催化剂将氢电解器中的铱用量减少了95%

催化剂将氢电解器中的铱用量减少了95% 访问：Saily - 使用eSIM实现手机全球数据漫游 安全可靠 源自NordVPN 日本理化学研究所可持续资源科学中心（CSRS）的中村隆平（Ryuhei Nakamura）领导的研究人员在今天（5 月 9 日）发表在《科学》杂志上的一项研究中报告了一种新方法，该方法将反应所需的铱量减少了 95%，而且不会改变氢的生产率。这一突破将彻底改变我们生产生态友好型氢气的能力，并有助于实现碳中和的氢经济。合成氧化铱的扫描电子显微镜图像（D）和分散在电沉积在耐腐蚀铂涂层钛网上的氧化锰上的铱（亮点）的扫描透射电子显微镜图像（E、F、G）。资料来源：理化学研究所制氢挑战世界上 70% 的面积被水覆盖，氢气是真正的可再生能源。然而，从水中提取氢气的规模还无法与化石燃料能源生产相媲美。目前，全球能源产量接近 18 兆瓦，这意味着在任何特定时刻，全球平均生产约 18 万亿瓦特的电力。替代性绿色能源生产方式要想取代化石燃料，就必须能够达到相同的能源生产率。从水中提取氢气的绿色方法是一种需要催化剂的电化学反应。这种反应的最佳催化剂产氢率最高、最稳定的催化剂是稀有金属，其中铱是最好的催化剂。但铱的稀缺是个大问题。共同第一作者孔爽说："铱是如此稀有，以至于将全球氢气生产规模扩大到太瓦级估计需要40年的铱。"催化剂开发的创新理化学研究所 CSRS 的生物功能催化剂研究小组正试图绕过铱的瓶颈，寻找其他方法来长时间高速生产氢气。从长远来看，他们希望开发出基于普通土金属的新型催化剂，这种催化剂将具有高度的可持续性。事实上，该团队最近使用一种氧化锰作为催化剂，成功地将绿色制氢稳定在一个相对较高的水平。不过，以这种方式实现工业水平的生产还需要数年时间。中村隆平说："我们需要一种方法来弥合稀有金属电解槽与普通金属电解槽之间的差距，这样我们就能在多年内逐步过渡到完全可持续的绿色氢气。"目前的研究正是通过将锰与铱相结合来实现这一目标。研究人员发现，当他们把铱原子分散在一块氧化锰上，使它们不会相互接触或凝结在一起时，质子交换膜（PEM）电解槽中的氢气产生速度与单独使用铱时相同，但铱含量减少了 95%。潜力和未来方向使用这种新型催化剂，可以连续生产氢气超过 3000 小时（约 4 个月），效率高达 82%，且无降解。合著者李爱龙说："氧化锰和铱之间意想不到的相互作用是我们取得成功的关键。这是因为这种相互作用产生的铱处于罕见的高活性 +6 氧化态"。中村隆平认为，新催化剂达到的制氢水平极有可能立即派上用场。他说："我们希望我们的催化剂能够很容易地转移到现实世界的应用中，这将立即提高目前 PEM 电解器的容量。"研究小组已经开始与工业界的合作伙伴合作，他们已经能够改进最初的铱锰催化剂。今后，理化学研究所 CSRS 研究人员计划继续研究铱和氧化锰之间的特定化学作用，希望能进一步减少必要的铱含量。同时，他们将继续与工业合作伙伴合作，并计划在不久的将来在工业规模上部署和测试这种新型催化剂。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

秘鲁“外星人遗体”鉴定结果出炉：人工合成的人偶

秘鲁“外星人遗体”鉴定结果出炉：人工合成的人偶 秘鲁法医和司法鉴定研究所的考古专家 12 日在一场新闻发布会上揭露了去年 10 月出现的“外星人遗体”的骗局，证实了这些遗体其实是由纸、胶、金属和动物以及人类骨头制成的人偶。 法医考古学家弗拉维奥・埃斯特拉达 (Flavio Estrada) 领导了这次调查并揭露真相：“令人失望的是，一些人竟相信这些东西来自‘外星基地’或‘另一个星球’，完全是荒谬的猜测。”他强调，“结论很简单，这些布偶是用现代合成胶水粘合的动物骨骼拼成的，并非史前生物，更不是外星人。” 目前，检察院仍在调查这些物品的拥有者。据悉，它们原本准备运往墨西哥，于去年 10 月被海关截获。来源 ， 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat

珊瑚白化：表层下微生物混乱的催化剂

珊瑚白化：表层下微生物混乱的催化剂 2019 年白化事件期间，研究人员在法属波利尼西亚莫奥里亚的珊瑚礁上潜水。图片来源：Milou Arts of NIOZ由夏威夷大学马诺阿分校（UH）和荷兰皇家海洋研究所（NIOZ）领导的新研究发现，当珊瑚白化发生时，珊瑚会向周围的水中释放独特的有机化合物，这不仅会促进细菌的整体生长，而且会选择可能会进一步对珊瑚礁造成压力的机会性细菌。"我们的研究结果表明，短期热应力和长期白化的影响可能会超出珊瑚的范围，延伸到水体中，"共同第一作者、马诺阿大学热带农业与人力资源学院博士后研究员、马诺阿大学海洋与地球科学技术学院（SOEST）前博士生韦斯利-斯帕拉贡（Wesley Sparagon）说。研究小组成员包括来自马诺阿大学、国家海洋研究所、斯克里普斯海洋学研究所和加州大学圣巴巴拉分校的科学家，他们对2019年法属波利尼西亚穆雷阿岛白化事件期间收集的白化和未白化珊瑚进行了实验。这项研究的资深作者、SOEST 教授克雷格-尼尔森（Craig Nelson）说："尽管珊瑚白化是一个有据可查的现象，而且在全球珊瑚礁中越来越普遍，但有关珊瑚礁水柱微生物学和生物地球化学影响的研究却相对较少。"作者 Irina Koester 博士（左）和 Jessica Bullington 博士（右）以及共同第一作者 Wesley Sparagon 博士（中）在莫奥里亚的甘普站使用蠕动泵对微生物群落进行采样。图片来源：克雷格-尼尔森，马诺阿大学/ SOEST实验结果和微生物反应在加热实验中，研究小组确定，与未漂白的珊瑚相比，受热胁迫的珊瑚和漂白的珊瑚在应对热胁迫时会散发出不同成分的有机物。这些独特的化合物为周围水域中的微生物群落提供了营养，使其数量增加。斯帕拉贡说："有趣的是，对白化珊瑚渗出物做出反应的微生物与在健康珊瑚渗出物上生长的微生物截然不同。而且，快速生长的机会主义者和潜在病原体的丰度更高。这些微生物群落在受压珊瑚周围的生长可能会通过窒息或引入疾病对珊瑚造成伤害。"作者 Zach Quinlan 博士（左）和共同第一作者 Milou Arts（右）使用蠕动泵收集溶解有机碳样本。资料来源：Wesley Sparagon，马诺阿大学最令人惊讶的是，珊瑚释放化合物的这种变化发生在研究中经历过任何压力的珊瑚身上：已受热但尚未漂白的珊瑚、既受热又漂白的珊瑚以及之前在野外漂白过的珊瑚。NIOZ的共同第一作者米卢-阿茨（Milou Arts）说："这表明，这一过程发生在珊瑚白化的整个过程中，从热应力开始一直到恢复。重要的是，它在热应力下的健康珊瑚中最为明显，这表明它在热应力开始时影响最大，可能会将珊瑚推向更严重的白化，最终导致死亡。"研究人员正在积极研究如何识别水体中的化合物和微生物，它们可以作为珊瑚礁受到压力时的预警系统。这可以加强或补充其他珊瑚礁保护工作，特别是在发生灾难性破坏之前识别珊瑚礁压力方面。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现番茄植株会利用两种不同的代谢途径产生自我防御机制

研究发现番茄植株会利用两种不同的代谢途径产生自我防御机制 番茄焦油是热心园艺家们最熟悉的一种麻烦，它是一种金黑色的粘性物质，在接触植物后会附着在手上。原来，这种物质特有的粘性有一个重要的作用。它是由一种叫做酰基糖的糖组成的，对害虫来说是一种天然的"苍蝇纸"。这项研究的负责人、密歇根州立大学研究员罗伯特-拉斯特（Robert Last）说："植物在进化过程中制造了许多神奇的毒药和其他生物活性化合物。Last 实验室专门研究酰基糖以及产生和储存酰基糖的微小毛发状结构，即毛状体。"一项惊人的发现是，研究人员在番茄根部也发现了曾被认为只存在于毛状体中的酰基糖。这一发现是一个遗传学之谜，它提出了许多问题，也带来了许多启示。MSU 研究的目的是了解这些根部酰基糖的来源和功能。他们发现，番茄植物不仅在根部和毛状体中合成化学性质独特的酰基糖，而且这些酰基糖是通过两条平行的代谢途径产生的。这就相当于汽车厂的流水线在生产同一款汽车的两种不同型号，但却从不相互影响。在密歇根州立大学生物化学和分子生物学系，番茄幼苗是 Last 实验室为研究茄科植物而培育的。研究人员分析了根和芽之间独特的化学差异，两者都含有酰基糖。图片来源：Connor Yeck/麻省理工大学这些发现有助于科学家们更好地了解茄科植物的恢复能力和进化过程，茄科是一个庞大的植物家族，包括西红柿、茄子、马铃薯、辣椒、烟草和牵牛花。它们还能为研究人员提供有价值的信息，帮助他们将植物制造的分子开发成化合物，以帮助人类。"从药品、杀虫剂到防晒霜，人类为不同用途改造的许多小分子都来自植物、微生物和昆虫之间的军备竞赛，"Last 说。除了生长所必需的关键化学物质外，植物还能产生在环境互动中发挥关键作用的化合物宝库。这些化合物可以吸引有用的授粉者，也是抵御有害生物的第一道防线。密歇根州立大学博士后研究员、最新论文的第一作者雷切尔-柯文（Rachel Kerwin）说："这些特殊代谢物的非凡之处在于，它们通常是在高度精确的细胞和组织中合成的。""以酰基糖为例，我们不会在番茄植株的叶片或茎中发现它们。这些具有物理粘性的防御代谢物就产生于毛状体的顶端。"当有报道称在番茄根部也能发现酰基糖时，Kerwin 认为这是对老式基因侦查工作的一种呼唤。从左到右：Jaynee Hart、Rachel Kerwin 和 Robert Last 在密歇根州立大学质谱和代谢组学核心的分析设备前合影。研究小组揭开了番茄植物的进化和遗传之谜。图片来源：Connor Yeck/密歇根州立大学这些酰基糖在根部的出现令人着迷，并引发了许多问题。这是如何发生的，它们是如何被制造出来的，它们与我们一直在研究的毛状体酰基糖是否不同？为了着手解决这个进化之谜，实验室成员与 MSU 质谱分析和代谢组学核心的专家以及 Max T. Rogers 核磁共振设施的工作人员进行了合作。在比较番茄幼苗根部和芽部的代谢物时，发现了多种差异。地上部分和地下部分酰基糖的基本化学组成明显不同，以至于可以将它们完全定义为不同类别的酰基糖。最后，密苏里大学自然科学学院生物化学与分子生物学系和植物生物学系的大学特聘教授用一个有用的比喻来解释遗传学家是如何研究生物学的。"他说："试想一下，如果要弄清一辆汽车是如何工作的，就必须一个一个部件地拆出来，把汽车轮胎弄平后发现发动机还能运转，那么即使你不知道轮胎的具体作用，也算发现了一个关键事实。"把上面举例中的汽车零件换成基因，就能更清楚地了解最后实验室为进一步破解根部酰基糖密码所做的工作。通过查看公开的基因序列数据，Kerwin 注意到在番茄毛状体酰基糖生产过程中表达的许多基因在根部都有近亲。在确定了一种被认为是根部酰基糖生物合成第一步的酶后，研究人员开始"拆车"。当他们敲除根部酰基糖候选基因时，根部酰基糖的生产消失了，而毛状体酰基糖的生产没有受到影响。与此同时，当研究充分的毛状体酰基糖基因被敲除时，根部酰基糖的生产照常进行。这些发现有力地证明了疑似代谢镜像的存在。Last说："除了我们研究多年的地面酰基糖途径外，我们在这里发现了存在于地下的第二个平行宇宙。"Kerwin补充说："这证实了我们在同一种植物中同时存在两种途径。"为了实现这一突破，最新论文的第二作者、博士后研究员杰尼-哈特（Jaynee Hart）仔细研究了毛状体和根酶的功能。正如毛状体酶和它们产生的酰基糖是一种经过充分研究的化学匹配，她发现根部酶和根部酰基糖之间也有很好的联系。哈特解释说："研究分离出来的酶是一种强大的工具，可以确定它们的活性，并就它们在植物细胞内的功能作用得出结论。"这些发现进一步证明了单株番茄植物中存在的平行代谢途径。"植物和汽车是如此不同，但又如此相似，当你打开众所周知的引擎盖时，你就会意识到使它们发挥作用的众多部件和连接。这项工作让我们对番茄植物的其中一个部件有了新的认识，并促使我们进一步研究它的进化和功能，以及我们是否能以其他方式利用它，"资助这项工作的美国国家科学基金会项目主任潘卡杰-贾斯瓦尔（Pankaj Jaiswal）说。"我们对生物从西红柿和其他作物到动物和微生物了解得越多，利用所学知识造福社会的机会就越广泛。"该论文还报告了与生物合成基因簇（BGCs）有关的一个令人着迷和意想不到的转折。BGC是染色体上物理分组的基因集合，有助于特定的代谢途径。此前，Last 实验室发现了一个 BGC，其中含有与番茄植株毛状体酰基糖有关的基因。现在，Kerwin、Hart 和他们的合作者发现，根部表达的酰基糖酶也在同一个基因簇中。Kerwin说："通常在BGCs中，基因在相同的组织和相似的条件下共同表达。有些在毛状体中表达，有些在根中表达。"这一发现促使Kerwin深入研究茄科植物的进化轨迹，希望找出这两种独特的酰基糖途径是何时以及如何形成的。具体来说，研究人员注意到，大约1900万年前，负责毛状体酰基糖的酶发生了复制。这种酶有朝一日将负责新发现的根部表达的酰基糖途径。在根部"开启"这种酶的确切机制仍然未知，这为 Last 实验室继续解开茄科植物的进化和代谢秘密铺平了道路。与茄科植物的合作提供了如此多的科学资源，以及一个强大的研究人员社区。通过它们作为作物和园艺的重要性，这些植物是人类数千年来一直关心的对象。最后，这些突破也提醒人们天然杀虫剂的重要性，酰糖类等防御代谢物最终代表了天然杀虫剂。如果我们发现这些根部酰基糖能够有效地驱除有害生物，是否可以将它们培育到其他茄科植物中，从而帮助植物生长，而无需使用有害的合成杀真菌剂和杀虫剂？这些问题是人类追求更纯净的水、更安全的食品和减少对有害合成化学品的依赖的核心所在。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员通过低温电子显微镜揭示了复制酶的原子结构

研究人员通过低温电子显微镜揭示了复制酶的原子结构 图中显示的是一种被认为与生命起源有关的 RNA 聚合酶核糖酶。图中的核糖酶被冰冻起来，象征着它是如何被及时冷冻以进行成像的，以及它是如何在冰冷的条件下发挥最佳作用的。黄/红光突出显示了活性位点，透明显示了模板-产物螺旋的拟议位置。图片来源：Rune Kidmose错综复杂的生命分子机制是如何从简单的起点产生的，这是一个长期存在的问题。一些证据表明，在原始的"RNA 世界"中，"RNA 复制机"（即所谓的复制酶）开始复制自身和其他 RNA 分子，从而启动了进化和生命本身。然而，古老的复制酶似乎已经消失在时间的长河中，它在现代生物学中的作用已被更高效的蛋白质机器所取代。为了支持"RNA 世界"假说，研究人员一直试图在实验室中重新创造出一种等效的 RNA 复制酶。虽然已经发现了这种古代复制酶的分子"二重身"，但由于难以确定动态 RNA 分子的结构，它们的详细分子结构和作用方式仍然难以确定。嗜冰 RNA 复制酶的结构在发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）的一篇研究论文中，一个研究小组首次利用低温电子显微镜（cryo-EM）报告了 RNA 复制酶的原子结构。正在研究的 RNA 复制酶是由 Holliger 实验室（英国剑桥大学 MRC LMB）开发的，能够在共晶冰相（类似于冰渣）中利用核苷酸三联体高效复制长模板。现任奥胡斯大学助理教授的 Emil L. Kristoffersen 从霍利格实验室博士后学习归来后，促成了与安德森实验室（丹麦奥胡斯大学）的合作，通过低温电子显微镜确定了 RNA 复制酶的结构。有趣的是，该结构与基于蛋白质的聚合酶有着惊人的相似之处，其模板结合、聚合和底物分辨结构域的分子形状类似于一只张开的手。"我们惊讶地发现，我们在试管中人工进化出的核糖酶竟然具有天然存在的蛋白质聚合酶的特征。"英国剑桥大学 MRC LMB 项目负责人 Philipp Holliger 解释说："这表明，无论材料是 RNA 还是蛋白质，进化都能发现趋同的分子解决方案。"RNA 世界中的 RNA 合成模型为了更好地了解 RNA 复制酶的工作原理，研究人员进行了全面的突变研究，以突出 RNA 结构的关键要素。这项分析证实了催化位点的特征，同时也揭示了两个所谓的"接吻环"相互作用的重要性，这两个相互作用将支架亚基和催化亚基结合在一起，同时也揭示了一个特定的RNA结构域对保真度的重要性，即复制酶复制RNA链的准确性。虽然研究人员无法确定复制酶在积极复制 RNA 时的"作用中"结构，但他们还是建立了一个与所有实验数据相一致的基于 RNA 的 RNA 复制模型。"冷冻电镜是研究 RNA 分子结构和动态特征的一种强大方法。通过将低温电子显微镜数据与实验相结合，我们能够建立这种复杂的 RNA 机器内部运作的模型。"Ewan McRae 告诉我们，他在奥胡斯大学安德森实验室做博士后时曾从事过低温电子显微镜工作，现在已经在美国得克萨斯州休斯顿卫理公会研究所成立了自己的研究小组。RNA 纳米技术和医学的灵感来源这项研究令人兴奋地首次看到了被认为位于生命之树根部的 RNA 复制酶。然而，目前开发的基于 RNA 的复制酶效率很低（与基于蛋白质的聚合酶相比），还不能维持自身的复制和进化。这项研究提供的结构洞察力可能有助于设计更高效的复制机制，从而让我们更接近在试管中开发 RNA 世界的情景。"通过使用可能存在于 RNA 世界中的化学修饰，RNA 复制酶的特性可能会得到进一步改善。"丹麦奥胡斯大学副教授 Ebbe Sloth Andersen 解释说："此外，对生命起源的研究还发现了几种新型 RNA 构建模块，可用于新兴的 RNA 纳米技术和医学领域。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国科学家领衔研发液态金属成膜新技术 成功构建新型“人工树叶”

中国科学家领衔研发液态金属成膜新技术 成功构建新型“人工树叶” 这项由中国科学家领导完成的重要新能源材料研究成果论文，近日以“液态金属镶嵌的人工光合成膜”为题在国际学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上发表。图1. 基于低温液态金属镶嵌半导体颗粒制备嵌入式半导体光活性薄膜图2. 非嵌入型与嵌入式BiVO4薄膜的光生电荷提取能力对比图3. 嵌入式BiVO4光电极的光电化学分解水活性评价图4. 利用半导体颗粒植入技术构建的嵌入式Z型仿生人工光合成面板及其可见光驱动的全分解水活性评价图5. 金属镶嵌半导体颗粒人工光合成膜制备技术具备普适性好、易规模化、膜结构稳定性高和易回收利用等优点论文通讯作者刘岗研究员指出，基于太阳能光催化分解水的绿氢制备技术属于前沿和颠覆性低碳技术，其走向应用的关键是构建高效、稳定且低成本的太阳能驱动半导体光催化材料薄膜即“人工树叶”。目前，常用的薄膜制备技术因制备环境苛刻或成膜质量差，难以满足太阳能光催化分解水制氢的实际应用需求。在自然界，植物光合作用实现太阳能到化学能的转化过程中，植物叶子中起光合作用的光系统II和光系统I，是以镶嵌形式存在于叶绿体的类囊体膜中，这一特征是自然光合作用能有效运行的重要结构基础。受此启发，在本项研究中，研究团队利用熔融的低温液态金属作为导电集流体和粘结剂在选定基体上规模化成膜，结合辊压技术进行半导体颗粒的嵌入集成，实现了半导体颗粒的规模化植入。刘岗介绍说，半导体颗粒镶嵌在液态金属导电集流体薄膜中形成三维立体的强接触界面，其结构犹如“鹅卵石路面”，使得其不仅具有优异的结构稳定性还具有十分突出的光生电荷收集能力。以钒酸铋为例，嵌入式钒酸铋颗粒的光电极活性相比传统的非嵌入式钒酸铋光电极高出2倍，且长时连续工作120小时几乎无活性衰减；光电极从1平方厘米放大至64平方厘米后，单位面积的光电流密度仍可保持约70%，远优于目前所知大面积钒酸铋光电极小于30%的活性保持率。在此基础上，进一步同时嵌入产氧和产氢光催化材料，可实现光催化分解水制氢面板的规模化制备，在可见光照射下，其活性是传统非嵌入式金薄膜支撑光催化材料膜的近3倍，超过上百小时持续工作无衰减。刘岗表示，本次研发的液态金属成膜新技术还具有普适性好和原材料易回收等优势，利用氧化锌、三氧化钨、氧化亚铜等商业化半导体颗粒，可实现不同半导体颗粒薄膜在不同基体上的规模化制备，所获得的颗粒嵌入式薄膜的活性均显著优于对照的非嵌入式样品。此外，在柔性基体上集成的薄膜在大曲率弯折10万次后仍可保持95%以上的初始活性。在循环和高效利用方面，通过简单的热水超声处理，即可将半导体颗粒、低温液态金属以及基体进行分离回收再利用，且回收再集成获得的人工光合成薄膜表现出与原始薄膜近乎相同的活性。 ... PC版： 手机版：