稳定化缺电子Cuδ+活性点位电催化还原水体硝氮

电催化还原水体硝氮(electrocatalytic nitrate reduction reaction,ENRR)是极具应用潜力的绿色脱氮技术.铜基催化剂因活性高而受研究者青睐,缺电子Cu^δ+是其中主要活性位,但在ENRR较负工作电压下难稳定(转化为Cu⁰).本文以市售Cu(OH)₂颗粒为前驱体,通过在其表面修饰1,4-萘二甲酸分子(1,4-NDC)并原位电还原活化,成功构建Cu^δ+-1,4-NDC催化活性点位(Cu(OH)₂/1,4-NDC-AT);因1,4-NDC羧基上氧的高电负性和化学稳定性,Cu^δ+在ENRR过程中能稳定存在.脱氮性能测试结果表明,Cu(OH)₂/1,4-NDC-AT在-0.40 V vs.RHE(可逆氢电极)下处理NO₃^--N废水(22.5 mg/L),产物中NH₃-N选择性大于90%,比表面活性和质量活性可达1034.7 mg N/(h ...     

硅酸盐、碳酸盐和硫化物共同风化促使CO2排放

<正>物理侵蚀和化学风化与地质时期地球气候的演化关系一直是热点科学问题^[1～3].硅酸盐矿物的化学风化作用是地球历史上碳循环的重要组成部分^[1,3～6].尽管地壳和地幔通过岩浆/变质作用向大气中排放了大量CO₂,但硅酸盐风化作用由于吸收/封存大气CO₂(产生碱度或HCO₃^–)而被认为是中和CO₂排放的一个关键机制,     

海洋“造林”的碳汇效率之争

<正>在21世纪末实现温控2～1.5℃的目标,需要全球各国政府、企业和个人共同努力,采取积极的减排和增汇措施.据Berger等人^[1]研究,在有效减排的前提下, 2050年之前每年还需从大气中去除160亿吨二氧化碳(CO₂)方能实现温控2℃之内的目标.海洋覆盖约71%的地球表面积,是地表系统中最大的碳储库,吸收了自工业革命以来约25%的人为CO₂^[2],发挥着不可替代的碳汇功能.海洋不仅有广度还有深度,平均深度约3400 m,如果能将海洋吸收的CO₂输出至1000 m以下,     

胞质磷酸盐浓度调控水稻液泡磷转运蛋白OsSPX-MFS的分选与转运的分子机制

<正>磷是植物生长发育所必需的大量元素,参与光合、呼吸、氧化还原平衡维持和能量代谢等诸多生理过程,同时也是核酸、磷脂及多种辅酶等重要分子的组分^[1].植物主要通过根部吸收土壤中的游离磷酸盐,即H₂PO₄^–和HPO₄^2–,其主要转运方式为H⁺/H₂PO₄^–协同转运,再通过共质体途径转运至木质部,     

基于稀土/过渡金属离子掺杂近红外发光材料的研究进展

近红外光具有人眼不可见、生物组织穿透能力强、可以避免自发荧光干扰等特点,因此近红外发光材料在夜视补光、活体成像、生物分析、荧光防伪、气体检测等领域有着广泛的应用.基于稀土/过渡金属离子掺杂的近红外光转换材料,由于其发光效率高、波长连续可调而受到了越来越多的关注.本文总结了最近10年稀土/过渡金属离子掺杂近红外发光材料的研究进展,涉及Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Eu²⁺、Cr³⁺、Cr⁴⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Mn⁴⁺、Mn5+、Mn6+、Fe³⁺等离子掺杂的近红外荧光粉,其中重点阐述了Nd³⁺、Er³⁺、Yb³⁺、Eu²⁺、...     

氢分子离子超快解离动力学研究进展

作为自然界中最简单的分子,氢分子离子(H₂⁺)及其同位素分子在超快物理研究中有着十分重要的地位.在过去的几十年中,人们已经对其解离现象做了大量的研究,并取得了一系列重要的成果.本文主要聚焦于H₂⁺解离研究中理论和实验方面的最新进展,首先介绍处理解离问题的一般理论方法,接着综述3个相关热点研究问题,包括解离通道的干涉、电子与原子核的关联效应以及解离中的分子转动.这些最新的研究成果进一步拓展了人们对于小分子超快动力学的认识,为观测、理解和最终控制复杂的超快解离过程提供了一个很好的范例.     

环境中硒的迁移、微生物转化及纳米硒应用研究进展

硒,人类及动物不可或缺的微量元素之一,在地球化学循环中扮演着重要角色.自然界中的硒通过风化作用从磷化岩、煤矿等富硒源中释放,经沉降、挥发、大气循环、生物作用等方式在生态系统中迁移转化.在众多迁移转化途径中,微生物对硒的转化尤为重要,主要包括异化还原、同化还原、氧化、甲基化和去甲基化5种方式.其中,异化还原是去除环境介质中SeO₄^2-及SeO₃^2-的主要方式,产物纳米硒(SeNPs)凭借独特的物理化学性质广泛应用于电子、医学、环境修复等领域.然而,关于生物源SeNPs合成的过程调控、机制解析,乃至生物信息学相关研究尚处于初步探索阶段.因此,本文综述了硒在环境中的迁移转化过程,着重阐述了微生物对硒的转化机理,以及生物合成SeNPs在化学传感器、抗癌领域及催化领域的应用,旨在为揭示硒元素的地球化学循环、微生物转化机制,及拓宽生物SeNPs的应用领域提供必要的信息及理论参考.     

冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程、机理与效应

冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO₂总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带西太平洋相对于南大洋等高纬海区在大气CO₂分压(pCO₂)冰期旋回中的作用并没那么重要,从而低估了热带西太平洋通过碳源汇演替调控全球气候的作用.在综合分析上新世以来冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程与机制的基础上,总结出了其气候效应模式,发现冰期时海平面降低导致更多的河流营养物进入海洋,致使近海表层有机碳生产和海底有机碳埋藏加强;同时,远洋为了“补偿”陆架珊瑚礁等钙质生物碳酸盐生产的减少,引起其深部[CO₃^2-]和碱度增加,致使远洋深部碳库增强;另外,开放洋区大型硅藻勃发等有机碳生产演化事件在大洋深部形成呼吸碳库,进一步“放大”了上述增强的深部碳库.这些碳循环过程表明冰期热带西太平洋扮演碳汇角色.间冰期时上述碳循环过程发生的方向或强度与冰期相反,但目前还没有证据...     

植物碳汇系统与中国碳中和之路

<正>1碳达峰与碳中和研究的紧迫性1975年,Broecker^[1]在Science上发表一篇文章“Climat change:Are we on the brink of a pronounced global warming?”使得大气中CO₂增加导致气候变暖的概念第一次走进人们的视野.大气CO₂增加主要是由于人类对化石能源的利用及人类活动导致的土地利用改变^[2].目前,大气CO₂浓度约为415 ppm(1 ppm=1μmol/mol,Global Carbon Budget 2020https://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/index.htm)     

固态胺吸附剂的CO2诱导性失活难题研究进展

CO₂捕集与封存是实现碳达峰、碳中和目标的重要措施,贡献全行业15%的CO₂减排量.固态胺吸附剂具有CO₂选择性强、CO₂吸附量高、再生能耗低、对CO₂浓度要求低等优点,近十几年来被广泛研究,是一种极具应用潜力的CO₂捕集材料.通过对制备方式的改进、有机胺种类的拓宽以及基体材料的设计与开发,固态胺吸附剂的CO₂吸附性能得到显著提升.然而,固态胺吸附剂在CO₂气氛下再生时,会因大量形成尿素基团而产生CO₂诱导性失活,导致吸附剂无法循环多次使用,限制了其在CO₂捕集领域的工业化应用.本文对固态胺吸附剂的技术原理、CO₂诱导性失活过程、失活关键因素和失活形成机制进行总结;同时,归纳、梳理了固态胺吸附剂在抗尿素循环稳定性方面的相关研究,并且探讨了固态胺吸附剂在提高抗尿素循环稳定性方面面临的问题和可能解决的方案.     

二氧化碳还原技术助力构筑碳中和循环社会

<正>温室效应与能源危机是21世纪人类社会面临的两大根本难题^[1].随着全球人口的持续增长以及经济高速发展,煤、石油、天然气等不可再生的化石能源燃烧产生大量CO₂,加剧了温室效应,导致全球变暖与极端天气等问题频发. 2023年发布的《世界能源统计年鉴》数据显示, 2022年全球对一次能源的需求相较2021年同比增长1.1%,因能源消耗产生的CO₂排放量超过393亿吨,达到历史新高点.     

多极性位点的杂化氢键有机框架吸附分离CO2/CH4

氢键有机框架(HOFs)是极具研究价值的新型多孔材料,但稳定、永久多孔且富含功能位点的HOFs的构筑难题制约了其在气体吸附分离领域的应用.本文采用具有轮桨立体构型和多氢键位点的金属-核碱基构造体构筑了一类稳定的微孔杂化HOFs材料(HOF-ZJU-201、HOF-ZJU-202和HOF-ZJU-203),框架内的无机阴离子、氨基以及电荷差异性分布孔道作为多重极性位点实现了CO₂的选择性吸附和CO₂/CH₄的吸附分离.在298 K和1 bar (1 bar=10⁵ Pa)条件下,杂化HOFs材料的CO₂吸附量为2.31～3.35 mmol/g,对CO₂/CH₄(50/50, v:v)的分离选择性为7.3～9.0.通过色散矫正的密度泛函理论计算和Hirshfeld表面分析明确了杂化HOFs材料通过氢键、静电偶极作用以及范德华力选择性捕获CO₂的作用机理.固定床穿透实验进一步验证了杂化HOFs材料对CO₂     

电解液调控实现高电压高镍三元长循环稳定

<正>为了满足500公里以上续航里程的苛刻要求,根据国家动力电池技术规划,对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求,2025年达到400 Wh/kg,2030年达到500 Wh/kg.正极材料的选择对提高电池的能量密度非常关键.LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)因具有高比容量和高工作电势而在高能量密度锂离子电池领域备受关注^[1,2].对于NCM811来说,Ni元素通过Ni²⁺/Ni³⁺和Ni³⁺/Ni⁴⁺氧化还原对贡献了大部分电容,并且随着充电截止电压的升高,提供的比容量增加,从而更高的能量密度可被获得.     

南京栖霞山铅锌矿山中的现代钙华: 一种高度富锌和锰的方解石

金属硫化物矿山开发引发的重金属污染已成为当前急需解决的环境问题. 以南京栖霞山铅锌矿采矿巷道壁上的现代钙华为研究对象, 利用电子探针、扫描电子显微镜和X射线粉末衍射分析等矿物学手段, 分析了钙华中的矿物组成及其重金属元素的赋存形态和分布状况. 结果表明钙华的主要矿物成分为方解石. 尽管地层水的重金属含量较低, 但是钙华中碳酸盐矿物的微量元素含量却较高, 最高含量分别为: Mn 23.65%, Zn 9.60%, Mg 0.76%, Fe 4.44%和Pb 0.66%. 钙华在电子探针背散射电子像中呈现出复杂的韵律壳层构造, 成分分析表明这种韵律壳层构造与重金属的分布有关. 另外, 在钙华中见有螺旋状及团絮状物质可能表明微生物参与了钙华的形成过程, 并与重金属的富集存在关联. 所报道的高度富锌-锰方解石对矿山环境中的重金属污染治理具有可借鉴意义.     

不同时间尺度上PM2.5与臭氧协同关系及其影响因素分析

PM_2.5和O₃（P-O）协同控制是持续改善我国空气质量的关键,识别我国重要地区P-O协同关系及其影响因素是实施P-O协同控制的基础.本研究选取华北平原（NCP）地区和长江三角洲（YRD）地区,分析了2019年不同季节和时间尺度P-O协同关系.结合北京、石家庄、上海、南京全年PM_2.5化学组分和气象要素数据,运用相关性分析,探究主导P-O协同关系的化学组分以及气象条件对P-O关系的影响.结果表明,不同时间尺度P-O协同关系及其主导组分不同.日均尺度上,除NCP地区的秋、冬季外,两个地区其他季节的P-O之间皆呈现正协同关系,尤其夏季P-O为强的正协同关系（COR≥0.5）;而小时尺度仅夏季仍为正协同关系.P-O关系还存在区域差异,南方皆强于北方,近海强于内陆.日均尺度,夏季P-O正相关是主要组分共同驱动,化学协同作用主导;除夏季外,组分硫酸盐(SO₄^2-)和一次有机碳（POC）主导NCP城市的P-O协同关系,而主导YRD城市的是硝酸盐（NO₃^-     

间歇性内陆水域是重要的碳源

内陆水域包括河流、溪水和湖泊、水库以及水池,会部分出现暂时性或者季节性甚至年际性的干旱,称之为间歇性内陆水域.随着极端气候事件频发、人类活动加剧和土地利用变化等原因,其面积不断增加.然而,内陆水域CO₂排放研究基本集中在常流水域,对于间歇性水域的CO₂排放研究较少,国内目前还未展开相关的工作.本文综述了现今所知的包括河流溪水和湖泊水库以及水池在内的间歇性内陆水域在干旱和再浸润时CO₂排放,讨论这两个阶段CO₂释放通量的控制因素和作用机理.间歇性内陆水域在干旱时沉积物暴露接触到更多氧气,有机质分解作用增强;分解速率除受温度和湿度控制外,还受上覆植被的影响,存在时空差异性.再浸润时发生类似土壤中"桦木效应",间歇性内陆水域CO₂释放浓度迅速增加, CO₂排放通量受沉积物理化性质和温湿度影响.最后估算间歇性内陆水域CO₂排放量为每年0.51 Pg C,约占全球内陆水域CO₂(未计间歇性内陆水域)排放量的1/4,是全球内...     

钼基碳掺杂二硫化钼电极的硫氧化反应性能

硫钝化是阻碍硫化物氧化反应(sulfur oxidation reaction, SOR)在硫锂电池、电化学脱硫、含硫污染物资源化等领域高效进行的重要因素.二硫化钼(MoS₂)因其优异的抗硫性和可调的二维层状结构而具有良好的SOR潜能,但其本征半导体性质限制了电子传递过程.本文报道了一种抗硫性钼基碳掺杂二硫化钼电极(Mo/C-MoS₂),通过碳掺杂使MoS₂电极具有接近热中性的硫吸附吉布斯自由能和快速转换多硫化物的能力,有效避免了硫钝化.实验结果显示, Mo/C-MoS₂能以0.37 V驱动SOR反应达到10 mA/cm²,低于Mo/MoS₂电极(0.41 V)和Pt电极(0.68 V),并在恒电位电解测试中保持16.5 h的抗硫钝化稳定性.透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spe...     

双核催化位低温高效脱除氮氧化物

<正>氮氧化物(nitrogen oxides,NO_x)是化石燃料燃烧过程中所产生的主要大气污染物之一,也是PM_2.5和臭氧的重要前体物^[1].控制NO_x的排放是国家“十四五”规划持续改善大气品质和环境质量的重大战略需求.氨选择性催化还原(selective catalytic reduction with NH₃,NH₃-SCR)技术是目前世界上应用最为广泛、最为成熟且最为有效的工业烟气脱硝技术^[2].SCR过程中主要发生如下反应:4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O,     

基于关联网络的空间辐射防护分子靶标的辨识与预测

空间辐射对航天员健康的危害制约人类的空间探索活动,对其中重离子成分的医学防护研究是对抗空间辐射人体健康威胁的关键之一.本研究以地面装置模拟空间辐射环境,用0.5和2 Gy剂量的碳离子(¹²C⁶⁺)辐照正常人淋巴母细胞AHH-1,照前0.5 h分别用两种已知的辐射防护药物处理细胞,照后4 h用基因表达芯片测量细胞基因表达谱,构建辐射损伤相关基因表达量调节网络.运用基于模拟退火的迭代搜索算法辨识不同剂量¹²C⁶⁺辐照及防护药物作用下的辐射相关基因激活子网,依据节点的连接度预测出PPM1A, RIF1, CASP3, TFE3和RIN1等潜在的空间辐射损伤防护高关联度基因.进一步的富集分析表明,这些基因显著富集的分子功能类别主要与转录调节、激活子活性等有关;细胞定位类别主要是核体、染色体等;生物过程类别主要与信号转导、RNA代谢和细胞定位调节等有关.进一步在Hela细胞上通过Western blotting实验证明, 0.5和2 Gy剂量¹²C⁶⁺辐照后, RI...     

大气污染对儿童鼻炎发病率的影响

近年来,我国儿童过敏性鼻炎发病率迅速增加,但其原因尚不明确.近期研究表明,我国室外大气污染不断加剧可能是导致儿童鼻炎的潜在原因,因此,本文主要研究室外大气污染物对鼻炎发病率的影响.本研究对长沙市4988个1⁸岁儿童进行标准问卷调查,问卷包括健康状况、家庭环境、过敏原暴露等因素,同时收集了长沙市2006²011年室外大气污染物PM₁0,SO₂,NO₂浓度监测数据.结果表明,长沙市3⁶岁儿童确诊鼻炎发病率为8.4%（95%CI,7.0%¹0.0%）.儿童鼻炎发病率与室外污染物平均背景浓度无关,而与年龄累积PM₁0,SO₂,NO₂浓度显著正相关.研究表明儿童长期暴露于高浓度大气污染可能是导致鼻炎的重要原因.