科創中國·成果

新型催化劑實現高效全分解水制氫

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員章福祥團隊在寬光譜捕光催化劑全分解水制氫研究方向取得新進展。團隊發現金屬載體強相互作用可顯著促進Ir/BiVO4光催化劑體系的界面電荷分離和水氧化性能，進而建立了高效的Z機制全分解水制氫體系，其室溫下制氫表觀量子效率達到16.9%。相關成果發表在《焦耳》上。

利用懸浮粉末光催化劑全分解水制氫雖然被認為是最廉價、最易規模化應用的太陽能光化學轉化途徑之一，但是其制氫效率一直受到光生電荷分離效率低的制約。

在該研究中，團隊通過高溫氫還原處理獲得具有SMSI作用的Ir/BiVO4光催化劑，發現金屬載體強相互作用可顯著促進其界面電荷分離。此外，團隊通過原位光誘導實現負載Ir物種在BiVO4晶面定向轉化成Ir和IrO2雙助催化劑，進一步提高其表面催化和電荷分離能力，使得BiVO4產氧性能提升75倍以上。在此基礎上，團隊通過耦合TaON基產氫光催化劑，建立了Z機制可見光催化全分解水制氫新體系。

該研究不僅將金屬載體強相互作用的應用從傳統的熱催化拓展至光催化領域，而且為促進光生電荷分離提供了新思路，有望為構筑高效光催化新體系奠定科學基礎。

“超級光盤”誕生

2月21日，中國科學院上海光學精密機械研究所對外宣布存儲容量是普通光盤上萬倍、普通硬盤上百倍的“超級光盤”誕生。據計算，十幾張“超級光盤”就可以存儲下整個國家圖書館的數據量?！俺壒獗P”是上海光機所與上海理工大學等科研單位緊密合作、在超大容量超分辨三維光存儲研究中取得的突破性進展。2月22日，國際學術期刊《自然》（Nature）雜志發表了相關研究成果。

經過長達7年堅持不懈的攻堅克難，“超級光盤”研究團隊利用國際首創的雙光束調控聚集誘導發光超分辨光存儲技術，實驗上首次在信息寫入和讀出均突破光學衍射極限的限制，實現了點尺寸為54納米、道間距為70納米的超分辨數據存儲，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量達千萬億字節量級。經老化加速測試，光盤介質壽命大于40年。

“拉索”確認首個超級宇宙線起源天體

日前，由中國科學院高能物理研究所牽頭的高海拔宇宙線觀測站“拉索”國際合作組宣布，在銀河系北部天區天鵝座恒星形成區發現了一個巨型超高能伽馬射線泡狀結構，歷史上首次找到能量高于1億億電子伏特的宇宙線的起源天體。這是迄今為止人們能夠確認的第一個超級宇宙線源。該成果于北京時間2月26日以封面文章的形式在《科學通報》上正式發表。

此次“拉索”發現的巨型超高能伽馬射線泡狀結構，內有多個能量超過1千萬億電子伏特的光子。團隊成員、中國科學院高能物理研究所副研究員李驄說：“一般來說，產生能量為2千萬億電子伏特的伽馬光子，需要能量至少高10倍的宇宙線粒子。因此，這表明泡狀結構內部存在超級宇宙線加速器，源源不斷地產生能量至少達到2億億電子伏特的高能宇宙線粒子，并注入到星際空間?！毖芯勘砻?，位于泡狀結構中心附近的大質量恒星星團是超級宇宙線源最可能的對應天體。

螢火蟲成蟲發光器發育的關鍵機制被揭開

近日，華中農業大學植物科學技術學院教授付新華團隊揭示了螢火蟲成蟲發光器發育的關鍵機制，為發光昆蟲的發光及閃光控制研究提供了新的思路。相關論文近日發表在國際學術期刊《自然·通訊》上。

付新華介紹，螢火蟲發光是一種生物化學反應，由其腹部特有的發光器發出。螢火蟲的發光器分為幼蟲形態和成蟲形態的發光器。其中，螢火蟲幼蟲具有一對位于倒數第二腹節的球形或半球形的發光器，可在黑暗中發出無規律的閃光，用以警戒天敵。而螢火蟲成蟲的發光器則是在蛹期獨立發育，在短短5至7天的蛹期，成蟲發光器從無到有，快速發育成熟并具備發光功能。

研發團隊利用比較基因組學、比較轉錄組學及基因干擾等技術，對水棲螢火蟲雷氏螢蛹的早、中、晚期的發光器進行了研究。研究發現了兩個關鍵的hox轉錄因子AlAbd-B和AlUnc-4，兩者通過相互作用，啟動并調控熒光素酶蛋白的表達。沉默其中任何一個轉錄因子，都會造成螢火蟲不能發光。

付新華介紹，研究發現，在螢火蟲成蟲發光器的發育過程中，熒光素酶蛋白在細胞質中的大量表達是一個關鍵因素。另外一個關鍵因素是需要調控過氧化物酶體的跨膜轉運蛋白將細胞質中的熒光素酶蛋白轉運進過氧化物酶體，只有在過氧化物酶體中，螢火蟲發光的這種生物化學反應才能正常進行。研究證實了AlAbd-B和AlUnc-4正是調控過氧化物酶體的跨膜轉運蛋白對熒光素酶蛋白進行轉運的兩個轉錄因子。

付新華表示，螢火蟲成蟲發光器的形狀和閃光頻率是螢火蟲生物多樣性的基礎，弄清螢火蟲成蟲發光器的發育機制，有助于進一步深入了解螢火蟲生物多樣性的形成機制。

我國學者發現骨質疏松會加劇認知功能衰退

南京大學醫學院附屬鼓樓醫院科研團隊發現，骨質疏松會加劇認知功能衰退，為臨床上治療阿爾茨海默病等神經退行性疾病提供了新思路。相關論文近期在線發表于國際學術期刊《自然·代謝》上。

該研究發現骨細胞源性Sclerostin可以通過血腦屏障抑制Wnt/β-catenin通路，加重衰老和阿爾茨海默病進展過程中的認知能力下降。該成果不僅揭示了骨腦軸代謝紊亂在阿爾茨海默病等疾病過程中認知功能損傷的機制，也豐富了器官之間相互調控的理論基礎，為臨床治療阿爾茨海默病等神經退行性疾病提供新的思路。

具有高抗疲勞性能的3D打印鈦合金研制成功

近期，中國科學院金屬研究所研究員張哲峰團隊制備出具有高抗疲勞性能的3D打印鈦合金材料。2月29日，該項研究成果發表在《自然》雜志上。

研究人員發現，理想狀態下3D打印技術直接制備出的鈦合金組織本身應具有天然的超高疲勞性能，而打印過程中產生的氣孔等缺陷掩蓋了其自身組織抗疲勞的優點，導致3D打印材料疲勞性能大幅降低。然而，目前消除氣孔的工藝往往伴隨組織粗化，而細化組織的處理又會帶來氣孔復現，可謂進退兩難。

TC4鈦合金（Ti-6Al-4V）是一種應用廣泛的鈦合金。研究人員在對其進行試驗時發現，高溫下3D打印態組織的晶界遷移及氣孔長大與相轉變過程表現出不同步的特性。這意味著，存在一個寶貴的熱處理工藝窗口，既可實現板條組織細化，又能有效抑制氣孔復現。為此，研究人員發明了缺陷與組織分步調控的新工藝，最終制備出幾乎無氣孔的新型鈦合金，其在典型條件下的疲勞強度增幅高達106%。

這項成果更新了人們以往對3D打印材料疲勞性能不高的固有認識，有望促進3D打印材料在航空航天等領域的進一步應用。