而红色为TBD-anchor靶向到细菌膜而产生的荧光。阳性菌(E. coli.)在无光照空白对照组 (d)光敏剂无光照 (e) 和光敏剂在光照时抑制下 (f) 的SEM成像。 图4. 光敏剂(TBD-anchor)在不同浓度和不同光照强度下对革兰氏阴性菌(E. coli)和革兰氏阳性菌(S. aureus)的抑制效果。 图5. (a)头孢西丁和光敏剂(TBD-anchor)的治疗效果对比;(b)不同浓度的光敏剂对阳性多药耐药菌(MRSA)的抑制效果;(c) 不同光照强度下光敏剂对MRSA的抑制效果;(d) 和 (e) 为不同浓度和和不同光照强度下对MRSA实体示意图。 小结 新加坡国立大学和香港城市大学联合报道了一种具有细菌膜嵌入式聚集诱导发光(AIE)的光敏剂,该分子是一种在水溶性中具有高效的单线态氧(1O2)产生效率与细菌细胞膜anchoring能力的高效光敏剂。该光敏剂同时解决了细菌细胞膜特异性和水相中活性氧产生效率两个难题。纳摩级别的抗多药耐药细菌效果证实了其独特的抗菌潜能和优越活性,这为后续的抗菌光敏剂研究打下了坚实的基础。 相关结果发表Angewandte Chemie International Edition 上,文章的通讯作者分别为李盛亮博士、李振声教授和刘斌教授。 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): Membrane-Anchoring Photosensitizer with Aggregation-Induced Emission Characteristics for Combating Multidrug-Resistant Bacteria Huan Chen, Shengliang Li,* Min Wu, Kenry, Zhongming Huang, Chun-Sing Lee,* Bin Liu* Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201907343 导师介绍 李振声 http://www.cityu.edu.hk/chem/profile/CSLEE.html https://www.x-mol.com/university/faculty/49758 李盛亮 https://www.x-mol.com/university/faculty/78623 刘斌 http://www.chbe.nus.edu.sg/faculty/cheliub https://www.x-mol.com/university/faculty/40437

来源: X-MOL 2019-12-07

能源转化中的单原子催化

进入二十世纪以来,全球对能源需求量的快速增长极大地促进了多种能源体系的开发、利用以及转化。全球约四分之一的能源消耗过程直接或间接与催化反应相关。与传统纳米催化剂相比,单原子催化剂中的活性组分几乎完全暴露于载体表面,具有接近100%的原子利用率;同时活性中心低配位不饱和状态、独特的电子结构,和金属载体间强的相互作用能够极大地提高活性位点的本征活性。 图1. 单原子催化剂在能源催化转化领域的应用 近日,新加坡国立大学研究团队系统地总结了单原子催化剂在能源催化转化领域的最近研究进展,重点评述了单原子催化剂在碳氢化合物、含氧化合物、氢能源、合成氨工业、精细化工品合成以及电池等领域的应用,讨论了单原子催化剂的结构特征与催化性能的构效关系;同时比较了单原子催化剂与传统纳米催化在具体催化反应(如选择性加氢、水汽转化、丙烷脱氢等)中的优劣。最后结合目前的研究现状,对单原子催化剂应用于能源领域所面临的机遇和挑战进行了展望。作者认为,未来该领域的发展可以从以下几方面入手:1)为了使单原子催化剂能广泛应用于工业生产中,开发简单、易于规模化的合成方法,制备高负载量、高稳定性的非贵金属单原子催化剂显得尤为迫切。2)目前常用的单原子催化剂表征手段很难在真实反应条件研究活性位点精确的电子结构和配位环境,同时所获得的信息通常是统计平均信息,无法给出单一活性位点的特征信息。3)拓展单原子催化剂的应用范围到其他重要的能源相关催化反应中。虽然目前单原子催化剂应用于能源催化转化已大量报道,在需要苛刻操作条件才能发生的反应,如费托合成、重油裂解等反应中,单原子催化剂还未曾涉及。4)理论模拟计算和人工智能用于预测、指导单原子催化剂的合成。目前的理论计算通常在理想条件下模拟催化反应过程,研究真实催化反应条件下单原子催化剂的构效关系对于理解反应机理及催化剂的设计具有重要意义;同时借助高通量筛选、机器学习和人工智能,实现为特定催化反应量身定做高活性、高稳定性的单原子催化剂。5)以单原子催化剂为平台合成具有特定结构的双原子、多原子催化剂。单原子催化剂在催化剂反应中并不总是表现出优异的活性和选择性,特别是需要多个活性位点才能发生的反应,如电催化氧化甲醇反应。以单原子催化剂为平台构筑多原子催化剂,将单原子催化剂(single-atom catalysts)的概念拓展到单团簇催化剂(single-cluster catalysts)对于实现能源的高效催化转化具有非常重要的意义。 相关论文在线发表在Joule 期刊。 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): Transforming Energy with Single-Atom Catalysts Shipeng Ding, Max J. Hülsey, Javier Pérez-Ramírez, Ning Yan Joule, 2019, DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.015

来源: X-MOL 2019-12-07

第三方审查,能否遏制学术不端?

学术不端是个让世界各国学术圈都头痛不已的问题。根据Nature 杂志近期的一篇文章统计 [1] ,历年来(1978-2017)学术论文撤稿最多的国家是美国,撤稿数量占全球撤稿总量的28.1%,中国的名次也很高,紧随美国之后排名第二,占比24.2%。不过,考虑到这一时期美国论文发表量占全球论文发表总量的30.7%,而中国只有8.2%,撤稿与发表论文数量之比,中国尴尬地排在第一。虽然论文撤稿并不一定就代表着学术不端(点击阅读相关:君子撤稿,十五年不晚),但有研究表明,包括捏造或篡改数据、剽窃他人成果等行为在内的学术不端案例占撤稿论文总数的67.4% [2] 。这说明在我国科研实力飞速提升的今天,学术不端行为也随着“水涨船高”。如何有效地遏制学术不端?目前已经成为左右我国科研领域能否健康发展的重要问题。 各国论文发表与撤稿情况对比。图片来源:Nature [1] 其他国家的学术机构对于学术不端问题同样高度重视,也想出了不少遏制的办法,或许值得我国的相关机构参考。近期在Nature 杂志的一篇新闻 [3] ,介绍了国外一些研究所聘请第三方机构对拟投稿学术论文提前进行纠错审查。 2017年6月15日,德国一家颇具声望的生物研究所Leibniz Institute on Aging(也被称为Fritz Lipmann Institute,FLI)陷入了学术危机。一项调查发现,该研究所所长、细胞生物学家Karl Lenhard Rudolph(下文简称鲁道夫)发表的研究论文中有八篇论文数据有误,其中包括图片的不恰当编辑和部分重复。[4] Leibniz协会调查人员虽然没有发现蓄意欺诈行为,但鲁道夫也不能提供原始数据来解释一些问题。最终得出结论,鲁道夫没有尽责监督他的实验室团队,出现了“严重渎职的学术不端行为”。 Karl Lenhard Rudolph。图片来源:FLI / Nadine Grimm FLI新任管理人员着手恢复中心的学术声誉。他们的核心领导人员之一Matthias Görlach联系了一家名为Resis的“学术诚信”调查公司,尝试通过该公司的投稿前外部审查服务避免类似鲁道夫事件的再次发生。FLI的研究人员必须把每一篇研究论文和学位论文送到Resis进行筛查,包括对所有论文中的图像进行分析,对统计数据进行随机检查,并在学位论文中寻找剽窃行为。只有通过Resis审查的论文才能提交投稿。在为FLI分析的最初40份手稿中,Resis没有发现严重错误。但在其中17份手稿中,它找到了至少一个问题,这些问题大多与数据统计有关,例如抽样不足或统计方法不当。FLI的研究人员认为采用这个系统是积极进步的,可以帮助他们避免错误。鲁道夫自己也说,如果检查系统早一点到位,他就能在论文中发现问题。[3] 在美国加州旧金山,Mike Rossner经营了一家名为“图像数据完整性”(Image Data Integrity)的小型咨询公司。作为Journal of Cell Biology 杂志的前总编辑,Rossner经验丰富,专业能力过人,仅依靠双眼,就能发现论文中的问题。他的公司拥有一个筛查系统,Rossner希望通过培训研究机构的相关工作人员使用该系统来进行论文筛查。[3] 说到肉眼查错,就不得不说到下面这位女士。她就是曾在美国斯坦福大学进行微生物研究的Elisabeth Bik,如今已是一位全职的科研诚信顾问。 Elisabeth Bik。图片来源:The Scientist [5] 她曾报道称,在超过20000篇生物医学论文中,超过4%包含了图像不当复制问题。[6] 图片来源:Nature [6] 当然,用肉眼在浩如烟海的论文中去找出问题图片,这实在是太过困难。光靠个人兴趣实在难以长期维持,她自己也说:“我们需要将此作为一种有报酬的职业,还需要大学和研究所投入更多人力。” [5] 人力有限,那计算机呢?目前,已经有研究者开发出了图片比对算法,可在数十万条生物医学论文中自动搜寻重复图片。[7] 重复使用的图片,无论旋转、裁剪、放大及缩小、调整亮度和对比度、模糊等等,统统会被发现(点击阅读相关:造假者们颤抖吧!论文“照妖镜”——图片查重软件来啦)。此外,目前火热的人工智能(AI)技术,也被一些公司用于辅助科学出版。比如成立于2012年的丹麦高科技公司UNSILO,利用基于AI的“无监督概念提取”技术来分析稿件,提取结论与要点,总结研究内容,从而帮助编辑或审稿人做出决定。[8] 美国大型出版服务公司Sheridan,也已经开始向期刊提供图片检查服务,他们也正考虑为学术机构提供类似的服务。[9] EMBO Journal 主编Bernd Pulverer表示,即使论文已经通过第三方公司的审查,期刊也有责任自行检查论文。他说,他负责的期刊会在接受所有论文之前检查所有图片,并且通常会在五分之一的稿件中发现或大或小的问题。这种检查已经持续了十年,出问题的论文比例一直差不多,不过其中直接涉及学术不端的只有极少数(0.5%)。 不过他也说,并非所有期刊都会向他们一样系统地检查所有图片,多数期刊,包括Nature 在内,只是抽查部分图片,这难免会出现漏网之鱼。Pulverer补充道,与科学家所在的机构相比,期刊并没有调查学术不端问题的管辖权,因此研究机构在确保论文质量方面应该发挥更重要作用。[3] UNSILO基于AI的“无监督概念提取”技术。图片来源:UNSILO 本君觉得,基于AI的论文查重及图片审查,或许可能是一个新的创业方向,有相关技术和能力的读者不妨调研一二。但是,先进的技术只是预防学术不端的一个方面。如果严谨的学术不端调查和惩戒体系、以及合理的学术评价体系不能建立并正常运转,再好的技术也作用有限。 说实话,本君并不太相信学术圈功成名就的大佬会刻意为了某篇文章的某个结果故意修改图片,哪怕故意授意手下人去做。毕竟一旦东窗事发,风险兑现的损失远远大于眼前的既得利益或地位。可是,在不少单位唯人才“帽子”、唯项目、唯文章的评审体制下,给PI们设定的科研指标都唯恐不高;PI们再转头给研究团队中的青年教师、博后、博士设定量化指标,压力唯恐不大。坊间总是流传着某某组博士毕业至少要一区文章1-2篇,甚至CNS顶级子刊一篇……如果这些年轻人天赋异禀、刻苦优秀,高压之下也许能激发潜能,渡劫重生。但如果他们只是运气一般的普通人呢?一刀切的指标又会催生什么?在终日被“可能完全做不出”的焦虑所煎熬和铤而走险PS一个让boss满意的结果之间,本君不相信一个心态扭曲的人会对学术研究永远怀着一颗敬畏之心。这种高压力,或许在一定程度上导致在Nature 近期的一项调查中,[10] 中国博士生对于博士生涯的满意度低于世界其他国家的水平。 图片来源:Nature [8] 当然,就算事出有因,任何学术不端问题都应得到严肃处理。但惩戒并不是句号,改善学术评价体系和研究生培养制度,将我国巨大的科研投入和论文数量转化为实实在在的国家软实力,才是各大学研究所、科研基金管理机构、政策制定者所要解决的实际问题。希望这些问题,不会像网络热点事件一样,很快被人们忘记,最终一切又回归于最开始的状态。 后记 学术不端,这个词大伙总能听说,那什么是学术不端行为呢?2019年5月29日,国家新闻出版总署正式发布了《学术出版规范期刊学术不端行文界定》行业标准(CY/T 174-2019),规定于2019年7月1日开始正式实施。该标准对论文作者的剽窃、伪造、篡改、不当署名、一稿多投、重复发表、违背研究伦理等学术不端行为进行了明确的分类和界定,对审稿专家和编辑者的违背学术道德、干扰评审程序、违反利益冲突规定、违反保密规定、盗用稿件内容、谋取不正当利益等学术不端行为进行分类。我们国家的科技部,国家自然基金委员会每年都会在其网站上公开对一些学术不端行为的调查和处罚。[11-12] 参考资料: 1. Five ways China must cultivate research integrity. Nature, 2019, 575, 589-591 https://www.nature.com/articles/d41586-019-03613-1 2. Misconduct accounts for the majority of retracted scientific publications. PNAS, 2012, 109, 17028 https://www.pnas.org/content/109/42/17028 3. The science institutions hiring integrity inspectors to vet their papers. Nature, 2019, 575, 430-433 https://www.nature.com/articles/d41586-019-03529-w 4. Executive Board decides to adopt measures against Leibniz director https://www.leibniz-gemeinschaft.de/en/about-us/whats-new/news/forschungsnachrichten-single/newsdetails/praesidium-beschliesst-massnahmen-gegen-leibniz-direktor.html 5. Eye for Manipulation: A Profile of Elisabeth Bik https://www.the-scientist.com/news-opinion/eye-for-manipulation--a-profile-of-elisabeth-bik-65839 6. Problematic images found in 4% of biomedical papers https://www.nature.com/news/problematic-images-found-in-4-of-biomedical-papers-1.19802 7. Bioscience-scale automated detection of figure element reuse. bioRxiv, DOI: 10.1101/269415 https://www.biorxiv.org/content/early/2018/02/23/269415 8. Using AI to solve business problems in scholarly publishing https://insights.uksg.org/articles/10.1629/uksg.460/ 9. Sheridan’s Image Forensics http://www.sheridan.com/journals/content-preparation/image-forensics 10. PhD students in China report misery and hope. Nature, 2019, 575, 711-713 https://www.nature.com/articles/d41586-019-03631-z 11. 国家自然科学基金委员会科研行为不端举报网址 http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab566/ 12. 国家自然科学基金委员会对历年不端行为的处理决定 http://www.nsfc.gov.cn/nsfc/cen/00/its/jiandu991013/cljd_more.html (本文由乐只君子供稿)

来源: X-MOL 2019-12-06

Tobias Ritter课题组JACS:苄位选择性氧化

自然界中存在多种酶,不需要预官能团化底物就可以选择性地引入含氧官能团,比如,通过脂肪族C-H键的氧合反应进行官能团化。苄基C-H键的键解离能相对较低(约为90 kcal•mol-1),常常出现在这些酶催化反应的底物中。为了合成多样化的小分子候选药物以及鉴定代谢产物,开发将苄基C-H键选择性氧化为醇而不需要从头合成的方法,就显得非常有意义。目前的方法通常是将苄基直接氧化为相应的苯基酮,接着将其还原为醇,但是直接将苄基C-H键氧化为苄基醇在目前仍颇具挑战。 在上个世纪90年代,Groves及其研究团队报道了在手性铁和锰卟啉催化剂以及碘苯的条件下,实现了苄位的对映选择性单加氧反应,但是该反应存在一定的局限性,仅适用于简单的底物(如乙苯)(J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 8537; J. Org. Chem., 1990, 55, 3628)。之后,Que等人开发了各种非卟啉配体(例如salen衍生物、N,N'-(2-吡啶基甲基)二胺配体)以避免血红素型酶催化剂存在的配体氧化问题(J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 5964)。在此基础上,White课题组报道了在铁络合物N,N'-(2-吡啶基甲基)二胺配体以及氧化剂H2O2的条件下,实现了三级C-H键的选择性氧化(Science, 2007, 318, 783)。此外,通过紫外光照射或可见光氧化还原催化生成苄基阳离子的方法也可以使苄基选择性单加氧,但是这些方法仅限于富电子的底物,并且对底物中的烯基和炔基官能团不兼容。 图1. 双(甲磺酰基)过氧化物为试剂的氧合反应。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 2018年,德国马克斯普朗克煤炭研究所的Tobias Ritter(点击查看介绍)课题组利用了双(甲磺酰基)过氧化物(MsOOMs)开发了一种新的芳烃碳氧键形成方法(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 16026)。最近,在前期工作的基础上,他们报道了以MsOOMs为氧化剂实现了苄基选择性的单加氧反应,为苄醇的合成提供了高效的方法,该方法具有良好的官能团耐受性、广阔的底物适用范围,并且反应条件温和(图1)。同时作者对选择性单加氧反应的机理进行了研究,通过质子耦合电子转移(PCET)解释了反应活性的差异,该文章发表于J. Am. Chem. Soc. 期刊。 该反应首先是底物、乙酸亚铜、MsOOMs和TMSOAc在二氯甲烷中反应获得苄基甲磺酸酯,然后在混合溶剂(HFIP:H2O = 1:1)中转换为相应的醇(图2)。该反应的底物兼容性较好,无论是富电子的4-甲氧基亚苯基(6)还是缺电子4-氰基亚苯基(7)都能以优异的收率得到相应的苄基醇产物,这比文献报道的方法具有更广泛的底物范围。烯基和炔基通常情况下对氧化条件非常敏感,在其它脂肪族C-H键氧化反应中通常不能耐受,但是该反应条件却对烯基(8)和炔基(9)均具有相容性。对于含有叔碳、烯丙基和炔丙基的底物(5、8和9),均能得到单一位置选择性的苄基氧化产物。此外,在以往报道的苄基氧化的方法中,一级苄基不能实现相应的单加氧反应,但是此反应中一级苄基也能转化为相应的苄醇(10、11、21)。当反中加入三氟乙酸(TFA)时,该方法对胺也具有耐受性,例如复杂小分子dextromethorphan(15)中的三级胺或17中的吡啶基团。对氨基甲酸酯(16)、酯(12、13、14)、亚胺(14)和环氧化合物(17)的耐受性表明该方法适用于复杂小分子的后期修饰。但是,对于富电子底物的一级和二级苄基选择性单加氧反应,同时观察到少量过氧化产物的生成。 图2. 底物的范围。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 该反应中选择二氯甲烷作为反应溶剂,当使用极性溶剂如HFIP时,会使MsOOMs与芳基取代基发生反应。乙酸亚铜是自由基引发剂,当反应中不加入乙酸亚铜时,富电子芳烃会发生其它副反应,而缺电子芳烃则不发生反应,因此它对富电子和缺电子的芳烃至关重要,但对电中性芳烃则不是必须的。TMSOAc在该反应中作为碱,使甲磺酸副产物去质子化以产生TMSOMs和乙酸。对于富电子底物,苄基阳离子比较稳定,因此生成的甲磺酸苄酯可以电离,在这种情况下,甲磺酰氧基能够被乙酰氧基原位取代,生成稳定的乙酸苄酯。对于电中性和缺电子芳烃,这种取代反应进程非常缓慢,但会得到乙酸苄酯和甲磺酸苄酯的混合物。在这些情况下,2,6-二叔丁基吡啶可用于选择性地获得甲磺酸苄酯产物。因此,该反应的关键在于氧化过程中能否生成甲磺酸苄酯。 该反应的另一特点在于如果底物中存在合适的官能团,可能会实现高的非对映选择性转化,例如(S)-苯丙氨酸衍生物22能够转化为单一的非对映异构体14(图3)。尽管22在苄基氧化后生成了2:1的苄基甲磺酸酯非对映体混合物,但是在HFIP:H2O混合溶剂的作用下以82%的收率得到单一的非对映异构体14,这一结果说明了该取代反应在邻近氧原子的协同作用下遵循SN1过程。 图3. (S)-苯丙氨酸衍生物非对映选择性氧化。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 与其他方法相比,此反应对苄基单加氧反应的高选择性可能是由于反应机理的不同。甲磺酰氧自由基可以通过氢原子攫取(HAA)或PCET过程产生苄基自由基,其电子和质子分别来源于底物的不同位点。为了解释该反应机理的独特之处,作者通过Hammett分析和分子间动力学同位素效应(KIE)实验证明了电子和质子分别来自π-芳基取代基体系和苄基的位置(图4、图5)。密度泛函理论(DFT)计算表明该反应与PCET过程一致,然而并不能排除部分的HAA特征。作者给出的机理也对选择性单加氧反应做出了合理性解释,由于α-氧的吸电子效应,电中性和缺电子的芳烃中第二次PCET会受到抑制,而对于富电子的底物,这种效应则较弱,可以观察到过氧化产物的生成。在反应体系中加入乙磺酸,并没有观察到苄基乙磺酸酯的形成,所以可以排除苄基自由基中间体进一步氧化为苄基阳离子,磺酸与其发生亲核反应生成磺酸酯的可能性。 图4. Hammett−Plot和KIE实验。图片来源:J. Am. Chem. Soc 图5. 可能的反应机理。图片来源:J. Am. Chem. Soc 总结 由于在苄基C-H键氧化过程中较易将醇进一步氧化为酮,因此通过苄基C-H键选择性单加氧反应法合成苄醇具有巨大的挑战性。Tobias Ritter课题组提出了一种通用的苄基选择性单加氧反应合成苄醇的方法,与以往报道的方法相比,该策略具有广阔的底物适用范围和良好的官能团兼容性,作者期望它能应用于医药和农药的探索中。 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): Synthesis of Benzylic Alcohols by C−H Oxidation Lalita Tanwar, Jonas Börgel, Tobias Ritter J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 17983-17988, DOI: 10.1021/jacs.9b09496 导师介绍 Tobias Ritter https://www.x-mol.com/university/faculty/50250 (本文由有所不为供稿)

来源: X-MOL 2019-12-06

磁性颗粒界面组装生长介孔氧化硅材料进展综述

功能多孔复合材料在能源、生物、医学、智能传感等领域具有广阔的应用。作为一种新型功能材料,磁性介孔复合材料集合了磁性纳米材料和介孔材料的特性,因此这类材料在催化、药物控制释放、靶向治疗、吸附分离、智能磁控显示、环境治理等领域具有巨大潜在应用。 为满足实际应用需求,通常要求核-壳磁性介孔材料具有特定的物理参数以及独特的表面化学性质。而基于软模板的超分子界面组装法可以精确调控材料物理参数,例如形貌、孔径、介观结构、尺寸、表面性质,是制备高质量的磁性介孔复合材料的重要手段。 复旦大学邓勇辉教授(点击查看介绍)团队总结了两亲性分子诱导下的界面组装法在制备各种功能核-壳磁性介孔二氧化硅材料方面的原理和规律,基于研究团队长期在核-壳微球材料纳米工程(Nanoengineering)方面的研究经历和对相关研究体系的深入理解,本文深入阐述了该类功能材料的合成方法学、材料形貌、结构和尺寸的调控策略、以及表面性质控制等方面的最新研究进展,并讨论了该类材料在催化、吸附等方面的应用,为推动界面组装法在创制各种功能核-壳材料及其在交叉学科应用研究中提供了理论指导。 一、传统小分子模板剂溶液相组装策略 传统核-壳磁性介孔二氧化硅材料主要采用阳离子表面活性剂(如CTAB、CTAC)或有机硅烷作为软模板,在醇/水体系中,与硅前驱体在磁性颗粒表面进行组装,获得核-壳磁性介孔二氧化硅材料。该方法较简单,孔径尺寸约 2-3 nm,孔道结构通常为无序蠕虫状或垂直发散取向。在小分子吸附分离、药物负载、生物成像领域有广泛应用。 Figure 1. (a) TEM image and (b) the magnetic hysteresis loop of Fe3O4@nSiO2@mSiO2 obtained using C18TMS as both template and silica precursor. (c) The formation procedure and (d, e) TEM images of Fe3O4@nSiO2@mSiO2 Microspheres using CTAB as a template; (f) The magnetic hysteresis loops of (black) Fe3O4 particles, (red) Fe3O4@nSiO2, and (green) Fe3O4@nSiO2@mSiO2 microspheres. (Modified with permissions from American Chemical Society and Royal Society of Chemistry). 二、两相界面组装策略 为满足生物大分子例如蛋白酶的功能负载及传输,2015 年,研究者们提出两液相界面组装法进一步实现孔径尺寸的可控合成。利用有机相的溶胀作用来实现孔径尺寸大范围调控,从而奠定了该材料在生物蛋白酶的固定以及对生物蛋白尺寸选择性降解等各种涉及大尺寸客体分子应用研究的基础。尤其是,结合磁控组装,构建一维核-壳磁性介孔二氧化硅纳米链,被用于先进多功能纳米搅拌子和纳米反应器。 Figure 2. Schematic diagrams showing (a) the synthesis system under various stirring rates and (b) pore enlargement by n-hexane swelled micelles with the assistance of mechanical stirring; SEM images of CS-MMSs obtained at a stirring rate of (c) 170 rpm; (d) 250 rpm and (e, f) 500 rpm; The insets are the corresponding TEM images. (g) Schematic diagram showing the surface modification of pore wall for immobilization of enzyme (CALB) in mesopores; (h) SEM and TEM (the inset) images of CS-MMSs used for enzyme immobilization. (i) Schematic diagrams of separating lysozyme from egg white solution and the controlled release under NIR irradiation using the CS-MMSs. (j) Schematic diagram showing the assembly of magnetic particles during the synthesis under a magnetic field; (k) SEM, (l) TEM images, and (inset in l) pore size distribution of Fe3O4@SiO2@mSiO2 nanochains; (m) SEM image showing the orientated arrangement of nanochains in an applied magnetic field. (Modified with permissions from American Chemical Society, Elsevier, and Wiley). 三、基于长疏水链的两亲性嵌段共聚物界面组装策略 除了采用传统的小分子阳离子表面活性剂为软模板,研究者们进一步开发基于超高分子量的两亲性嵌段共聚物例如 PS-b-P4VP 的界面共组装构建具有可调孔道结构,超大(孔径可达 40 nm)、均一孔径的磁性介孔复合材料。并讨论总结了软模板界面组装规律和遵循法则。为研究者们介观结构在磁性胶体颗粒表面的界面组装合成提供指导意义。 Figure 3. (a) synthesis route and interface co-assembly scheme for core-shell magnetic mesoporous aluminosilicate (Fe3O4@nSiO2@mSiO2/Al2O3) microspheres; (b) schematic diagram shows the electrostatic interaction between the surfactants and core materials; (c) TEM image and (d) size distribution of PS-b-P4VP micelles; (e) SEM and (f, g) TEM images of Fe3O4@nSiO2@mSiO2/Al2O3. (Modified with permissions from Wiley and American Chemical Society). 四、限域空间组装策略 利用空间限域作用,可以将相互作用力较弱的前驱物和表面活性剂进行组装,从而实现在开放体系中无法完成的界面自组装过程。由于空间隔离作用,该方法可以合成出多种不同壳层组成的核-壳磁性介孔微球材料。 Figure 4. (a) TEM image of mesoporous zeolite produced from 3DOM carbon template. (b) TEM image of mesoporous LTA. (c) SEM and (d) STEM images of macroporous ZIF-8 produced from 3D PS monolith. (e) Fabrication scheme for Fe3O4@SBA-15 through confined synthesis; (f) SEM images of the 3-D ordered magnetic macroporous carbon (3DOMC); (g) TEM image of Fe3O4@SBA-15 spheres (inset is the optical photos of magnetic separation of products). (Modified with permissions from the Nature Publishing Group, American Chemical Society, the American Association for the Advancement of Science). 五、其他合成策略 除上述方法,作者进一步总结了近年来发展的一些其他新型组装策略,例如通过控制硅前驱体水解动力学,调控其成核与生长速度,可调控材料的表面形貌,从平滑到粗糙。实现材料表面具有可调的亲疏水性,利用特殊的表面特性可稳定反相微乳液液滴。结合其磁响应内核和介孔壳层,可实现磁操控催化微反应。 此外,除了传统的对称结构,通过界面生长以及表面特性可构建非对称异质结核-壳磁性介孔结构,利用结构两端的亲疏水差异,可用作为易于磁操控和磁回收的新型固体乳化剂和催化剂(载体)。 Figure 5. (a, b) SEM and (c) TEM images of rough Fe3O4@RF@mSiO2 particles. (d) Fabrication scheme (e, f) and SEM images of match-like Fe3O4@mC&mSiO2; (g) Optical photos of Pickering emulsion solution of toluene/H2O in the presence of the obtained dual-mesoporous Fe3O4@mC&mSiO2 Janus and Fe3O4&mSiO2 nanoparticles. (Modified with permissions from American Chemical Society). 六、类“质壁分离”组装策略 最后一部分,作者总结介绍了新开发的“类质壁分离”法构建 yolk-shell 结构的磁性介孔二氧化硅材料。利用具有低交联度的酚醛树脂聚合物壳层在特定溶剂中溶胀-收缩的特点,模拟植物细胞质壁分离过程,制备空腔尺寸可控的 yolk-shell 磁性介孔二氧化硅材料。该思路不仅用来合成无机氧化硅微球,还有拓展制备有机氧化硅层立方块以及异质结结构,以及实现功能纳米颗粒(如贵金属纳米颗粒、上转化纳米颗粒)的同步包覆。 Figure 6. (a) Schematic diagram for plasmolysis process of plant cell; (b) Synthesis procedure for the YS-MMS microsphere. (c) SEM and (d, e) TEM images of YS-MMS with different void size; (f) TEM image of YS-MMS microspheres with Au NPs in-situ loaded into the void space. (g) TEM image of yolk-shell magnetic mesoporous organosilica spheres; (h) The optical microscopy image of the formed Pickering emulsion; (i) Microscopic scenario of the catalytic reaction occurring on the emulsion platform. (Modified with permissions from American Chemical Society and Wiley). 作者从合成以及应用两方面进行了总结和展望,对未来的核-壳磁性介孔复合材料的发展和挑战进行了深入的阐述。并指出如何将具有丰富有机官能团的介孔高分子材料、良好导电性的介孔碳、以及具有氧化还原活性的介孔金属氧化物组装到磁核表面,构建不同功能的核-壳磁性介孔复合材料。如何充分利用材料的磁学性质、微观结构特点和表面化学优势,实现功能性应用,例如尺寸选择性吸附/分离/催化,磁致热催化等。 该论文发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,通讯作者为复旦大学邓勇辉教授,第一作者是电子科技大学岳秦研究员。 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): Recent Advance in Interfacial Assembly Growth of Mesoporous Silica on Magnetite Particles Qin Yue, Jianguo Sun, Yijin Kang, Yonghui Deng* Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI. 10.1002/anie.201911690 作者介绍 岳秦 研究员 2011年在复旦大学获得理学学士学位,同年加入复旦大学赵东元院士课题组攻读博士,导师为邓勇辉教授,2016年在复旦大学获得理学博士学位。2017年加入电子科技大学,基础与前沿研究院,同年入选国家“博新计划”。2018年入选电子科技大学‘百人计划’,担任特聘研究员,2019年入选四川省千人计划。研究方向主要是功能多孔材料的设计合成及应用研究。在Nature Catalysis, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等国际知名期刊发表SCI论文35篇,论文他引超过1300次 (来自web of science),H指数为21。申请中国发明专利6项,4项获得授权。担任Elsevier旗下杂志Chinese Chemical Letters青年编委以及Frontier in Chemistry客座编辑。主持包括国家自然科学基金,博新计划等5个项目。曾荣获上海市优秀毕业生、陶氏化学可持续发展创新特等奖、国家奖学金、优秀博士后等多项荣誉。 https://www.x-mol.com/university/faculty/73514 邓勇辉 教授 2000 年南昌大学获学士学位(无机化学专业);2005 复旦大学获博士学位(高分子化学与物理专业);2005–2007 年在复旦大学赵东元院士课题组从事博士后研究,随后留校并被聘为副教授;2009–2010 在加州大学伯克利分校做访问学者;2011 年起被聘为教授。邓勇辉教授主要从事功能多孔材料的合成及其在智能气敏传感、催化领域中的应用研究。在 Nature Materials、Acc. Chem. Res、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int Ed.、Adv. Mater. 等刊物发表 SCI 论文 140 多篇,论文引用超过 12500 次,H 指数为 56 (Google Scholar)。曾获得教育部自然科学奖一等(第二完成人,2017 年)、教育部自然科学奖二等(第一完成人,2014 年)、教育部首批青年长江学者(2015年)、第二批国家万人计划青年拔尖人才(2015 年)、国家优秀青年基金获得者(2014 年)、上海市青年科技英才(2014 年)、上海市曙光学者(2013 年)和上海市青年科技启明星(2008 年, 2012 年启明星跟踪计划)等荣誉。2014−2018 年连续五年入选Elsevier中国高被引用学者榜单(材料科学);被《J. Mater. Chem. A》期刊评为 2014 年度 Emerging Investigators(全球35人)。中国材料研究学会多孔材料分会常务委员;上海市化学化工学会理事;上海市军民融合发展研究会理事;中国材料研究学会高级会员;中国化学学会会员;中国生物物理学会纳米生物学分会理事;美国科学出版社先进多孔材料(Advanced Porous Materials)副主编;中国化学快报(Chinese Chemical Letters,IF:3.84)执行副主编;澳大利亚研究会(ARC)国际项目评审专家。 https://www.x-mol.com/university/faculty/9666

来源: X-MOL 2019-12-06
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