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  人类活动导致的氮沉降上升威胁着全球陆地生态系统生物多样性。土壤细菌群落多样性占陆地生物多样性的很大比例,对于调节陆地生物地球化学循环和生态系统功能至关重要。已有研究发现,土壤细菌群落多样性和结构受植物群落的影响,但不确定土壤细菌对氮沉降的响应是否与地上植物群落的响应一致。因此,探讨土壤细菌和植物群落对氮沉降响应的异同及互作机制,对预测未来氮富集背景下植物与微生物之间的相互作用具有重要的科学意义。  中国科学院植物所刘玲莉研究组基于内蒙古温带草原多水平氮素添加试验平台,采用高通量测序和整合分析等方法,研究草地土壤细菌和地上植物群落对于外源氮输入的响应。研究发现,随着外源氮输入的增加,植物多样性呈线性下降。然而,细菌多样性对氮输入呈非线性响应,当氮输入量超过32gNm-2y-1,细菌多样性急剧下降,群落结构发生变化。结合同一研究区域中的4个多梯度氮添加实验的整合分析,进一步证实了细菌多样性对氮输入的非线性响应和阈值。研究人员分析发现,氮沉降下土壤细菌多样性和群落结构发生改变的机理不同。细菌多样性的丧失主要归因于土壤pH值降低,而细菌群落结构变化则由可利用氮增加、土壤酸化和植物群落改变共同调控,细菌群落由贫营养菌群向富营养菌群转变。该研究证实了植物群落和土壤细菌群落对氮富集的不同响应,发现土壤细菌多样性和群落组成对外源氮输入水平存在的阈值,为深入理解氮沉降下植物-微生物相互作用提供了新认识。  此外,研究人员通过分析土壤微生物水解和氧化酶的动力学过程参数Vmax和Km,发现外源氮输入下微生物呼吸降低由β-葡萄糖苷酶的Vmax和Km的降低直接调控。该结果否定了“氮沉降通过抑制酚氧化酶而减缓陆地生态系统土壤有机碳分解”的传统认知,为剖析土壤有机碳分解的微生物调控过程提供了新视角。  以上两项研究成果分别发表在Ecology和SoilBiologyandBiochemistry上。副研究员刘卫星为论文第一作者,副研究员刘玲莉为论文通讯作者。研究工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助。  论文链接:1、2 图1.土壤细菌多样性对氮输入的响应图2.细菌群落组成对氮输入响应的调控机制

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  8月7日,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部在新型二维材料方面的最新进展,以Chemicalvapordepositionoflayeredtwo-dimensionalMoSi2N4materials为题,在线发表在Science上。  以石墨烯为代表的二维范德华层状材料具有独特的电学、光学、力学、热学等性质,在电子、光电子、能源、环境、航空航天等领域具有广阔的应用前景。目前,广泛研究的二维层状材料,如石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物、黑磷烯等,均存在已知的三维母体材料。探索不存在已知三维母体材料的二维层状材料,可拓展二维材料的物性和应用,具有重要的科学意义和实用价值。  2015年,沈阳材料科学国家研究中心任文才、成会明团队发明双金属基底化学气相沉积(CVD)方法,制备出多种不同结构的非层状二维过渡金属碳化物晶体,如正交Mo2C、六方WC和立方TaC,并发现超薄Mo2C为二维超导体(NatureMaterials,2015)。然而,受表面能约束,富含表面悬键的非层状材料倾向于岛状生长,难以得到厚度均一的单层材料。  该团队近日研究发现,在CVD生长非层状二维氮化钼的过程中,引入硅元素可以钝化其表面悬键,从而制备出一种不存在已知母体材料的全新的二维范德华层状材料MoSi2N4,并获得厘米级单层薄膜。单层MoSi2N4包含N-Si-N-Mo-N-Si-N7个原子层,可以看成是由两个Si-N层夹持单层MoN(N-Mo-N)构成。采用类似方法,还制备出单层WSi2N4。  在此基础上,研究团队与金属所陈星秋研究组、孙东明研究组合作,发现单层MoSi2N4具有半导体性质(带隙约1.94eV)和优于MoS2的理论载流子迁移率,并表现出优于MoS2等单层半导体材料的力学强度和稳定性;通过理论计算预测出十多种与单层MoSi2N4具有相同结构的二维层状材料,包含不同带隙的半导体、金属和磁性半金属等。  该研究开拓了全新的二维层状MoSi2N4材料家族,拓展了二维材料的物性和应用,并开辟了制备全新二维范德华层状材料的研究方向,为获得更多新型二维材料提供了新思路。  研究工作受到国家自然科学基金委杰出青年科学基金、重大项目,中科院从0到1原始创新项目、战略性先导科技专项,以及国家重点研发计划等的资助。  论文链接 图1.CVD生长二维层状MoSi2N4图2.二维层状MoSi2N4的结构表征图3.二维层状MoSi2N4的原子结构、电子结构、及光学、电学和力学性质图4.理论预测的二维层状MoSi2N4材料家族

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  北京大学高能物理实验组团队近期在玻色子散射领域取得了一批重要进展:主导完成了同电荷W玻色子极化散射的世界首次测量(CMS-PAS-SMP-20-006);首次在5倍标准偏差水平观测到了W和光子的散射(CMS-PAS-SMP-19-008)。这两项工作在两年一度的国际高能物理大会ICHEP2020上作为对撞机物理的亮点得到展示。  与无质量光子不同,弱相互作用媒介即W和Z玻色子吸收了Higgs分量从而变得有质量。由此,W、Z玻色子的纵向分量与Higgs密切相关:在LHC之前,通过对玻色子散射的幺正性分析,可以得到Higgs的质量必须在TeV之下,从而为LHC在TeV能级运行提供了物理动机;在Higgs粒子发现之后,通过探索高能区域的极化玻色子散射可以验证Higgs的幺正机制。对极化散射的探测,是大型强子对撞机最重要的物理目标之一。  北京大学高能物理实验组此次主导完成了同电荷W玻色子极化散射的世界首次测量,同时考虑了螺旋度本征态定义在同电荷W玻色子质心系与部分子对撞质心系下的极化分量。  此前,北大高能组应用深度学习技术对极化玻色子散射进行了研究。文章发表于Phys.Rev.D99,033004(2019)及Phys.Rev.D100,116010(2019)。相比传统结果,有效提升了观测敏感度。在这批工作中,北大高能组肖杰、黄迁明、卢梦、李俊昊等同学,以及冒亚军教授、班勇教授、李强长聘副教授等作出了主要贡献。这些工作得到国家自然科学基金委,科技部、北京大学、中国科学院及各兄弟院校的大力支持。

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  石墨烯作为一种新型碳纳米材料,具有高机械强度、良好导电导热性、大比表面积、良好化学稳定性等优点,在能量储存、电子器件、传感材料、催化剂、防腐涂料等领域展现出极为广阔的潜在应用前景。目前,石墨烯的应用主要采用复合材料的途径进行性能的提升,其制备方法主要包括化学还原法、水热法、溶胶凝胶法和电化学法。  近期,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李鑫恒团队结合电化学等技术发展了石墨烯复合材料的制备方法,分别制备出了均匀性好、结合力强的金属氧化物、聚苯胺、磷化物石墨烯复合材料,成本低廉、环境友好、适于规模化生产。  该制备方法有效地解决了以往方法可控性差、石墨烯叠层、纳米粒子团聚、结构易崩塌等问题。氧化锰表现出良好的单分散性,石墨烯片层没有明显的层叠,且具有多孔性。该方法易于制备克量级复合材料。研究人员将制备的复合材料组装成不对称水性超级电容器,具有柔性可折叠、无粘涂剂、环保(水性电解质)等优点。组装的超级电容器功率密度明显地大于40Wh/kg以上,循环2000次后仍保持初始容量的80%以上。将复合材料应用于电催化电极材料,极大地降低了过电势。  相关成果发表在J.Mater.ChemA上。得到国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划、江苏省自然科学基金、苏州市重点产业技术创新基金、兰州化物所特聘人才项目、羰基合成与选择氧化国家重点实验室的支持。  论文链接  1、2分别为三维石墨烯宏观体材料和石墨烯复合材料,3、4分别为石墨烯纳米片以及沉积在石墨烯表面的纳米颗粒 复合材料实例--石墨烯-二氧化锰三维多孔复合材料(a、b为扫描电镜图,e、f为复合材料的透射电镜图) 组装的柔性超级电容器实物图片

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  近日,中国科学院大气物理研究所研发的半潜式太阳能气象探测无人艇“海洋气象观测者-3”(MWO-3)穿过2020年三号台风“森拉克”中心,获取台风发展过程中高时间分辨率洋面气象及海洋要素的详细数据,为台风预报、预警和研究提供了传统观测手段无法提供的数据支撑。这也是国际上首次利用太阳能无人艇主动接近探测到台风中心。  MWO-3搭载了气象和海洋观测传感器,通过中国北斗卫星传输数据,在此次海上观测试验中经历了“森拉克”台风过境,提供了时间分辨率高达1分钟的实时观测数据、监测台风过境时海面各要素的详细变化过程。相比传统的海洋浮标观测,MWO-3能够机动应变航行观测,获取最优位置的实时观测数据,具有独特优势。  MWO-3海上观测是中国气象局气象探测中心牵头的台风观测项目(“海燕计划”)的重要组成部分,无人艇项目首席科学家由大气所研究员陈洪滨担任。MWO-3获取的观测资料将第一时间发往中央气象台台风与海洋气象预报中心,为台风预报、预警提供支撑。MWO-3无人艇施放(左)、完成远海航行凯旋(右)MWO-3无人艇穿过台风中心MWO-3无人艇8月1日气象海洋观测数据(温压湿风海温海盐),红色框为台风中心经过时间段。北京时间8时,热带低压临近海南岛。MWO-3向气象局提供实测分钟数据,11时38分至13时16分穿过台风中心。

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  微塑料是指粒径小于5mm的塑料碎片或颗粒,广泛存在于水体和陆地环境中。微塑料能被生物直接或间接摄入体内并在食物链上传递和富集,对生态系统功能和人类健康造成威胁。微塑料的表面经常与重金属等污染物发生吸附作用,成为其它污染物进入生物体内的载体。由于动物肠道表面活性剂的存在,这些吸附到微塑料表面的重金属在生物体内容易发生解吸附,这一过程可能导致更高的生态风险。目前,不同环境条件下微塑料表面重金属的解吸附行为及其生态风险尚不清晰。  中国科学院武汉植物园博士生周艳飞在微塑料复合污染对蚯蚓毒性效应的前期工作基础上(Zhouetal.2020.JournalofHazardousMaterials,392:122273),以五种微塑料(PA、PVC、PS、ABS和PET)为对象,进一步研究了微塑料对重金属镉的吸附能力以及镉在不同环境介质中的解吸附行为。研究发现,聚酰胺微塑料(PA)具有最强的镉吸附能力,微塑料对镉的吸附能力受水体pH、腐殖酸以及其他重金属离子(如铅浓度)的影响。水体中腐植酸的存在会促进镉从微塑料表面解吸附,在动物肠道内镉的解吸率为36.9%-59.9%,远高于底泥环境中的6.9%-18.7%镉解吸率。该研究表明,自然环境中的微塑料被动物摄食后,其表面的重金属污染物存在较大的解吸附率以及生态风险。  研究结果以Adsorptionmechanismofcadmiumonmicroplasticsandtheirdesorptionbehaviorinsedimentandgutenvironments:TherolesofwaterpH,leadions,naturalorganicmatterandphenanthrene为题,发表于WaterResearch。周艳飞为论文第一作者,研究员刘文治为论文通讯作者。研究工作得到中科院青年创新促进会的支持。  论文链接 动物肠道内(SEG)不同微塑料表面的镉解吸率

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