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科研新闻

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  •       在科学技术快速发展、人类社会复杂性以及人类社会与自然界相互关系复杂性的日益增长的今天,学科在继续分化的同时,正向着高度综合化、整体化的方向发展,跨学科合作研究已成为当代科学进步的重要议题之一。随着高等院校科学研究的日益规模化和前沿领域的不断深化,科研活动不仅依赖于科学家的个人努力和学科成员之间的合作,跨学科研究合作已经成为科学研究的主要形式。瑞典皇家科学院在1998年诺贝尔化学奖颁奖公报里指出:“化学进入了一个新时代,在这个新时代里,实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。”  21世纪以来,随着量子理论的建立和逐步完善以及计算机技术的迅猛发展,以密度泛函理论为代表的理论计算模拟在拓展传统学科的研究层次、促进学科交叉方面扮演着越来越重要的角色;尤其是近年来人工智能和机器学习的异军突起,把理论计算模拟的广度和深度推向了新的境界,使得未来新范式下的科学研究充满无限可能。一方面,受传统实验技术精度的限制,理论计算模拟可以考察许多当前实验无法研究的问题,能在电子、原子、分子层面上对实验现象进行微观深入解释;另一方面,可以高效地对物质的结构、性质进行准确预测,从而有效地指导后续的实验和生产。可以说理论计算模拟是传统实验研究的重要补充和拓展,在实际科研过程中具有非常重要的意义。  化学与分子工程学院徐林教授课题组和物理与电子科学学院孙海涛研究员课题组跨学科合作  近期,我校化学与分子工程学院徐林教授课题组和物理与电子科学学院、精密光谱科学与技术国家重点实验室孙海涛研究员课题组跨学科合作研究在超分子光化学领域取得重要进展。相关研究成果以“Rotaxane-Branched Dendrimers with Enhanced Photosensitization”为题发表在国际化学领域顶级期刊《美国化学会志》上(J. Am. Chem. Soc., 2020, 10.1021/jacs.0c07292)。  因在光动力治疗、光敏催化以及3D打印等领域的广泛应用,新型光敏剂的开发倍受关注。光敏效率是衡量光敏剂性能的重要指标,提高光敏效率一直是该领域的研究热点和难点。在π-共轭分子中通过共价有机合成引入多个重原子或增加大的π-共轭体系,从而促进自旋轨道偶合(SOC)和降低单线态三线态能极差(ΔEST),是目前常用的提高光敏效率的策略。然而,在π-共轭分子中同时引入多个重原子(如10个以上)存在较大的合成困难;此外,增加大的π-共轭体系往往会导致目标分子荧光淬灭和溶剂性较差。因此,发展新的简易平台体系对于构筑高效率光敏剂具有重要价值。  过去几十年里,由于其独特的结构和在分子机器等领域广泛的应用前景,轮烷、索烃和分子结等机械互锁分子(MIMs)受到了超分子化学家和材料学家的广泛关注。2016年,诺贝尔化学奖授予了J.-P. Sauvage、J. F. Stoddart和B. L. Feringa三位科学家,以表彰他们在分子机器领域研究的杰出贡献。其中前两位科学家正是基于机械互锁分子的分子机器的开创性研究而获此殊荣,由此可见机械互锁分子具有重要的理论价值和应用潜力。考虑到树枝状分子高度对称的超支化结构和机械互锁分子特异的性质,集成树枝状分子和机械互锁分子的双重优势而发展的轮烷树状分子有望作为构筑高效光敏剂的平台体系。  在前期研究基础上,徐林教授和孙海涛研究员课题组开展跨学科合作,分别发挥各自在超分子光学体系构建以及量子理论计算方面的优势,对光敏剂的光敏化机理进行了合理、巧妙的分子设计(图1)。通过简单高效的合成方法,成功地在轮烷基元的轴和轮上分别引入多个重原子铂和光敏基元蒽,利用可控发散策略,实现了三代功能化轮烷树状分子的合成。轮烷树状分子骨架上含有21个铂原子和42个光敏基元蒽,是迄今为止合成的重原子和光敏基元最多并且分布精准的分立多轮烷光敏剂体系之一(图2)。  图1. (a)常见小分子光敏剂和(b)轮烷树状分子光敏剂光敏化机理示意图(c)光敏化增强的轮烷树状分子设计策略。  研究结果表明:通过简单高效地在轮烷基元的轴和轮上分别引入多个铂原子和蒽光敏基团,可以明显提高光敏剂的旋轨耦合常数和增加能量跃迁通道来促进系间窜越(ISC),从而有效提高光敏化的效率。另同时,轮烷树状分子刚性骨架的独特空间立体效应可以避免分子内或分子间光敏剂之间的聚集,有利于保持光敏剂的高效光敏化活性。图2.(a)第一代轮烷树状分子的合成路线,(b)第二、三代轮烷树状分子的合成示意图。  作者详细研究了这一系列新型轮烷树状分子光敏剂结构与性质之间的关系,发现该轮烷树状分子的光敏化效率随着代数增长而逐渐增加。第一、二和三代轮烷树状分子的单线态氧产率分别是其相应单体的1.8、4.5和13.3倍。光敏化增强归因于轮烷基元的轴和轮上引入的多个重原子和光敏基团增强了系间窜越。相关机理通过紫外-可见吸收光谱、稳态荧光光谱、含时密度泛函理论(图3)、光解模型反应和表观活化能计算等手段和方法进行了证实。新型功能化轮烷树状分子不仅可作为制备高效光敏剂的平台体系,而且在人工光捕获、光解材料和动态智能材料方面具有重要的潜在应用价值。图3. 理论计算验证光敏化增强的机理。   华东师大化学与分子工程学院博士研究生李伟健同学为该成果的第一作者,徐林教授、孙海涛研究员和杨海波教授为共同通讯作者。项目得到了国家自然科学基金委优秀青年基金、上海浦 江人才计划和上海市教育委员会科研创新计划等的支持。  徐林教授是中国足球竞彩比分杨海波教授领导的超分子化学团队重要研究骨干,长期聚焦超分子荧光化学领域的研究。徐林教授课题组在国际上率先通过荧光共振能量转移技术实现了配位组装过程和机理的高灵敏、无损伤、原位监测和研究,解决了超分子配位组装过程和机理难以实时监测的难题(J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 9459);在深入理解配位组装过程和机理的基础上,发展了“限域配位自组装”和“组装配体牺牲诱导”新策略,解决了超分子配位组装体稳定性弱的问题(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 5049; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 7435);基于超分子配位导向组装策略,构筑了系列新型功能化的超分子组装体,扩展了超分子组装体在超分子光催化、光学全息成像、多模态光诊疗等方面的功能和应用(Nat. Commun., 2018, 9, 3190; Nat. Commun., 2019, 10, 4285; J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 6285; J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 9152; Chem. Soc. Rev., 2020, 49, 5678)。  孙海涛研究员是中国足球竞彩比分孙真荣教授领导的飞秒光谱成像及光场调控团队的骨干成员,主要从事量子化学理论计算研究。近年来在最优化调控密度泛函理论方法的发展以及新型有机荧光材料分子的理性设计和发光机理解释方面取得系列重要进展(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 1715; Adv. Mater., 2018, 30, 1802546; Adv. Funct. Mater, 2018, 28, 1804956; Sci. Adv., 2019, 5, eaaw0672; Nano Res, 2020, 13, 2570)。原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07292图文、来源|化学与分子工程学院、精密光谱科学与技术国家重点实验室 编辑|梁儒铭 编审|吕安琪
  •        中国足球竞彩比分精密光谱科学与技术国家重点实验室武海斌教授带领的研究团队实现了新的热传递方式,热能可以利用光场长距离传输,发现非平衡稳态下可违背热力学第二定律,向全光可控器件、量子热机和能源的有效利用迈出重要一步。该成果以“Phonon heat transport in cavity-mediated optomechanical nanoresonators”为题于2020年9月16日发表在Nature Communications上。中国足球竞彩比分为论文的完成单位。博士研究生杨成为该工作第一作者,紫江青年盛继腾研究员和武海斌教授为论文的通讯作者。武海斌教授课题组成果在Nature Communications发表  热传递一共有热传导、热对流、热辐射三种方式。这都是宏观意义上的热传递,主要是通过不同的温度来实现流体原子或分子的移动转移。但是当系统的尺寸减小到微米和纳米量级时,随机和量子波动将引入新奇的现象。该研究团队基于光场耦合的长距离纳米振子系统实现了一种区别于传统热传递机制的新型长程可控热传输,观察到热流呈现振荡现象。基于非平衡热力学理论研究了热流的概率密度函数,验证了热力学不确定关系,这种普适关系对未来的小规模器件可能非常重要。  该工作基于双薄膜腔光力实验系统开展,由于该系统具有高灵敏实时独立探测和系统参数可控等优势,成为研究许多前沿科学问题的理想实验平台。在实验中,两个微纳薄膜在空间上完全分离(距离6厘米),远远大于其自身厚度(50纳米),置于真空环境中,并分别处于高温和低温热库中。当两个微纳薄膜处于同一光学腔内,腔内光场通过光力效应使两个薄膜之间建立长程相互作用。当光的频率远离腔的共振频率,该系统可以简化成耦合谐振子模型,平均能量从高温薄膜流向低温薄膜。但此时如果测量瞬时热流的大小和方向,会发现瞬时能量可以从低温流向高温,也就意味着热力学第二定律在瞬时并不适用。由于薄膜振子具有较大的机械品质因子,即与环境的耦合较小,该系统的另一独特优势为可以实现双薄膜振子的强耦合。当系统处于强耦合区间时,瞬时热流甚至出现振荡行为,即能量在高温和低温薄膜之间来回振荡。该现象在宏观系统中的对应会变得非常不可思议,如同水流从高处流向低处并又流回高出,且来回振荡。  由于热力学第二定律对小系统中的瞬时情况并不适用,新的定理需要被证明和发展。热力学不确定关系作为非平衡热力学领域中的新发现的重要不等式近期受到极大关注。该团队首次在实验中证明了测量非平衡稳态热流密度可达到的最高精度,验证了热力学不确定关系,并证明在强耦合区间该关系式同样成立。  该团队还发现平均热流的大小与腔内光场、热库温度差和振子频率差之间的关系,通过改变光场大小,可以实时控制声子热流的大小,向实现光场调控的声子器件和混合量子网络的建立迈出重要一步。传统热传递(左)、实验装置图(中)和物理模型示意图(右)(a) 振荡的瞬时热流;(b)热流振荡频率与光场大小的关系;(c)不同耦合强度下的对称函数;(d)不同积分时间下热流的概率密度函数(a) 积分热流随时间的关系;(b)热力学不确定关系  该团队聚焦的腔光力学是当前重要的前沿科学领域,在精密测量量子传感、微纳光子学和量子器件等方面具有广泛的应用前景,同时还提供了一条在宏观尺度上验证量子力学基本问题的崭新道路,成为深入探索微观事物本质以及联系宏观世界的理想研究平台。该团队在国内率先实现了双薄膜光力系统,并首次在光力系统中观测到了声子激光自组织同步的路径和相位锁定[Phys. Rev. Lett. 124, 053604 (2020)],此工作在时间频率的精密传输和同步具有重要的意义。武海斌教授与团队成员紫江青年盛继腾研究员  该团队在聚焦前沿科学问题的同时,积极发展量子精密测量技术,实现了突破量子极限的超灵敏微小位移测量[Appl. Phys. Lett. 115, 251105 (2019)]。同时基于超冷原子发展了基于光子散离噪声极限的探测方法,实现了目前精度最高的锂原子的绝对频率和超精细分裂的精密测量[Phys. Rev. Lett. 124, 063002 (2020)],被评价为“这个研究是杰出的,代表另一个突破”。  工作得到了科技部量子调控重点专项、国家自然科学基金重点项目、杰出青年基金项目以及上海市重大基础研究项目的资助。图文、来源|精密光谱科学与技术国家重点实验室 编辑|梁儒铭 编审|吕安琪
  •       近期,中国足球竞彩比分河口海岸学国家重点实验室刘东艳研究员团队在黄海浒苔大规模爆发性增殖的生理学机制和人类活动对中国潮间带多环芳烃分布模式影响等方面取得系列重要研究成果。成果一:发现黄海浒苔大规模爆发性增殖的生理学机制  针对黄海浒苔每年大规模爆发生理学机制不明等问题,研究团队通过野外调查和室内培养多相结合的方法展开了深入研究。结果发现,与大多数海洋藻类不同,黄海浒苔的光合固碳途径除了经典的C3循环途径,还存在CO2浓缩机制与C4循环途径,将碳酸氢根离子转换为细胞内CO2,大大增加了浒苔的光合固碳能力。通过测定 CO2浓缩机制与C4循环途径关键酶的活性,以及酶与产物的响应关系,发现当营养物质供给充足时,C4活动主要发生在高光条件下,而CO2浓缩机制主要发生在低CO2条件下。研究结果揭示了浒苔漂浮过程中,受高光辐射依然能够快速生长的生理学机制,并提出浒苔的多面光合作用模式是其在短时间内形成大规模生物量的重要生物学基础。相关成果于9月7日以“Role of C4 carbon fixation in Ulva prolifera, the macroalga responsible for the world’s largest green tides”为题在线发表于国际著名学术期刊《Nature》子刊《Communications Biology》上,刘东艳研究员为论文第一作者和通讯作者。(阅读原文:https://doi.org/10.1038/s42003-020-01225-4)华东师大刘东艳团队发现黄海浒苔大规模爆发性增殖的生理学机制图1. (a)藻类常见的固碳模式; (b) 浒苔的固碳模式  刘东艳研究员长期从事海洋藻类生态学研究,特别是在黄海浒苔灾害研究方面贡献突出,其参与的“黄海大规模浒苔绿潮起源于发生机制”项目还荣获国家海洋局、中国海洋学会、中国太平洋学会和中国海洋湖沼学会联合组织颁布的2018年海洋科学技术特等奖(排名第二,省部级奖项)。成果二:发现人类活动对中国潮间带多环芳烃分布模式的重要影响  针对人类活动对河口泥滩环境中多环芳烃(PAHs)分布模式影响的不确定性,研究团队在干、湿两季收集了我国13个河口泥滩的沉积物样品,分析了其中的PAHs分布模式,并结合沉积物的理化性质、气候因素(温度和降水)以及34种经济社会指标(人口规模、工业结构、城市化水平等),进行了定量化的关系分析。结果发现人类活动类型对PAHs的分布模式起到关键作用,且存在特征差异,提出PAHs分布模式的特征可以考虑作为区域工业化和城市化状况的重要指标。该研究是刘东艳研究员与中国足球竞彩比分地理科学学院的王东启教授、中国科学院烟台海岸带研究所、生态环境研究中心共同合作的,是刘东艳研究员主持的科技部基础调查专项 “我国典型潮间带沉积物本底及质量调查与图集编研”项(2014FY210600)中的重要研究成果之一。目前已在《Nature Sustainability》上发表。(阅读原文:URL: https://www.nature.com/articles/s41893-020-0565-y)华东师大刘东艳团队发现人类活动对中国潮间带多环芳烃分布模式的重要影响  图2. 沉积物有机质、气候因素与经济类型对PAHs分布模式的影响程度分析  中国足球竞彩比分河口海岸学国家重点实验室刘东艳研究员  刘东艳研究员主要从事海洋藻类生态学研究,以“气候变化和人类活动影响下的近海藻类演变过程与环境驱动机制”为研究方向。主持过多项国家级项目,曾获得过中科院“百人计划”、学科交叉创新团队等人才项目资助。在Nature Sustainability、Communications Biology、Progress in Oceanography、Global Ecology and Biogeography、Environmental Microbiology、Paleoceanography and Paleoclimatology等国、内外主流学术期刊发表研究论文192篇,引用4500余次(详见https://www.researchgate.net/profile/Dongyan_Liu)。图文、来源|河口海岸学国家重点实验室 编辑|梁儒铭 编审|吕安琪
  •       9月23日,生命科学学院教职工大会在闵行生科楼534报告厅召开,会议邀请中国竞彩足球副处长饶昇苹为全院教师做科研经费管理政策和制度解读报告,报告由生命科学学院党委书记党远鸿主持。      在报告中,饶昇苹副处长围绕科研管理新政、科研项目经费使用中的关键问题、预防廉政风险相关举措等方面,细心讲解条分缕析,助力生命科学学院教师在“为科研人员松绑和加油”、高校“放管服”改革、“赋予科研人员和科研管理更大自主权”等政策大环境下,合理合规合法使用科研项目经费,进一步优化科研经费管理、提升管理效率、创新管理模式,推动学院科技创新与长远发展。      在报告中,饶昇苹副处长详细介绍了纵向科研项目直接经费支出范围和注意事项、间接经费支出范围、劳务费专家咨询费发放注意事项、科研项目绩效分配办法和程序,以及科研项目经费外拨操作流程、项目结余经费管理等方面问题,并介绍学校建立科研经费信访举报调查处理工作机制,鼓励广大教师积极对科研经费使用进行有效监督。      生命科学学院党委书记党远鸿在最后总结中强调,科研项目经费是国有资产,教师作为项目负责人是科研项目实施的直接责任人,应确保科研项目经费使用过程中的合规性、合理性、真实性和相关性,并接受上级管理部门和学校相关职能部门的管理和监督,要严格遵守学校及国家的各项管理规定与制度,合理合法合规用好每一笔科研项目经费。      会后,生命科学学院教师就在具体的科研项目管理和经费使用过程中遇到的问题与饶昇苹副处长开展积极交流并探讨。

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