1.    识别CO氧化和水煤气转变过程中Pt催化剂的活性位点（Identification of active sites in CO oxidation and water-gas shift over supported Pt catalysts）

Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aac6368

对于相同组分的贵金属材料，纳米颗粒结构常常表现出与原子或体材料不同的性质。例如，分散于金属氧化物基体上的金和铂纳米粒子在低温下也表现出很强的CO氧化活性。美国西北大学Peter C. Stair研究团队利用红外光谱法来研究铂原子与铂纳米粒子对CO的吸附作用。程序升温脱附技术结果表明，相比于单独的铂原子，吸附于纳米颗粒的CO可以在更低的温度下发生反应。

图来源：Science期刊

2.    《Science》：更快的设计，更好的催化剂

催化剂对于化学的重要性不言而喻，不过，设计一种新的高效催化剂并不容易，常用的催化剂评估方法往往不能用来指导新催化剂的设计，而其它通过计算机模拟对催化剂表面过程进行建模的方法，随着原子数量增加，其量子化学计算很快就变得极为复杂。最近《科学》杂志刊登一个由法国、荷兰、德国科学家组成的研究团队的论文（Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aab3501），提出了一种更简单的方法，可更快地设计更好的催化剂。

以氢燃料电池中常用的氧还原催化剂“铂”为例，众所周知，这种非常昂贵的催化剂表面上并不是所有原子都有催化活性，仅仅只有特定的区域才有，这些区域被称为“活性中心”。该研究团队研究的正是怎样构建出这些“活性中心”。他们提出一种名为“配位-活性表”（coordination-activity plots）的新方法，来巧妙地预测最佳催化位点的几何形状。这一方法基于“广义配位数”（generalized coordination number, GCN），计算一个原子的邻近原子数量以及这些邻近原子的配位数。

还是以“铂”为例，计算得到经典铂（111）晶面的GCN值为7.5，而根据配位-活性表，最佳催化剂的GCN值应达到8.3。研究人员们利用这种新方法设计了一种新的氢燃料电池铂基催化剂，并用三种不同的方法进行了制备。实验结果显示，所制备的三种催化剂的催化活性都提高了3.5倍。

“这一工作为催化剂的开发开启了全新的模式——基于几何原则的材料设计，这应该能够比基于能量的方法更加深入，”论文第一作者Federico Calle-Vallejo说。“该方法的另一个优点是它很明确地基于化学基本原理之一——配位数，这更有利于计算设计的实验实现。”

（摘自 http://www.x-mol.com/news/1107）

3.    《Science》：钴催化剂将羧酸直接还原成醇

酯和羧酸还原成醇在医药和精细化工以及生物质转化等领域占有重要的一席之地。目前，羧酸氢化反应往往需要在高温高压条件下使用非均相催化剂或者使用更昂贵的铱或钌等贵金属催化剂才能实现。

最近荷兰阿姆斯特丹大学的Cornelis J. Elsevier、Bas de Bruin等人尝试制备不同的催化剂来催化苯甲酸甲酯的氢化反应生成苯甲醇和甲醇，这些催化剂由商业化的钴催化剂与三齿膦配体相结合得到。其中效果最佳的催化体系，当属钴四氟硼酸六水合物[Co(BF₄)₂·6H₂O]作为钴前体和三齿膦配体的组合，其在相当温和的反应条件下（100 ℃, 80 bar H₂）即可达到较高收率。该系统能够用于还原多种酯和羧酸，直接生成醇，且转化数（turnover number）高达8,000。相关研究成果10月16日发表在《科学》杂志上（Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aaa8938）。

该团队表示，这种新的廉价催化体系使用地球上丰富存在的钴，能够更加经济有效地将生物质转化成具有更高价值的化学品，并能用于各种工业合成。

英文原文：RSC《化学世界》报道

（来源：http://www.x-mol.com/news/1153）

 4.    《Science》：“智能”高分子添加剂使航空燃料更安全

目前防止和减少燃料形成雾状物的方法是向其中加入长链的液态高分子材料，而且这些高分子主链越长越能阻止细小液滴的形成，而大的燃料液滴不易在空气中停留，这样就能大大减少爆炸的风险。但是，太长的高分子链由于流体切向张力的原因并不稳定，容易断裂。而且过长的分子会互相缠绕结块，使发动机里的燃料泵堵塞。

最近，美国航空航天局喷气推进实验室和加州理工学院的一个化学家团队，研发出了一种新的高分子添加剂，旨在解决这个两难的问题。他们首先通过理论计算设计了一种长度适中的高分子模块，其两端分别是可以通过较强氢键作用“粘合”在一起的二元酸或二元碱的基团。这样，只需要很低的添加剂浓度（0.3 wt.%）。在一般情况下，这些高分子模块自身首尾相连成环，而当受到外力碰撞或高速流动时，这些分子环又在流体切向力的作用下打开，与其它高分子模块互相连接形成暂时的长链（≥5000 kg/mol），从而可以有效的抑制燃料雾化。换句话说，长链只在需要的时候动态形成，从而可以有效地解决这一难题。事实上，在设计出这样一种高分子后，该研究团队又花了4年才把它合成出来，并将其发表于10月2日的《Science》杂志上（Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aab0642）。

该研究的通讯作者，加州理工学院的化学工程教授Julia A. Kornfield说，“最有效的端基同样也是最简单的基团，只是用羧酸基团作为氢键供体而用叔胺作为氢键受体”。

（摘自 http://www.x-mol.com/news/1091）

         相关阅读： 物理学家组织网报道

5.    “终极电池”研究迈进一大步

据英国剑桥大学近日消息，该校科学家开发出一种可在实验室运行的锂—氧电池工作系统，能量密度极高，效率达90%以上，迄今为止可充放电超过2000次。在10月30日的《科学》杂志封面文章上，研究人员介绍了这一成果（Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aac7730）。

锂—氧电池，或称锂—空气电池，一直被奉为“终极电池”，因为其理论能量密度高，是锂离子电池的10倍，堪比汽油，用作电动汽车电池的话，成本和重量仅是目前所用汽车电池的1/5。但在它替代汽油之前，还有许多实际问题需要解决。以往的系统效率很低，化学反应不理想，而且只能用纯氧气循环。

新系统的电极由多孔蓬松的石墨烯制成，通过氢氧化锂而不是过氧化锂循环反应，加入微量水和碘化锂作“中介”，大大减少了会损害电池的化学反应，从而更加稳定高效。系统充放电之间的“电压差”缩小到0.2伏，首次循环充放电效率高达93%，接近锂离子电池。石墨烯电极还大大提高了电池容量，并在一定程度上提高了充放电速度。

论文通讯作者、剑桥大学化学系教授克莱尔·格雷(Clare P. Grey)称，这些成果是锂—空气电池技术中的重大进步，开拓了全新的研究领域。

研究人员指出，虽然新研究为开发出实际应用设备指明了路径，但目前还有一些问题需要解决。如对金属电极的保护问题，锂金属树枝状生长，会导致安全问题，让电池爆炸或短路。此外，演示系统仍然只能以纯氧循环，空气中所含的二氧化碳、氮气和水分都对金属电极有害。论文第一作者、剑桥大学化学系的刘韬（音译）说，虽然还有大量工作要做，但这些问题都有解决方法。

研究人员也指出，研究很有前景，但要真正造出锂—空气电池，至少还要10年。（记者常丽君）

（摘自 科技日报）

更多阅读：x-mol 报道

6.    美日中发现绝缘体磁畴界面具高导电性

来自斯坦福大学、东京大学、日本理化学研究所、西安交通大学、中科院上海微系统所、劳伦斯伯克利国家实验室等机构的科研人员发现，绝缘体的磁畴边界具有高导电性。这项发现不仅为困扰科学家数十年的科学假说第一次提供了直接证据，而且对未来存储器的设计和开发具有重要的潜在应用价值，相关成果10月30日发表于《科学》（DOI: 10.1126/science.aac8289）。

几十年前，科学家推导认为，电绝缘体的磁畴边界可能成为电的良导体。该理论假设自提出起受到广泛关注，然而在本研究之前，尽管科学家对大量可能的材料体系已经进行了研究，但都未能获得直接的实验证据。

此次研究中，日本理化学研究所的研究人员首先合成了一种高品质的电绝缘体多晶化合物。科研人员随即完成了微尺度电输运测试设备的研制和电输运性能的测量，并通过一个独特的微波阻抗显微镜对导电磁畴界进行直接成像。通过微波阻抗显微镜获取的优质图像，研究人员对该多晶样品内的电阻率分布进行二维逐点测量，成功观测到了高导电性的磁畴界面。

该多晶材料的晶体取向信息表明，在微波阻抗显微镜下观察到的导电曲线的本质有诸多挑战。比如，合成材料是由很多远小于人的头发直径，且取向各异的晶粒组成，该多晶材料很脆，难以抛光，因此难以用常见方法进行观察，且该晶体结构比较复杂，衍射谱的解析很难。最终，科研人员利用同步辐射微束白光X射线劳厄衍射技术，和独立开发的数据分析软件XMAS，完成了这项工作。

（来源：中国科学报）

7.    北京大学发现二维超导和超导-金属相变行为

二维超导体，因其中量子涨落或热力学涨落带来的诸多新奇现象，以及在无耗散或低耗散的电子学方面的潜在应用价值，已成为超导领域的重要研究方向。

最近北京大学王健研究组等合作研究，在三个原子层厚的Ga薄膜中发现了二维超导和超导-金属相变行为。这是首次在低维体系以及超导体系中发现和证实量子Griffiths奇异性，并且有可能是对超导-金属相变的具有普适性的物理解释。这项工作不仅是发现了一种新的量子相变，而且对超导等量子材料体系中量子临界行为的理解提供了新的思路。该研究成果已经发表在《Science》上（DOI: 10.1126/science.aaa7154）。

（摘自 材料人网）

8.    我国科学家破解结构生物学难题之一

9月11日，《科学》杂志同时发表了清华大学生命科学学院施一公教授研究组的两篇论文（Science, 2015, DOI:10.1126/science.aac8159， DOI:10.1126/science.aac7629）。研究组不仅获得了分辨率高达3.6埃米的剪接体三维结构，并阐述了剪接体的基本工作机理，破解了结构生物学最大难题之一。

据介绍，剪接体由RNA（核糖核酸）和蛋白分子组成，是真核生物基因表达过程中的关键物质之一。此研究最终获得了高分辨率的剪接体三维结构并阐述了其基本工作机理，这是自1993年RNA（核糖核酸）剪接发现以来，中国科学家率先对剪接体近原子分辨率结构进行解析，不仅初步解答了基础生命科学领域长期以来备受关注的核心问题，且对人类进一步揭示与剪接体相关疾病的发病机理提供了结构基础和理论指导。

（摘自 科技日报） 

9.    Glucosepane的简易全合成（Concise total synthesis of glucosepane）

Science, 2015, DOI:10.1126/science.aac9655

尽管蛋白质主链仅包含氨基酸，但是细胞中的很多其他分子会通过一种叫做翻译后修饰的过程与之结合。其中一种序列叫做glucosepane，它的赖氨酸和精氨酸侧链会通过与葡萄糖反应形成紧密交联的结构。这种交联结构的形成对研究糖尿病很有意义。耶鲁大学的David Spiegel研究团队报道了一种简易全合成的方法来合成glucosepane。这种方法有利于对分子结构更精确的表征，同时观察在活体中的作用。（更多阅读：http://www.x-mol.com/news/1146）

10.    纳米粒子相互作用的非加和性（Nonadditivity of nanoparticle interactions）

Science, 2015, DOI: 10.1126/science.1242477

纳米粒子在溶液中的相互作用会影响到很多方面，如其与生物分子的结合能力、粒子的电学特性以及它们堆积成大尺度晶体的能力。不过，一些可以用来解释胶体粒子的理论却无法解释纳米粒子的行为，因为纳米粒子间的相互作用无法线性叠加。而且，纳米粒子具有复杂的形状，尺寸也更接近于溶剂分子。Silvera Batista等人就纳米粒子相互作用的非加和特性撰写了综述，目的在于让科研人员更清晰地认识纳米粒子在溶液中的行为。

（其中1、9-10条 摘自新材料在线）