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应用材料 纳米 能源 药化

上海科技大学刘志教授Photon Science ׀ 基于拉瓦尔喷嘴实现实验室 1 bar 常压 XPS 表征

英文原题：Laboratory-Based Ambient-Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy for Pressure up to 1 bar通讯作者：蔡军，上海科技大学；刘志，上海科技大学作者：Jun Cai* (蔡军)，Yang Gu (顾阳)，Zhen Wang (王震)，Yijing Zang (臧易静)，Shui Lin (林税)，Tao Zhang (张涛)，Yong Han (韩永)，Hui Zhang (章辉)，Zhu-Jun Wang (王竹君)，Zhi Liu* (刘志)背景介绍理解材料的化学态与电子结构，是催化、电化学和环境科学等领域发展的基础。X 射线光电子能谱（XPS）作为研究材料表面化学态的核心技术，在表面科学中发挥着不可替代的作用。然而，传统 XPS 通常在超高真空条件下工作，难以直接研究真实反应环境中的材料状态，这一长期存在的技术瓶颈被称为“压力鸿沟”。为突破这一限制，近常压 XPS（AP-XPS）应运而生。通过差分抽气技术在样品区与分析器之间维持巨大的压力差，AP-XPS 实现了在气体环境中对材料表面的原位表征。随着同步辐射高通量、小光斑、高能量X射线源和多级静电透镜等技术的发展，AP-XPS 的工作压力逐步提升，但在实验室软 X 射线条件下实现真正的常压（1 bar）测量仍极具挑战。本工作提出了一种基于拉瓦尔喷嘴的实验室常压 XPS 方案，通过超音速气流在样品表面形成局域高压区，同时降低分析器入口处压力，在不依赖同步辐射光源的情况下，将实验室 AP-XPS 的工作压力从传统的毫巴量级推进至 1 bar。这一进展为在真实工况下开展催化、电化学和气体传感等研究提供了新的实验平台。文章亮点近日，上海科技大学刘志教授团队在Photon Science上发表了题为“Laboratory-Based Ambient-Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy for Pressure up to 1 bar”的研究论文。研究团队通过引入 de Laval nozzle（拉瓦尔喷嘴） 技术，构建了超音速气流场，成功将实验室 AP-XPS的工作压力上限推至 1 bar以上。这一突破既让实验室直接开展真实工况下的多相催化原位研究成为现实，也成为继“等离子体”近常压光电子能谱（plasma AP-XPS）之后，团队在原位 XPS 表征领域交出的又一重要成果，持续推动着该领域的技术革新。i. 系统设计：当 XPS 遇上超音速流体力学为了在实验室条件下实现1 bar级别的原位表征，研究团队设计了一套精密的高压气体注入系统（图1）。系统集成X/Y/Z三轴高精度位移台与核心部件——拉瓦尔喷嘴（de Laval nozzle），用于在样品表面构建高度局域化的高压反应环境。与常规喷嘴不同，该喷嘴采用特殊几何结构，喉部内径仅150 μm。配合“双激光对光”校准方案（绿光标定喷嘴轴线、红光标定分析器轴线），可将喷嘴产生的超音速气流以微米级精度对准X射线与样品的相互作用点，从而在不牺牲光电子可探测性的前提下，实现“局部常压、整体近常压”的工作模式。图 1：AP-XPS 系统及高压气体注入装置概览。ii. 定量标定的必要性：压力与组分的精准重构在 AP-XPS 实验中，样品表面的局部压力与气体组分往往会偏离进气端设定值。若缺乏严格的定量标定，谱学结论将难以建立在可靠的反应条件之上。因此，构建“压力—流量—角度”以及“输入比例—表面比例”的定量映射，是开展表面化学分析的前提。1）表面压力标定（Pressure Calibration）：拉瓦尔喷嘴产生的是高度局域的压力场，腔体规读数无法代表样品表面真实压力。为此，团队搭建了一个与真实分析几何完全等效的离线测试平台（图2），并在模拟样品位置嵌入电容规，测量不同流量与入射角条件下的表面压力。结果表明：● 表面压力与质量流量呈严格线性关系；● 较大的入射角更有利于获得更高的表面压力；● 在相同流量下，不同气体的表面压力呈现明显的分子量依赖性。图 2：样品表面压力的离线定量标定。2）气体组分校准（Composition Calibration）：在混合气反应中，不同分子扩散速率差异会导致表面实际组分偏离配气比例。例如 H2 的扩散速度远快于CO2，可能在某些流动条件下造成表面组分的系统性偏差。团队引入在线质谱（MS）进行定量校准（图3），并观察到：在更高流速下，表面组分逐渐趋近输入比例（如H2/CO2由3.0偏离至约 2.6）。该结果为后续催化动力学分析提供了可用于修正的定量依据。图 3：混合气体表面组分的质谱原位校准。iii. 核心机制：构建微米级“虚拟高压反应池”如何在保证光电子逃逸的同时，维持样品表面的高压环境？关键在于将高压区域限制在极薄、极局域的空间尺度内。CFD（计算流体力学）模拟给出了清晰的物理图像（图4）：● 超音速射流：N2气体在离开喷嘴后速度迅速超过声速，并在样品表面形成冲击。● 连续流区域：在 X 射线照射区域，Knudsen数<0.01，属于连续流范畴。● 超薄高压层：样品表面上方形成厚度仅约15–20 μm的高压薄层，层内压力可达 1 bar，但离开表面后压力迅速衰减。图 4：样品表面流场动力学的 CFD 模拟研究。iv. 突破泵浦极限：伯努利效应在实验室实现 1 bar 的另一大挑战是差分泵浦系统的负载。如果采用传统的“背充气（Backfilling）”模式，维持 1 bar 样品压力需要极其庞大的泵组。拉瓦尔喷嘴方案则巧妙借助伯努利效应（Bernoulli effect）：在样品表面形成高压的同时，高速气流在电子分析器前端锥口（Front Cone）附近诱导局部低压区，从而显著降低差分泵浦负载。对比结果非常直观：●Backfilling模式：样品压力 1.3 mbar 时，一级差分级压力已升至 8 × 10-5 mbar。●拉瓦尔喷嘴模式：即便样品表面压力高达 500 mbar，一级差分级压力仍能维持在 8 × 10-5 mbar。这一设计将系统的耐压能力提升了近 3 个数量级，使得实验室现有的真空系统完全能够胜任常压实验（图5）。图 5：拉瓦尔喷嘴与传统背充气模式的真空负载对比。v. 终极实测：1 bar 环境下的光电子能谱学所有设计与模拟最终都要接受实验检验。团队在 1 bar 的 N2气氛中，对Pt(110) 单晶进行了原位表征（图6）。结果显示，随着压力从 UHV 升至 1 bar：1) 信号衰减符合理论：Pt 4f 峰强度显著降低（1 bar 时约为 UHV 的 0.2%），但仍可清晰分辨。实验结果与基于电子总散射截面和有效路程的模型高度吻合。2) 特征能量损失峰：在 Pt 4f 主峰动能低端约 13.8 eV 处出现明显卫星峰，直接反映光电子穿过高压 N2薄层时发生非弹性碰撞导致的能量损失。3) 高稳定性：长时间连续扫描与喷嘴复位测试中，信号强度保持稳定，体现了机械结构与对光方案的可靠性。图 6：从 UHV 到 1 bar N2 环境下的原位 XPS 表征。总结/展望本研究通过引入拉瓦尔喷嘴与超音速流体力学设计，在实验室条件下构建了微米级超薄高压气层，实现了 1 bar 条件下的 AP-XPS 表征。该方案在“光电子传输效率”与“真空系统负载”之间取得了关键平衡，为弥合实验室研究与工业工况之间的“压力鸿沟”提供了可复制、可推广的工程路径。面向未来，这一动态气流构型在低蒸气压物质以及液-固界面等场景仍可能受限，但在多相催化、固体氧化物电化学器件、气体传感等典型气-固体系中，它为接近真实工况的原位谱学研究打开了新窗口。同时，该思路也具备向更高光通量平台拓展的潜力，有望进一步推动更高压力、更复杂反应环境下的表界面机制研究。相关论文发表在Photon Science上，上海科技大学蔡军副研究员、顾阳博士生、王震高级工程师和臧易静博士为第一作者，上海科技大学蔡军副研究员和刘志教授为通讯作者。本项目获得了国家重点研发计划“COx定向催化转化的精准表征与动态模拟”项目、国家自然科学基金和上海同步辐射光源ME2平台等的大力支持。Q&APhoton Science:  您对该领域的发展有何愿景？刘志教授：利用实验室光源实现常压条件下的 XPS 解析是一项很有意义的工作：它让我们能够在1 个大气压下开始系统积累表/界面竞争性吸附的变化规律，并且可以在实验室里长期、持续地获取数据，使研究更稳定、更可重复，也更“接地气”。但需要强调的是，这里的“常压”并非传统意义上的静态常压——而是处在接近声速的高速流动所构建的局域常压环境。在这种强流场条件下，化学反应会如何发生？与常规常压体系相比，反应路径、传质过程与界面状态是否会出现新的差异？这些问题本身就令人期待。我也相信，这一技术与我们近期开发的“等离子体近常压光电子能谱（plasma AP-XPS）”一样，都是有望在未来“看见新现象、发现新机制”的关键工具。作者信息蔡军 副研究员上海科技大学物质科学与技术学院王竹君课题组副研究员。本科毕业于南京理工大学，在中国科学院上海微系统与信息技术研究所获得博士学位，师从刘志教授。随后在上海科技大学从事博士后研究，并历任助理研究员等职。蔡军主要围绕表界面催化反应机理，发展和应用同步辐射原位光电子能谱与原位扫描电镜等先进表征手段，开展多尺度、多维度真实反应条件下的原位研究。先后主持国家自然科学基金青年科学基金（C类）项目和面上项目。共发表SCI论文40余篇，其中以第一作者、共同第一作者或通讯作者在 Nature Materials、Journal of the American Chemical Society、Review of Scientific Instruments、Advanced Functional Materials 等国际知名期刊发表论文 12 篇，总引用超过 3500 次。刘志 讲席教授上海科技大学讲席教授、大科学中心主任。1994年毕业于北京大学，获得大气物理与大气环境专业理学学士，在美国斯坦福大学获电子工程硕士、物理学博士。回国前长期在斯坦福线性加速器国家实验室和美国劳伦斯伯克利国家实验室从事科学研究。20多年来主要从事同步辐射原位谱学及其他相关技术的应用研究，特别是近常压光电子能谱对催化和电化学体系表界面的原位表征测量。2013年全职回国后，主要从事同步辐射和自由电子激光原位表征研究和大科学装置建设，主持完成基金委重仪专项“基于上海同步辐射光源的能源环境新材料原位电子结构综合研究平台(SiP•ME2)研制”和重大科技基础设施上海软X射线自由电子激光“活细胞结构与功能成像等线站工程”。目前正在负责基金委重仪专项“超高帧频大动态范围X射线探测系统”的研制，参与十三五国家重大科技基础设施“上海硬X射线自由电子激光装置”的建设，发表论文300余篇。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Photon Sci. 2025https://doi.org/10.1021/photonsci.5c00030 Publication Date: December 15, 2025© 2025 The Authors. Co-published by ShanghaiTech University and American Chemical Society. 关于Photon Science 作为一本国际化、高定位、跨学科的开放获取期刊，Photon Science 重点发表但不限于基于光子、电子、中子设施等重大科技基础设施开展的化学转化与能源材料等领域的研究。期刊同时也报道具有推动化学和材料科学发展潜力的仪器技术、方法学和数据研究方面的进展。期刊将发表多种类型文章，包括研究论文(Article)、通讯(Communication)、综述(Review)、前瞻观点(Perspective)、方法(Methods/Protocols)、评论(Commentary)和社论(Editorial)。2027年12月31日之前提交的所有文章，如果经同行评审后被接收，将自动免除文章出版费（APC） 期刊编辑团队  Photon Science由美国劳伦斯伯克利国家实验室高级科学家杨万里博士担任创刊主编，上海科技大学刘志教授担任创刊执行主编，德国马普学会弗里茨·哈伯研究所Hendrik Bluhm博士、意大利特里斯特电子同步辐射光源Laura Foglia博士、美国阿贡国家实验室Hua Zhou博士担任创刊副主编。编委团队包括来自中国、美国、德国、英国、瑞典、日本、瑞士等国家32位全球顶尖学者。Wanli Yang 博士美国劳伦斯伯克利国家实验室Photon Science 创刊主编刘志 教授上海科技大学Photon Science 创刊执行主编Hendrik Bluhm 教授德国马普学会弗里茨·哈伯研究所Photon Science 创刊副主编Laura Foglia 博士意大利特里斯特电子同步辐射光源Photon Science 创刊副主编Hua Zhou 博士美国阿贡国家实验室Photon Science 创刊副主编所有的稿件都将经过严格的、公平的、高效的同行评审，我们致力于以期刊的文章质量赢得读者的信任。如有任何疑问，请发送电子邮件至eic@photonsci.acs.org。
来源： Photon Science 2026-01-08

北京化工大学许家喜课题组JOC | 硫代喹喔啉酮与D-A环丙烷反应的研究

英文原题：Sc(OTf)3-Catalyzed (3 + 3) Annulation of Quinoxaline-2(1H)-thiones and Donor-Acceptor Cyclopropanes通讯作者：许家喜（北京化工大学）作者：Quanyu Ma, Qingshan Sun, Ningning Li, Jiajing Tan, and Jiaxi Xu*喹喔啉是一类由苯环与吡嗪环稠合而成的杂环芳香化合物。由于其独特的结构特征，喹喔啉及其衍生物在抗肿瘤、抗真菌、抗炎及抗病毒等领域展现出显著的药理活性，因而成为药物化学研究的热点之一。通过在喹喔啉骨架中并入新的环状结构，可以显著改善其生物利用度、靶向性及脂溶性等理化性质，发展出新的药物候选分子。因此，开发高效、普适的喹喔啉三环衍生物的合成方法并构建结构多样性的此类杂环化合物，成为有机合成化学领域的重要研究方向之一。近日，北京化工大学许家喜（点击查看介绍）课题组报道了一种基于给体-受体 [Donor–Acceptor（D-A）] 环丙烷与硫代喹喔啉酮的环化反应策略，实现了一系列喹喔啉并硫代吡喃类衍生物的高效合成。在反应体系中，稀土金属盐作为Lewis酸催化剂活化D-A环丙烷，随后在碱性条件下，硫代喹喔啉酮作为亲核试剂进攻环丙烷，经历开环过程生成2-位硫取代喹喔啉产物。通过优化碱的种类及金属等条件，最终在空气环境下，成功实现该反应的进一步环化，空气中的氧气促使开环中间体生成分子内环化中间体氧化芳构化，最终形成喹喔啉并硫代吡喃类化合物。相关成果在线发表于J. Org. Chem.。在过去的二十年里，得益于其固有的结构张力和"推-拉"电子效应，给体-受体环丙烷已在多种（3+ n）环化反应中展现出显著的应用价值，尤其是在路易斯酸活化下构建结构多样的碳环和杂环化合物。尽管Gladow和Reissig首次利用D-A环丙烷和二硫化碳合成了噻吩（J. Org. Chem. 2014, 79, 4492），但有所不同的是，Werz课题组系统研究了路易斯酸介导的给体-受体环丙烷与结构多样的硫代羰基化合物的(3+2)环化反应，而硫酯类化合物的反应则由其他研究者报道（Chem. Eur. J. 2018, 24, 6062）（图1 A）。然而，迄今为止仅有一篇文献报道了在Sc(OTf)3催化下，吲哚啉-2-硫酮与给体-受体环丙烷在DBU和NXS（X = Cl, Br, I）存在时，通过串联的亲核开环、亲电卤化、分子内SN2反应和芳构化过程实现(3 + 3)环化（J. Org. Chem. 2023, 88, 132）（图1 B）。近年来，许家喜课题组在成功地实现了Sc(OTf)3催化的给体-受体氮丙啶与醛的(3 + 2)环化反应后（Beilstein J. Org. Chem. 2025, 21, 1087），发展了一种由喹喔啉-2(1H)-硫酮与D-A环丙烷(3 + 3)环化生成新型的喹喔啉并硫代吡喃类衍生物的策略。实现了一种由Sc(OTf)3催化、碱介导的硫代喹喔啉酮与D-A环丙烷的反应，成功构建了一系列结构新颖的喹喔啉并硫代吡喃类衍生物（图1 C）。图1. 硫代喹喔啉酮与D-A环丙烷的反应。图片来源：J. Org. Chem.作者以喹喔啉-2(1H)-硫酮（1a）与2-(对甲苯基)环丙烷-1,1-二甲酸二乙酯（2a）作为原料对反应条件进行了优化，反应在最优条件下以94%的产率得到了目标产物2-(对甲苯基)-2,3-二氢-4H-噻吡喃并[2,3-b]喹喔啉-4,4-二甲酸二乙酯（3aa）。为了考察该合成方法的底物适用范围，尝试了一系列含有不同取代基团的喹喔啉-2(1H)-硫酮类底物1（图2）。首先以单取代硫代喹喔啉酮为研究对象进行了底物拓展，但由于此类化合物在制备过程中易产生异构体，后续研究转向双取代喹喔啉酮。带有吸电子基团（1a-1i）的底物均表现出良好的反应活性，产率均在较高水平；然而，其中带有两个甲基的硫代喹喔啉酮（1e）的反应活性较差，只能得到微量的产物。此外，共轭体系扩展的苯并喹喔啉酮（3ja）也能顺利转化为目标产物。为进一步验证底物适用性，通过Suzuki偶联反应制备了一系列硫代喹喔啉酮（1k – 1n），并以优异收率获得相应的环合产物。还研究了其他结构类似的底物：如喹喔啉-2(1H)-酮（1o）、喹喔啉-2-胺（1p）和4-甲基-N-(喹喔啉-2-基)苯磺酰胺（1q）。在最佳条件下，它们均未生成预期产物。图2. 反应底物适用范围研究。图片来源：J. Org. Chem.随后，作者又考察了D-A环丙烷底物2的适用范围（图3）。苯环上带有苯基或兼具富电子和缺电子对位取代基的底物（2a–2h）均能以较好的产率得到相应产物。2-甲氧基苯基和3,4-二甲氧基苯基底物（2i和2j）由于位阻影响，以中等产率得到预期产物。多环芳烃（2k，萘基）、烯基（2l，苯乙烯基）、杂芳烃（2m，3-噻吩基）以及脂肪族（2n，环己基）底物均能以中等产率得到产物。含有两个大位阻叔丁酯的底物（2p）反应活性较低，仅以17%产率得到3ap，而含有两个甲酯的底物（2o）则能以76%的产率得到产物3ao。图3. 反应底物适用范围研究。图片来源：J. Org. Chem.接下来，为证明反应的实用性，作者尝试了克级反应，同样取得了较好的收率，还进行了三种衍生化反应：用间氯过氧苯甲酸（mCPBA）氧化3aa，以98%的产率高效生成相应的砜类化合物5；在10 mol% 醋酸钯催化下，二溴产物 3da与9-菲硼酸发生双重Suzuki–Miyaura偶联，以70%产率得到产物6。将3aa在乙醇中用氢氧化钠于85 °C下反应，以67%的产率生成产物7（图4）。图4. 克级反应与衍生化反应。图片来源：J. Org. Chem.作者还进行了一系列的控制实验来研究反应机理，通过控制各个变量、捕捉反应中间体、开环产物的转化等实验，推测出最后的反应机理（图5）。图5. 控制实验。图片来源：J. Org. Chem.最后，作者对硫代喹喔啉酮与D-A环丙烷反应的机理进行了推测（图6）。首先，给体-受体环丙烷2a与Sc(OTf)3配位形成中间体A，同时喹喔啉-2(1H)-硫酮（1a）被 DBU 去质子化形成硫醇盐B。接着，硫醇盐B对中间体A发生亲核进攻，生成中间体C；该中间体C进而对其自身的C=N键进行分子内亲核进攻，产生中间体D。在有氧条件下，中间体D经历单电子转移过程，生成自由基中间体E和超氧自由基阴离子；后者从DBUH+获取一个质子，形成氢过氧自由基F。自由基F从中间体E攫取一个氢原子，得到中间体G并伴随产生H2O2。随着Sc(OTf)3的解离，最终获得产物3aa，同时释放出Sc(OTf)3以进入下一个催化循环。原位缓慢生成的H2O2则在反应器壁的玻璃表面分解为氧气和水。图6. 反应机理。图片来源：J. Org. Chem.综上，本文在三氟甲磺酸钪（Sc(OTf)3）和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯（DBU）的催化下，实现了喹喔啉-2(1H)-硫酮与D-A环丙烷的 (3 + 3) 环化反应，成功以中等至良好的产率合成了一系列结构多样、官能团化的喹喔啉并硫代吡喃类衍生物。该反应展现出较好的官能团兼容性，且产物易于进一步衍生化，凸显了该环化策略的应用价值。研究工作实验部分由第一作者硕士生马铨屿（底物拓展部分和机理初步研究）和第二作者硕士生孙庆闪（机理研究部分）共同完成，谭嘉靖参与了研究开始阶段的指导工作。研究工作得到了科技部国家重点研发计划项目（2022YFF0709803）基金的资助。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）：Sc(OTf)3-Catalyzed (3 + 3) Annulation of Quinoxaline-2(1H)-thiones and Donor-Acceptor CyclopropanesQuanyu Ma, Qingshan Sun, Ningning Li, Jiajing Tan, and Jiaxi Xu*J. Org. Chem. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acs.joc.5c01673 Published December 22, 2025© 2025 American Chemical Society许家喜教授课题组简介课题组成立以来主要从事有机合成化学、绿色化学及药物合成化学，包括有机合成新方法开发及其反应机理研究等领域，并且在相关领域取得了诸多进展。课题组已经在国际知名学术期刊发表论文多篇，包括J. Am. Chem. Soc., ACS Catal., Chem. Sci., Green Chem., , Org. Lett., Org. Chem. Front., J. Org. Chem.等国际知名期刊。课题组目前有博士研究生4名、硕士研究生7名。许家喜教授简介许家喜，北京化工大学化学学院教授。1987年毕业于北京大学化学系，获理学士，1992年于北京大学化学系获理学博士学位。1992-1994在北京医科大学（现北京大学医学部）药学院做博士后研究。1994-2007年任北京大学化学与分子工程学院副教授和教授。1995年8月至1996年2月，香港中文大学化学系访问副研究员，2000-2002年美国科罗拉多州立大学化学系和Vanderbilt大学医学院微生物和免疫学系博士后，2007年起任北京化工大学化学学院(前理学院)教授。主要从事有机化学研究，包括 (1) 不对称催化合成，包括设计合成新型手性配体和手性催化剂，开发新的不对称催化反应；(2) 手性药物合成及其中间体的合成；手性天然和非天然化合物的合成；(3) β-内酰胺类化合物合成的立体化学研究; (4) 生物活性的氨基酸和肽类化合物的合成。发表学术论文480余篇，其中SCI收录论文400余篇，论文SCI他引9000余次。参编著作3部，合译著作1部。获得国家发明专利15项。同时兼任《化学试剂》副主编，《大学化学》、《Current Organic Synthesis》，《Molecules》等期刊的编委。https://www.x-mol.com/groups/xu_jiaxi1107 （本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Organic Chemistry 2026-01-07

ACS Mater. Lett. | 无需牺牲剂，D-A型有机聚合物光催化剂实现高效核废水铀提取

英文原题：One-step Synthesis of Porphyrin-Based Conjugated Microporous Polymers for Efficient Uranium Extraction通讯作者：赵俏（南开大学），张硕（青岛科技大学）作者：Rufeng Yang#, Yufei Li#, Lin Li, Zhiyuan Zhang, Junhua Wang, Xiongli Liu, Shan Wang, Chuanjiao Wang, Yuhan Liu, Shuo Zhang*, Qiao Zhao*, Baiyan Li随着全球核能产业的发展，核废水中放射性铀的高效提取成为关乎环境安全与资源回收的关键挑战。传统吸附法容量有限，电催化法能耗较高，而光催化技术利用太阳能驱动反应，被视为绿色可持续的解决方案。然而，现有光催化体系大多依赖贵金属或含金属催化剂，面临酸性环境下金属浸出、二次污染以及需要添加牺牲剂等问题，严重限制其实际应用。近日，由南开大学李柏延教授、赵俏讲师领衔，联合青岛科技大学张硕师资博士后，共同在ACS Materials Letters 发表的研究提出了一种解决方案：通过一步法合成具有给体-受体（D-A）结构的卟啉基共轭微孔聚合物，成功实现了在无需牺牲剂、宽pH范围（3-9）内对铀的高效、稳定光催化提取，去除率超过94%，为核废水处理提供了新型纯有机、高性能催化材料。图1. Bpy-Por-CMP 用于光催化铀提取的机制。图片来源：ACS Mater. Lett.光催化铀提取主要依靠两种途径：一是将可溶性六价铀（UO22+）还原为不溶性四价铀（UO2）；二是通过光催化生成H2O2，与UO22+形成更稳定的六价铀沉淀  UO2(O2)•2H2O（含铀矿物）。后者因可在有氧条件下进行，且产物稳定性高，更适用于实际废水环境。然而，现有光催化剂多基于金属氧化物、金属有机框架等含金属材料，在酸性核废水中金属离子易浸出，造成二次污染。此外，大多数高效体系需要添加甲醇、乙醇等有机牺牲剂来提升反应效率，这不仅增加成本，也可能引入新的污染物。因此，开发无金属、无需牺牲剂、高稳定的光催化材料，成为该领域的重要挑战。光催化提取铀的主流路径是借助生成的过氧化氢将可溶性六价铀转化为稳定的六价铀沉淀，此路线虽适于实际环境，但高效催化剂通常依赖金属组分，在酸性核废水中易发生浸出，且大多需要添加有机牺牲剂来维持反应效率，增加了成本与二次污染风险。面对这一困境，研究团队创新性地设计并合成了一种全有机共轭微孔聚合物Bpy-Por-CMP。该材料采用一锅法简易合成，其核心是在分子骨架中构建了由卟啉单元作为光捕获给体、联吡啶单元作为电子受体的强效电荷分离结构。这种独特的D-A构型，相比使用联苯单元的对照材料，能极大促进光生电子与空穴的分离与迁移，为高效催化奠定基础。性能测试表明，Bpy-Por-CMP在模拟太阳光下、无任何牺牲剂时，对50 ppm含铀废水的去除率高达95.4%。该材料展现出优异的实际应用潜力：在pH 3至9的宽范围内保持94%以上的去除率；即使面对200 ppm的高铀浓度或含有多种高浓度竞争性阳离子的复杂废水，去除率仍超过90%；材料同时具备卓越的化学与光化学稳定性，经历多次循环使用及苛刻环境后结构与性能仍保持完好。其作用机制在于，材料受光激发后，电子迅速转移至联吡啶位点，将水中溶解氧高效还原并经由超氧自由基中间体生成过氧化氢，随后过氧化氢与铀酰离子原位反应形成不溶且稳定的准水铀矿沉淀，从而实现铀的固定与回收。这一纯有机、无金属、无需牺牲剂的光催化体系，合成简便、原料成本较低，为核废水的高效绿色处理与铀资源回收提供了极具前景的新材料与新思路，其通过分子结构设计调控电荷行为的策略也为开发更多环境催化材料提供了重要借鉴。图2. （a）Bpy-Por-CMP 和 Bd-Por-CMP 的漫反射紫外-可见光谱，（b）光电流，以及（c）铀提取性能，（d）pH 值影响，（e）初始铀浓度影响，以及（f）Bpy-Por-CMP 竞争阳离子影响。图片来源：ACS Mater. Lett.本研究由南开大学李柏延教授、赵俏讲师领衔，联合青岛科技大学张硕师资博士后共同完成。论文第一作者为南开大学的杨濡峰、李宇飞硕士。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）：One-step Synthesis of Porphyrin-Based Conjugated Microporous Polymers for Efficient Uranium ExtractionRufeng Yang#, Yufei Li#, Lin Li, Zhiyuan Zhang, Junhua Wang, Xiongli Liu, Shan Wang, Chuanjiao Wang, Yuhan Liu, Shuo Zhang*, Qiao Zhao*, Baiyan Li ACS Materials Lett. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.5c01299 Published December 2, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Materials Letters 2026-01-05

中国科学院化学所JCTC | 色散作用诱导的协同摆动耦合双质子隧穿动力学

英文原题：Concerted Swing-Coupled Double Proton Tunneling Induced by Dispersion Interaction: Quantum Dynamics for the Formic Acid Dimer-Fluorobenzene System通讯作者：边文生、曹剑炜（中国科学院化学研究所）作者：Xiaoxi Liu（刘晓溪）, Fengyi Li（李丰毅）, Xingyu Yang（杨兴宇）, Qing Lu（逯擎）, Wensheng Bian（边文生）, Jianwei Cao（曹剑炜）多质子隧穿转移在化学与生物过程中具有重要作用，其中受邻近分子影响的双质子协同隧穿转移尤为关键。例如，DNA碱基对中发生的双质子转移可能会诱导基因突变。然而，当前人们对多质子协同隧穿机理的认识十分有限，远未达到对非相干质子隧穿机理的认识水平。此外，非共价相互作用（特别是色散相互作用）在质子转移中至关重要，但现有研究大多局限于讨论其对过渡态或能垒的影响。图1. 协同摆动耦合双质子转移的示意图。等高线图为沿相关模式坐标截取的一个势能面切面图。黑色实线与红色虚线分别表示双质子转移的最小能量路径与隧穿路径。最近，中国科学院化学研究所的边文生教授课题组对甲酸二聚体（FAD）-氟苯（PhF）体系的双质子转移隧穿过程（图1）开展了量子动力学研究。研究发现FAD-PhF体系中弱色散作用并未显著改变FAD内的双质子转移能垒，而是诱导了FAD摆动与双质子转移的耦合。作者揭示出这是一种涉及双质子转移和FAD摆动的三重协同现象。该现象具有降低质子隧穿速率的作用，被命名为协同摆动耦合双质子转移（CSC-DPT）。这一发现为理解非共价相互作用调控核量子效应提供了新的见解。作者基于DLPNO-CCSD(T)/aug-cc-pVTZ水平的高精度从头算，结合局部能量分解（LED）分析，证实了色散相互作用是稳定FAD-PhF体系的主要驱动力。进一步，基于26000多个对称性唯一的DLPNO-CCSD(T)/aug-cc-pVTZ水平的从头算点，采用双虚原子模型（图2）和双层策略构建了FAD-PhF体系的高精度30维从头算神经网络势能面。该势能面能够很好地再现从头算结果（图3）。图2. 甲酸二聚体-氟苯中的双虚原子模型。图3. 甲酸二聚体-氟苯势能面上最小点（上图）及异构化鞍点（下图）的构型与关键几何参数。键长单位为埃（Å），键角单位为度（°）。基于此势能面，作者使用该研究团队多年来建立和发展的高效量子动力学方法系统研究了该体系的双质子转移过程。多维量子动力学计算结果显示，包含摆动模式的六维（6D）计算所得基态隧穿分裂值（0.00898 cm-1）与FAD-PhF实验值（0.00892 cm-1）高度吻合，不考虑摆动耦合的4D计算结果（0.01187 cm-1）则接近孤立FAD的隧穿分裂实验数据（0.01137 cm-1）。这证实了FAD摆动与双质子转移的耦合是导致隧穿速率降低的关键因素，从而揭示了环境分子通过动力学耦合而非调控能垒来影响隧穿过程的新机制。这一发现不仅揭示了色散相互作用通过低频运动调控质子转移速率的物理本质，还为分子钟和量子比特设计提供了新思路。FAD-PhF体系的基态隧穿分裂处于微波场可操控范围，其隧穿双重态可作为量子比特的|0>和|1>态。该研究结果深化了对核量子效应的认识，在生物分子质子转移、量子信息存储等领域具有重要意义。该项研究最近发表在Journal of Chemical Theory and Computation 期刊。该论文第一作者为中国科学院大学博士研究生刘晓溪，中国科学院化学研究所边文生研究员及曹剑炜副研究员为共同通讯作者。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）：Concerted Swing-Coupled Double Proton Tunneling Induced by Dispersion Interaction: Quantum Dynamics for the Formic Acid Dimer-Fluorobenzene SystemXiaoxi Liu, Fengyi Li, Xingyu Yang, Qing Lu, Wensheng Bian*, Jianwei Cao*J. Chem. Theory Comput. 2025, 21, 19, 9290–9299https://doi.org/10.1021/acs.jctc.5c01119 Published September 8, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： X-MOL 2026-01-02

华东理工大学ACS AOM | 金属配位与结构限域协同增效：高性能室温磷光材料的合理设计与信息加密应用

英文原题：Synergistic Enhancement of Room-Temperature Phosphorescence through Metal Coordination and Structural Confinement通讯作者：李大伟、陈斌斌（华东理工大学）作者：Eshtiag Abdalla Ibrahim Mohamed, Li Ya Liang, Da Jun Wu, Jia-Yi Chen, Yating Gao, Da-Wei Li*, Bin Bin Chen*近日，华东理工大学李大伟教授、陈斌斌博士研究团队报道了一种基于钪–蛋氨酸配位结构的室温磷光材料（Sc/Met-PMs），通过金属配位与无机盐包覆的结构限域策略，可协同提升其磷光强度与寿命，并成功应用于动态信息加密系统。室温磷光材料具有长寿命发光、低背景干扰等特点，在信息防伪、加密存储及生物成像等领域颇具潜力。然而，传统有机磷光材料往往因系间窜越效率低、三重态激子易猝灭等问题，其发光效率与稳定性受到限制。近年来，研究人员通过重原子效应、主客体掺杂、晶体工程等策略改善其性能，但在实现高强度、长寿命且稳定的室温磷光方面仍面临挑战。针对上述问题，该团队提出了一种“配位刚性化 + 结构包覆限域”的双重增效策略。首先通过水热法合成Sc/Met-PMs，利用Sc3+与蛋氨酸中羧基的配位作用构建刚性结构，促进系间窜越并抑制非辐射衰减，使磷光强度较纯蛋氨酸提升约13倍。随后，进一步采用NaF包覆处理，在材料表面形成致密无机盐层，有效隔绝氧气与水分，并进一步限制分子振动，从而使磷光寿命从159.97 ms延长至251.31 ms，提升约1.57倍。该材料展现出优异的激发波长依赖发光行为：在302 nm与365 nm紫外光激发下，分别呈现青白色与绿色磷光，且发光可持续1秒以上，肉眼清晰可辨。基于这一特性，研究团队设计了“鸟”与“蝴蝶”等多图案加密演示，展示其在动态信息隐藏与防伪方面的应用潜力。机理研究表明，Sc3+配位不仅作为重原子促进系间窜越，同时也通过形成Sc–O键增强结构刚性；而NaF包覆层则通过物理隔离与限域效应，进一步抑制三重态激子的非辐射衰减路径。这种“内外协同”的增强机制，为今后合理设计高性能室温磷光材料提供了新思路。该研究不仅开发出一类具有实际应用前景的磷光材料，更通过清晰的构效关系阐释，为多功能磷光材料的设计与调控提供了理论参考，推动光电材料在加密存储与智能显示等领域的发展。相关工作近期发表在ACS Appl. Opt. Mater. 期刊上，文章的通讯作者是华东理工大学的李大伟教授和陈斌斌博士，华东理工大学博士生Eshtiag Abdalla Ibrahim Mohamed、梁丽雅和吴大军为共同第一作者。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）：Synergistic Enhancement of Room-Temperature Phosphorescence through Metal Coordination and Structural ConfinementEshtiag Abdalla Ibrahim Mohamed, Li Ya Liang, Da Jun Wu, Jia-Yi Chen, Yating Gao, Da-Wei Li*, Bin Bin Chen*ACS Appl. Opt. Mater. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acsaom.5c00452 Published November 24, 2025© 2025 American Chemical Society导师介绍李大伟https://www.x-mol.com/university/faculty/10514 （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Applied Optical Materials 2025-12-31

上海药物研究所/中山药创院吴小伟团队Precision Chemistry | 钌催化发散性合成高烯丙基硫醚、硒醚及硫鎓叶立德

英文原题：Divergent Synthesis of Homoallylic and Allenic Sulfides, Selenides, and S,C-Sulfonium Ylides by Ruthenium Catalysis通讯作者：吴小伟，中国科学院上海药物研究所/中科中山药物创新研究院作者：Zhiyue He (何芷玥), Li Wu (吴莉), Yanli Ma(马艳丽), Liting Wen(温立婷), Xueqing Liu(刘雪晴), Wenqian Ding(丁文倩), Wanqi Hu(胡万祺), Xiaowei Wu*(吴小伟)背景介绍过渡金属催化的卡宾转移反应已成为构建碳-杂键及分子骨架重构的高效方法，其中 Doyle-Kirmse 反应通过重氮化合物与烯丙基硫醚的金属卡宾介导过程，经硫鎓叶立德形成与 [2,3]-σ 迁移重排，为碳-碳、碳-硫/硒键构筑及高烯丙基硫（硒）化物合成提供了重要途径。该反应通常依赖重氮化合物作为卡宾前体，但此类化合物的不稳定性、毒性及易爆性带来显著安全隐患，开发更安全的替代前体成为研究热点。同时，硫醚、苯并噻吩等含硫（硒）化合物广泛存在于药物、材料及天然产物中，硫鎓叶立德作为关键中间体在环化、亲核反应中具有重要应用，而碘叶立德虽在金属介导反应中展现丰富反应活性，其在 Doyle-Kirmse 类型反应及叶立德转移反应中制备硫鎓叶立德的应用仍有待开发，且存在催化体系效率、选择性调控及底物适用范围等挑战。此外，N- 酰基硫代磺酰胺与多种试剂的反应已用于亚磺酰亚胺合成，但与碘叶立德的反应尚未见报道。基于此，本研究开发了钌催化体系：以稳定的碘叶立德替代重氮化合物，通过 Doyle-Kirmse 类型反应结合罕见的脱羰过程，实现高烯丙基 / 联烯基硫（硒）化物的发散合成；同时本研究还首次报道 N-酰基硫代磺酰胺与碘叶立德的钌催化叶立德转移反应，在温和条件下高效制备硫鎓叶立德，为含硫（硒）功能分子的安全构筑提供了新策略（图1）。图1. 过渡金属催化的 Doyle-Kirmse 反应及叶立德转移反应文章亮点该反应以碘叶立德和烯丙基/炔丙基硫（硒）醚或N-酰基磺胺为原料，在[RuCl2(p-cymene)]2催化下，经关键的钌卡宾中间体，分别经由Doyle–Kirmse、脱羰途径或叶立德转移途径，发散性地获得不同产物。在最优反应条件下，作者对碘叶立德、烯丙基/炔丙基硫（硒）醚及N-酰基磺胺这三类底物进行了系统考察（图2）。结果表明，该策略具有优异的底物普适性与官能团耐受性。各类给电子或吸电子基取代的碘叶立德、脂肪族/芳香族/杂环取代的硫（硒）醚，以及不同保护的N-酰基磺酰胺，均能顺利参与转化，以中等至优秀的收率获得目标分子。图2. 底物扩展总结/展望本研究报道了一种钌催化的发散合成策略，以碘叶立德为原料高效制备高烯丙基硫（硒）化物、联烯基硫（硒）化物及硫鎓叶立德。该方法的核心在于：通过钌催化碘叶立德的 Doyle-Kirmse 型反应，伴随罕见的脱羰过程，实现高烯丙基 / 联烯基硫（硒）化物的选择性合成。反应条件温和，底物适用范围广且官能团耐受性良好，通过采用稳定无爆性的碘叶立德替代传统重氮化合物，显著拓展了 Doyle-Kirmse 类型反应的应用范围。此外，本文还报道了一种钌催化的叶立德转移策略，在温和条件下实现 N - 酰基硫代磺酰胺与碘叶立德的偶联反应，高效制备多种结构新颖的 S,C - 硫鎓叶立德。该策略同样具有底物范围广、官能团兼容性优异及催化剂成本低廉等优势，放大实验与后续衍生化研究进一步验证了其实际应用价值。综上，本方案为多样化硫鎓叶立德的精准合成提供了通用路径，同时为该类中间体在合成化学领域的应用开辟了新的机遇。通讯作者信息吴小伟 副研究员吴小伟，2021年起担任中科中山药物创新研究院/中国科学院上海药物研究所副研究员，课题组长。近年来主要针对肿瘤、病毒和神经系统等疾病进行小分子创新药物开发研究，并探索类药性杂环合成新方法及其在药物发现过程中的潜在应用。研究工作发表在ACS Catal.、APSB、Chem Catal.、Green Chem.、JMC、Precis. Chem.、Org. Lett.、Org. Chem. Front.、Chem. Commun.等期刊上，累计发表论文39篇。Google Scholar总引用1198次，h-index = 22。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Precis. Chem. 2025, ASAPPublication Date: November 14, 2025https://doi.org/10.1021/prechem.5c00098 © 2025 The Authors. Co-published by University of Science and Technology of China and American Chemical Society关于 Precision ChemistryPrecision Chemistry由中国科学院院士、中国科学技术大学杨金龙教授担任主编，美国加州大学洛杉矶分校的段镶锋教授担任执行主编，日本理化学研究所Kenichiro Itami教授和德国明斯特大学Harald Fuchs教授担任副主编，以及中国科学技术大学钟文婉教授担任专题编辑。编委团队包括来自中国、美国、瑞士、法国、德国、日本、澳大利亚等国家的43位顶尖学者，以及26位来自8个国家的优秀青年学者组成的青年编委团队。2025年12月31日前投稿的文章免收文章出版费（APC）Precision Chemistry目前已被ESCI，Scopus，PMC， DOAJ，CAS 等数据库收录，IF 6.2，JCR Q1。所有的稿件都将经过严格的、公平的、高效的同行评审，我们致力于以期刊的文章质量赢得读者的信任。如有任何疑问，请发送电子邮件至eic@pc.acs.org。杨金龙院士中国科学技术大学Precision Chemistry 将发表化学及交叉领域中以精准化为导向的高水平的具有重要意义和吸引广泛兴趣的原创研究，包括但不限于计算、设计、合成、表征、应用等方面的前沿性研究成果，将秉承尊重科学、兼容并包的态度，为全球科研人员提供高质量的、开放的学术交流平台，服务于广大的化学和科学界。期刊将发表原创论文、快报、综述、展望、以及多样化的短篇社评。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision6.24.425
来源： Precision Chemistry 2025-12-30

天津大学高峰课题组JACS Au | FLVCR2中胆碱跨膜转运的摇杆开关机制：动态门控残基与跨膜螺旋的协同调控

英文原题：Rocker-Switch Mechanism of Choline Transmembrane Transport in FLVCR2: Dynamic Latch Residues and Cooperative Regulation of Transmembrane Helices作者：赵晓宇，高峰*通讯作者邮箱：fgao@tju.edu.cn摘要作为主要促进因子超家族（Major Facilitator Superfamily, MFS）的关键成员，FLVCR2在胆碱跨膜转运中发挥核心作用。本文通过分子动力学（molecular dynamics, MD）模拟阐明了该转运蛋白完整的构象循环与能量调控网络，揭示了其独特的“摇杆开关”机制。结果表明，胆碱转运依赖于外细胞通道静电网络与疏水表面的协同调控。入口处负电残基通过强相互作用驱动胆碱进入通道，W125残基辅助初始锚定并防止异常释放，确保底物在通道腔内稳定迁移至结合位点。随后，跨膜螺旋束的协同滑动及胞质环的铰链式柔性运动促使蛋白从外向开放态向闭合态转换，实现内外通道的交替开启与关闭。此时，动态门控残基对随内外通道交替开启或关闭。长时间模拟完整捕获了多次闩锁残基对的动态门控行为及通道孔道重塑，揭示了蛋白的连续构象转变。细胞内胆碱释放通过疏水锚定解除、静电门控调节及正电残基引导共同完成。最终，FLVCR2通过跨膜螺旋反向滑动及胞质侧门控残基收紧重置至闭合状态，启动新的转运循环。关键词：FLVCR2，胆碱转运，摇杆开关机制，静电门控，底物识别，构象转变前言胆碱作为一种必需的水溶性营养素，支持细胞和神经稳态¹。通过肯尼迪途径，胆碱被转化为磷脂酰胆碱——一种维持细胞膜流动性和完整性的关键膜结构成分²⁻⁴。除结构功能外，胆碱还可在线粒体中氧化生成甜菜碱，作为表观遗传调控的甲基供体⁵⁻⁶。同时，胆碱也是神经递质乙酰胆碱的前体，后者在介导突触传递中起关键作用。在膜转运系统中，主要促进因子超家族（Major Facilitator Superfamily, MFS）代表了一类关键的膜转运蛋白，广泛参与单糖、代谢物及药物等多种小分子底物的跨膜转运⁷。其转运机制依赖蛋白质构象的动态变化，以驱动不同功能态之间的转换。MFS转运体通常遵循“摇杆开关（rocker-switch）”机制，这是交替访问模型（alternating access model）的一种经典形式。该机制通过结合位点在细胞外与细胞内通道之间的循环交替开放，促进底物转运⁷⁻¹⁰。其广泛的底物特异性使其能够参与多种细胞生理过程，如离子稳态、信号传导和营养吸收。FLVCR2（Feline Leukemia Virus Subgroup C Receptor 2，又称SLC49A2）是MFS家族的一员，在多种哺乳动物重要组织中广泛表达¹¹⁻¹⁴。早期研究提示其可能在巨噬细胞中介导血红素铁转运，但其生理功能长期存在争议¹⁵⁻²⁰。然而，近期证据表明其在胆碱转运中发挥关键作用 ²¹⁻²³。传统观点认为，血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）对胆碱的摄取高度依赖于主动转运系统。长期以来，高亲和力胆碱转运体CHT1一直被认为是中枢神经系统胆碱供应的关键蛋白²⁴。然而，CHT1的功能主要局限于神经元微环境，无法解释BBB内皮细胞中高效胆碱摄取的机制²⁵。近年来，FLVCR2因其在BBB内皮细胞中的特异性表达而备受关注。多项研究陆续揭示，FLVCR2作为BBB中的主要胆碱转运体，能有效介导胆碱和乙醇胺的转运，并显著影响脑内胆碱稳态²¹⁻²³。这些发现解决了困扰科学界半个多世纪的难题。在一项突破性研究中，Mancia团队证实FLVCR2是BBB中主要的胆碱转运体²¹。他们证明FLVCR2表达显著增强了胆碱摄取，表明大脑中的胆碱转运在很大程度上依赖于FLVCR2的功能。此外，他们还解析了FLVCR2与胆碱结合状态的高分辨率三维结构。值得注意的是，Safarian团队的同期研究也证实了FLVCR2在胆碱转运中的关键作用²²。然而，传统结构生物学技术受限于时间分辨率，仅能提供离散的构象快照，而无法捕捉长时间热点残基的动态变化。FLVCR2在胆碱转运过程中经历一系列复杂的结构重排，这些重排构成了其转运效率的基础。尽管目前已经在FLVCR2静态结构解析方面取得了进展，但由于连续构象捕捉技术的局限以及功能性动态数据集的缺乏，其转运循环中构象态之间的动态耦合过程尚未通过整合的实验—计算分析得到验证。近年来增强采样（enhanced sampling）方法已成为研究膜转运蛋白动力学行为的强大工具，在过去十年中成功应用于多种膜转运蛋白系统 。这些方法能够表征大规模构象重排，例如由交替访问模型控制的“电梯式”结构域运动²⁶⁻²⁸，揭示转运循环中的自由能景观特征²⁹⁻³¹。基于这些进展，本文旨在通过揭示不同构象状态如何促进底物转运，阐明其潜在“摇杆开关”机制的分子基础，来深化对FLVCR2在胆碱转运过程中动态行为的理解。通过捕捉不同构象状态之间的动态过渡，揭示了FLVCR2促进胆碱跨膜转运的详细分子机制。借助增强采样方法，本研究模拟了胆碱从结合、跨膜转运到细胞内释放的完整过程，捕获了系统内关键的分子间相互作用，并定量表征了热点残基在转运中的关键作用。这些发现为FLVCR2推定的“摇杆开关”机制提供了动态的新见解，并通过相互作用图谱揭示了功能关键残基的时空协调，这可能为开发基于构象的脑靶向治疗策略提供新视角。结果与讨论胆碱进入FLVCR2的细胞外门控和能量耦合：FLVCR2在外向开放态表现出典型的MFS转运蛋白结构，由两个伪对称的六螺旋束形成中央通道。基于初始构建的模型，我们计算了胆碱沿外细胞通道迁移的平均力势。结果发现，在中央结合口袋处存在一个深能量井，对应着胆碱最稳定的结合状态。在胆碱距结合位点约9 Å处，W125 与胆碱首次形成阳离子–π相互作用，实现初步锚定（见图1a）。随着胆碱进一步接近中央口袋，W125持续的阳离子–π相互作用精细调节胆碱三甲铵基团的空间取向，最终促进其停靠于N端结构域的结合腔。这一过程中，范德华作用的增强有利于稳定过渡构象；通道腔内中性电荷分布及疏水残基可有效缓解不利的电荷排斥与结构不稳定性（见图1b–d）。通道入口的负电荷区域与细胞外门控残基对为胆碱的初始引导提供静电协助，同时通道环境可限制胆碱的横向扩散。极性残基进一步促进胆碱迁移，而W125与Y348在接近结合位点时形成稳定相互作用，保障胆碱顺利停靠（见图1e）。总体而言，FLVCR2外细胞通道通过静电引导与疏水限制的双重调控，实现胆碱向中央口袋的稳定转运；W125在初期定位和后期锚定中发挥核心作用，保障胆碱的高效运输。图1. 胆碱沿FLVCR2外细胞通道的转运过程。（a）胆碱迁移的平均力势曲线和各窗口中的代表性非共价相互作用。（b）胆碱的迁移路径。C端（左）和N端（右）结构域通道腔的疏水性（青色到金棕色表示最亲水到最疏水）及电荷分布（蓝色为正电，红色为负电）显示在表面图上。（c）通道中门控和锚定残基的位置。每个伞形采样窗口中（d）胆碱–FLVCR2的范德华与静电相互作用能以及（e）热点残基对结合自由能的贡献。胆碱在中心结合口袋中稳定的分子机制：胆碱成功进入FLVCR2中央结合口袋后，通过与N端结构域的残基网络形成稳定锚定，该网络在维持通道构象稳定性和结合口袋几何结构中发挥关键作用，有效抑制了结合口袋的大尺度构象波动。跨膜螺旋中段作为“摇杆开关”机制的稳定轴，协调N端与C端结构域之间的相对运动；与此同时，胞质环区域表现出较高的构象柔性，提示其可能作为结构性铰链，促进结构域间构象转换的进行。中央口袋8 Å范围内残基的结合自由能显示，N端结构域中多个残基对胆碱结合贡献显著，包括W125、I126、I217、L218、V242和I249，它们共同构成一个强疏水界面。其中，W125A突变导致结合能下降7.21 kcal/mol。此外，I249与M154共同夹持胆碱的羟乙基侧链，形成疏水夹板结构，有效限制其横向移动；极性残基Q214和Q246从两侧进一步稳定胆碱；L218的异丁基侧链与W125共同压缩结合口袋体积，使胆碱深度嵌入。相比之下，C端结构域残基在结合过程中的贡献较为有限。FLVCR2由外开至闭合态构象转变的结构域协同驱动：本文随后从微秒级分子动力学模拟中，提取了体系向完全闭合态转变的轨迹片段，进而揭示了FLVCR2由外向开放态向闭合态转变的结构域协同分子机制。通过跨膜螺旋质心距离与接触情况、域间旋转角及门控残基对动态监测，明确了其特征性的“摇杆开关”运动模式的核心特征：细胞外通道通过D147–R356门控对的相互靠近实现渐进式关闭（孔径角由67.65°减小），同时细胞内通道通过S226–E458门控对的分离实现协同开启（孔径角由56.64°增大）（见图2a–e）。动态互相关矩阵分析表明，该过程由跨膜螺旋束的协同滑动驱动：TM1–6与TM7–12螺旋束呈现特征性的反相关运动，形成刚性结构框架；而高柔性的胞质环则作为分子铰链介导构象转换。值得注意的是，结合口袋内的胆碱在模拟后期产生向胞质侧的机械应力，这种定向位移可能通过促进胞质门控解离而加速构象转变（见图2f）。图2. FLVCR2由外开至闭合态的构象转变。（a–d）各子图左侧分别为示意图：（a）四个质心（COM1–4）的定义；（b）由质心定义的域间旋转角；（c）12次跨膜螺旋的分区示意；（d）细胞外/细胞内通道中门控残基对及其距离动态。右侧为相应参数的时序变化。虚线及数值标注源自外开状态晶体结构的初始值。（e）以100 ns间隔采样的三维蛋白构象。（f）三条重复模拟中配胆碱沿z轴相对于中央结合口袋的距离变化。FLVCR2W125A突变诱导胆碱逃逸的机制剖析——能量景观、路径转变与锚定残基破坏：鉴于W125残基关键的功能特点，突变系统被构建。结果显示，W125A突变消除了其侧链的空间位阻，中央结合口袋的能量阱深度显著变浅，胆碱逃逸至外细胞通道的自由能垒降至~1.9 kcal/mol（见图3a）。此外，W125的缺失导致其介导的阳离子–π相互作用完全丧失，迫使胆碱转运路径向C端结构域的Y348偏移（见图3a–b）。尽管Y348提供了瞬时锚定，但其偏离轴的位置特征导致胆碱在短时间内逃逸至过渡区。在初始阶段，E366对胆碱的亚稳态捕获时间被延长；在过渡阶段，胆碱转运仅能依赖Y348的瞬态阳离子–π相互作用来重定向；在最终阶段，L218–W125疏水夹板的破坏则直接导致结合界面失稳。值得注意的是，尽管W125A突变使胆碱在数十纳秒内便从结合位点快速解离，FLVCR2整体的构象动力学特征却未受显著影响（见图3d–e）。无配体模拟进一步验证该构象转变由蛋白内在相互作用网络驱动，不依赖于底物存在。图3. W125A突变系统中的胆碱转运特征。（a）胆碱迁移的平均力势曲线和各窗口中的代表性非共价相互作用。（b）锚定残基的位置及胆碱与通道内关键负电残基的距离变化。（c）每个采样窗口中胆碱–FLVCR2的范德华与静电相互作用能。（d）COM对间距、细胞外/细胞内孔径角、细胞外/胞质区重原子接触数及门控残基对距离的时序变化。虚线及数值标注源自外开状态晶体结构的初始值。（e）W125A突变导致的胆碱沿外细胞通道快速逃逸。FLVCR2的完整构象循环与孔道重构：通过三次重复的微秒级分子动力学模拟，本研究完整揭示了FLVCR2介导胆碱转运的“摇杆开关”机制，成功捕获了转运蛋白多次从外开经闭合态至内开状态的完整构象循环。跨膜螺旋束TM1–6与TM7–12通过特征性的反相关运动构成刚性滑动框架，驱动结构域协同摇动，而柔性胞质环则作为分子铰链介导构象转换。主成分分析进一步验证了这一结论（见图4a）。孔道半径分析显示，构象转变伴随着通道入口与出口的交替开关：外开状态时细胞外通道开放，内开状态时胞质侧通道扩大以释放胆碱（见图4b）。门控残基对建立了时空协调的交替门控模式，其动态变化与全局构象重组同步。同时，模拟获得的内开状态结构与实验获得的晶体结构高度一致，证实了模拟的可靠性（见图4c）。图4.（a）蛋白质运动的前30个特征向量对应的特征值。右侧显示第一主成分在FLVCR2结构上的投影，箭头示意残基运动方向与幅度（×1.5）。（b）胆碱转运过程中FLVCR2的构象循环：结构域表面及孔道半径的动态演变。（c）三次重复模拟所得四个内开状态构象与晶体结构的叠合比对。从胆碱逐步胞内释放到构象重置：通过重构胆碱解离路径揭示胆碱通过疏水锚定解离（关键残基W125/M154/L218/I249）、静电门控调节（以E447/E458为核心的负电残基网络）和正电残基引导（R223/K395/R516的定向排斥）的协同作用实现定向释放，其低能垒特性保障了转运效率（见图5）。释放完成后，FLVCR2通过跨膜螺旋反向滑动和胞质门控对S226–E458的闭合实现从内开状态至闭合态的重置，该门控作为构象检查点与出口处氢键网络共同维持通道稳定性，为新一轮转运循环做好准备。图5. 胆碱沿FLVCR2内细胞通道的转运过程。（a）胆碱迁移的平均力势曲线和各窗口中的代表性非共价相互作用。（b）每个采样窗口中胆碱–FLVCR2的范德华与静电相互作用能。（c）胞内转运过程中胆碱与关键带负电残基的距离变化。（d）C端与N端结构域底物出口处带电残基分布。（e）每个伞形采样窗口中热点残基对结合自由能的贡献。结论本文通过分子动力学模拟、平均力势分析及关键底物锚定残基的功能验证，揭示了FLVCR2介导胆碱转运的构象动态与相互作用机制。阐明了其“摇杆开关”机制的构象转变路径、调控底物结合与释放的能量网络，以及关键残基的功能分区。研究发现，胆碱转运依赖外细胞通道的精准调控：通过静电与疏水效应的协同作用，稳定通道腔内的胆碱迁移、防止其异常解离。由负电残基网络和细胞外门控残基对构成的通道入口驱动胆碱的逐步进入；W125通过静电吸引和阳离子–π相互作用引导胆碱在结合口袋内的初始取向。随后，跨膜螺旋束的刚性支撑与胞质环的铰链式柔性运动共同驱动FLVCR2从外向开放态向闭合态转换。W125A突变会破坏胆碱—FLVCR2的关键锚定网络，显著降低胆碱结合稳定性。同时，口袋附近疏水夹板结构的破坏迫使胆碱依赖Y348残基的瞬时锚定。长时间分子动力学模拟成功捕获了FLVCR2从外开经闭合态到内开态的多次连续构象转变：结构域的周期性摆动与动态门控残基共同驱动通道交替开关，跨膜螺旋的滑动控制构象转换，而孔道重构则为底物渗透提供物理通道。细胞内胆碱释放通过疏水锚定解离、静电门控调节及正电残基引导共同完成。胆碱释放后，FLVCR2通过跨膜螺旋反向滑动与胞质侧门控残基收紧高效重置至闭合态。构象循环中，多个实验中证明影响FLVCR2功能的残基在其中发挥关键作用³²⁻³⁶。综上，本研究阐释了结构域协同运动与孔道重构如何驱动胆碱在FLVCR2完整构象循环中实现高效转运，为理解MFS转运蛋白的功能调控机制提供了参考。材料与方法FLVCR2在外向开放态与内向开放态的初始结构均来源于Mancia等人解析的冷冻电镜结构²¹。 PDB2PQR被用于预测氨基酸质子化状态³⁷，在此基础上共构建四个初始系统：结合胆碱的外向开放野生型与W125A突变体、未结合底物的外向开放野生型，以及结合胆碱的内向开放野生型。随后利用CHARMM-GUI的Membrane Builder将各系统嵌入由POPE与POPG组成的脂质双层中³⁸,³⁹，并通过OPM服务器的PPM 2.0工具确定膜内取向⁴⁰⁻⁴²。体系在含0.15 mol/L NaCl的TIP3P水中溶剂化以维持电中性，采用CHARMM36m与CGenFF力场描述蛋白、脂质及配体的相互作用⁴³⁻⁴⁵。所有体系均在Gromacs 2024中进行能量最小化与多阶段平衡，逐步释放约束力常数⁴⁶⁻⁴⁹。 范德华与静电相互作用的截断半径设为1.2 nm，长程静电采用PME方法处理⁵⁰⁻⁵¹。在此基础上，对四个体系进行了多次独立常规分子动力学（conventional molecular dynamics，cMD）模拟，时间步长设为2 fs用以捕捉从外向开放态至内向开放态的连续构象转变。轨迹经基于12条跨膜螺旋的RMSD层次聚类分析，获得代表外开、闭合与内开的三种主要状态。为解析胆碱的跨膜能量变化，采用拉伸分子动力学（steered molecular dynamics，SMD）⁵²与伞形采样（umbrella sampling，US）⁵³⁻⁵⁵方法。以胆碱质心与结合口袋质心间的距离为反应坐标，每0.5 Å设一采样窗口并施加谐波势，总位移覆盖60 Å。通过加权直方图分析法（WHAM）重构势能曲线⁵⁶，并通过不同时间窗重采样验证结果收敛性与稳定性。结合能计算采用gmx_MMPBSA工具⁵⁷⁻⁶¹。为识别关键结合残基，分析了结合路径8 Å范围内残基的能量贡献⁶²⁻⁶³。非共价相互作用由PLIP工具分析⁶⁴，阳离子–π相互作用基于几何判据识别⁶⁵⁻⁶⁸，通道孔径由 HOLE2计算⁶⁹⁻⁷⁰。此外，对结合中心口袋8 Å范围内残基进行丙氨酸扫描（alanine scanning）突变⁷¹⁻⁷²，并结合MM/PBSA与Interaction Entropy（IE）方法⁷³⁻⁷⁴评估各残基突变后的结合自由能变化，进而确定胆碱结合的关键能量中心。数据可用性本研究生成的分子动力学轨迹及相关模拟输入文件已上传至Zenodo存储库: https://doi.org/10.5281/zenodo.16930630  。详细分析和方法描述以及支撑信息可于https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.5c00892  获取。致谢本研究获得天津大学研究生文理拔尖创新奖励计划重点项目（B1-2023-003）及国家自然科学基金（32270692、31571358）的资助。作者衷心感谢熊丹阳博士提供的宝贵帮助和有益讨论。参考文献(1) Mehedint, M. 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Assessing the Performance of MM/PBSA and MM/GBSA Methods. 3. The Impact of Force Fields and Ligand Charge Models. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 8408-8421.(63) Sun, H. Y.; Li, Y. Y.; Tian, S.; Xu, L.; Hou, T. J. Assessing the Performance of MM/PBSA and MM/GBSA Methods. 4. Accuracies of MM/PBSA and MM/GBSA Methodologies Evaluated by Various Simulation Protocols using PDBbind dataset. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 16719-16729.(64) Adasme, M. F.; Linnemann, K. L.; Bolz, S. N.; Kaiser, F.; Salentin, S.; Haupt, V J.; Schroeder, M. PLIP 2021: Expanding the Scope of the Protein–Ligand Interaction Profiler to DNA and RNA. Nucleic Acids Res. 2021, 49, W530-W534.(65) Vernon, R. M.; Chong, P. A.; Tsang, B.; Kim, T. H.; Bah, A.; Farber, P.; Lin, H.; Forman-Kay, J. D. Pi-Pi Contacts Are an Overlooked Protein Feature Relevant to Phase Separation. eLife 2018, 7, e31486.(66) Calinsky, R.; Levy, Y. 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JonesGeorgia Institute of TechnologyJACS Au 是美国化学会于 2020 年推出的一本完全开放获取期刊，是 JACS 的姊妹刊，于 2021 年 1 月出版第一期，其宗旨是发表在整个化学及所有与化学交叉的相关领域快速传播具有高度影响力的前沿研究成果。JACS Au 沿用与JACS 相同的卓越标准进行编辑和出版。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision8.712.428.3
来源： JACS Au 2025-12-25

南京工业大学JOC | LiN(SiMe3)2介导的羟基苯并噻吩的一锅法合成

英文原题：Tandem Hydroxybenzothiophene Synthesis Mediated by LiN(SiMe3)2通讯作者：毛建友（南京工业大学）作者：Yuanyun Gu, Kangyu Yin, Yan-En Wang, Yanqing Ji, Yaqi Yuan, Dan Xiong, Jianyou Mao*苯并噻吩是药物化学与材料科学领域的关键杂环结构，广泛存在于骨质疏松治疗药、哮喘控制药、抗真菌药等临床药物中，也是有机半导体材料的重要组成部分。传统合成方法多依赖 Pd、Au等昂贵过渡金属催化剂，不仅成本高，还存在药物中金属残留难以去除的毒理学风险。开发温和、绿色、无过渡金属的合成新策略，吸引了越来越多的关注。图1. 苯并噻吩的合成背景近日，南京工业大学毛建友教授（点击查看介绍）团队报道了一种无过渡金属参与的一锅法合成策略：以廉价易得的2-氟苯甲酸甲酯、苄硫醇衍生物为原料，在LiN(SiMe3)2（双三甲基硅基氨基锂）介导下，于30 ℃温和条件下高效构建2-芳基-3-羟基苯并噻吩骨架。该方法彻底摆脱对过渡金属的依赖，兼具高效性与实用性，为苯并噻吩类化合物的绿色合成提供了新的合成思路。该方法展现出良好的底物适配性，两类核心底物的衍生化均能高效实现。2-氟苯甲酸酯衍生物中，无论是甲基、甲氧基等给电子取代基，还是氟、氯、溴、三氟甲基等吸电子取代基，均能顺利反应，收率稳定在77%-97%；氰基、炔基等敏感官能团也能兼容，为产物后期修饰保留了活性位点。苄硫醇衍生物的拓展同样表现优异，烷基、烷氧基、卤素取代的苄硫醇，以及含呋喃、噻吩的杂环苄硫醇，收率可达72-94%。值得一提的是，1,3-苯二甲硫醇可与两分子甲基2-氟苯甲酸甲酯反应，以80%收率生成二苯并噻吩产物；乙基、异丙基2-氟苯甲酸酯等不同酯基底物也能成功转化，进一步扩大了方法的底物应用范围。图2. 底物范围展示该方法不仅能高效合成3-羟基苯并噻吩，还可通过一锅法实现后期官能化，显著提升合成灵活性。加入TBS-Cl、Tf2O等亲电试剂，可直接得到O-取代苯并噻吩（收率76-88%）；引入烷基卤化物时，能选择性生成O-烷基化产物或C2-季碳取代苯并噻吩-3-酮（收率40-81%），其中含OTf基团的产物可通过Suzuki、Sonogashira偶联进一步构建2,3-二取代苯并噻吩骨架。图3. 反应应用举例为明确反应机理，该团队通过中间体捕获与对照实验，明确了反应的核心路径。首先，LiN(SiMe3)2夺取苄硫醇中S–H键的质子，生成苄硫醇锂中间体。随后，苄硫醇锂与2-氟苯甲酸甲酯发生芳香亲核取代反应，形成关键中间体邻苄硫基苯甲酸酯（团队已通过实验以95%收率捕获该中间体，排除了其他竞争路径）；最终，在LiN(SiMe3)2的介导下，中间体发生分子内环化，经酯基转化与质子化形成3-羟基苯并噻吩骨架。图4. 机理研究和可能的机理总结与展望该研究开发的无过渡金属串联合成策略，成功解决了传统苯并噻吩合成中金属残留、条件苛刻、底物范围狭窄等关键问题。其温和、高效、绿色的特点，不仅为2-芳基-3-羟基苯并噻吩类化合物合成提供了新方案，更通过后期官能团化与规模化实验，展现出在药物中间体合成等领域的应用潜力。该成果近期发表在The Journal of Organic Chemistry 上。南京工业大学毛建友教授为论文的通讯作者。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）：Tandem Hydroxybenzothiophene Synthesis Mediated by LiN(SiMe3)2Yuanyun Gu, Kangyu Yin, Yan-En Wang, Yanqing Ji, Yaqi Yuan, Dan Xiong, Jianyou Mao*J. Org. Chem. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acs.joc.5c02484 Published December 8, 2025© 2025 American Chemical Society导师介绍毛建友https://www.x-mol.com/university/faculty/339857 （本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Organic Chemistry 2025-12-24

ACS Energy Lett. | 两步连续动力学控制策略用于磁场增强氧还原

英文原题：Two-Sequential-Kinetics Control Strategy for Field-Enhanced Oxygen Reduction通讯作者：王秀瑜、成正东（浙江大学），姚立（中国科学院化学研究所）作者：Mengmeng Li, Yajing Liu, Xiufu Hua, Dazhuan Wu, Li Yao*, Zhengdong Cheng*, Xiuyu Wang*氧还原反应（ORR）是可持续能源转换的关键，ORR面临着相关且连续的瓶颈：低效的O=O键裂解（吸附动力学限制）和三重态到单重态转变的自旋禁阻（自旋动力学能垒）。然而，在统一的材料范式中整合吸附和自旋双动力学仍然是一个根本性的挑战。近日，浙江大学王秀瑜、成正东和中国科学院化学研究所姚立团队在ACS Energy Letters 期刊发表了一项研究，提出两步连续动力学控制策略用于磁场增强氧还原反应，顺序优化吸附动力学和自旋动力学（图1）。该团队设计了一种磁性L10-FePt/Fe核壳催化剂，其具有化学有序的铁磁L10-FePt核和原子厚度的Fe壳。这种类单原子的Fe壳层将O2的吸附从Pauling式垂直顶点（Fe-O=O）重新配置为Yeager式平行桥接位点配位（Fe-O-O-Fe），从而优化了O2的吸附动力学（图2）。随后，铁磁交换耦合界面在磁场作用下诱导出一种自旋钉扎效应（钉扎比例约为70%），这有助于加入电子的自旋选择性翻转，从而在ORR过程中消除Yeager式吸附三重态O2与单重态H2O之间的自旋转换过程中的自旋禁阻动力学能垒（图3）。与商业Pt/C催化剂相比，这一策略实现了10.9倍比活性的增长，对自旋受限的电催化具有重要的意义。图1. 磁场增强氧还原的两步连续动力学控制策略示意图。图片来源：ACS Energy Lett.图2. 氧吸附动力学控制。图片来源：ACS Energy Lett.图3. 自旋动力学控制。图片来源：ACS Energy Lett.这项研究通过将吸附和自旋双重动力学的自由度进行顺序协同整合，实现了电催化剂设计范式的转变，超越了主要侧重于电子结构或几何效应的传统方法。它极大地推动了新兴的磁电催化领域的发展，展示了如何利用定制的磁性纳米结构和外加磁场来实现显著的性能提升。所展示的协同效应表明，其应用范围远不止于ORR，为设计适用于各种对自旋敏感的电催化反应（如氮气还原、二氧化碳还原）的高性能催化剂开辟了途径，因为在这些反应中自旋守恒同样会带来动力学上的挑战。本研究由浙江大学王秀瑜、成正东和中国科学院化学研究所姚立团队共同完成。浙江大学的李蒙蒙博士和中科院化学研究所的刘亚静博士为论文共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金面上项目的资助（项目编号：52373230）。感谢北京化工大学雷鸣教授在DFT理论计算方面的讨论与支持。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）：Two-Sequential-Kinetics Control Strategy for Field-Enhanced Oxygen ReductionMengmeng Li, Yajing Liu, Xiufu Hua, Dazhuan Wu, Li Yao*, Zhengdong Cheng*, Xiuyu Wang*ACS Energy Lett. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acsenergylett.5c03204 Published December 12, 2025© 2025 American Chemical Society王秀瑜教授简介王秀瑜，浙江大学能源工程学院“百人计划”研究员，博士生导师。研究领域是纳米磁学和磁流体及其创新应用。在相关领域发表SCI论文60余篇，包括以一作或通讯作者发表JACS、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed. 、ACS Nano等。建立磁性纳米材料的“一锅法”制备工艺，构建涵盖40余种单相/多相/核壳/高熵磁性纳米颗粒的材料库，实现对颗粒尺寸、形貌、晶体结构的精准调控，揭示及建立的明确的磁-构关系，达到对饱和磁化强度、剩磁、矫顽力、阻塞温度、交换偏置强度、磁化动力学与磁各向异性等磁学性质的可编程设计。课题组链接：https://person.zju.edu.cn/0019150 https://www.x-mol.com/university/faculty/386639 成正东教授简介成正东，普林斯顿大学物理学博士，软物质领域的专家，国家高层次人才，浙江省最高人才计划获得者，浙江大学求是讲席教授，博士生导师。研究领域聚焦于软物质的精准控制(如梯度场、微重力)，和高端软物质智能材料的设计、制备与产业化。在光子晶体制备、新型“液晶”制备、颗粒型表面活性剂制备、太阳能制氢、相变储能材料以及纳米和生物材料等领域深耕。近年来在Nature、Science、PNAS等国际顶级期刊上发表学术论文200余篇，论文总引用数超过8600次；撰写英文学术专著(Colloids, Drops and Cells)一部，并且已申请或拥有PCT/US专利30余项。课题组链接：https://person.zju.edu.cn/0023053 https://www.x-mol.com/university/faculty/419861   姚立教授简介姚立，中国科学院化学研究所研究员，博士生导师。研究领域包括纳米生物技术及超低场生物力谱及磁成像技术的发展；超低场磁探针的设计、制备与功能开发；重大疾病相关的核酸、蛋白等生物大分子及细胞(肿瘤细胞、细菌)的相互作用研究；肿瘤转移、细胞力学信号转导的重要分子机理与调控机制。在相关领域发表SCI论文60余篇，包括以通讯作者发表在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际期刊，申请发明专利10余项。课题组链接：https://people.ucas.ac.cn/http:/people.ucas.ac.cn/~liyao https://www.x-mol.com/university/faculty/148538 李蒙蒙博士简介李蒙蒙，浙江大学能源工程学院2022级博士研究生。研究领域是纳米磁学及创新应用。在相关领域发表SCI论文6篇，包括以第一作者发表在J. Am. Chem. Soc.、ACS Energy Lett.等国际期刊，申请发明专利1项。刘亚静博士简介刘亚静，中国科学院大学博士，浙江大学材料科学与工程学院博士后。研究领域是纳米磁学及其创新应用。在相关领域发表SCI论文10余篇，包括以第一作者发表在ACS. Energy Lett., J. Mater. Chem. C等国际期刊，申请发明专利3项。（本稿件来自ACS Publications）
来源： X-MOL 2025-12-22

Nano Lett. | 中国科学技术大学：超薄高导电材料的高通量第一性原理设计

英文原题：High-throughput first-principles design of van der Waals stabilized two-dimensional metals in hexagonal boron nitride sandwich heterostructures通讯作者：胡伟，中国科学技术大学作者： 张茜，杨立洲，曾传婧，吕继睿，杨金龙，胡伟背景介绍近年来，二维金属作为一种新兴的低维材料，因其原子级厚度和高电导性，吸引了越来越多的关注。特别是其极薄的几何形态使其在场效应特性方面表现出色，成为下一代微电子学中低功耗和高频率全金属晶体管的潜在候选材料。此外，二维金属在生物传感、催化和气体传感等领域也展示了强大的应用潜力，得益于其大表面积、可调化学性质和独特的电子磁性特征。然而，二维金属的热力学不稳定性仍然是一个重大挑战，尤其是自由状态下的二维金属层容易发生弯曲、聚集或氧化，这大大限制了其在实际器件中的广泛应用。近年来，Zhao等人[Nature 639, 354–359 (2025)] 提出并成功实验实现了范德华挤压（van der Waals squeezing）技术，通过将二维金属封装在MoS2等材料层之间，有效增强了其稳定性。该方法不仅保持了二维金属的优异电子性能，还显著提升了其热力学稳定性，为二维金属的研究进展带来了重要突破。文章亮点受范德华挤压技术的启发，近日，中国科学技术大学杨金龙院士、胡伟教授在Nano Letters上发表了关于二维金属异质结构的研究。研究团队基于第一性原理的高通量计算方法，成功构建了稳定的[h-BN]x/My/[h-BN]x三明治结构，采用六方氮化硼（h-BN）作为封装层，以提高金属核的热稳定性和电导率。研究选取了铜（Cu）和金（Au）等金属，展示了这些金属在此结构中的优异性能，尤其在纳米电子学和柔性电子器件中的广泛应用潜力。图1.  基于第一性原理的高通量计算工作流为验证这些结构的稳定性，研究团队进一步进行了声子谱和从头算分子动力学（AIMD）模拟，确认了其热力学稳定性。通过计算，团队发现这些二维金属异质结构的电导率优于现有一些二维材料，表明它们在高效电子器件中具有巨大的应用前景。团队的研究不仅提供了二维超薄高导电材料设计的理论依据，也为未来高效纳米电子学材料的开发奠定了基础。图2.  Cu和Au核异质结构的声子谱与AIMD模拟结果表1. 代表性二维体系的理论与实验电导值总结/展望研究团队基于第一性原理的高通量计算方法，成功构建了h-BN封装的二维金属核三明治异质结构。通过筛选金属材料并分析其稳定性、电子性质与电导性，研究发现铜（Cu）和金（Au）等金属在此结构中展现出卓越的热稳定性和优异的电导性能。这为二维超薄高导电材料的设计提供了理论支持，尤其在纳米电子学和柔性电子器件中具有广泛应用前景。未来研究可拓展结构搜索，探索更松的界面失配限制金属核异质结构，并深入研究界面滑移对稳定性的影响。此外，研究中观察到的磁性效应为自旋电子学提供了新的研究方向。相关论文发表在Nano Letters上，中国科学技术大学博士研究生张茜和杨立洲为文章的共同第一作者，胡伟教授为通讯作者。通讯作者信息：胡伟 中国科学技术大学 教授研究领域为理论与计算化学，包括算法优化、软件开发和材料模拟。开发了四款第一性原理高性能并行计算软件（KSSOLV、PWDFT、HONPAS和DGDFT）。高性能计算软件DGDFT成果“神威•太湖之光超级计算机首次实现千万核心并行第一性原理计算模拟”作为我国在“战略高技术领域取得的新跨越”的十项代表性成果之一，入选习近平总书记在2021年两院院士大会和中国科协第十次全国代表大会上讲话。ResearchGate:https://www.researchgate.net/profile/Wei_Hu20?ev=hdr_xprf Google Scholar Citations:http://scholar.google.com/citations?user=t8Ncyb4AAAAJ 扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Nano Lett. 2025, 25, 41, 15107–15114Publication Date: October 2, 2025https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c04198 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefTeri W. OdomNorthwestern UniversityNano Letters 旨在快速发布纳米科学和纳米技术领域基础研究、应用和新型研究成果。符合Nano Letters收录范围的文章应至少有两个不同领域或学科的融合。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision9.114.929.3
来源： Nano Letters 2025-12-18

Chem. Mater. | 超低界面张力驱动的智能与多环境适应性油/水混合润滑液

英文标题：Inherent Low Interfacial Tensions-Triggered Highly Stable, pH-Responsive and Temperature- and Salt-Tolerant Oil/Water Mixtures for Multi-Environment Adaptive Lubrication通讯作者：徐路（中国科学院兰州化学物理研究所/烟台先进材料与绿色制造山东省实验室），郝京诚（山东大学/烟台先进材料与绿色制造山东省实验室）作者：周倩慧, 于伟燕, 王云晶利用表面活性物质（如分子型表面活性剂和胶体颗粒）实现润滑油与水的均质混合，能够制得兼具高润滑和冷却性能的液体润滑剂。在此基础上，利用界面性质可调谐的刺激响应型表面活性材料，可进一步实现润滑油与水的有效分离和循环利用。然而，这些外加组分的引入不仅会大幅提高润滑液产品的成本和生产周期，且会加重废弃润滑液的潜在环境负荷。因此，如何在不依赖表面活性添加剂的情况下，仅依靠润滑油与水之间的可逆非共价相互作用形成拥有长期胶体稳定性的智能混合润滑液，一直是摩擦学和胶体与界面化学领域的重要挑战之一。近日，中国科学院兰州化学物理研究所/烟台先进材料与绿色制造山东省实验室徐路研究员团队在Chemistry of Materials 上发表了利用商用型磷酸酯基润滑油与水之间的可逆氢键相互作用构建拥有pH响应性和高温、高盐和高载荷环境适应性的液体润滑剂相关研究。利用磷酸酯和水分子在界面处的强氢键相互作用，可自发获得不超过4 mN/m的超低界面张力，继而在较高温度和盐度下均能形成稳定的油/水混合物，基于氢键对于pH变化的敏感性，可调控润滑油与水之间的可逆混合与分离。研究结果表明，磷酸酯分子中的全部酯基均参与了氢键的形成，从而能够促进润滑油和水在界面处形成稳定连接，在温度高达80 ℃和盐度高达5.4 M时，仍然能够产生超低界面张力并形成稳定的乳液（图1-2）。在pH 小于3或大于13 时，氢键作用会被破坏，继而造成界面张力大幅升高，并最终导致油相与水相的完全分离，并且该过程是可逆的（图1-2）。借助上述方法能够将润滑油的强基底表面附着性能与水的高导热性能进行有效整合，从而赋予所制备的混合液体润滑剂优异的减摩和抗磨性能，以及对高温、高盐和高载荷环境的耐受性能，并且其润滑性能相较于单独使用润滑油更强，即便水被证明拥有极弱的润滑性能（图3）。除此之外，所制得的油/水混合润滑液在连续往复摩擦80万周期后，仍然能够保持自身的摩擦系数不超过0.04。相比之下，含有表面活性组分的商用型高端乳液润滑产品在连续使用超过64万周期后，便会观察到明显的摩擦系数增长，超过70万周期后则会发生完全的润滑失效。图1. 氢键作用诱导的超低润滑油/水界面张力。图2. 润滑油/水混合物的胶体稳定性与pH响应性图3. 油/水混合物的多环境适应性润滑性能总结/展望研究团队基于能够与水形成超低界面张力的商业化磷酸酯基润滑基础油，成功构建了一种具有高胶体稳定性、pH响应性以及耐高温与耐盐性的油/水混合润滑体系。相关研究有望为经济、可持续且高效的液体润滑剂产品的研发提供助力。相关工作发表在Chemistry of Materials 上，烟台先进材料与绿色制造山东省实验室的周倩慧助理工程师为论文的第一作者，兰州化学物理研究所/烟台先进材料与绿色制造山东省实验室的徐路研究员和山东大学/烟台先进材料与绿色制造山东省实验室的郝京诚教授为论文的通讯作者。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）：Inherent Low Interfacial Tension-Triggered Highly Stable, pH-Responsive and Temperature- and Salt-Tolerant Oil/Water Mixtures for Multi-Environment Adaptive LubricationQianhui Zhou, Weiyan Yu, Yunjing Wang, Jingcheng Hao*, Lu Xu*Chem. Mater. 2025, 37, 23, 9533–9543https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c02302 Published November 20, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： Chemistry of Materials 2025-12-17

Biomacromolecules | 结构优化提升人工金属酶全细胞催化剂性能

英文原题：The Impact of Structure Refinement in the Construction of Whole-Cell Catalysts with Artificial Metalloenzymes Assembled in Artificial Sanctuaries通讯作者：Tong Wu（吴彤）, Yugang Bai（白玉罡）作者：Guangjie Zhang（张广杰）, Ao Zhang（张澳）, Lei Zhang（张磊）, Beijie Hua（华贝杰）, Kaixin Wang（王恺昕）, Tong Wu（吴彤）, Yugang Bai（白玉罡）背景介绍人工金属酶（ArMs）作为一种新兴工具，能扩展天然细胞器的生物催化能力，但如何在细胞内稳定构建高效ArMs系统仍面临挑战。近年来，液-液相分离（LLPS）技术被用于创建胞内人工区室，以隔离和保护ArMs。我们课题组在前期的研究工作中提出了一种ArMAS-LLPS的策略，然而该策略中交联剂等结构参数的影响尚未进行系统的研究。本研究以HaloTag-SNAPTag融合蛋白（HS）为模型，通过调节交联剂臂长，探索了其对全细胞催化剂性能的优化作用，为生物催化领域提供了新思路。文章亮点1.交联剂臂长显著影响人工金属酶的多聚效率和催化活性，尤其对金属离子直接结合交联剂形成的系统影响更为明显。2.通过优化交联剂结构，可调控相分离液滴微环境的疏水性，从而改善反应效率。3.研究为定向进化提供了新指南，突变效果同时受交联剂结构和突变位点的双重影响，凸显了结构优化的重要性。图文解读本研究系统评估了交联剂臂长对相分离区室中人工金属酶组装和催化性能的影响。图1. ArMAS-LLPS 策略卡通示意。首先，通过合成一系列具有可调寡聚乙二醇（OEG）间隔臂的三齿配体交联剂（L0-L5），触发HS蛋白的多聚化和LLPS，形成液滴状区室。图2. 连接臂长度对HS蛋白多聚化及相分离的影响。(a) 配体交联剂（L0–L5）介导HS蛋白多聚化的示意图。(b) 使用不同配体交联剂在1小时或12小时内HS转化为二聚体的效率。(c) Rho-BG的结构式，该染料可通过SNAPTag的自标记反应标记HS蛋白。(d) 通过共聚焦显微镜捕获LLPS区域内Rho-BG荧光强度的面积积分，定量分析大肠杆菌中LLPS的程度。(e) 基于L0–L5构建的区室化大肠杆菌的荧光漂白恢复实验结果，配体交联剂显著影响恢复趋势。(f) 经1,6-己二醇处理后LLPS区域溶解的共聚焦显微镜图像。作者探究了交联剂臂长对HS蛋白多聚化的影响。通过SDS-PAGE分析，L0-L5均可形成多聚体，其产率与臂长相关，表明空间位阻是多聚体蛋白组装的主导因素。而多聚化效率也影响LLPS的触发：实验发现所有交联剂均能诱导E. coli细胞内HS蛋白形成大小不一的液滴状区，但微环境性质各异。通过FRAP实验揭示LLPS区域的动态特性：从L0到L3，液滴流动性降低，疏水性增强（L2组疏水性最高）；而L4-L5因OEG链柔性增加，液滴更接近液体状态。这种微环境差异也通过尼罗红染色实验得到证实。且实验发现所有交联剂诱导形成的相分离区室均可以通过1-6己二醇得到破坏。图3. 配体-交联剂结构对路线ii组装ArMs胞内活性的影响。(a)展示Cu-HS-ArMs组装卡通示意图： (b) ICP-MS定量：不同配体触发LLPS时，菌体对铜的摄取量。(c) 24 h催化TON：不同配体构建的全细胞CuAAC催化剂在24 h内的总转化数。(d)(e) HPLC定量：以不同电荷与疏水性的底物系列进行CuAAC，比较不同配体（L0–L5）构建的全细胞催化剂的产率。(f) 利用 AlphaFold 3 预测的 HS 蛋白三维结构。图中标出模型突变位点 E143 以及氯烷基锚定位点 D106。(g) 以野生型和突变型 HS 蛋白、采用不同配体构建的 Cu-HS-ArMs 的全细胞催化 TON 对比。TON 在经共聚焦显微镜验证发生配体诱导 LLPS 的全细胞催化条件下测定，底物为 7 和 8。N = 4 次独立重复。在催化性能方面，交联剂臂长对于途径ii（交联剂络合铜离子策略）有显著影响。发现交联剂L1在胞内外均表现出最高催化效率，且金属离子浓度无明显差异性。说明其催化性能的提升源于微环境的结构优化而非金属吸附。后续研究也表明底物的疏水性和电荷会影响催化反应效率，其凸显了微环境调控的重要性。对催化活性位点附近进行定向进化，发现催化效果同时受交联剂结构和突变位点的双重影响，凸显了交联剂臂长优化的重要性。总结/展望本研究通过精细调控交联剂结构，揭示了其在人工金属酶全细胞催化剂中的关键作用，为LLPS平台提供了实用设计指南。未来，可结合多点位突变和动态微环境设计，进一步拓展催化应用范围，推动绿色生物制造发展。通讯作者信息吴彤 博士后Tong Wu（吴彤）：湖南大学化学化工学院博士后，研究方向为人工酶设计与生物催化。白玉罡 教授Yugang Bai（白玉罡）：湖南大学化学化工学院教授，主要致力于具有复杂功能结构的大分子体系的理性设计、构建与结构控制，尤其是拓扑结构和组装体结构与性质的控制，从而实现构效关系研究和胞内化学过程的有效调控。近年来Nat. Chem. Bio.、JACS、Angew. Chem.、Nat. Commun.、Adv. Mater.等高水平学术期刊上发表论文50余篇，获批中外专利7项，获国家四青人才项目、湖南省杰出青年基金项目支持。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Biomacromolecules 2025, ASAPhttps://doi.org/10.1021/acs.biomac.5c02116 Published  Date: November 18, 2025Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefSébastien LecommandouxUniversity of BordeauxBiomacromolecules为高分子科学和生物学交叉学科的前沿研究提供了一个世界领先的交流平台。所接收的稿件包含大分子设计、合成和表征，或高分子材料在生物学和医学中的应用等领域具有极强的新颖性及创新性。 2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision5.49.229.4
来源： Biomacromolecules 2025-12-16

兰州大学J. Org. Chem. | 以亚硝酸钠作为肟源实现可见光诱导的烯烃三氟甲基肟化反应

英文原题：Visible-Light-Induced Trifluoromethyloximation of Alkenes with Sodium Nitrite as Oxime Source通讯作者：曾会应（兰州大学）作者：詹仁琴 (Renqin Zhan), 邹晓婷 (Xiaoting Zou), 韩鑫龙 (Xinlong Han), 蒋勇 (Yong Jiang)在药物与农用化学品研发中，引入氟原子（尤其是三氟甲基，CF3）是优化先导化合物性能的关键策略。它能显著提升分子的代谢稳定性、亲脂性及生物利用度。与此同时，肟基作为优势结构单元，广泛存在于生物活性天然产物、药物及功能分子中，并可作为合成酰胺、胺、杂环等多种含氮化合物的关键中间体。因此，发展能够一步引入CF3与肟基的高效方法，已成为合成化学中极具吸引力且富有挑战性的前沿课题，将为复杂分子的快速多样化及药物后期功能化提供有力工具。近年来，自由基介导的烯烃双官能团化是构建复杂分子的重要策略。其中，三氟甲基肟化反应虽已有报道，但现有方法通常依赖危险、易爆的亚硝酸叔丁酯（TBN），且需在较剧烈的热条件下进行，在安全性、原子经济性与官能团耐受性方面仍面临挑战。相较于TBN，亚硝酸钠（NaNO2）作为一种廉价、稳定且环境友好的替代肟源更具吸引力。针对上述挑战，本研究发展了一种可见光诱导的烯烃三氟甲基肟化新策略。该方法的创新性主要体现在：（1）绿色肟源替代。首次采用廉价、稳定、环境友好的亚硝酸钠（NaNO2）替代高危试剂TBN作为肟源，大幅提升反应安全性及可持续性。（2）温和光催化体系。以三氟甲磺酰氯（CF3SO2Cl）为CF3源，在无需过渡金属催化剂或外加光敏剂的条件下，实现可见光驱动的自由基双官能团化。（3）高选择性调控。通过光催化策略有效抑制副反应，实现对多种烯烃底物的高选择性转化，具有良好的官能团兼容性，为含CF3与肟基的复杂分子构建提供了更为简洁、可控的新途径。首先，作者选用丙烯酸乙酯（1a）作为模型底物，三氟甲磺酰氯（2）作为三氟甲基源，亚硝酸钠（3）作为肟源，对反应条件进行了系统优化，最终确定最优体系为：1a : 2 : 3 = 2:4:3 的物料比，于0.5 mL 1,4-二氧六环中，氩气氛围下经405 nm LED光照36小时，能以82%的收率获得目标产物4a。确定上述最优反应条件后，作者系统考察了该反应的底物适用范围（图1）。多种缺电子烯烃均能顺利参与反应，展现出优异的官能团兼容性和合成实用性。对于丙烯酸酯类底物：无论是短链、长链烷基酯，还是苄基酯、苯基酯，均能以良好至优秀的收率得到目标产物（4a-4g）。该反应对醚键、酚氧基、三氟甲基、氰基、羟基、烯基、炔基等多种官能团均具有良好的耐受性（4h-4n）。对于其它吸电子烯烃：乙烯基氰（1o）、乙烯基酮（1p）、苯基乙烯基砜（1q）、乙烯基膦酸酯（1r）及丙烯酰胺类（1s、1t）等均可顺利转化，以中等至良好的收率得到相应α-三氟甲基酮肟产物。单晶X射线衍射（SCXRD）分析证实产物4c与4t均为E式构型。值得一提的是，该策略能分别以78%和66%的高收率，实现薄荷醇衍生物（4v）和雌酮衍生物（4w）的合成。对于芳基烯烃，苯乙烯及其衍生物（含卤素、三氟甲基、氰基、酯基等取代基）也能有效反应，以中等至高收率获得相应产物（6a-6l）。其中，吡啶取代及五氟苯乙烯底物表现优异，收率分别达83%与79%。为进一步展示其合成实用性，作者在标准条件下放大至克级规模，仍能以60%的收率获得1.4克产物4a。图1. 烯烃底物扩展为探究反应机理，研究团队开展了自由基捕获实验（图2）。在标准条件下加入当量自由基抑制剂（如1,1-二苯乙烯、TEMPO或BHT）均显著抑制反应。HRMS检测到CF3自由基与1,1-二苯乙烯的加合物7、碳中心自由基中间体H被TEMPO捕获的产物8，以及NO自由基（中间体F）与NO2自由基（中间体B）被BHT捕获的产物9和10，表明反应经历自由基途径，且CF3自由基、碳中心自由基、NO自由基与NO2自由基均为可能中间体。进一步通过紫外-可见光谱研究发现，CF3SO2Cl与NaNO2混合后在375–400 nm范围内信号增强，表明二者可形成电子供体-受体（EDA）复合物，促进单电子转移，从而在光照下直接产生CF3自由基与NO2自由基。图2. 自由基捕获实验基于以上证据，他们提出了该反应的机理（图3）：在可见光照射下，CF3SO2Cl与NaNO2通过EDA复合物作用发生单电子转移，生成CF3自由基A与NO2自由基B。中间体B从溶剂中攫取氢原子后经一系列转化释放NO自由基F；同时CF3自由基A对烯烃加成生成碳中心自由基H，最终H与F发生自由基-自由基偶联，并经互变异构得到目标肟产物。图3. 反应的可能机理总结与展望本研究发展了一种在可见光诱导下以亚硝酸钠（NaNO2）和三氟甲磺酰氯（CF3SO2Cl）实现烯烃三氟甲基肟化的新策略。该策略无需金属催化剂与外加光敏剂，条件温和，对缺电子烯烃及苯乙烯类底物均表现出优异的区域选择性与良好的立体选择性，并具有广泛的官能团耐受性。鉴于三氟甲基与肟基在药物、农用化学品及天然产物中的重要性，该方法为高效、模块化地引入这些关键官能团提供了具有实用价值的新途径。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-Induced Trifluoromethyloximation of Alkenes with Sodium Nitrite as Oxime SourceRenqin Zhan, Xiaoting Zou, Xinlong Han, Yong Jiang, Huiying Zeng*J. Org. Chem. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acs.joc.5c02372 Published December 9, 2025© 2025 American Chemical Society通讯作者信息曾会应 (Professor Huiying Zeng)，兰州大学化学化工学院、天然产物化学全国重点实验室教授、博士生导师。湖南师范大学本科毕业，南开大学元素有机化学国家重点实验室博士毕业，加拿大麦吉尔大学从事博士后研究。2016年至今在兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室工作。先后入选国家重大人才工程青年项目、甘肃省领军人才，荣获Thieme Chemistry Journals Award，甘肃省普通高等学校青年教师成才奖等荣誉。主要从事绿色化学研究，具体研究方向：(1) 可再生资源木质素的转化与利用；(2) 无光敏剂和无外加催化剂的绿色光化学反应。任Green Synthesis & Catalysis 和Chinese Chemical Letters 杂志青年编委。https://www.x-mol.com/groups/zenghy （本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Organic Chemistry 2025-12-15

ACS Mater. Lett. | 可原位重编程磁性微纳机器人，开启智能微尺度操控新纪元

英文原题：In Situ Reprogrammable Magnetic Microrobots通讯作者：崔继斋、陈相仲（复旦大学）作者：Guohonghao Zeng, Hemin Pan, Maxim A. Kurochkin, Yang Zong, Songyu Xiong, Jinbo Yang, Minjie Xi, Yu Mei, Yongfeng Mei, Xiang-zhong Chen*, Jizhai Cui*微纳机器人能够在外场操控下自由运动并执行任务，在生物医学、环境监测等领域展现出巨大的应用潜力。在众多驱动方式中，磁驱动微纳机器人凭借其精确、非接触、远程三维操控的优势，引起了科研人员的广泛兴趣。然而，传统的磁驱动微纳机器人一旦完成制造，其变形行为便被固定，难以适应动态变化的环境。如何赋予微型机器人“随机应变”的能力，成为该领域亟待解决的关键问题。近日，复旦大学崔继斋研究团队报道了一种基于镍纳米线磁矫顽力差异的可原位重编程磁性微纳机器人体系。该平台通过控制脉冲磁场，对嵌入在SU-8基板中的不同直径的镍纳米线进行选择性磁化，从而使微纳机器人能够切换到全新的变形模式。这项研究为复杂动态环境下的自适应微纳机器人系统提供了一种通用且高效的操控方法，有望在生物医学场景中等领域得到广泛应用。磁矫顽力编码，实现快速重编程该研究的核心在于充分利用镍纳米线的磁各向异性。镍纳米线作为一维铁磁结构，在轴向和径向上表现出不同的磁行为。更重要的是，其沿长轴方向的矫顽力与直径相关——较细的纳米线表现出较高的矫顽力。研究团队巧妙地将两种不同直径（200 nm和70 nm）的镍纳米线嵌入到SU-8基板中，并进一步通过控制脉冲磁场，实现选择性磁化。图1. 微纳机器人原位可重编程磁化原理图多种变形模式切换，展现强大适应性为了进一步展示该重编程方法的通用性和变形运动模式的多样性，研究团队还制造了一种由四个磁性面板组成的条状微纳机器人。通过控制磁场，该机器人可以呈现两种不同的磁配置：所有面板的磁化方向沿平行方向排列的均匀磁化状态，以及相邻面板具有反平行磁化的交替磁化状态。在不同的磁场驱动下，该机器人能够实现六种不同的变形和运动模式，极大地扩展了微纳机器人系统的功能范围。图2. 具有初始磁化状态为均匀方向和交替方向状态的四个面板的微纳机器人的示意图以及它们分别对平面内旋转磁场、平面外旋转磁场和振荡磁场的响应。总结与展望该研究提出的基于磁矫顽力差异的可原位重编程磁性微纳机器人平台，为微纳机器人的发展带来了新的可能性。与传统的微纳机器人相比，该平台具有以下优势：（1）能够在部署后修改微纳机器人的磁化状态，从而实现动态适应性；（2）基于纯磁场机制，无需热或其他能量输入，实现变形方式的快速切换；（3）基于可扩展的紫外光刻工艺，能够批量制造，并具有高度的几何设计灵活性。总而言之，这项研究为磁驱动微纳机器人的发展提供了一种新的思路，有望推动微纳机器人在复杂生物医学场景下领域得到应用。该成果发表于ACS Materials Letters 期刊。本论文第一作者为复旦大学智慧纳米机器人与纳米系统国际研究院曾国鸿灏硕士生与盘何旻博士后，复旦大学智慧纳米机器人与纳米系统国际研究院崔继斋青年研究员与陈相仲青年研究员为论文的通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委等项目的资助和支持。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）：In Situ Reprogrammable Magnetic MicrorobotsGuohonghao Zeng, Hemin Pan, Maxim A. Kurochkin, Yang Zong, Songyu Xiong, Jinbo Yang, Minjie Xi, Yu Mei, Yongfeng Mei, Xiang-zhong Chen*, Jizhai Cui*ACS Materials Lett. 2025, 7, 12, 3943–3951https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.5c01084 Published November 7, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society研究团队招聘信息崔继斋，复旦大学智慧纳米机器人与纳米系统国际研究院青年研究员，国家海外优青。代表性成果以第一/通讯作者发表于Nature、Nat. Commun.、PNAS、Adv. Mater.等杂志，主持国家重点研发计划（青年科学家）等重点科研项目。因科研工作需要，该团队正面向海内外诚招博士后和科研助理，欢迎有意从事微纳米机器人、磁性微电子器件、超材料等研究的青年才俊加盟。Email: jzcui@fudan.edu.cn。（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Materials Letters 2025-12-12

西湖大学JPCL封面 | 核多项式神经量子态直接计算吸收光谱

英文原题：Absorption Spectra with Kernel Polynomial Neural Quantum States通讯作者：窦文杰（西湖大学）作者：柳伟、毕睿豪、赵冲霄、王寓在量子化学中，计算复杂分子的光学吸收光谱一直是一项极具挑战的任务。传统方法如完全组态相互作用虽然精确，但其计算成本随电子数呈指数增长，难以应用于超过18个电子的系统。尽管张量网络和选择性组态相互作用等方法在一定程度上缓解了这一问题，但它们仍然无法给出大分子的精确光谱信息。近日，西湖大学窦文杰团队一项发表于The Journal of Physical Chemistry Letters 的研究提出了一种名为“核多项式神经量子态（Kernel Polynomial Neural Quantum States, KPNQS）”的新方法，成功将核多项式方法（Kernel Polynomial Method, KPM）与自回归神经网络波函数相结合，实现了无需显式计算激发态即可直接从基态预测光谱的目标。该方法在保持完全组态相互作用精度的同时，其计算能力可以处理超越了50个电子。相关工作被JPCL 选为封面（见图1）。图1. JPCL封面。使用KPNQS计算分子的吸收光谱。KPNQS的核心创新在于其能够高效计算KPM所需的矩量，即：其中Tn为切比雪夫多项式，为偶极算子。通过自回归网络结构与参数掩码技术，KPNQS在单次前向传播中即可精确采样，并严格保持电子数守恒和跃迁的局域性等物理约束。研究团队在多个分子系统上验证了KPNQS的准确性。从水分子（8电子）到碳酸钠（52电子），KPNQS计算得到的基态能量与FCI结果高度一致。更令人瞩目的是，KPNQS在光谱预测方面也表现出色（见图2）。对于小分子如H2O、NH3、C2、N2，其吸收谱与FCI结果完全吻合；对于大系统如Na2CO3，KPNQS成功捕捉到HOMO–LUMO能隙所对应的低能跃迁峰。图2. 使用KPNQS计算各种分子的吸收光谱。研究还分析了计算效率与收敛性（见图3）。随着KPM矩量数NΩ的增加，光谱分辨率显著提升。例如在H2S中，矩量数从10,000增至200,000时，原本的宽峰分解为多个清晰特征峰。尽管矩量数大幅增加，计算时间仍保持近似线性增长，显示出优异的可扩展性。图3. KPNQS的性能基准。a，H2S吸收光谱分辨率的收敛性与矩数（NΩ）的函数关系。b，计算时间与NΩ的关系。c，NQS部分、KPM部分和整体KPNQS方法的计算时间复杂度与扩展H2链的ED的比较。在这里，使用达到FCI精度的时间作为基准。d，O2接近最优弱缩放的演示，将算法运行103次迭代，批量大小不一，最多212次，并以秒为单位报告经过的时间。该方法的成功不仅在于其高效与精确，更在于其架构无关性与物理约束的内嵌机制。掩码自回归结构不仅保障了有效采样，还硬性编码了粒子数守恒与跃迁选择规则，确保模型仅在希尔伯特空间的物理相关区域中采样。未来，KPNQS有望进一步扩展至更大基组（如cc-pVDZ）和周期性系统，为材料表面、低维纳米结构等复杂体系的光谱模拟开辟新途径。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）：Absorption Spectra with Kernel Polynomial Neural Quantum StatesWei Liu, Rui-Hao Bi, Chongxiao Zhao, Yu Wang, Wenjie Dou*J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, XXX, 12216–12222https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c02758 Published November 17, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Physical Chemistry Letters 2025-12-08
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