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當(dāng)前位置：文庫百科 ? 文章詳情

這本期刊走出了中國第一個自然科學(xué)諾獎，值得你的關(guān)注！

來源：測試GO 時間：2022-01-08 02:06:11 瀏覽：4347次

引言

2015年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎公布，中國科學(xué)家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素而榮獲該獎，成為首獲科學(xué)類諾貝爾獎的中本土科學(xué)家。屠呦呦在青蒿素上的成就毋庸置疑，而這離不開她于1977年以“青蒿素結(jié)構(gòu)研究協(xié)作組”名義發(fā)表于《科學(xué)通報》的一篇論文《一種新型的倍半萜內(nèi)酯——青蒿素》。

到底是什么樣的國產(chǎn)期刊，居然發(fā)表了諾獎級別的科研成果？本期，筆者將帶領(lǐng)大家一覽《科學(xué)通報》！

期刊簡介

科學(xué)通報（英文名，Science Bulletin）是由中國科學(xué)院（CAS）和中國國家自然科學(xué)基金會（NSFC）共同創(chuàng)辦的多學(xué)科綜合類學(xué)術(shù)期刊，非OA雜志，創(chuàng)刊于1966年，由Elsevier負(fù)責(zé)出版，現(xiàn)任主編為王恩哥院士（圖1）。

圖1 Science Bulletin期刊主編

Science Bulletin 主要報道自然科學(xué)各學(xué)科基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究的最新研究動態(tài)，主要包括生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)，地球科學(xué)，物理學(xué)（力學(xué)、天文學(xué)），化學(xué)，材料科學(xué)，工程科學(xué)以及自然科學(xué)各新興學(xué)科和交叉學(xué)科領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展。除Short Communication、Article、Perspective、Review等論文和評述類欄目外，期刊還開設(shè)了News & Views、Research Highlight、Commentary、Correspondence等觀點(diǎn)、消息類欄目。

隨著影響力的提升，期刊近幾年的影響因子節(jié)節(jié)攀升，2021年最新影響因子為11.780（圖2），位列全球73種多學(xué)科綜合類期刊第7位，處于國際綜合類期刊Q1區(qū)。中科院文獻(xiàn)情報中心SCI期刊分區(qū)1區(qū)；中國科技期刊卓越行動計劃領(lǐng)軍期刊。該雜志的大部分文章都是來自于中國，其次是美國、澳大利亞、英格蘭、德國等?？梢?，Science Bulletin除了具有本土特色外，也正在吸引國外的優(yōu)秀稿件，具有較強(qiáng)的國際影響力。

圖2 Science Bulletin近五年影響因子

那走出了中國第一個自然科學(xué)諾獎的期刊到底聚集了哪些優(yōu)秀的文章呢？為此，筆者特意從Science Bulletin上選擇了其最新的部分高水平文章，進(jìn)行了匯總解讀，希望籍此帶領(lǐng)大家一覽頂級國刊風(fēng)采。

近期優(yōu)秀成果解讀

層間調(diào)控用于二硫化鉬電催化高效加氫

電催化分解水是一種有效的制氫方法。然而，目前仍然依靠儲量少、價格高的貴金屬（如Pt和IrO₂）來催化其核心的電化學(xué)反應(yīng)，這極大地限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。因此，在過去的幾十年里，研究人員一直致力于開發(fā)高活性、高穩(wěn)定性、低成本的非貴金屬基電解水催化劑。儲量豐富、價格低廉的過渡金屬硫化物如MoS₂、CoS₂、Co₉S₈、FeS₂、Ni₂S₃、WS₂等，因其接近理想的氫吸附吉布斯自由能和獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，展示出優(yōu)良的電催化產(chǎn)氫性能，有望代替貴金屬基析氫催化劑，受到了廣泛的關(guān)注。

有鑒于此，暨南大學(xué)高慶生教授等^[1]首次通過銨根或烷基胺陽離子的原位插層，發(fā)展了高效的非貴金屬加氫催化劑：二硫化鉬(MoS₂)。通過插層驅(qū)使MoS₂發(fā)生2H→1T相變，有效地改善了其電子結(jié)構(gòu)和表面疏水性，促進(jìn)了含氧生物質(zhì)分子的電化學(xué)加氫反應(yīng)，并抑制了氫氣的析出。

在?0.25 ~ ?0.65 V（vs. RHE）電位范圍內(nèi)，二甲胺陽離子插層的二硫化鉬（MoS₂-DMA）能夠高效電催化糠醛（FAL）合成糠醇，法拉第效率高達(dá)86.3%~73.3%，選擇性>95.0%，優(yōu)于MoS₂和傳統(tǒng)金屬催化劑。該材料優(yōu)越的加氫性能源于催化劑對中間體較強(qiáng)的化學(xué)吸附和表面疏水性。該催化劑同時增強(qiáng)了關(guān)鍵反應(yīng)物種Hads和FALads在邊緣位點(diǎn)的化學(xué)吸附，從而加快了表面速控步驟；同時，疏水性的提高有利于FAL與電極材料接觸，克服擴(kuò)散的限制。

可見，利用原位插層的方法能有效地調(diào)控MoS₂性質(zhì)，使得其從典型的析氫電催化劑轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У碾娀瘜W(xué)加氫催化劑，這將拓寬電化學(xué)有機(jī)合成催化劑開發(fā)思路。

圖3 不同MoS₂的圖解及形貌結(jié)構(gòu)表征

圖4 不同MoS₂的電催化性能

圖5 MoS₂-DMA的理論計算

堿摻雜錫鉛鈣鈦礦用于高效近紅外發(fā)光二極管

發(fā)射波長在800~1000 nm的近紅外光源在生物成像、醫(yī)療、虹膜識別、光通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的基于III-V族半導(dǎo)體的近紅外發(fā)光二極管（NIR-LEDs）制備工藝復(fù)雜，價格較貴。此外，溶液法制備的基于有機(jī)半導(dǎo)體和量子點(diǎn)的NIR-LEDs目前仍存在許多問題，最高外量子效率（EQE）僅為4%-8%。

金屬鹵化鈣鈦礦是一種新型的光電器件半導(dǎo)體材料，如鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）和鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLEDs）。近年來，PeLEDs技術(shù)發(fā)展迅速，鉛基PeLEDs的最大EQE甚至達(dá)到了20%以上。將錫（Sn）摻入鉛基鈣鈦礦是降低近紅外發(fā)光二極管鈣鈦礦帶隙的直接方法，混合Sn-Pb鈣鈦礦具有成本低廉，及在近紅外光波段波長連續(xù)可調(diào)的優(yōu)勢。然而，Sn²⁺和Pb²⁺離子半徑的差異會導(dǎo)致薄膜內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力和缺陷，光電特性變差。

有鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)肖正國教授課題組^[^2]通過摻雜離子半徑較小的堿金屬陽離子（Cs⁺，Rb⁺，K⁺）來釋放Sn-Pb鈣鈦礦中的應(yīng)力，并鈍化缺陷。研究結(jié)果表明，K⁺摻雜后，薄膜結(jié)晶性明顯提高，缺陷濃度降低?；贙⁺摻雜的Sn-Pb混合鈣鈦礦薄膜制備的NIR-LEDs的EQE達(dá)到9.6%，是目前Sn-Pb混合鈣鈦礦LED的最高值。

研究人員還通過調(diào)節(jié)Sn的比例，獲得了發(fā)射波長在868~917 nm區(qū)間連續(xù)可調(diào)的高效率NIR-LEDs。此外，摻雜后的能量無序和陷進(jìn)密度降低，操作穩(wěn)定性也明顯提高。這項工作為制備具有可調(diào)諧近紅外波長的高質(zhì)量鉛錫混合鈣鈦礦薄膜提供了一條重要的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖6堿陽離子摻雜效應(yīng)的研究

圖7 Sn_0.2Pb_0.8-鈣鈦礦混合膜的器件性能

具有先進(jìn)結(jié)構(gòu)的ZIF-L膜用于高效H₂/CO₂分離

金屬有機(jī)骨架（Metal organic frameworks，MOFs）是通過金屬單元和有機(jī)連接物之間的配位而構(gòu)建的，本質(zhì)上具有多孔骨架和優(yōu)異的成分多樣性。由于其在分子尺度上連續(xù)多孔的結(jié)構(gòu)，在涉及材料的生物、化工和儲能等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

基于MOFs制備的MOF膜在低能耗化工分離領(lǐng)域同樣具有廣闊應(yīng)用前景，其關(guān)鍵在于膜的微結(jié)構(gòu)設(shè)計，所面臨重要挑戰(zhàn)有：（1）如何降低膜層厚度以極大減小傳質(zhì)阻力；（2）如何調(diào)控膜的孔道取向以優(yōu)化分子選擇性傳輸；（3）如何強(qiáng)化晶界結(jié)構(gòu)以最大程度減少缺陷流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高滲透率和高分離選擇性。

有鑒于此，中國科學(xué)院楊維慎團(tuán)隊^[^3]利用原位界面組裝策略制備了一種類沸石咪唑骨架薄膜，記為ZIF-L膜。通過調(diào)變配體濃度，可將膜層完全限制在載體孔隙內(nèi)，形成高度取向的膜-載體互鎖型復(fù)合微結(jié)構(gòu)，膜表觀厚度為零，充分滿足了上述設(shè)計原則。

ZIF-L膜的氣體測試結(jié)果顯示，其H₂/CO₂分離因子超過200，H₂滲透率達(dá)4000 GPU以上，性能位于工業(yè)應(yīng)用目標(biāo)區(qū)域（H₂滲透率>1000 GPU，H₂/CO₂分離因子>60），為迄今H₂/CO₂分離性能最優(yōu)的ZIF-L膜。再者，這種具有膜-載體互鎖型復(fù)合微結(jié)構(gòu)的ZIF-L膜，展現(xiàn)出良好的機(jī)械穩(wěn)定性，膜層完全嵌入支架的空隙中，而不是傳統(tǒng)的在支架表面堆砌，最終形成以氧化鋁顆粒作為支架的完整復(fù)合材料。在硅橡膠的反復(fù)摩擦下，不會造成選擇性下降。這為MOF膜的微結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要方向。

圖8 ZIF-L膜的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖9 ZIF-L膜的分離特性

用于計算材料信息學(xué)的人工智能輔助數(shù)據(jù)驅(qū)動基礎(chǔ)設(shè)施

未來，基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的發(fā)展將構(gòu)筑于數(shù)據(jù)與人工智能的基礎(chǔ)之上。對此，我們應(yīng)該抓住AI時代的發(fā)展契機(jī)，積極構(gòu)建基礎(chǔ)科研數(shù)據(jù)庫，高效利用人工智能技術(shù)，搶占技術(shù)創(chuàng)新高地，實(shí)現(xiàn)材料、化學(xué)、物理等基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的大發(fā)展。

材料信息學(xué)或材料基因工程作為新興的材料研究與設(shè)計范式，通過深度結(jié)合材料大數(shù)據(jù)與人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)算法，正在加速新材料、新功能和新原則的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)。如何高效產(chǎn)生、收集、管理、學(xué)習(xí)和挖掘大規(guī)模材料數(shù)據(jù)是開展材料信息學(xué)或材料基因工程研究的關(guān)鍵。

有鑒于此，吉林大學(xué)張立軍團(tuán)隊^[^4]從人工智能的角度為滿足“材料設(shè)計”的研究需求而設(shè)計了一款分析軟件JAMIP（Jilin Artificial-intelligence-aided Materials-design Integrated Package），該軟件涵蓋半導(dǎo)體材料、介電材料、金屬材料等材料體系，為基于功能材料大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合的新材料發(fā)現(xiàn)和設(shè)計提供了工具支撐。

JAMIP軟件基于Python語言開發(fā)，代碼開源，既可以基于結(jié)構(gòu)原型數(shù)據(jù)庫高效開展大規(guī)模高通量材料計算，也可以實(shí)現(xiàn)對計算任務(wù)更精細(xì)的控制及新任務(wù)流程的靈活定制。軟件包主體框架包含以高通量材料計算為核心的數(shù)據(jù)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)收集、管理工具及數(shù)據(jù)存儲、機(jī)器學(xué)習(xí)/數(shù)據(jù)挖掘等功能模塊。

機(jī)器學(xué)習(xí)模塊集成了數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)特征工程，以及常用機(jī)器學(xué)習(xí)算法的模型構(gòu)建和性能評估子模塊。軟件各模塊之間高度融合，能夠高效產(chǎn)生、分析、管理和學(xué)習(xí)計算材料大數(shù)據(jù)，為開展材料信息學(xué)或材料基因工程研究、實(shí)現(xiàn)新材料設(shè)計提供專業(yè)化的操作軟件平臺。

作者相信，隨著不斷的開發(fā)和改進(jìn)，其開發(fā)的JAMIP軟件將成為計算材料信息學(xué)所需基礎(chǔ)設(shè)施的重要補(bǔ)充，并將有助于從計算方面加速新材料的發(fā)現(xiàn)和設(shè)計。

圖10 JAMIP軟件的代碼框架概述

圖11 JAMIP軟件材料數(shù)據(jù)庫的整體視角

總結(jié)與展望

正如Science Bulletin期刊官網(wǎng)介紹的那樣，Science Bulletin 致力于快速報道自然科學(xué)各學(xué)科基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究的最新研究動態(tài)、進(jìn)展和學(xué)科發(fā)展趨勢，期刊對當(dāng)前火熱的研究領(lǐng)域均有所涉獵。作為一本刊載過諾獎成果的國產(chǎn)期刊，Science Bulletin的未來非常值得期待。

參考文獻(xiàn)

[1] Jingwen Tan, Wenbiao Zhang, Yijin Shu, et al. Interlayer engineering of molybdenum disulfide toward efficient electrocatalytic hydrogenation. Science Bulletin, 2021, 66(10): 1003-1012. DOI: 10.1016/j.scib.2020.11.002.

[2] Huanqin Yu, Wenjing, Chen, Zhibin Fang, et al. Alkalis-doping of mixed tin-lead perovskites for efficient near-infrared light-emitting diodes. Science Bulletin, 2021. DOI: 10.1016/j.scib.2021.07.021.

[3] Kun Yang, Sulei Hu, Yujie Ban, et al. ZIF-L membrane with a membrane-interlocked-support composite architecture for H₂/CO₂ separation. Science Bulletin, 66 (2021), 1869–1876. DOI: 10.1016/j.scib.2021.05.006.

[4] Xin-Gang Zhao, Kun Zhou, Bangyu Xing, et al. JAMIP: an artificial-intelligence aided data-driven infrastructure for computational materials informatics. Science Bulletin, 66 (2021), 1973–1985.DOI: 10.1016/j.scib.2021.06.011.

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