科学家首次在金属表面形成带电的稀土分子并使其旋转

科学家首次在金属表面形成带电的稀土分子并使其旋转稀土元素对高科技应用至关重要，包括手机、高清电视等等。团队负责人Saw-WaiHla说："这是首次在金属表面形成带有正负电荷的稀土复合物，也是首次展示对其旋转的原子级控制，"他拥有阿贡大学科学家和俄亥俄大学文理学院物理和天文学教授的双重身份。该实验在阿贡和俄亥俄大学进行，利用了两个不同的低温扫描隧道显微镜（STM）系统。STM实验的环境要求在超高真空中的温度约为5摄氏度（-450华氏度）。样品分子的大小大约为2纳米。稀土转子。(a)旋转的Eu复合物的STM图像在Au(111)上显示为一个圆盘形状。(b)通过从STM尖端提供电能来进行控制旋转。(c),(d)分别是一个复合物旋转前和旋转后。虚线圈表示用于控制的反离子。资料来源：SawWaiHlaHla说："在两个地方都取得了相同的结果，这确保了实验的可重复性。"俄亥俄州的实验室由Hla小组的学生操作，该小组与纳米和量子现象研究所有关。这些科学家的研究最近发表在《自然通讯》杂志上。研究人员组装的稀土复合物是带正电的铕基分子与带负电的反离子在黄金表面上。通过应用从STM尖端发出的电场，利用下面的反离子作为支点，导致复合物的旋转。研究人员证明了对这些稀土复合物旋转的100%的方向控制。俄亥俄大学化学系教授兼Roenigk主席EricMasson是该项目的共同研究者之一，他设计了这些稀土复合物，他在俄亥俄大学的小组合成了这些复合物。阿贡的科学家和伊利诺伊大学芝加哥分校化学工程系副教授AnhNgo的小组利用阿贡的BEBOP（迄今为止美国最强大的超级计算机）进行了密度函数理论计算。计算结果显示，在分子-基质界面上只有微不足道的电荷转移，这意味着复合物在表面上仍然带电。Hla和合作者在阿贡高级光子源用一种被称为同步辐射X射线扫描隧道显微镜的新生实验方法确定了吸附在表面上的复合物中的Eu离子的化学状态，他们确认分子在金表面带正电。STM图像显示该结构是一个带有三条臂的扭曲的三角形。用创纪录的8000个光谱帧获得的STM电影证明了下面的反离子的加入。然后，Hla小组使用STM操作进一步证明了控制旋转，它显示了顺时针和逆时针的随意旋转。"这些发现对于开发纳米机械装置可能是有用的，在这些装置中，复合体中的各个单元被设计为控制、促进或限制运动，"Hla说。"我们已经证明了带电稀土复合物在金属表面的旋转，现在可以对它们的电子和结构以及机械性能进行一次复合调查。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335423.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335423.htm

科学家开发出存储能力更强的铝离子电池

科学家开发出存储能力更强的铝离子电池一个研究小组创造出一种有机氧化还原聚合物，可用作铝离子电池的正极。铝离子电池正在成为传统电池的潜在替代品，因为传统电池依赖于锂等难以获取且难以回收的材料。这种转变归因于铝在地壳中的丰富含量、其可回收性，以及相对于锂的安全性和成本效益。尽管如此，铝离子电池的发展仍处于早期阶段，因为研究人员仍在寻找能够提供足够存储容量的适当电极材料。最近，由乌尔姆大学的BirgitEsser博士、弗莱堡大学的IngoKrossing博士和AnnaFischer教授领导，GauthierStuder负责的研究小组在这一领域取得了突破性进展。研究小组开发了一种正电极材料，由一种基于吩噻嗪的有机氧化还原聚合物组成。在实验中，使用这种电极材料的铝电池存储的容量达到了以前从未达到的每克167毫安时（mAh/g）。因此，这种有机氧化还原聚合物的容量超过了石墨，而迄今为止，石墨主要用作电池的电极材料。该研究成果发表在《能源与环境科学》（Energy&EnvironmentalScience）杂志上。将电极材料插入复杂的铝阴离子在电池充电过程中，电极材料会被氧化，从而吸收复杂的铝阴离子。这样，有机氧化还原聚合物聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）就能在充电过程中可逆地插入两个[AlCl4]-阴离子。研究人员使用离子液体乙基甲基氯化咪唑作为电解质，并添加了氯化铝。电池示意图显示了电极材料被氧化、铝酸阴离子沉积的氧化还原过程。图片来源：BirgitEsser/弗莱堡大学"铝电池研究是一个令人兴奋的研究领域，在未来的储能系统中具有巨大潜力，"GauthierStuder说。"我们的重点是开发具有高性能和可逆特性的新型有机氧化还原活性材料。通过研究聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）在氯铝酸盐基离子液体中的氧化还原特性，我们取得了重大突破，首次证明了吩噻嗪基电极材料的可逆双电子氧化还原过程。"在10摄氏度条件下进行5,000次充电循环后，电池仍能保持88%的容量聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）能在0.81伏和1.65伏的电位下沉积[AlCl4]-阴离子，并提供高达167毫安时/克的比容量。相比之下，作为铝电池电极材料的石墨的放电容量为120毫安时/克。经过5000次充电循环后，研究小组展示的电池在10C（即充放电速率为6分钟）条件下仍具有88%的容量。在较低的C速率下，即充放电时间较长的情况下，电池仍能恢复到原来的容量。BirgitEsser说："这种电极材料具有放电电压高、比容量大以及在快速C速率下容量保持率高的特点，代表了可充电铝电池开发领域的一大进步，因此也代表了先进且经济实惠的储能解决方案的一大进步。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377793.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377793.htm

细胞生长的关键调节器被科学家破译

细胞生长的关键调节器被科学家破译这一结构的发现使人们更好地了解了细胞如何感知营养水平以控制其生长。这项研究最近发表在《自然》杂志上。从酵母到人类，mTOR蛋白（哺乳动物雷帕霉素的目标）是细胞生长的核心控制器。这种蛋白质对环境线索（如营养物质和激素）做出反应，并控制几个关键的细胞功能，如蛋白质和脂质的合成，线粒体的能量生产，以及细胞结构组织。mTOR活动的中断是许多疾病的根源，包括糖尿病、肥胖、癫痫和几种类型的癌症。同一个复合体中的两种对立功能UNIGE理学院分子和细胞生物学系教授、国家化学生物学研究能力中心主任RobbieLoewith的实验室对mTOR的调控感兴趣，特别是SEA复合体，它是营养物质的直接传感器，控制mTOR的活性。SEA复合物由八个蛋白质组成。SEA复合体的一部分（SEACIT）参与抑制mTOR的活性，而另一部分（SEACAT）则参与其激活。在没有营养物质的情况下，mTOR蛋白被SEACIT亚复合体阻断，细胞生长因此被阻止。相反，在有营养物质的情况下，SEACAT亚复合物被认为会抑制SEACIT亚复合物，后者不能再阻断mTOR蛋白。然后中央控制器可以在细胞生长中发挥其激活作用，例如，刺激蛋白质和脂质的生产。SEACAT如何调控SEACIT仍不为人所知。确定结构以了解功能为了确定SEA复合物的蛋白质之间的相互作用，从而更好地了解它们如何工作，研究人员着手确定这一复合物的结构。在将SEA复合物与细胞中的所有其他成分进行生化分离后，科学家们利用UNIGE、UNIL和EPFL的Dubochet成像中心的技术，通过低温电子显微镜（cryo-EM）获得其分子结构。分子和细胞生物学系的研究员、该研究的第一作者LucasTafur解释说："通过在-180°C下快速冷冻样品，低温电子显微镜可以获得蛋白质在其原始状态下的结构，即其功能性的三维形式。"SEACAT是必要的，但不是充分的随后研究人员在实验室中测试了该复合物不同组成部分的生化活动。尽管SEACAT亚复合物处于活跃状态（如在营养物质存在的情况下），但他们观察到，SEACIT亚复合物仍具有活性，能够阻断mTOR。''这个结果非常出乎意料，因为SEACAT长期以来被描述为SEACIT的直接抑制剂。因此，我们预计SEACIT在活性SEACAT的存在下是不活跃的。我们的结果显示，SEACAT更多的是作为招募其他调节蛋白的支架，因此，它的存在对于抑制SEACIT是必要的，但不是充分的，"该研究的最后一位作者RobbieLoewith解释说。"获得SEA复合物的结构可以突出mTOR调节级联中的缺失环节。当然，我们现在需要确定与这一复合体相关的尚不为人知的伙伴，这些新的因素可能被证明是mTOR活动加剧的肿瘤的治疗目标。"LucasTafur总结道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334839.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334839.htm

科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体

科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体虽然硫化物固体电解质具有导电性，但它们会与水分反应形成有毒的二硫化氢。因此，需要既导电又在空气中稳定的非硫化物固体电解质来制造安全、高性能和快速充电的固态锂离子电池。在最近发表在《材料化学》杂志上的一项研究中，由东京理科大学KenjiroFujimoto教授、AkihisaAimi教授和DENSOCORPORATION的ShuheiYoshida博士领导的研究小组发现了一种稳定且高导电性的锂离子导体烧绿石型氟氧化物的形式。藤本教授表示：“制造全固态锂离子二次电池是许多电池研究人员长期以来的梦想。我们发现了一种氧化物固体电解质，它是全固态锂离子电池的关键组成部分，它兼具高能量密度和安全性。除了在空气中稳定之外，该材料还表现出比之前报道的氧化物固体电解质更高的离子电导率。”本工作研究的烧绿石型氟氧化物可表示为Li2-xLa(1+x)/3M2O6F(M=Nb,Ta)。使用各种技术对其进行结构和成分分析，包括X射线衍射、Rietveld分析、电感耦合等离子体发射光谱法和选区电子衍射。具体来说，开发了Li1.25La0.58Nb2O6F，在室温下表现出7.0mScm⁻¹的体离子电导率和3.9mScm⁻¹的总离子电导率。人们发现它比已知的氧化物固体电解质的锂离子电导率更高。该材料的离子传导活化能极低，并且该材料在低温下的离子电导率是已知固体电解质（包括硫化物基材料）中最高的之一。确切地说，即使在–10°C的温度下，新材料在室温下也具有与传统氧化物基固体电解质相同的电导率。此外，由于在100°C以上的电导率也已得到验证，因此该固体电解质的工作范围为–10°C至100°C。传统的锂离子电池无法在低于冰点的温度下使用。因此，常用手机锂离子电池的工作条件为0℃至45℃。研究了该材料中的锂离子传导机制。烧绿石型结构的传导路径覆盖了位于MO6八面体形成的隧道中的F离子。传导机制是锂离子的顺序运动，同时改变与氟离子的键。Li离子总是穿过亚稳态位置移动到最近的Li位置。与F离子结合的固定La3+通过阻断传导路径并消除周围的亚稳态位置来抑制锂离子传导。与现有的锂离子二次电池不同，氧化物基全固态电池不存在因损坏而导致电解液泄漏的风险，也不像硫化物基电池那样产生有毒气体的风险。因此，这项新的创新预计将引领未来的研究。“新发现的材料是安全的，并且比之前报道的基于氧化物的固体电解质具有更高的离子电导率。这种材料的应用有望开发出革命性的电池，这种电池可以在从低到高的宽温度范围内工作，”藤本教授展望道。“我们相信固体电解质应用于电动汽车所需的性能是满足的。”值得注意的是，新材料非常稳定，如果损坏也不会点燃。它适用于飞机和其他对安全至关重要的地方。它还适合高容量应用，例如电动汽车，因为它可以在高温下使用并支持快速充电。此外，它还是一种有前途的用于电池、家用电器和医疗设备小型化的材料。总之，研究人员不仅发现了一种具有高导电性和空气稳定性的锂离子导体，而且还引入了一种新型的超离子导体--焦绿宝石型氧氟化物。探索锂周围的局部结构、它们在传导过程中的动态变化，以及它们作为全固态电池固态电解质的潜力，是未来研究的重要领域。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432002.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432002.htm

科学家首次观察到 "难以证明"的催化中间体

科学家首次观察到"难以证明"的催化中间体基础科学研究所（IBS）的研究人员通过实验证实了催化胺化反应过程中产生的过渡金属-亚硝基中间体的结构和性质。资料来源：基础科学研究所这种中间体被称为过渡金属-亚硝基，在将碳氢化合物转化为酰胺（制药和材料科学领域的重要物质）的过程中发挥着重要作用。在化学反应中，中间体是反应物转化为产物过程中形成和消耗的物质。因此，了解这些中间产物对于改进反应途径和开发高效催化剂至关重要。例如，含氮化合物构成了约90%药品的骨架，也是材料科学中必不可少的物质。因此，在将氮基官能团引入碳氢化合物原料的胺化反应中，确定其中涉及的中间产物非常重要。金属-硝基类物质被认为是关键的催化中间体，它可以产生有价值的含氮分子，包括内酰胺和丙烯酰胺，这些分子被认为是医药和生物活性天然产品的重要支架。资料来源：基础科学研究所研究人员认识到了解胺化反应中反应中间体的结构和性质的重要性。尤其是利用过渡金属催化剂和二恶唑酮试剂的反应被认为对药物化学和材料科学非常有用，全球有120多个研究小组为这一领域的发展做出了贡献。从根本上理解这些反应的关键在于研究过渡金属催化剂与二恶唑酮试剂结合后形成的反应中间体--即金属酰亚胺。由于这些中间体具有高反应性，只能短暂存在，因此研究起来非常困难。此外，传统的催化反应通常发生在溶液中，中间物质很快就会与其他分子发生反应，因此研究起来更加困难。利用与铑结合的二恶唑酮配位复合物的单晶，研究人员通过光晶分析观察到了梦寐以求的铑-酰亚胺类物质。当二恶唑酮与过渡金属催化剂反应生成金属酰亚胺时，会挤出一个二氧化碳分子。在这里观察到的晶体结构中，二氧化碳分子恰好位于生成的Rh-nitrenoid和反阴离子之间。资料来源：基础科学研究所为了应对这一挑战，基础科学研究所团队设计了一种使用X射线光晶体学的实验方法。此外，他们还重点跟踪固态而非液态溶液中的化学反应。为此，他们开发了一种带有双齿二恶唑酮配体的新型发色铑配合物，在这种配合物中，光诱导的金属-配体电荷转移启动了苯等烃源的催化C-H酰胺化反应。利用这种新设计的系统，研究人员合成了一种可分离的铑-二恶唑酮配位复合物。然后，通过使用同步辐射（浦项加速器实验室）进行光诱导单晶X射线衍射分析，他们首次成功揭示了铑-酰亚胺中间体的结构和性质。此外，这项研究还旨在实现对铑-酰基腈在固相中向外部亲核体转移过程的晶体学监测，从而提供完整的亚硝基转移过程的机理快照。研究人员还制备了铑-二恶唑酮和丙酮分子的共晶体，从而进一步进行了光晶体学分析，以监测腈类向作为外部亲核体的丙酮分子转移的过程。这些结果证实了铑-酰亚硝基中间体的亲电反应性质。资料来源：基础科学研究所与以往涉及金属-硝基中间体的催化领域的研究相比，这项突破性研究向前迈出了一大步。通过观察催化反应中的金属-nitrenoid中间体，该研究为了解它们的反应性提供了至关重要的见解。这些发现有望为未来开发更具反应性和选择性的烃胺化反应催化剂做出贡献。张硕辅强调了这一发现的重要性，他说："我们通过实验捕捉到了过渡金属-nitrenoid中间体，而这一中间体的存在只是假设，很难证明。他进一步指出，这项研究将为设计可用于各行各业的高活性和选择性催化剂提供重要线索，甚至有可能为开发"通用催化剂"做出贡献。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376213.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376213.htm

Celastrol - 一种源自草药雷公藤的有助于抗击关节炎的复合物

Celastrol-一种源自草药雷公藤的有助于抗击关节炎的复合物在最近发表在《科学免疫学》上的一项研究中，来自大阪大学的一个研究小组着手填补我们理解中的这一空白。他们已经确定了一种在加速类风湿性关节炎中起作用的蛋白质复合物。这种复合物由两种蛋白质组成，具体为COMMD3和COMMD8。此外，他们还发现，从一种通常被称为"雷公藤"的药用植物的根部提取的化合物Celastrol是COMMD3/8复合物的有效抑制剂。西拉斯托尔与COMMD3/8复合物的硅计算模型。资料来源：2023年白井等人，《科学免疫学》。高级作者KazuhiroSuzuki说："我们以前的研究曾表明，COMMD3/8复合物能增强体液免疫反应，但它在自身免疫性疾病中的作用仍不清楚。该团队产生了一个小鼠模型，其中COMMD3的表达可以被关闭。"该研究的主要作者TaiichiroShirai解释说："删除COMMD3会导致COMMD8的降解，从而导致COMMD3/8复合物的消失。COMMD3/8复合物的缺失导致了体液免疫反应的受损。产生抗体的细胞数量减少，这表明COMMD3/8复合物在自身免疫反应中具有重要作用。"研究人员使用了一个类风湿性关节炎的小鼠模型。他们在小鼠出现第一个症状时就压制了COMMD3的表达。通过这样做，疾病的进展停止了，表明COMMD3/8复合物促进了自身免疫反应。COMMD3/8复合物缺陷（A）和西拉斯托尔治疗（B）对类风湿性关节炎小鼠模型中疾病进展的影响。"一旦我们确定了该复合物在自身免疫中的重要性，我们就着手确定一种能够干扰该复合物形成的化合物，"铃木和弘解释说。"我们的化学筛选确定了塞拉斯特罗是COMPD3/8复合物的最有效的抑制剂。"Celastrol是一种来自Tripterygiumwilfordii的活性化合物，源自一种已知具有抗炎特性的药草，尽管其作用机制尚未完全阐明。研究显示，芹菜醇与COMMD3共价结合，阻止COMMD3/8复合物的形成，从而损害抗体反应并阻止小鼠模型中类风湿性关节炎的进展。由于COMMD3/8复合物是类风湿性关节炎和一般自身免疫性疾病进展的核心，它是一个有希望的自身免疫性疾病的治疗靶点，而Celastrol是未来开发针对类风湿性关节炎和其他自身免疫性疾病治疗方法的一个特别令人兴奋的线索。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363235.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363235.htm