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  由第IV主族元素组成的蜂窝状材料,比如石墨烯,具有很多奇特的物性,这些奇特物性的根源在于其费米面附近的电子表现为无质量的狄拉克费米子。从能带角度来说,这些材料在布里渊区的K点处的能带为狄拉克锥。调控狄拉克费米子中的物理特性对于实现新型的量子器件具有重要意义。比如,施加周期势可以实现狄拉克费米子费米速度的重整,复制狄拉克锥或者在狄拉克点处打开能隙,从而使得人们能够调控其输运性质。值得一提的是,在三维狄拉克半金属中,破坏空间反演对称性或者时间反演对称性将使狄拉克锥劈裂成两个外尔锥,产生很多新奇的物性,比如手性反常、超大磁阻等。然而,在二维材料中,尚无实验证据表明狄拉克锥可以发生动量上的劈裂。  最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室SF9组特聘研究员冯宝杰、研究员陈岚、吴克辉与SF10组的博士生周辉、研究员孟胜进行合作,利用角分辨光电子能谱(ARPES)并结合理论计算发现了单层硅烯的狄拉克锥会发生劈裂,该劈裂是由于衬底的长程周期势所导致。  硅烯作为一种新型的量子材料,具有很多优于石墨烯的奇特物性,比如量子自旋霍尔效应等,因此硅烯在石墨烯出现之后便受到了广泛的关注。实际上,2016年,SF9组同SC7组研究员周兴江进行合作,已经发现了成对出现的狄拉克锥(PNAS113,14656(2016))。在此基础上,他们对这些狄拉克锥的起源进行了深入的研究。他们利用同步辐射光源的ARPES详细地研究了硅烯的电子结构:利用线二色性效应,发现狄拉克锥仅对p偏振光可见,结合ARPES中的矩阵元效应,可以判断出这些狄拉克锥主要来自于硅的pz轨道,从而在实验上证实了这些狄拉克锥来自于硅烯本身。利用第一性原理及紧束缚模型,他们发现硅烯与衬底形成的4×4超结构将产生周期性的势场,该周期势场将使狄拉克锥发生劈裂。  这项工作一方面为调控狄拉克锥的物性提供了一项重要的手段,另一方面澄清了长期以来硅烯中的狄拉克锥是否被衬底破坏的争议。这一成果发表在《物理评论快报》(Phys.Rev.Lett.122,196801(2019))上。该工作得到国家自然科学基金委、科技部和中科院B类先导专项等的资助。图1:硅烯的原子结构及成对出现的狄拉克锥    图2:线二色性ARPES示意图及测量结果    图3:紧束缚模型和DFT计算结果

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  将CO2转化为高附加值的精细化学品具有缓解环境压力以及减少对化石燃料依赖的现实意义。近年来,中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室研究员石峰课题组致力于CO2催化活化和定向转化合成甲基胺及甲酰胺研究(ACSSustainableChem.Eng.,2017,5,5758;Chem.Commun.,2014,50,189;Chem.Sci.,2014,5,649;Chem.Commun.,2014,50,13521),成功创制出Pd/CuZrOx、Pd/Al2O3-NR-RD、Pd/C以及CuAlOx等多相催化材料。  CO2活化转化铜基催化材料具有经济性好、环境友好等优点,但是往往面临着甲酰胺过度加氢生成甲基胺以致选择性差的问题。如何通过铜等非贵金属催化材料结构调控选择性制备甲酰胺是目前亟需解决的课题。  受均相催化配体调控产物选择性的启示,石峰课题组通过1,10-菲啰啉(1,10-Phen)配体在CuAlOx表面聚合的方法制备出一类氮掺杂碳膜“固体配体”修饰的均多相融合催化材料,成功实现CO2/H2可控合成DMF反应。  研究人员使用XRD、TEM等手段揭示了CuAlOx表面氮掺杂碳膜形成的条件与过程,发现以1,10-菲啰啉为前驱体,氢气气氛下可以实现碳膜的可控构筑。以XRD表征不同制备时间的催化材料发现,随着反应时间的延长,层状碳配体的衍射峰越来越强。而TEM表征则说明,层状碳配体首先在催化材料的边缘开始生成然后逐渐覆盖催化材料的表面。  为了验证层状碳“固体配体”修饰的CuAlOx催化剂对于产物选择性的调控作用,研究人员分别以DMF加氢和CO2催化胺化制备DMF/三甲胺为模型反应进行了控制实验研究。结果表明,相比于CuAlOx催化剂,层状碳“固体配体”修饰的CuAlOx展现出很好的抑制DMF进一步加氢形成三甲胺的性能。  进一步的DFT计算结果表明,相比于裸露的Cu(111)面,DMF在1,10-邻菲罗啉修饰后的Cu(111)面转化为三甲胺的各个中间态能垒显著增加,从而有效地降低了DMF进一步加氢为三甲胺的可能性。  该工作为精准、可控合成具有特定活性位点的多相催化材料提供了一种有效的方法,并为均、多相催化剂的融合以及二氧化碳的催化转化提供了重要的借鉴思路。  相关研究成果在线发表于《自然-通讯》(NatureCommunications,2019,DOI:10.1038/s41467-019-10633-y)。工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中科院的长期支持。      文章链接 CuAlOx催化剂表面“固体配体”的形成过程  1,10-Phen和H2处理不同时间的CuAlOx催化剂XRD图  控制实验(a,DMF加氢反应;b,二甲胺与CO2/H2制备DMF/三甲胺) DFT计算

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  增强子是真核细胞调控基因转录的重要元件。在模式动物中,增强子与相应的基因启动子通过形成染色质环在物理上相互靠近,从而精确调控基因的时空特异性表达。然而目前在植物中,如何界定特定基因的启动子和增强子元件尚未明确,特定生理途径中增强子的系统鉴定未见报道,增强子与启动子之间染色质环的形成及其作用机理也不清楚。  中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组与王秀杰研究组、山东农业大学赵久海研究组合作,系统鉴定了参与茉莉酸信号途径的增强子并揭示了其作用机理。防御激素茉莉酸通过启动全基因组范围内的转录重编程调控植物免疫和适应性生长。李传友研究组前期的研究发现茉莉酸介导的转录重编程主要由核心转录因子MYC2控制,而MYC2的功能取决于其与中介体亚基MED25的相互作用。该研究中,他们通过分析MYC2和MED25在全基因组范围内的共同靶标序列,系统鉴定了MYC2/MED25调控茉莉酸信号途径的增强子并发现MED25在增强子和启动子之间染色质环的形成中发挥重要作用。  为了阐明特定增强子的生理功能,研究人员采用基因编辑技术敲除了MYC2自身的一个增强子(命名为ME2)。深入的研究发现ME2对于MYC2自身的表达具有精巧的双重调控作用:ME2在瞬时茉莉酸反应中正调控MYC2表达,而在持续(长期)茉莉酸反应中负调控MYC2表达。该研究不仅揭示了增强子调控茉莉酸信号通路的作用机理,也为鉴定特定信号通路和生理过程的增强子并解析其功能提供了范例。  上述结果于6月11日在NaturePlants在线发表(DOI:10.1038/s41477-019-0441-9)。该研究得到科技部、中科院B类战略性先导科技专项和国家自然科学基金委的资助。

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      国际地学刊物《第四纪科学评论》(QuaternaryScienceReviews,Top5%)6月13日在线刊发了中国科学院海洋研究所万世明研究员(通讯作者)和张晋博士研究生(第一作者)与美国路易斯安那州立大学、南京大学、同济大学、自然资源部第一海洋所、青岛海洋地质所等单位合作的最新研究成果“HistoryofYellowRiverandYangtzeRiverdeliveringsedimenttotheYellowSeasince3.5Ma:Tectonicorclimateforcing?”。科研人员通过南黄海盆地三百米钻探岩芯的沉积记录研究发现,黄海在过去350万年前-80万年前之间长达270万年的时间里主要是陆相盆地,从80万年前以来才发生了大规模海侵而成为黄海,同时黄河开始贯通注入南黄海,这主要归因于青藏高原东北部在晚上新世-更新世的隆起和中国东部沿海及闽浙隆起带的构造沉陷。   喜马拉雅-青藏高原在约5000万年前印度-欧亚大陆碰撞之后的阶段性隆升被认为强烈地改变了亚洲地形、河流、季风乃至全球气候。东亚边缘海如黄海在新生代以来接受了黄河、长江等大河输入的上千米巨厚沉积物,因而是研究陆-海相互作用、构造-气候交互影响的关键区域。但是,由于缺少良好年代控制的长岩芯记录,我们对黄海的海侵历史、黄河和长江的注入黄海历史等重要科学问题并不清楚。研究人员以中国大陆架钻探计划(CSDP)在南黄海钻取的CSDP-1站位长达300米、底部年代达350万年前的连续岩芯为研究材料,通过沉积相、粘土矿物和Sr-Nd同位素组成等研究了沉积物来源和黄海古环境演化历史,首次重建了晚上新世以来连续、高分辨率的长江、黄河输入南黄海的历史及黄海大规模海侵的长期记录。   沉积物粒度、结构和组成等显示,岩芯上部82米(约80万年前以来)主要为夹杂少许薄砂层的灰色富含海相有孔虫和介形虫的粉砂或粘土质粉砂,指示浅海相沉积环境;而底部82-300米(约80万年前-350万年前)为间夹少量粉砂或砾石层的灰黄色-深褐灰色的砂或砂质粉砂,且常见交错层理、植物碎片、钙质结核等,而海相化石极少,指示了河湖相沉积环境。通过与其他长岩芯的良好对比,提出黄渤海第四纪的大规模海侵大致同步,发生于约80万年前。黄海过去350-80万年间缺少全球大洋共有的10万年或4万年周期性大幅度海平面升降(约120米),突出反映了区域构造作用的重要影响,推测中更新世之前未下沉的闽浙隆起带阻隔了太平洋海水向黄渤海的入侵。此外,岩芯粘土矿物和同位素组成及其潜在源区对比显示,约80万年前研究区沉积物源发生了明显的变化,350万年前-80万年前物源主要来自于老长江物质,80万年前以来却主要来自于黄河,暗示黄河至少从中更新世就开始影响南黄海。前人研究认为长江在2300万年前贯通形成并流入苏北-南黄海盆地,其沉积中心在中更新世左右从苏北-南黄海盆地转移到现今的长江口,暗示了当时长江下游河道和河口三角洲的向南迁移。黄河的形成演化历史也备受争议,时间从始新世到晚更新世不等,但最近从黄河入海的最后构造咽喉-三门峡地层的研究表明黄河的最终贯通入海时间更可能在中更新世左右,这一年龄和南黄海沉积物源转型时间非常吻合。   约80万年前黄渤海大规模海侵的开始和物源的转换、黄河的贯通和长江口的向南迁移,这一系列重要事件在时间上的惊人一致性,暗示着共同的控制机制。结合青藏高原隆升历史,我们提出构造作用是控制黄河、长江及其黄渤海沉积环境演化的一级因素,晚上新世以来青藏高原东北部的隆升以及气候变化,共同驱动了东亚大河水系演化及中国东部边缘海的构造沉降。该研究提升了我们对晚新生代以来构造和气候控制河流和边缘海演化的理解与认识。   本项研究得到了国家自然科学优秀青年基金(万世明)、青岛海洋科学与技术国家实验室“鳌山人才”计划项目、全球变化与海气相互作用专项等的支持。      论文出处:   Zhang,J.,Wan,S.M.*,Clift,P.D.,Huang,J.,Yu,Z.,Zhang,K.,Mei,X.,Liu,J.,Han,Z.,Nan,Q.,Zhao,D.,Li,A.,Chen,L.,Zheng,H.,Yang,S.,Li,T.,Zhang,X.,HistoryofYellowRiverandYangtzeRiverdeliveringsedimenttotheYellowSeasince3.5Ma:Tectonicorclimateforcing?QuaternaryScienceReviews,2019,216,74?88.   原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379119301076   东亚地形和研究站位图南黄海CSDP-1孔岩性和沉积相变化晚上新世以来黄渤海海侵、黄海物源转变及其构造-气候联系 中更新世前(A)后(B)的黄渤海沉积环境和黄河、长江演化的示意图

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  将CO2转化为高附加值的精细化学品具有缓解环境压力以及减少对化石燃料依赖的现实意义。近年来,中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室石峰研究员课题组致力于CO2催化活化和定向转化合成甲基胺及甲酰胺研究(ACSSustainableChem.Eng.,2017,5,5758;Chem.Commun.,2014,50,189;Chem.Sci.,2014,5,649;Chem.Commun.,2014,50,13521),成功创制出Pd/CuZrOx、Pd/Al2O3-NR-RD、Pd/C以及CuAlOx等多相催化材料。   CO2活化转化铜基催化材料具有经济性好、环境友好等优点,但是往往面临着甲酰胺过度加氢生成甲基胺以致选择性差的问题。如何通过铜等非贵金属催化材料结构调控选择性制备甲酰胺是目前亟需解决的课题。   受均相催化配体调控产物选择性的启示,石峰研究员课题组通过1,10-菲啰啉(1,10-Phen)配体在CuAlOx表面聚合的方法制备出一类氮掺杂碳膜“固体配体”修饰的均多相融合催化材料,成功实现CO2/H2可控合成DMF反应。   CuAlOx催化剂表面“固体配体”的形成过程  研究人员使用XRD、TEM等手段揭示了CuAlOx表面氮掺杂碳膜形成的条件与过程,发现以1,10-菲啰啉为前驱体,氢气气氛下可以实现碳膜的可控构筑。以XRD表征不同制备时间的催化材料发现,随着反应时间的延长,层状碳配体的衍射峰越来越强。而TEM表征则说明,层状碳配体首先在催化材料的边缘开始生成然后逐渐覆盖催化材料的表面。    1,10-Phen和H2处理不同时间的CuAlOx催化剂XRD图  为了验证层状碳“固体配体”修饰的CuAlOx催化剂对于产物选择性的调控作用,研究人员分别以DMF加氢和CO2催化胺化制备DMF/三甲胺为模型反应进行了控制实验研究。结果表明,相比于CuAlOx催化剂,层状碳“固体配体”修饰的CuAlOx展现出很好的抑制DMF进一步加氢形成三甲胺的性能。    控制实验(a,DMF加氢反应;b,二甲胺与CO2/H2制备DMF/三甲胺)  进一步的DFT计算结果表明,相比于裸露的Cu(111)面,DMF在1,10-邻菲罗啉修饰后的Cu(111)面转化为三甲胺的各个中间态能垒显著增加,从而有效地降低了DMF进一步加氢为三甲胺的可能性。    DFT计算  该工作为精准、可控合成具有特定活性位点的多相催化材料提供了一种有效的方法,并为均、多相催化剂的融合以及二氧化碳的催化转化提供了重要的借鉴思路。   相关研究成果在线发表在NatureCommunications(2019,DOI:10.1038/s41467-019-10633-y)。工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院的长期支持。

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  透平叶片冷却是提高透平进口温度,从而提高燃气轮机循环效率的重要手段之一。燃气轮机厂商对透平冷却信息、内部热力参数和技术参数通常都是保密的。建立准确的透平冷却模型,对准确预测重型燃气轮机热力性能至关重要。先进能源动力重点实验室研究人员结合多个不同简化程度的燃气轮机透平冷却热力模型,进行了透平冷却空气量的计算和冷却模型间的相互校核验证,探索不同级别重型燃气轮机的部件、整机性能及冷却技术水平进展规律,并为不同冷却模型针对不同级别燃气轮机应用时的参数取值提供参考。   研究人员以GE公司不同级别的典型重型燃气轮机为研究对象,采用简单热力学平衡模型,引入能量损失,计算各燃气轮机的当量透平前温、部件效率等关键参数,并实现了功率和效率的数据匹配。采用一级静叶的半经验公式冷却模型,结合透平一级动叶入口温度,估算了各燃气轮机的燃烧室出口温度、一级静叶冷却空气量和总冷却空气量,并给出了不同级别燃气轮机的叶片统一温度Tbu的建议取值。图1为计算获得的各级别燃气轮机不同定义下的透平初温。研究结果表明,B、E、F、HA级燃气轮机的总冷却空气比例分别在16%、18%、20%、22%左右。   为了消除经验参数选取给性能模拟带来的不确定性,研究人员建立了集成0维半经验公式模型和准1维模型的联合计算模型,从而确定了模型经验参数Z和叶片统一温度Tbu的取值。采用该联合模型对PG9351FA燃气轮机一级静叶进行了计算和参数分析,并回带到燃气轮机整机的准1维连续膨胀冷却模型中进行了验证。对GE公司最新型的9HA.02燃气轮机进行了参数分析,获得了气膜冷却系数、热障涂层Biot数、叶片金属Biot数等H级燃气轮机冷却技术水平参数。由于9HA.02燃气轮机透平一级静叶采用了新型定向凝固单晶合金材料,推算得到透平一级静叶和冷却透平段叶片最高容许温度差值可达200℃,一级静叶的叶片最高容许温度为1090℃,相比于F级燃气轮机大幅度提高。计算结果表明,H级燃气轮机冷却技术水平较F级明显提升;9HA.02燃气轮机的一级静叶冷却空气约占总冷却空气的1/4,明显低于F级燃气轮机的1/2。 

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