上海交大全球创新（推动科技自立自强）

紧跟科技前沿，助力科技强国

自觉履行科技自立自强的使命担当

交大人，给力！

9月24日，主席向2021中关村论坛视频致贺，指出“当今世界，发展科学技术必须具有全球视野，把握时代脉搏，紧扣人类生产生活提出的新要求”，强调“中国高度重视科技创新，致力于推动全球科技创新协作”。

近期，西安交大科研人员在止血材料、肿瘤药物、上消化道癌筛查、微生物电合成、金属韧脆转变、高性能中熵合金、拟南芥基因组组装、肿瘤缺氧微环境研究、太阳能海水淡化、生物质高效制备甲酸机理与应用、超冷原子物理等领域取得重要进展。

牢记重要指示精神，加强基础研究和核心技术攻关，在开放合作中提升科技创新能力，在解决全球性挑战中贡献交大智慧。

｜内容速览｜

1、西安交大科研人员系统性总结评价现有止血材料 展望其未来发展

2、西安交大科研人员在肿瘤药物研究方面取得新进展

3、西安交大科研团队在我国上消化道癌筛查策略卫生经济学评价研究方面取得重要成果

4、西安交大科研人员在微生物电合成领域取得新进展

5、西安交大科研人员发现金属韧脆转变新机制

6、西安交大科研人员研发出一种面向极端低温环境的高性能中熵合金

7、西安交大科研人员在拟南芥基因组组装领域取得重要进展

8、西安交大科研人员在肿瘤缺氧微环境研究领域取得新进展

9、西安交大科研人员在太阳能海水淡化领域取得重要进展

10、西安交大科研人员在生物质高效制备甲酸机理与应用研究中取得新进展

11、西安交大科研人员在超冷原子物理领域取得系列新进展

#01

西安交大科研人员

系统性总结评价现有止血材料

展望其未来发展

发表期刊

《自然综述—化学》

（Nature Reviews Chemistry）

内容摘要

创伤是最常见的健康问题之一，每年用于伤口护理和愈合的花费也连续增加。而伤口愈合的第一步是止血。在过去的 5年中，有助于伤口愈合的止血材料的开发成为研究人员关注的热点。随着此领域迅速发展，对于现有止血材料的系统性的总结与对未来止血材料发展的展望仍旧缺乏。

西安交通大学郭保林教授课题组相继开发出了多种具有良好止血性能且能够有效促进伤口愈合的材料,并且相关成果在《自然通讯》《先进功能材料》《美国化学学会纳米杂志》《微尺度》《生物材料》等国际权威期刊发表。

基于郭保林教授课题组在用于伤口愈合应用的止血材料方面的突出贡献，近日郭保林教授团队受邀在国际顶级期刊《自然综述—化学》（Nature Reviews Chemistry）发表用于伤口愈合应用的止血材料相关综述。综述通过对近年来国际国内止血材料的开发进行研究归纳，从止血和伤口愈合的生理机制、目前止血材料的不同活性成分（包括天然聚合物、合成聚合物、硅基材料和含金属材料）以及止血材料的不同形式状态（包括海绵、水凝胶、纳米纤维和颗粒等）等方面，对现有伤口敷料的止血材料进行了总结与评价，重点介绍了现有止血材料化学设计和制备过程。同时，该综述还对现有止血材料中不同活性成分和止血材料形式的优点和局限性进行了归纳，提出了伤口愈合止血材料发展中所面临的挑战和其未来方向。

该综述文章题目为“用于伤口愈合应用的止血材料（Haemostatic materials for wound healing applications）”。

文章作者

西安交通大学前沿院郭保林教授为本文的第一作者及通讯作者，西安交通大学为唯一通讯单位。

论文链接

https://www.nature.com/articles/s41570-021-00323-z

#02

西安交大科研人员

在肿瘤药物研究方面取得新进展

发表期刊

《临床与转化医学》

（Clinical and Translational Medicine）

内容摘要

肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是最常见的原发性肝脏恶性肿瘤，其发病率高且极易转移复发，严重影响人类健康。传统药物治疗存在毒副作用大、多药耐药等问题，因此亟需寻找新的作用靶点和药物。研究发现，多形性腺瘤基因样蛋白2（pleomorphic adenoma gene like-2，PLAGL2）与肿瘤侵袭转移、耐药以及不良预后等密切相关。作为转录因子，其可调节涉及增殖、血管生成、肿瘤转移的多种基因，被认为是肿瘤治疗中极具潜力的靶标之一。因此，针对PLAGL2调控机制的进一步深入研究及其靶向抑制剂的发现将为特异性靶向抗肿瘤药物的开发提供新的策略。

近日，西安交通大学医学部药学院张彦民教授研究团队证实PLAGL2在肝癌病人肿瘤组织中呈现显著高表达，并创新性地发现PLAGL2通过调控下游C-MET/STAT3信号通路增强肝癌细胞的线粒体凋亡抵抗。另外，体内、外实验结果表明无机硒化合物二硫化硒（selenium sulfide，SeS2）通过靶向PLAGL2显著抑制肝癌细胞增殖，并诱导肝癌细胞线粒体凋亡，其作用机制为抑制C-MET/STAT3、AKT/mTOR及MAPK信号通路，进而激活Bcl-2/Cyto C/Caspase级联反应。该研究为PLAGL2靶向抑制剂的抗肿瘤治疗提供了理论支持，也为二硫化硒的进一步开发奠定了实验基础。

文章作者

西安交通大学医学部药学院博士研究生杨天枫为论文第一作者，代秉玲副教授与张彦民教授为共同通讯作者，西安交通大学为本文唯一完成单位。

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ctm2.536

#03

西安交大科研团队

在我国上消化道癌筛查策略卫生经济学评价研究方面取得重要成果

发表期刊

《美国医学会杂志网络开源》,《胃肠内镜》

内容摘要

上消化道癌（食管癌和胃癌）严重危害我国居民健康，我国两癌年发病和死亡数均占全球的一半。早期筛查是上消化道癌最有效的防控手段，内镜筛查是其目前最准确的方法。但是，食管癌和胃癌内镜联合筛查、食管癌分级内镜筛查卫生经济学效果如何，亟待做出评价。为此，西安交通大学公共卫生学院科研团队联合国家癌症中心科研团队，基于我国上消化道癌筛查前瞻性队列研究项目，开展了相关卫生经济学评价研究。

研究证实，在中国上消化道癌高发区，针对40−69岁人群，内镜同时筛查食管癌和胃癌策略具有高的成本效果，不论哪个初始筛查年龄2年一次内镜筛查均是最佳策略。40−44岁开始2年一次内镜筛查获得健康收益最大，终生一次内镜筛查在65−69岁初始筛查年龄获得健康收益最大。

研究表明，在中国食管癌高发区，针对40−69岁人群，使用前期发表的风险评分模型初筛确定高危人群、再对高危人群进行内镜筛查的分级筛查策略具有成本效果。并且，在<55岁人群中，以8或9分作为划分高危人群的界值，并开展分级内镜筛查为最具成本效果的策略；在≥55岁人群中，以直接内镜筛查为最具成本效果的策略。

以上研究成果为国家制定上消化道癌筛查和早诊早治策略提供了重要科学依据。

文章作者

西安交通大学公共卫生学院博士后夏茹意是两篇论文的第一作者，其合作导师公共卫生学院庄贵华教授和国家癌症中心陈万青教授是两篇论文的通讯作者。

论文链接

《美国医学会杂志网络开源》:

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34402889/

《胃肠内镜》:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016510721015637?via=ihub

#04

西安交大科研人员

在微生物电合成领域取得新进展

发表期刊

《化学工程学报》

内容摘要

微生物电合成(microbial electrosynthesis，MES)是利用微生物作为催化剂将CO2电还原为有机物（如甲烷、乙酸、丁酸等）的过程。与传统无机催化剂相比，微生物具有产物选择性高、长期稳定性高（可自我再生）、催化过电位低和可生成长链有机物等优点。因此，MES为CO2电还原合成有机物提供了一条崭新的途径，在CO2资源化和冗余电能的储存方面具有广阔的应用前景。然而，目前限制MES实际应用的主要瓶颈是其较低的电流密度，即较低的产物合成速率。

传统的MES反应器均为基于阴极电活性生物膜的装置。虽然经过电活性菌株富集选育和电极材料修饰改性，一般阴极生物膜的电流密度已经达到10 A/m2水平，然而仍远低于工业应用的要求（103A/m2）。电催化产氢的电流密度已达工业化应用水平，且氢气是微生物良好的电子和质子供体。因此，将电解产氢和发酵耗氢原位耦合有望进一步提升MES的电流密度。但是，由于氢气在水中的溶解度极低，如何实现高电流密度条件下的高氢气利用率（即高库伦效率）是该系统成功的关键。

为了提高氢气在反应器内保留时间，受到鼓泡塔反应器的启发，西安交大化工学院郭坤特聘研究员课题组构建了一种电解氢气鼓泡塔反应器（图1）。该装置将电解槽置于反应器的底部用于原位提供氢微气泡，鼓泡塔置于电解槽上部以增加电解氢气泡在反应器的保留时间。在此反应器中接种同型产乙酸功能菌群，在156 A/m2电极电流密度条件下，鼓泡塔的存在可将反应器的库伦效率从5%提高到70%。该反应器的产乙酸速率达到898 g/m2阴极/d（1.2 g/L反应器/d），是绝大多数基于生物膜的MES反应器产乙酸速率的10倍以上。

图1 电解氢气鼓泡塔微生物电合成反应器示意图

为了进一步强化反应器内的气液传质和提高反应器的生物量，课题组与西安交大能动学院王云海教授合作，设计开发了电解氢气移动床生物膜反应器（图2）。移动床内填料的存在，进一步提升了氢气泡的停留时间，强化了气液传质，同时提高了反应器内的生物量。该反应器将前一种反应器的产乙酸速率提升了四倍，达到4.1 g/L反应器/d。此外，在该反应器内接种产甲烷功能菌群，在2 A的恒电流运行模式下，反应器的库伦效率高达92.5%，甲烷的产率最高可达1.4L/L反应器/d（141.5 L/m2阴极/d），是已报道最大值的两倍左右。

图2 电解氢气移动床生物膜反应器示意图

以上研究成果为MES系统电流密度的进一步提升提供了新的思路，初步实现了高电流密度条件下的高库伦效率乙酸和甲烷合成。同时，以上反应器尺寸比已报道MES反应器高出近两个数量级，为MES反应器的设计放大提供了一定的理论基础和实践经验。微生物电合成的研究将会对我国“3060双碳”目标的实现提供一种新的技术保障，同时也为可再生电能的储存提供了新的方法和思路。电解氢气鼓泡塔反应器获得中国发明专利一项（发明名称：一种电解氢气鼓泡塔微生物电合成反应器及其使用方法，发明人：郭坤，专利号：ZL201910677926.7）。

文章作者

西安交大化工学院助理教授蔡文芳为论文第一作者，郭坤特聘研究员和王云海教授为共同通讯作者。

论文链接

《化学工程学报》：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132093

#05

西安交大科研人员

发现金属韧脆转变新机制

发表期刊

《美国科学院院刊》（PNAS）

内容摘要

1912年4月，泰坦尼克号与一座冰山相撞，造成船体断成两截，沉入大西洋海底。为什么有“永不沉没”美誉的泰坦尼克号会因触礁冰山而沉没？当时工程师为了增加钢的强度，往炼钢原料中添加了大量硫化物，虽然强度得以提升，但也大大降低了钢的韧性。由于铆钉和钢板在低温时像玻璃一样脆而易折，当泰坦尼克号撞上冰山时（水温接近0℃），铆钉断裂，船壳解体，酿成了泰坦尼克号沉没的悲剧。

不仅钢铁表现出低温脆性，研究人员发现钒、铬、钼、钨等金属也有同样的性质：在临界温度（称为“韧脆转变温度”）之上，材料具有较好的塑性，低于临界温度时，材料突然从韧性转变为脆性，几乎丧失了塑性变形能力，这个过程称之为“韧脆转变”。其中，铬、钼、钨等金属的韧脆转变温度较高，在室温下，这些金属脆的像玻璃一样，极大地限制了它们的应用。

为什么铁、铬、钨等体心立方金属都具有如此特殊的“韧脆转变”行为呢？从1860年以来，材料的低温脆性问题一直困扰着几代研究者，是一个百年难题。一般认为金属的韧脆转变与螺位错运动密切相关，研究者也先后提出了位错形核主导和位错滑移主导的两种韧脆转变机制。然而，现有理论很难解释韧脆转变的突然性，即由韧到脆的转变发生在很窄的温度区间。

近日，西安交通大学材料学院韩卫忠教授课题组系统研究了金属铬的韧脆转变机理，发现螺/刃位错的相对运动速度是控制金属韧脆转变的关键因素。金属一般靠位错运动来协调变形，根据伯氏矢量的不同，位错分为螺位错和刃位错。在体心立方金属中，由于螺位错特殊的三维位错核心结构，运动时晶格摩擦力很大，导致其滑移困难。螺位错运动是一个热激活的过程，通常温度越低，运动速度越慢。研究人员发现，螺位错和刃位错的相对速度在调控金属塑形变形能力中有重要的作用。这就像“两人三足”游戏一样，如果一个人步子很大，另一个人步子很小，那就一定会摔倒；只有两个人的步子协调在一定范围时，才可以快速向前跑。随温度的降低，螺位错运动速度越来越慢，螺/刃位错速度比值越来越小；当小到一定程度时，位错就很难通过滑移协调变形，导致金属材料脆断。然而，螺/刃相对移动速度的比值达到多少才能完全协调变形呢？研究人员采用纳米压入的方法（如图1），通过观察压痕下位错的分布特征，定量测量了不同温度下螺/刃位错的相对运动速度。研究表明，当螺/刃位错的速度比值大于0.7时，金属铬从脆性转变到韧性。

图 1 铬在不同温度压痕突跳后形成的位错结构

研究人员发现，脆韧转变的过程实际上是位错源从一次性、不可再生的位错源转变为连续的、可再生的位错源的过程，并且提出了相应的物理模型（图2）。基于该物理模型，可以根据位错的几何形状来估算螺/刃位错的相对速度。统计发现，铁、铝、钨等金属的脆韧转变均需满足螺/刃位错速度比值大于0.5的临界条件。当低于韧脆转变温度时，即低于螺/刃相对速度的临界比值时，位错源效率比较低，只能发射少量位错来协调变形，导致金属材料韧性较低。当螺/刃位错的相对速度高于临界比值时，部分位错线从一次性位错源转变为可再生的弗兰克-里德位错源，效率大大提高，可以源源不断产生位错协调变形，促进交滑移，使得金属材料具有良好的变形能力，这就导致了“韧脆转变”现象的发生。金属变形对位错源效率和交滑移能力的临界需求造成了韧脆转变的突然性。

图 2 位错相对速度与位错源有效性的物理模型及实验验证

文章作者

西安交通大学材料学院博士生卢岩为论文第一作者，韩卫忠教授为论文通讯作者，合作者包括马恩教授和张雨衡博士。

论文链接

《美国科学院院刊》：

https://www.pnas.org/content/118/37/e2110596118

#06

西安交大科研人员

研发出一种面向极端低温环境的

高性能中熵合金

发表期刊

Acta Mater，JMST

内容摘要

现代工业对极端低温环境服役的高性能结构材料的需求日益迫切（如外太空飞行器、低温恒温器、液氮/氧/氦运输存储等领域），而绝大多数传统金属/合金呈现出温度降低、强度升高但塑韧性下降的现象。近年来，多组元（中/高熵）合金的出现开创了合金材料设计的新理念，并具有突破传统材料诸多性能极限的潜能，使其在极端环境中应用极具前景。其中单相面心立方(FCC)结构的FeCoCrNiMn高熵合金越低温越强韧的特性于2014年首次被发现，随后又发现FCC结构的NiCoCr中熵合金具有比其更高的强塑性和创纪录的断裂韧性。然而，单相NiCoCr中熵合金具有较低的屈服强度，是限制其低温工程应用的主要瓶颈。

近日， 西安交大材料学院孙军教授团队针对这一问题，以NiCoCr合金为模型合金通过成分结构设计进一步提升了其低温综合力学性能。在成分设计上，考虑到合金低温强度的提升主要源于“short-range stress”的晶格摩擦力，因此以适用于多主元合金的Varvenne模型筛选出Al和Ta作为NiCoCr基体的固溶强化元素并基于VEC准则确定其含量；在微观结构上，基于位错-共格孪晶界交互作用的温度依赖性，利用溶质原子对晶界迁移的抑制效应，同时冷轧后辅以快速退火在组织中预制高密度的退火孪晶，巧妙构筑孪晶结构的(NiCoCr)AlxTay多组元合金。随后，从Al/Ta合金化协同效应以及温度效应两个维度对其力学行为和变形机理进行了深入探索。研究结果表明，Al/Ta共掺杂显著提高了其晶格强度（图1），并且在室温下诱发了异常孪生行为，即Al/Ta共掺杂促进了基体NiCoCr合金中退火孪晶形成但抑制变形孪晶，这分别与晶界松弛行为和孪晶机制转变的尺寸效应密切相关。在液氮温度下（77K），团队研发的(NiCoCr)AlxTay合金的低温综合力学性能显著优于目前报道的FCC结构高熵合金和典型的传统高性能低温合金（如高Ni钢、304/316L不锈钢和TRIP/TWIP钢）（图2），使其作为结构材料在极端低温环境领域具有极大的工业应用潜力。该合金在低温下展现出多阶段的加工硬化能力和优异的均匀塑性，这主要源于合金在变形过程中多种变形机制的协同效应以及所形成的复杂亚结构间的强烈交互作用。另外，(NiCoCr)AlxTay合金优异的低温力学性能已经引起了相关企业的关注，通过进一步提升其综合服役性能，能够取得实际应用。

图 1 Al/Ta合金化效应显著提高基体NiCoCr合金晶格

摩擦力

图 2 (NiCoCr)AlxTay合金室温和低温力学性能及与

已报道合金的性能对比

文章作者

西安交通大学材料学院在读博士生张东东为上述论文第一作者，刘刚教授和张金钰教授为论文通讯作者，西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为通讯单位。

论文链接

ActaMater:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421006686#sec0021

JMST:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1005030221002139#fig0060

#07

西安交大科研人员

在拟南芥基因组组装领域取得重要进展

发表期刊

《基因组蛋白质组与生物信息学报》

内容摘要

拟南芥在植物研究领域具有崇高的地位，被科学家誉为“植物中的果蝇”。拟南芥的研究为粮食增产、农作物抗逆、植物保护等领域做出了重要贡献。全世界有近万家实验室正在对拟南芥进行遗传分析、基因克隆和功能基因组等科学研究。然而，目前拟南芥参考基因组还存在大量的缺失序列，尤其是在细胞分裂过程中起到重要作用的着丝粒序列和与衰老相关的端粒序列。这些序列存在大量高度重复的片段，给基因组组装带来了巨大困难，阻碍了科学家对该区域序列及其功能的研究。

完整组装拟南芥基因组，尤其是完成着丝粒和端粒序列的组装是当今科学界亟待破解的世界难题。为了解决这一难题，并在拟南芥基因组完成图的研究中贡献中国智慧，西安交通大学信息与生物医学交叉团队在首席科学家叶凯教授的带领下，基于在鸦片罂粟及人类基因组组装（Science, 2018;Science, 2021）所积累的经验，设计了综合利用不同测序技术优势的混合测序策略，提出细菌人工染色体为锚点的序列替换新策略，实现了仅剩两个缺口的高质量拟南芥基因组Col-XJTU。该基因组完成了三号、四号及五号染色体着丝粒的无缺口组装，并完成了一号和二号染色体大部分着丝粒的组装。此外，该基因组的碱基准确性和结构准确性均高于目前的参考基因组TAIR10.1，值得一提的是，Col-XJTU以哥伦比亚（Columbia）生态型和西安交通大学英文缩写命名，凸显了该研究中的中国智慧。

基因组组装流程示意图

文章作者

西安交通大学自动化学院王博助理教授为论文第一作者，自动化学院叶凯教授和计算机学院杨晓飞副教授为共同通讯作者。西安交通大学信息与生物医学交叉团队的多名博士和硕士研究生参与了该研究工作。

论文链接

《基因组蛋白质组与生物信息学报》：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672022921001741

#08

西安交大科研人员

在肿瘤缺氧微环境研究领域取得新进展

发表期刊

《科学进展》（Science Advances）

内容摘要

癌细胞的快速增殖加上肿瘤血管的结构和功能异常，导致实体瘤内的区域氧气供应减少，形成缺氧微环境。研究证实缺氧与肿瘤高侵袭性特征、治疗抵抗以及临床预后不良密切相关。在缺氧条件下，缺氧诱导因子α（HIFα）的羟基化和泛素蛋白酶体降解减弱，因此HIFα稳定并转移到细胞核中，其与HIFβ形成异二聚体复合物，进而结合靶基因启动子中的缺氧反应元件（HREs）激活转录。HIFs是癌细胞适应缺氧环境最重要的内源性转录因子，可调节涉及增殖、葡萄糖代谢、血管生成、肿瘤侵袭和耐药的多种基因。因此，HIFs可以说是肿瘤中最有吸引力的药物靶标之一，进一步深入研究HIFs涉及的调控机制，有助于开发特异性靶向HIFs的肿瘤治疗新策略。

近日，西安交通大学第一附属医院肝胆外科刘青光教授研究团队和2019年诺贝尔生理学或医学奖获得者、美国科学院院士、美国医学院院士、美国艺术与科学院院士、美国约翰霍普金斯大学医学院Gregg L. Semenza教授研究团队共同合作，创新性地发现在乳腺癌和肝癌细胞中肽基精氨酸脱亚胺酶4（PADI4）以HIF依赖性方式由缺氧诱导表达，PADI4反过来被HIFs募集到HREs，从而参与HIF靶基因转录。缺氧通过PADI4和HIF依赖性方式在HREs处诱导组蛋白瓜氨酸化，RNA测序显示乳腺癌细胞中几乎所有HIF靶基因表达都依赖于PADI4。另外，PADI4是小鼠乳腺和肝脏肿瘤生长和血管生成所必需的。PADI4表达与人乳腺癌组织中HIF-1α表达和血管生成相关。该研究表明靶向HIF和/或PADI4活性的小分子抑制剂研发可能是乳腺癌和肝癌患者的一种新治疗策略。

文章作者

西安交通大学第一附属医院肝胆外科王宇锋博士为文章第一作者，涂康生副研究员为共同第二作者，刘青光教授与Gregg L. Semenza教授为共同通讯作者。

论文链接

https://advances.sciencemag.org/content/7/35/eabe3771

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34452909

#09

西安交大科研人员

在太阳能海水淡化领域取得重要进展

发表期刊

Journal of Materials Chemistry A，Nano Energy

内容摘要

基于界面蒸发的太阳能海水淡化技术具有低成本、节能、环境友好等优势，是一种可持续的淡水获取技术，可一步直接从海水中制取饮用水。该技术适用于中大规模淡化厂（沿海地区、海岛）和便携式净水装置（农村、野外、海上船只、海上作业平台等）。近年来，随着各类高效蒸发器的研发，太阳能转换效率得到了显著提高，已经接近商用价值。然而，同传统的海水淡化技术一样，都面临着盐分污染问题，不可避免地影响蒸发器的性能和寿命。

电信学部阙文修教授团队是最早从事该领域研究的团队之一，针对这一问题，在早期研究工作（Materials Horizons2018, 5, 1143-1150、Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 16196-16204 (ESI高被引论文)、Chemical Engineering Journal 2019, 373, 955-962）的基础上，综述了目前光热材料的各类阻盐技术，分为清洗、扩散、排斥、收集四种技术。

图1 光热材料的各类阻盐技术

后又进一步综述了现有蒸发系统的全部阻盐策略，分为人工移除（包括清洗、收集）、屏蔽效应（包括疏水效应、双面膜、离子排斥）、势场液流驱动（包括夜间自溶解、反向自扩散、单向液流、马兰戈尼效应）（图2），分析了各种阻盐机制的优缺点，展望了该领域的挑战和机遇。该工作有望为设计和开发高效耐盐太阳能海水淡化系统提供借鉴意义。

图2 太阳能蒸发系统的全部阻盐策略

文章作者

电信学部巴基斯坦留学生Fahad Nawaz为上述第一篇论文的第一作者，博士生盛敏豪为第二篇论文的第一作者，杨亚威助理教授为两篇论文的共同第一作者和通讯作者，阙文修教授为两篇论文的通讯作者，西安交通大学为唯一作者单位。电子科学与技术专业赵石焓作为参加大学生创新训练“基于太阳能驱动界面蒸发的海水淡化”的本科生，深度参与了两篇文章的整理和写作过程。

论文链接

Journal of Materials Chemistry A：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/TA/D1TA03610F#!divAbstract

Nano Energy：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521007230

#10

西安交大科研人员

在生物质高效制备甲酸机理与应用研究中取得新进展

发表期刊

Green Chemistry

内容摘要

甲酸广泛应用于化学化工领域，也是良好的储氢体，可以按需制氢。目前工业制备甲酸主要依赖化石资源，通过多步反应合成，因此，亟需发展高效绿色甲酸制备方法。西安交通大学李洋研究员课题组相继发展了以甲酸为中间体的“一锅两步法”高效生物质制氢(Nat. Catal., 2018,1, 332-338)，通过生物质水解氧化得到的甲酸反应液作为氢源还原硝基苯类化合物(ChemCatChem 2019,11, 4189-4195)及喹啉类化合物(ChemCatChem 2021,13, DOI: 10.1002/cctc.202101099)。同时，生物质水解氧化反应液中的矾元素活化甲酸，使甲酸歧化为甲醛，因此，甲酸反应液也可以同时作为绿色氢源和碳一源对喹啉类化合物进行氢化甲基化(Green Chem. 2021,23, 2918-2924)。DMSO促进生物质高效高选择性制备甲酸是实现这些转换的先决条件。

近日，前沿院李洋研究员团队与郑州大学蓝宇教授合作，通过实验及理论计算，揭示了DMSO通过氢键诱导使生物质中的纤维素和半纤维素高效高选择性转换为甲酸, 具体为反应中微量DMSO和生物质水解氧化过程中的中间体葡萄糖, 乙醇醛及乙二醛的醛基在水中生成的偕二醇产生氢键, 分别抑制了葡萄糖异构化为果糖, 乙醇醛氧化为乙醇酸, 乙二醛氧化为乙醛酸, 促使生物质高选择性水解氧化转换为乙二醛, [V5 ]对乙二醛进行氧化断裂, 最终高选择性得到甲酸（图1），并发展了微量DMSO实现钒和硫酸高效循环催化生物质制备甲酸的方法。通过补加微量的DMSO并对体系进行预加热，可实现10克级生物质制备甲酸的催化循环(图2)。

图1 DMSO 促进生物质高效制备甲酸路径图

图2 10克级规模的生物质制备甲酸的循环示意图

文章作者

西安交通大学前沿院博士生郭晏君是本文的第一作者，前沿院和动力工程多相流国家重点实验室为该论文的第一通讯单位。郑州大学蓝宇教授，李世俊博士完成了这项研究的理论计算。

论文链接

Green Chemistry：

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/GC/D1GC02265B.

#11

西安交大科研人员

在超冷原子物理领域取得系列新进展

发表期刊

《物理评论通讯》（Physical Reviews Letter）《科学公报》（Science Bulletin）

内容摘要

经过近三十年的蓬勃发展，超冷原子物理已经成为人们开展量子物理研究的重要平台。利用该平台，人们深入研究了玻色—爱因斯坦凝聚（BEC）、BCS型费米超流、BCS-BEC渡越、拓扑相和拓扑相变等丰富的物理现象，极大地深化了人们对超导、超流、量子磁性、拓扑相变等物理现象的认识。

基于超冷原子物理平台，人们可以开展新奇量子物理研究，深化人们对弯曲空间及其对称性应用的认识。一方面，借助于超冷原子物理灵活的可操控性，人们可以研究高维空间的物理现象，因此，对人工维度的研究是近年来人们非常重视的前沿研究方向之一。比如，利用激光和原子的相互作用，人们实现了霍尔圆柱以及霍尔带等几何结构，进而研究其中的新奇物理现象。张仁副教授与周琦教授研究组通过研究霍尔圆柱上的局域化现象，从理论上指出人工维度上的边界条件对局域化态的出现至关重要。相关结论与美国国家标准局IanSpielman教授实验组的实验结果一致，该研究成果以《人工霍尔柱上的局域化》（Localization on a synthetic Hall cylinder）为题发表在《物理评论通讯》(2021)。

超冷原子物理研究与更多的研究领域逐渐交叉。具有离散标度不变性的Efimov态吸引了物理学家们长达数十年的兴趣。近年来的研究发现Efimov效应不仅存在于三体问题中，也出现在在拓扑材料、石墨烯等凝聚态物质中。研究在双曲平面上的量子态具有跟Efimov态类似的性质。具体来讲，庞加莱半平面和庞加莱圆盘上的非零能本征态是无穷简并的，并且简并态之间存在类似Efimov态的离散标度不变性。因此，他们将这些简并本征态称为类Efimov态。通过操控格点之间的非均匀跃迁强度和格点占据能量，作者指出平直二维空间里的格点模型可以模拟庞加莱半平面、庞加莱盘和其他任意的二维黎曼曲面，并为研究弯曲空间里的新奇量子效应提供了新的平台。例如，双曲空间里存在漏斗口。在双曲坐标系中，系统本征态指数分布在漏斗口附近。因此，在动力学演化过程中，任何初始波包都会朝漏斗口聚集，该现象被称为量子漏斗现象。这是物理学家们首次在厄米系统中发现量子漏斗现象。该研究成果以《人工双曲面上的类Efimov态和量子漏斗效应》（Efimov-like states and quantum funneling effects on synthetic hyperbolic surfaces）为题在线发表在《科学公报》。

对称性是人们开展物理学研究的最重要工具之一。借助于对称性分析，人们可以对相关物理现象得到最彻底的理解。基于二维相互作用凝聚体的SU（1，1）对称性，张仁副教授与周琦教授研究组研究了二维玻色气体中的动力学问题，提出了能够调制呼吸模动力学演化的SU（1，1）回波方法，并且基于该方法对有着特殊几何结构的呼吸模的行为提供了直观的物理图像。巴黎高师2019年的一个实验发现了某些形状的呼吸模的振荡周期跟传统理论吻合，另外一些形状则有更长的周期，甚至产生不规则，没有周期的运动。呼吸模的这些新奇行为引起了整个领域的极大兴趣，但一直缺乏理论上的解释。作为任意简谐势阱本征态的呼吸模，其动力学演化可以被可视化在单一庞加莱圆盘上，在吸引或排斥势阱下分别对应于封闭或开放轨道。而SU（1，1）回波方法均可反转这些动力学过程，将这些轨道封闭。而作为非简谐势阱本征态的呼吸模需要依赖于多个圆盘来描述其动力学过程，周期变化的行为正是来源于不同圆盘之间的量子干涉。如果量子干涉里的动力学相位非公度，呼吸模的运动就不会表现出任何周期行为。不同于被动的动力学所产生的呼吸模，SU（1，1）回波通过主动周期性调制势阱频率，一方面使得包括自由膨胀在内的动力学过程得以反转，另一方面扩大了呼吸模动力学演化过程中的自由度。这使得呼吸模SU（1，1）回波方法在探测简谐势阱失谐上有着一定的优势。基于SU(2)对称性的自旋回波在医疗和科研中已被广泛应用，对人们的日常生活产生了深刻影响，研究人员相信，SU(1，1)回波未来也有望产生重要影响。该研究成果以《量子气体中呼吸模的SU(1,1)回波》（SU(1,1) Echoes for Breathers in Quantum Gases）为题于2020年12月份在《物理评论通讯》（2020）发表。

文章作者

西安交通大学物理学院副教授张仁是《人工霍尔柱上的局域化》和《人工双曲面上的类Efimov态和量子漏斗效应》上述两篇论文的第一作者，西安交大是第一署名单位。同时张仁是《量子气体中呼吸模的SU(1,1)回波》的共同第一作者。

论文链接

《物理评论通讯》：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.253002

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.193001

《科学公报》：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321004400#f0025

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