研究人员发现一种具有类似大脑学习能力的材料

研究人员发现一种具有类似大脑学习能力的材料瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）电力与宽带隙电子研究实验室(POWERlab)的博士生MohammadSamizadehNikoo在研究二氧化钒的相变期间，有了一个意外的发现。当在室温下时，二氧化硅有一个绝缘相，并在68℃时经历一个尖锐的绝缘体到金属的转变，其晶格结构发生变化。根据SamizadehNikoo的说法，二氧化硅有一种不稳定的“记忆”。"材料在移除激发后会立即恢复到绝缘状态"。他开始为他的论文寻找二氧化钒从一种状态转变为另一种状态需要多长时间。然而，他的调查出现了不同的变化：在收集了数百个测量数据后，他发现了材料结构中的“记忆效应”。在他的实验中，SamizadehNikoo向一个二氧化硅样品施加了电流。他解释说：“电流在材料上移动，沿着一条路径，直到它在另一侧退出。当电流加热样品时，二氧化硅的状态发生了变化。在电流消失后，该材料又回到了原来的状态。”SamizadehNikoo随后向该材料提供了第二个电流脉冲，并发现它改变状态的时间与该材料的历史密切相关。“二氧化钒似乎‘记住’了第一次相变，并预测下一次相变，”POWERlab的负责人ElisonMatioli教授解释说。“我们没有想到会看到这种记忆效应，而且它与电子状态无关，而是与材料的物理结构有关。这是一个新的发现：没有其他材料以这种方式表现出来。”研究人员发现，二氧化钒可能会回忆其最近的外部刺激，时间长达3小时。Matioli说：“事实上，记忆效应可能持续数天，但我们目前没有测量这种效应所需的仪器。”研究小组的这一发现具有重要意义，因为所发现的记忆效应是材料本身的一个固有属性。工程师们依靠记忆来完成各种计算，而可能通过提高容量、速度和小型化来改善计算过程的材料是非常需要的。二氧化钒能满足所有这三个条件。此外，其连续的、结构性的记忆使其区别于典型的材料，后者将数据存储为二进制信息，取决于对电状态的操作。研究人员进行了大量的测量以得出他们的结论。他们还通过将新方法应用于世界各地其他实验室的不同材料来证实他们的结果。这一发现很好地复制了大脑中发生的情况，因为二氧化钒“开关”的作用就像神经元。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1312791.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1312791.htm

科学家首次发现能“记住”自己经历的材料

科学家首次发现能“记住”自己经历的材料EPFL的研究人员发现了一种材料，它似乎能“记住”它过去遇到的所有刺激，如电流。这种化合物可以为更好的数据存储和处理提供便利。据悉，这种材料是二氧化钒(VO2)，而且它已经知道有一些有趣的特性。通常情况下，它是一种绝缘体，但当把它加热到68°C时，其晶格结构就发生了变化，这意味着它的作用就像一种金属。这可以使它成为窗户或屋顶的一个伟大的涂层，根据天气情况，它可以阻挡来自太阳的热量或让它通过。以前的研究甚至发现，它可以导电而不导热。而现在EPFL的一个团队在二氧化钒的履历中又增加了一个奇怪的特征。研究人员正在研究这种材料在其绝缘和导电状态之间转换的速度，方法是向VO2的一个样本施加电流。电流将材料加热到其过渡点，使其发生变化，然后在电流过后恢复到其初始状态。不过接下来发生的事情却是出乎意料的。当施加第二个电流时，发生相变的速度跟第一个电流的速度不同，这表明该材料对其历史有一种持久的“记忆”。该研究的论文通讯作者ElisonMatioli教授说道：“VO2似乎‘记住’了第一次相变并预见到了下一次相变。我们没有想到会看到这种记忆效应，而且它跟电子状态无关，而是跟材料的物理结构有关。这是一个新的发现：没有其他材料会有这样的表现。”在进一步的实验中，研究小组发现，VO2可以记住以前的刺激，时间长达3小时。他们提出，这种记忆甚至可以持续几天，但他们没有适当的仪器来测量它。研究人员表示，其他材料也可能有同样的能力，找到它们可能会带来一类新的记忆和数据处理设备。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307609.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307609.htm

铈的光催化超能力：释放二氧化钛的可见光吸收能力

铈的光催化超能力：释放二氧化钛的可见光吸收能力图为二氧化铈铈（Ce）在稀土元素中显示出可变价态Ce3+/Ce4+，具有不同的电子结构（分别为4f15d0和4f05d0），容易形成氧空位。具有独特电子结构的Ce元素可以被用来改造半导体光催化剂，以提高其光催化性能。在发表在《分子》杂志上的一项研究中，由中国科学院福建物质结构研究所卢灿忠教授领导的研究小组报告了铈/二氧化钛的可见光吸收。研究人员利用简单的溶胶-凝胶法实现了铈在二氧化钛晶格中的同步掺杂，实现了Ce在二氧化钛晶格中的同步掺杂。他们通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察了纯二氧化钛、Ce-掺杂的二氧化钛（铈/二氧化钛）和二氧化铈混合的二氧化钛（二氧化铈-二氧化钛）样品的形态和结构。他们发现，在锐钛型二氧化钛晶格中掺入Ce会导致样品的晶粒尺寸变小。此外，研究人员通过线性扫荡伏安法（LSV）测试发现了铈/二氧化钛的高光电流密度（10.9μA×cm-2），是普通二氧化钛材料（4.3μA×cm-2）的2.5倍。他们用入射光电流效率（IPCE）测试评估了铈/二氧化钛的光吸收范围。铈/二氧化钛显示出高达500纳米的可见光吸收，而纯二氧化钛在可见区没有明显的反应。此外，研究人员发现，由铈掺入二氧化钛晶格形成的电子捕获中心提高了光生电子和空穴的分离效率。掺入Ce的二氧化钛的窄带隙显示了良好的可见光吸收和光电流响应。由于Ce的掺杂，铈/二氧化钛样品实现了高光电流密度和入射光子电流效率（IPCE）。该研究为制备和理解高效可见光激活的稀土掺杂的光催化剂提供了一个实用的策略和重要的参考。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356239.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356239.htm

科学家展示可直接从空气中提取二氧化碳的新型碳捕集方法

科学家展示可直接从空气中提取二氧化碳的新型碳捕集方法随着全球社会逐步实现工业生产的去碳化，不仅要防止大气中产生新的碳，还要提取已经存在的二氧化碳。传统的碳捕集侧重于在重碳工艺中从排放点收集二氧化碳，而"直接空气捕集"（DAC）则是在一般大气条件下提取碳。这种方法在应对气候变化的斗争中变得越来越重要，特别是随着我们对化石燃料依赖的减少，从源头捕集碳的必要性也在降低。利用湿度技术，科学家们发现了几种有助于低能耗碳封存的新离子。美国西北大学的最新研究展示了一种从周围环境条件中捕捉碳的新方法，该方法研究了系统中水和二氧化碳之间的关系，为"湿度摆动"技术提供了参考，该技术在低湿度时捕捉二氧化碳，在高湿度时释放二氧化碳。这种方法结合了创新的动力学方法和多种离子，几乎可以从任何地方去除碳。这项研究最近发表在《环境科学与技术》杂志上。该研究的资深作者、西北大学的VinayakP.Dravid说："我们不仅扩大和优化了碳捕集离子的选择，还有助于揭示复杂的流体-表面相互作用的基本原理。这项工作推进了我们对DAC的集体理解，我们的数据和分析为理论家和实验家进一步改进实际条件下的碳捕集提供了强大的动力。"德拉维德是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系亚伯拉罕-哈里斯教授，也是国际纳米技术研究所全球倡议主任。博士生约翰-赫加蒂（JohnHegarty）和本杰明-辛德尔（BenjaminShindel）是论文的共同第一作者。辛德尔说，论文背后的想法来自于利用环境条件促进反应的愿望。"我们喜欢湿摆式碳捕集，因为它没有明确的能源成本，尽管对一定量的空气进行加湿需要一定的能量，但理想情况下，你可以'免费'获得湿度，在能量上可以依靠一个天然的干湿空气库相邻的环境"。新离子促进了碳捕获。资料来源：德拉维德实验室/西北大学该研究小组还扩大了用于使反应成为可能的离子数量。约翰-赫加蒂说："我们不仅将能够实现理想的湿度碳捕获的离子数量增加了一倍，而且还发现了迄今为止性能最高的系统。"近年来，湿度摆动捕集技术已经开始兴起。传统的碳捕集方法使用吸附剂在源点位置捕集二氧化碳，然后利用热量或产生的真空将二氧化碳从吸附剂中释放出来。这种方法的能源成本很高。传统的碳捕集方法会紧紧抓住二氧化碳，这意味着需要大量能源才能将其释放并重新利用。这种方法也不是在所有地方都适用。例如，农业、混凝土和钢铁制造商是主要的排放源，但它们的占地面积很大，因此不可能从单一来源捕集碳。较富裕的国家应努力将排放量降到零以下，而更依赖碳经济的发展中国家则应减少二氧化碳的生产。另一位资深作者、化学教授奥马尔-法尔哈（OmarFarha）在探索金属氧化物框架（MOF）结构在二氧化碳捕集和封存等多种应用中的作用方面拥有丰富的经验。"DAC是一个复杂的多方面问题，需要跨学科的方法，"Farha说。"我对这项工作的欣赏之处在于对复杂参数进行了详细而仔细的测量。任何提议的机制都必须解释这些错综复杂的观测结果。"过去的研究人员一直专注于碳酸根离子和磷酸根离子来促进水分摆动捕获，并对这些特定离子有效的原因提出了具体的假设。但德拉维德的研究小组希望测试更广泛的离子，观察哪些离子最有效。总的来说，他们发现价态最高的离子--主要是磷酸盐最有效，于是他们开始寻找多价离子，排除了一些离子，并找到了对这种应用有效的新离子，包括硅酸盐和硼酸盐。研究小组相信，未来的实验加上计算建模将有助于更好地解释为什么某些离子比其他离子更有效。目前已经有公司致力于将直接空气碳捕集商业化，利用碳信用额激励公司抵消排放。许多公司捕捉的是通过改变农业生产方式等活动已经捕捉到的碳，而这种方法可以明确地直接从大气中封存二氧化碳，然后将其浓缩并最终储存或再利用。德拉维德的团队计划将这种二氧化碳捕集材料与他们早先开发的多孔海绵平台结合起来，以清除包括石油、磷酸盐和微塑料在内的环境毒素。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388409.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388409.htm

MIT科学家正尝试利用二氧化碳足迹发现潜在外星生命

MIT科学家正尝试利用二氧化碳足迹发现潜在外星生命研究人员提出，如果一颗陆地行星的大气中二氧化碳含量比同一星系中的其他行星少很多，这可能是该行星表面存在液态水--也可能是生命的迹象。更重要的是，这一新特征就在美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的观测范围之内。虽然科学家们已经提出了其他宜居迹象，但这些特征即使不是无法测量，也很难用现有技术测量。研究小组表示，这种二氧化碳相对耗尽的新特征是目前唯一可以探测到的宜居性迹象。麻省理工学院行星科学助理教授朱利安-德-维特（JuliendeWit）说："系外行星科学的圣杯是寻找宜居世界和生命的存在，但迄今为止人们谈论的所有特征都超出了最新天文台的能力范围。现在我们有办法找出另一颗行星上是否有液态水。这也是我们在未来几年内可以实现的目标"。在这幅插图中，美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的多层遮阳板在天文台的蜂巢镜下伸展开来。韦伯望远镜是未来十年中最重要的天文台，为全世界成千上万的天文学家服务。它研究我们宇宙历史的每一个阶段。图片来源：NASAGSFC/CIL/AdrianaManriqueGutierrez研究小组的研究成果最近发表在《自然-天文学》上。deWit与英国伯明翰大学的AmauryTriaud共同领导了这项研究。他们在麻省理工学院的合著者包括本杰明-拉克姆、普拉杰瓦尔-尼劳拉、安娜-格利登-奥利弗-贾古茨、马特伊-佩奇、亚努什-佩特科夫斯基和萨拉-西格，以及伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的弗里德-克莱因、法国综合理工学院的马丁-图尔贝和波尔多天体物理实验室的弗兰克-塞尔西斯。迄今为止，天文学家已经探测到5200多个太阳系外的世界。利用目前的望远镜，天文学家可以直接测量行星到恒星的距离以及完成一个轨道所需的时间。这些测量结果可以帮助科学家推断行星是否在宜居带内。但是还没有办法直接确认一颗行星是否真的适合居住，也就是说它的表面是否存在液态水。在整个太阳系中，科学家可以通过观察"闪光"-即从液体表面反射的闪光来探测液态海洋的存在。例如，在土星最大的卫星土卫六上就观测到了这些闪光或镜面反射，这有助于确认该卫星上有大型湖泊。然而，要在遥远的行星上探测到类似的微光，目前的技术还无法实现。不过，德威特和他的同事们意识到，还有一种近在咫尺的宜居特征可以在遥远的世界中探测到。特里奥德说："通过观察我们自己系统中的陆地行星，我们萌生了一个想法。"金星、地球和火星都有相似之处，即都是岩石行星，居住在相对于太阳而言较为温和的区域。地球是三颗行星中目前唯一拥有液态水的行星。研究小组还注意到另一个明显的区别：地球大气中的二氧化碳含量要少得多。我们假设这些行星是以类似的方式诞生的，如果我们现在看到一颗行星的碳含量少了很多，那么它一定是去了某个地方。唯一能从大气中移除这么多碳的过程是涉及液态水海洋的强大水循环。事实上，地球的海洋在吸收二氧化碳方面发挥了重要而持久的作用。在数亿年的时间里，海洋吸收了大量的二氧化碳，几乎相当于今天金星大气中持续存在的二氧化碳量。这种行星级的效应使得地球大气中的二氧化碳含量大大低于其行星邻居。研究报告的合著者弗里德-克莱因（FriederKlein）说："在地球上，大气中的大部分二氧化碳在地质时间尺度上被封存在海水和固体岩石中，数十亿年来，这有助于调节气候和宜居性。"研究小组推断，如果在一颗遥远的行星上检测到类似的二氧化碳消耗，那么这将是其表面存在液态海洋和生命的可靠信号。在广泛查阅了生物学、化学、甚至气候变化背景下的碳封存等多个领域的文献后，研究人员认为，如果我们探测到碳耗竭，那么它就很有可能是液态水和/或生命的强烈信号。寻找生命的路线图在他们的研究中，研究小组提出了一种通过寻找贫化二氧化碳特征来探测宜居行星的策略。这种搜索对"豌豆荚"系统最有效，在这种系统中，多个大小差不多的陆地行星的轨道彼此相对靠近，类似于我们的太阳系。研究小组提出的第一步是确认这些行星是否有大气层，方法很简单，就是寻找是否存在二氧化碳，预计二氧化碳在大多数行星大气层中占主导地位。"二氧化碳是一种非常强的红外线吸收体，很容易在系外行星的大气层中被探测到，"deWit解释说。"二氧化碳的信号可以揭示系外行星大气层的存在"。一旦天文学家确定一个星系中有多颗行星拥有大气层，他们就可以继续测量它们的二氧化碳含量，观察是否有一颗行星的二氧化碳含量明显低于其他行星。如果是这样，那么这颗行星很可能适合居住，也就是说它的表面有大量的液态水。但宜居条件并不一定意味着行星上有人居住。为了确定是否真的存在生命，研究小组建议天文学家寻找行星大气层中的另一个特征：臭氧。研究人员注意到，在地球上，植物和一些微生物会汲取二氧化碳，但汲取的量远不及海洋。不过，作为这一过程的一部分，生命形式会释放出氧气，氧气与太阳的光子发生反应，转化成臭氧--一种比氧气本身更容易检测的分子。研究人员说，如果一个星球的大气层同时显示出臭氧和二氧化碳枯竭的迹象，那么这个星球很可能是一个宜居的、有人居住的世界。特里奥德说："如果我们看到臭氧，那么它很有可能与生命消耗二氧化碳有关。如果是生命，那就是灿烂的生命。它不仅仅是几个细菌。它将是一个星球规模的生物体，能够处理大量的碳，并与之相互作用。"据研究小组估计，美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜将能够测量附近多行星系统中的二氧化碳，可能还包括臭氧，比如TRAPPIST-1--一个围绕一颗明亮恒星运行的七大行星系统，距离地球仅40光年。"TRAPPIST-1是我们可以利用JWST进行陆地大气研究的少数系统之一，"deWit说。"现在我们有了寻找宜居行星的路线图。如果我们齐心协力，就能在未来几年内完成颠覆性的发现。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421391.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421391.htm

我国科学家用废旧电池将二氧化碳转化为燃料

我国科学家用废旧电池将二氧化碳转化为燃料2月1日，记者从华中科技大学获悉，该校化学与化工学院夏宝玉教授团队利用回收的废旧电池，将二氧化碳转化为具有高经济价值的甲酸。“这项技术的经济价值十分可观。”夏宝玉说，团队设计的二氧化碳电解反应器能在高效稳定运行的基础上实现面积与产量40倍放大。按照当前市场成本估计，每电解产生1吨甲酸，就将获得244美元盈利，并有望实现工业化应用。相关研究成果日前发表于《自然》杂志。（科技日报）