又到梔子花開的季節(jié)，又是一年畢業(yè)季！研究生們給自己的科研生涯留下怎樣的濃墨重彩呢？讓我們拭目以待吧！

1.Nature Communications：酸中高選擇性電化學(xué)合成H2O2的氫鍵鈷卟啉骨架的理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)

對酸中H2O2的選擇性雙電子氧還原反應(yīng)要求很高，并且由于缺乏高效的非貴金屬基電催化劑而受到很大的阻礙。金屬宏觀周期有希望，但相對而言研究不足。需要努力促進(jìn)其固有的催化活性和/或增加活性位點(diǎn)的表面暴露。在此，來自蘇州大學(xué)的Lu Wang & 中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所的Tian-Fu Liu & 澳門大學(xué)的Yanguang Li等研究者，通過比較32種不同的金屬卟啉對關(guān)鍵反應(yīng)中間體的吸附自由能，進(jìn)行了高通量計(jì)算篩選。鈷卟啉的理論過電位最小可達(dá)40 mV。在計(jì)算預(yù)測的指導(dǎo)下，研究者制備了氫鍵鈷卟啉框架，以提高酸中H2O2生成的催化活性位點(diǎn)的溶液可獲得性。該產(chǎn)物的起始電位為~0.68 V, H2O2選擇性為>90%，周轉(zhuǎn)頻率為10.9 s?1，穩(wěn)定性為~30 h，這些特點(diǎn)使其在這一具有挑戰(zhàn)性的反應(yīng)中明顯優(yōu)于現(xiàn)有的競爭對手。

參考文獻(xiàn)：

Zhao, X., Yin, Q., Mao, X. et al. Theory-guided design of hydrogen-bonded cobaltoporphyrin frameworks for highly selective electrochemical H2O2?production in acid.?Nat Commun?13,?2721 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-30523-0

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30523-0

2.Nature Communications：預(yù)測二維石英玻璃的失效

能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)信息,預(yù)測材料的失效，對于設(shè)備和組件的監(jiān)測具有巨大的實(shí)際意義和工業(yè)意義。由于深度學(xué)習(xí)的最新進(jìn)展，即使是對強(qiáng)無序固體也可以進(jìn)行準(zhǔn)確的失效預(yù)測，但由于在此過程中使用的參數(shù)數(shù)量太多，無法對結(jié)果進(jìn)行物理解釋。在此，來自意大利米蘭大學(xué)的Stefano Zapperi等研究者，解決了這個(gè)問題，從他們的初始未變形的結(jié)構(gòu)，使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來預(yù)測模擬二維石英玻璃的失效。然后，研究者利用梯度加權(quán)類激活映射(Gradient-weighted Class Activation Mapping, Grad-CAM)來構(gòu)建與預(yù)測相關(guān)的注意力映射，并證明這些映射可以根據(jù)拓?fù)淙毕莺途植縿菽苓M(jìn)行物理解釋。研究者表明，他們的預(yù)測可以轉(zhuǎn)移到與訓(xùn)練中使用的不同形狀或大小的樣本，以及實(shí)驗(yàn)圖像。該策略說明了通過數(shù)值模擬結(jié)果訓(xùn)練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如何能夠?qū)?shí)驗(yàn)測量結(jié)構(gòu)的行為提供可解釋的預(yù)測。

參考文獻(xiàn)：

Font-Clos, F., Zanchi, M., Hiemer, S. et al. Predicting the failure of two-dimensional silica glasses.?Nat Commun?13,?2820 (2022).

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30530-1

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30530-1

3.JACS：核糖核蛋白組裝中的擴(kuò)散離子協(xié)調(diào)動(dòng)力學(xué)

適當(dāng)?shù)碾x子濃度，對RNA和核糖核蛋白(RNP)組裝的功能動(dòng)力學(xué)是必需的。雖然實(shí)驗(yàn)和計(jì)算技術(shù)，為螯合離子的性質(zhì)提供了許多見解，但對擴(kuò)散離子對大規(guī)模構(gòu)象重排的能量貢獻(xiàn)知之甚少。在此，來自美國波士頓學(xué)院的Udayan Mohanty & 東北大學(xué)的Paul C. Whitford等研究者提出了一個(gè)模型，該模型旨在量化擴(kuò)散的一價(jià)和二價(jià)離子對生物分子組裝動(dòng)力學(xué)的影響。該模型采用全原子(非H)分辨率和顯式離子，其中有效勢解釋水化效應(yīng)。研究者首先表明，該模型準(zhǔn)確地預(yù)測了原型RNA系統(tǒng)中過量Mg2+離子的數(shù)量，其水平可與現(xiàn)代粗粒度模型相媲美。然后，研究者將該模型應(yīng)用于一個(gè)完整的核糖體，并展示了彌漫性Mg2+和K+離子之間的平衡，如何在翻譯過程中控制tRNA分子的動(dòng)力學(xué)。該模型預(yù)測了，擴(kuò)散離子對與tRNA進(jìn)入相關(guān)的自由能壘的不同影響，以及tRNA結(jié)合到核糖體的能量?？傊?，這一分析揭示了擴(kuò)散離子對RNP組裝動(dòng)力學(xué)的直接影響。

參考文獻(xiàn)：

Ailun Wang, Mariana Levi, Udayan Mohanty, and Paul C. Whitford. Diffuse Ions Coordinate Dynamics in a Ribonucleoprotein Assembly.?Journal of the American Chemical Society?Article ASAP DOI: 10.1021/jacs.2c04082

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c04082

4.JACS：還原金紅石TiO2(110)表面競爭性光誘導(dǎo)分子氧解離和解吸動(dòng)力學(xué)：時(shí)域從頭算研究

光化學(xué)O2活化，是許多光氧化化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵，底物-吸附質(zhì)之間的相互作用，對反應(yīng)效率和化學(xué)過程有顯著影響。然而，這種反應(yīng)的潛在機(jī)制仍不清楚。在此，來自北京師范大學(xué)的Run Long等研究者，以氧化還原的金紅石型TiO2(110)表面為研究對象，采用時(shí)域密度泛函理論和非絕熱分子動(dòng)力學(xué)方法研究了光誘導(dǎo)的O2解離和解吸過程。模擬結(jié)果表明，O2在被還原的TiO2(110)表面上有三個(gè)不同的吸附位置，它更傾向于吸附在橋氧空位(OV)位點(diǎn)，其次是兩個(gè)亞穩(wěn)的五重配位Ti (Ti5c)位點(diǎn)，通過接受OV誘導(dǎo)的Ti3+離子的兩個(gè)多余電子，導(dǎo)致過氧化O22-的形成。吸附在OV位點(diǎn)的O2不會(huì)產(chǎn)生捕獲光激發(fā)空穴的中隙態(tài)，由于解離能壘很小，有利于O2的輕松解離而不是解吸，使載流子壽命超過0.5納秒。相反，兩種Ti5c吸附構(gòu)型中由O2?π*反鍵軌道組成的中隙態(tài)能在數(shù)十皮秒范圍內(nèi)快速捕獲光激發(fā)空穴，導(dǎo)致界面O-Ti鍵長延長，驅(qū)動(dòng)O2解吸。由于存在微小的能量壁壘，兩種Ti5c的吸附構(gòu)型可以相互切換，并發(fā)生在Ti5c位點(diǎn)上，鞏固了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。選擇合適的過渡金屬可以增強(qiáng)p-d極化，從而操縱O2反鍵軌道的位置，控制O2的化學(xué)反應(yīng)。該結(jié)果提供了光激發(fā)空穴之間的相互作用和吸附-底物相互作用，對O2解離和解吸的影響的基本認(rèn)識。該研究展示了摻雜劑如何控制電子和電荷特性，從而設(shè)計(jì)出高性能的過渡金屬氧化物催化劑。

參考文獻(xiàn)：

Cheng Cheng, Niall J. English, Wei-Hai Fang, and Run Long. Understanding Competitive Photo-Induced Molecular Oxygen Dissociation and Desorption Dynamics atop a Reduced Rutile TiO2(110) Surface: A Time-Domain Ab Initio Study.?ACS Catalysis?0, 12?

DOI: 10.1021/acscatal.2c01599

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c01599

5.ACS Nano：利用摩擦電子納米發(fā)電機(jī)，使得深度學(xué)習(xí)獲得頸部運(yùn)動(dòng)檢測成為可能

頸部運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，反映了頸椎的健康狀況。人體頸部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測，對健康智能化具有重要意義。一種實(shí)用的頸部運(yùn)動(dòng)檢測器應(yīng)該是可穿戴的、靈活的、高效的、低成本的。在此，來自重慶大學(xué)的Xianjie Pu & 西南科技大學(xué)的Yangsong Zhang等研究者，報(bào)告了這樣一種頸部運(yùn)動(dòng)檢測器，包括一個(gè)自供電摩擦電傳感器組和一個(gè)深度學(xué)習(xí)塊。四個(gè)可伸縮的硅橡膠摩擦電傳感器集成在一個(gè)頸圈上。不同的頸部運(yùn)動(dòng)，這四個(gè)傳感器引出不同幅度和/或方向的電壓信號。因此，這四種信號的組合可以表示一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。值得注意的是，在頸圈和傳感器之間附著了一層摻碳硅橡膠層，以屏蔽外部電場(即皮膚表面的電變化)，從而實(shí)現(xiàn)更可靠的識別。此外，設(shè)計(jì)的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)模型，對包括8個(gè)彎曲方向、2個(gè)扭轉(zhuǎn)方向和1個(gè)靜息狀態(tài)在內(nèi)的11類頸部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行識別，平均識別準(zhǔn)確率為92.63%。研制的頸部運(yùn)動(dòng)檢測器在頸部監(jiān)測、康復(fù)和控制等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

Shanshan An, Xianjie Pu, Shiyi Zhou, Yihan Wu, Gui Li, Pengcheng Xing, Yangsong Zhang, and Chenguo Hu. Deep Learning Enabled Neck Motion Detection Using a Triboelectric Nanogenerator.?ACS Nano?Article ASAP DOI: 10.1021/acsnano.2c02149

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02149