春暖花開，萬物復(fù)蘇，一切都是欣欣向榮的樣子。萬物更迭，科研工作當(dāng)然也不例外，蟄伏了一個冬季，讓我們也來看看科研工作者的最新動態(tài)吧。

1.Nature Communications：以人工智能為基礎(chǔ)的量子動力學(xué)預(yù)測光收集復(fù)合物中激發(fā)能量轉(zhuǎn)移的未來

探索集光復(fù)合體(LHCs)中的激發(fā)能轉(zhuǎn)移(EET)，對于理解自然過程和設(shè)計高效光伏器件至關(guān)重要。LHCs是開放系統(tǒng)，量子效應(yīng)對太陽能的完美利用可能起著至關(guān)重要的作用。模擬包含量子效應(yīng)的能量轉(zhuǎn)移，可以在耗散量子動力學(xué)(QD)的框架內(nèi)進行，這些計算是昂貴的。因此，人工智能(AI)提供了一種降低計算成本的工具。在此，來自廈門大學(xué)的Arif Ullah & Pavlo O. Dral等研究者，提出了AI-QD方法，使用人工智能直接預(yù)測時間和其他參數(shù)(如溫度、重組能量等)的QD，與傳統(tǒng)的QD和遞歸的基于人工智能的QD方法相比，完全避免了遞歸逐步動力學(xué)傳播的需要。該軌跡學(xué)習(xí)AI-QD方法，能夠預(yù)測無限時間QD的正確漸近行為。研究者在Fenna-Matthews-Olson (FMO)復(fù)合物的7個位點上演示了AI-QD。

參考文獻：

Ullah, A., Dral, P.O. Predicting the future of excitation energy transfer in light-harvesting complex with artificial intelligence-based quantum dynamics.?Nat Commun?13,?1930 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-29621-w

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29621-w

2.JACS：鹽輔助MoS2生長:來自第一原理的分子機制

二維過渡金屬二鹵族化合物(TMD)，如二硫化鉬(MoS2)，近年來引起了廣泛的研究興趣，促使人們尋求新的合成策略。近年來，鹵化物鹽已被報道能促進多種TMD的化學(xué)氣相沉積(CVD)生長。然而，其潛在的促進機制和反應(yīng)在很大程度上是未知的。在此，來自美國萊斯大學(xué)的Boris I. Yakobson等研究者，采用第一性原理計算和從頭算分子動力學(xué)(AIMD)模擬，研究了鹽輔助下MoS2單分子膜CVD生長的詳細分子機制。研究了氧化鹵化鉬MoO2X2?(X = F、Cl、Br和I)的硫化過程──鹽輔助合成中以鉬為原料的硫化過程──在傳統(tǒng)的MoS2“無鹽”生長過程中表現(xiàn)出比氧化鉬低得多的活化能壘。此外，速率限制勢壘似乎線性地依賴于鹵素的電負性，其中碘氧具有最低的勢壘。該研究揭示了鹵化物的促進機制，并允許生長參數(shù)優(yōu)化實現(xiàn)更快速的生長MoS2單層CVD合成。

參考文獻：

Jincheng Lei, Yu Xie, Alex Kutana, Ksenia V. Bets, and Boris I. Yakobson, Salt-Assisted MoS2?Growth: Molecular Mechanisms from the First Principles.?Journal of the American Chemical Society?Article?ASAP DOI: 10.1021/jacs.2c02497

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02497

3.JACS：光系統(tǒng)II氧化還原耦合質(zhì)子化動力學(xué)的分子原理

光系統(tǒng)II (Photosystem II, PSII)催化光驅(qū)動的水氧化，將O2釋放到大氣中，并傳遞電子用于生物質(zhì)的合成。然而，盡管對PSII的結(jié)構(gòu)和功能進行了幾十年的研究，但其水氧化機理仍然是現(xiàn)代化學(xué)研究的一個重大挑戰(zhàn)。在此，來自瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的Ville R. I. Kaila等研究者，研究表明，PSII催化氧化還原引發(fā)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移，在其演化氧的Mn4O5Ca簇和附近的保守的埋藏離子對簇之間，這些離子對通過質(zhì)子途徑連接到本體溶劑。通過多尺度量子模擬和經(jīng)典模擬，研究者發(fā)現(xiàn)氧化還原活性的Tyrz (Tyr161)通過附近離子對(Asp61/Lys317)的構(gòu)象變化，降低了水介導(dǎo)的質(zhì)子從Ca2+結(jié)合水分子(W3)轉(zhuǎn)移到Asp61的反應(yīng)勢壘。這種W3襯底水的去質(zhì)子化觸發(fā)了它向Mn1遷移到一個在最近的X射線自由電子激光(XFEL)實驗中確定的位置。Mn4O5Ca團簇進一步氧化后，通過類似的離子對解離過程，將Mn4O5Ca團簇的水配體球的質(zhì)子轉(zhuǎn)移勢壘降低到Asp61，而由此產(chǎn)生的Mn結(jié)合的氧/氧分子通過自由基偶聯(lián)機制形成O2。這里所提出的氧化還原耦合質(zhì)子化機制，與其他涉及生物能量轉(zhuǎn)換的酶的功能結(jié)構(gòu)驚人地相似，水合變化、離子對動力學(xué)和調(diào)節(jié)催化能壘的電場之間存在相互作用。

參考文獻：

Friederike Allg?wer, Ana P. Gamiz-Hernandez, A. William Rutherford, and Ville R. I. Kaila. Molecular Principles of Redox-Coupled Protonation Dynamics in Photosystem II.?Journal of the American Chemical Society?Article ASAP DOI: 10.1021/jacs.1c13041

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c13041

4.JACS：機器學(xué)習(xí)化學(xué)位移法測定晶體結(jié)構(gòu)

測定粉狀固體的三維原子級結(jié)構(gòu)，是當(dāng)前化學(xué)的關(guān)鍵目標(biāo)之一。固體核磁共振化學(xué)位移可以用來解決這一問題，但其計算成本受到晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測方法和密度泛函理論化學(xué)位移計算的限制。在此，來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Lyndon Emsley等研究者，利用動態(tài)生成的機器學(xué)習(xí)的各向同性化學(xué)位移，直接指導(dǎo)從隨機氣相構(gòu)象開始的基于蒙特卡羅的結(jié)構(gòu)確定過程，成功地確定了氨芐西林、吡羅昔康、可卡因的晶體結(jié)構(gòu)，以及藥物分子AZD8329的兩個多態(tài)性。

參考文獻：

Martins Balodis, Manuel Cordova, Albert Hofstetter, Graeme M. Day, and Lyndon Emsley, De Novo Crystal Structure Determination from Machine Learned Chemical Shifts.?Journal of the American Chemical Society?Article ASAP DOI: 10.1021/jacs.1c13733

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c13733

5.ACS Catalysis：Li-O2電池碳納米管正極放電產(chǎn)物演化的分子動力學(xué)和密度泛函理論解析

鋰氧電池(LOBs)的容量和過電位等性能,與放電產(chǎn)物的形貌密切相關(guān)。在此，來自北京科技大學(xué)的Xunliang Liu & 香港大學(xué)的Dennis Y. C. Leung等研究者，基于分子動力學(xué)(MD)和密度泛函理論(DFT)創(chuàng)新性地，揭示了Li2O2在碳納米管(CNT)正極表面的生長行為與LOBs循環(huán)性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明，(Li2O2)n在碳納米管表面的生長主要經(jīng)歷粘附、分枝和連接三個階段。(Li2O2)n與CNT表面之間的穩(wěn)定間隙約為2.47 ?。有趣的是，致密沉積厚度與Li2O2單體數(shù)量呈正相關(guān)。

另外，游離Li2O2的形成直接導(dǎo)致了(Li2O2)n的失穩(wěn)和容量損失。更大直徑的扶手椅型碳納米管，特別是單壁和奇數(shù)壁的多壁碳納米管，更有利于放電產(chǎn)物的穩(wěn)定生長。值得注意的是，(Li2O2)n主要由內(nèi)部穩(wěn)定的低電導(dǎo)率部件和分布在表面具有p型半導(dǎo)體特性的非晶部件組成。因此，調(diào)控CNT結(jié)構(gòu)，制備催化劑促進Li2O2由有序向非晶態(tài)轉(zhuǎn)變，對于突破LOBs的技術(shù)瓶頸至關(guān)重要。該結(jié)果識別了長期存在爭議的產(chǎn)物形態(tài)演化機制，其獨特的計算思路也適用于對其他金屬-空氣電池放電產(chǎn)物微觀生長行為的直觀探索。

參考文獻：

Xiaoping Yi, Xunliang Liu, Wending Pan, Bin Qin, Juan Fang, Kai Jiang, Shengan Deng, Yuan Meng, Dennis Y. C. Leung, and Zhi Wen. Evolution of Discharge Products on CarbonNanotube Cathodes in Li-O2?Batteries Unraveled by Molecular Dynamics and Density Functional Theory?ACS Catalysis?0,?12 DOI: 10.1021/acscatal.2c00409

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c00409