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中科大在籠目超導體的競爭電子序研究中取得重要發(fā)現(xiàn)

近日，中科大陳仙輝院士團隊吳濤教授等人在前期研究基礎上，利用核磁共振譜學技術對壓力下籠目超導體CsV3Sb5中電荷密度波態(tài)和超導態(tài)的演化進行了系統(tǒng)的研究。

實驗結果表明：當靜水壓下高于臨界壓力Pc1≈0.58GPa時，體系出現(xiàn)了一種新的電荷密度波態(tài)，與此同時超導電性被劇烈地壓制。經過核磁共振譜學分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)該電荷密度波態(tài)具有單向的條紋狀電荷調制，當進一步增加壓力至臨界壓力Pc2≈2.0GPa時，新的電荷密度波態(tài)被完全壓制，超導轉變溫度也同時提升至最高值，這些結果表明超導與新的電荷密度波態(tài)存在強烈的競爭。

進一步研究表明籠目超導體具有顯著的電子關聯(lián)效應，這可能是來源于籠目晶格中電子-電子之間非局域的相互作用。此外，在壓力下的超導態(tài)與常壓下的超導態(tài)具有顯著不同的自旋-晶格弛豫率隨溫度的演化行為，壓力下的核磁共振研究表明，籠目超導體CsV3Sb5在壓力下的超導態(tài)可能是一種非常規(guī)的超導態(tài)。

上述實驗發(fā)現(xiàn)揭示了籠目超導體中新奇的電子關聯(lián)效應以及豐富的演生現(xiàn)象，將為理解超導態(tài)與競爭電子態(tài)之間復雜的相互機制提供一個新的契機。

我國科學家實現(xiàn)海水無淡化原位直接電解制氫技術

11月30日，中國工程院謝和平院士與他指導的深圳大學、四川大學博士團隊在《Nature》上發(fā)表了最新研究成果，提出物理力學與電化學相結合的全新思路，破解海水直接電解制氫面臨的難題與挑戰(zhàn)，開創(chuàng)海水無淡化原位直接電解制氫新原理與技術。

該成果通過將分子擴散、界面相平衡等物理力學過程與電化學反應巧妙結合，建立了相變遷移驅動的海水直接電解制氫理論模型，揭示了微米級氣隙通路下界面壓力差對海水自發(fā)相變傳質的影響機制，形成了電化學反應協(xié)同海水遷移的動態(tài)自調節(jié)穩(wěn)定電解制氫方法，破解了有害腐蝕性這一困擾海水電解制氫領域的半世紀難題。

與此同時，謝和平院士團隊研制了全球首套400L/h海水原位直接電解制氫技術與裝備，在深圳灣海水中連續(xù)運行超3200小時，令人信服的從海水中實現(xiàn)了穩(wěn)定和規(guī)模化制氫過程。此外，該研究團隊還進一步開發(fā)了酸性和堿性固態(tài)凝膠電解質。

《Nature》審稿人對該研究給予高度評價：“這項工作提供了一種有吸引力的策略，可以將非飲用水用于社會和生態(tài)中可持續(xù)燃料的生產，我認為這是一個重大突破！”

超強抗性基因或可有效對抗“棉花癌癥”

棉花黃萎病俗稱“棉花癌癥”，超強抗性基因的挖掘和獲得是棉花抗黃萎病分子育種最為關鍵的一環(huán)。為此，中科院新疆生地所張道遠研究團隊從新疆本土極端抗逆苔蘚齒肋赤蘚中克隆到一個新的ScAPD1-like基因，研究團隊利用多實驗方法相結合、多植物體系共同驗證系統(tǒng)揭示了該基因超強的抗黃萎病功能和抗病分子調控機制。

研究表明，ScAPD1-like基因能響應多種生物和非生物脅迫處理，作為轉錄因子，該基因定位在細胞核，能結合RAV1，AC-element等多種順式作用元件。并在異源擬南芥和原位齒肋赤蘚雙體系中均證實轉入該基因顯著增強了轉基因植物的黃萎病抗性，而這種抗性的增強主要是通過減輕植物體內ROS損傷，提高（類）木質素含量來實現(xiàn)的。進一步，研究團隊在擬南芥和齒肋赤蘚中均證實了ScAPD1-like基因主要是通過直接結合PAL和C4H兩個下游靶基因，激活苯丙烷通路，增加（類）木質素含量從而提高轉基因植物的黃萎病抗性。

目前，該基因已進一步在棉花體內進行抗黃萎病功能鑒定及應用。

金屬鋰電池安全改善獲得新進展

近日，清華大學張強教授、東南大學程新兵教授、北京理工大學黃佳琦教授通過電解液溶劑的分子設計，在金屬鋰表面上高效地引入了富聚合物界面層，其較高的氟含量極大地提高了電解液與金屬鋰的熱穩(wěn)定性，成功地將金屬鋰軟包電池熱失控溫度提升到了338℃。

研究組設計的二氟乙酸甲酯可以在金屬鋰負極表面發(fā)生Claison酯縮合反應，其特殊的–CHF2基團帶來的親核位點使其可以極快地形成富聚合物層，并且聚合物的高氟含量可以為界面層提供較好的熱穩(wěn)定性。

此外，原位形成的富聚合物的界面層因其高氟含量和柔韌性也賦予了金屬鋰軟包電池優(yōu)異的電化學性能，內剛外柔的界面層有效地抑制了鋰枝晶的生成，將其循環(huán)壽命提升了四倍以上。

該研究顯著地提高了電池熱安全的臨界溫度，為安全操作和及時預警提供了更大的空間。此外，極高的電池“燃燒”溫度可成功降低鋰金屬負極的安全風險。

新型可編程二維鐵電存儲器研發(fā)成功

近日，中科院金屬研究所研究人員與國內多家單位合作，通過設計二維半導體與二維鐵電材料的特殊能帶對齊方式，將金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）與非隧穿型的鐵電憶阻器垂直組裝，首次構筑了基于垂直架構的門電壓可編程的二維鐵電存儲器。

研究團隊使用二維層狀材料CuInP2S6作為鐵電絕緣體層，利用二維層狀半導體材料MoS2和多層石墨烯分別作為鐵電憶阻器的上、下電極層，形成金屬/鐵電體/半導體（M-FE-S）架構的憶阻器；同時，在頂部半導體層上方通過堆疊多層h-BN作為柵極介電層引入了MOSFET架構。底部M-FE-S憶阻器件開關比超過105并且具有長期數(shù)據(jù)存儲能力，且阻變行為與CuInP2S6層的鐵電性存在較強耦合。此外，研究人員通過制備3×4的陣列結構，展示了該型鐵電憶阻器件應用于存儲交叉陣列的可行性。

進一步，研究人員通過在上方MOSFET施加柵極電壓，有效調控了二維半導體層MoS2的載流子濃度，從而對下方M-FE-S憶阻器的存儲性能進行操控。基于以上結果，研究人員展示了該型器件的門電壓可調多阻態(tài)的存儲特性。

中科院海洋所揭示文蛤分泌內源性紅霉素助力構筑免疫屏障

生活在充斥豐富微生物的淺海灘涂等棲息地的無脊椎動物，在沒有特異性免疫系統(tǒng)的狀況下，如何應對一個病原體密集的環(huán)境并正常生存？

為此，中科院海洋所劉保忠課題組以埋棲貝類文蛤為對象，通過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，化學防御（如紅霉素合成）結合粘液屏障，與貝類細胞和體液免疫組成的先天免疫系統(tǒng)一起，構成了其應對特定環(huán)境的免疫“盔甲”。

課題組在文蛤外套膜轉錄組分析中，驚奇地發(fā)現(xiàn)了紅霉素合成過程的關鍵基因—紅霉內酯合酶基因（MpES）。紅霉素是一種高效的抗菌化合物，此前一直認為只能由細菌產生。科研人員首先通過色譜-質譜聯(lián)用的方法確定紅霉素存在于文蛤外套膜組織中，然后利用透射電鏡、免疫組化等手段進一步定位并表征了外套膜中產生和儲存紅霉素的具體結構為一種粘液樣細胞，且紅霉素可以隨粘液分泌到體外，抑菌試驗結果證實了粘液具抗菌活性，而敲降MpES基因則影響體內紅霉素合成。

遺傳分析表明MpES在文蛤家系親本和子代的基因型分離比符合孟德爾分離定律，支持了紅霉素合成基因的動物源性；另外，在文蛤屬近緣物種的相同細胞中也檢測到了紅霉素合成，提示產生抗生素的能力可能更廣泛地存在于海洋無脊椎動物中。

植物相分離蛋白鑒定取得新進展

近日，清華大學生命學院方曉峰、鄧海騰研究組利用大規(guī)模、高通量的蛋白質組學技術，同時建立高通量的檢驗蛋白相分能力的體系，篩選和鑒定了8種植物的相分離蛋白組，為研究植物中生物大分子相分離的功能奠定基礎。

研究組首先從擬南芥的幼苗和花組織中的細胞裂解液中鑒定到985個具有相分離潛力的蛋白，命名為ProX。研究團隊利用酵母系統(tǒng)異源表達ProX中70個RBPs蛋白，其中67%都可以形成明顯的凝聚體，其余的RBPs在熱激脅迫下也能形成凝聚體。說明該研究建立的方法能夠高效地鑒定和驗證候選的相分離蛋白。

該研究進一步鑒定了擬南芥在不同脅迫處理條件下的相分離蛋白，包括滲透脅迫、鹽脅迫、熱脅迫和氧化脅迫的ProX。結果顯示，大約25%的蛋白為各種脅迫條件所特異富集的。

除了擬南芥，該研究還鑒定了其他具有代表性的7個物種中的相分離蛋白。這些物種的ProXs多種序列比對分析結果表明，盡管IDR的序列差異大，但是在各物種中的存在是保守的，表明相分離的能力在進化上可能是被正向選擇的。