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化学学院战“疫”不停研 多项科研取得重要进展
作者:戢凤琴编辑:郝日虹
发布日期 2020-05-04 14:37:14

华大在线讯(通讯员 戢凤琴)疫情防控期间,化学学院师生认真贯彻落实习近平总书记关于疫情防控的系列重要讲话和批示指示精神,直面挑战,砥砺前行,克服疫情带来的重重困难,加强与国内外科研机构合作努力,努力推进各项科研工作,取得多项重要科研进展。

lol外围投注app2020年1月以来,张礼知教授课题组已在电催化合成氨领域取得两项重大突破。氨气是制备肥料等其它化工产品的重要原料。Haber-Bosch反应是目前工业合成氨最主要的方法,但它反应条件苛刻,消耗大量化石燃料且污染环境。电催化合成氨利用可持续电能常温常压、水相体系合成氨,有望成为Haber-Bosch反应的替代过程。以氮气为反应气的电催化合成氨过程,氮气还原过程能垒高,导致电催化合成氨选择性低、产氨速率低。因此,设计高效活化、削弱N≡N化学键的电催化材料是该领域的关键科学问题。化学学院张礼知教授团队提出单原子界面极化策略以促进N≡N活化、断裂。将过渡金属原子精确沉积到单层硫化钼表面,构筑了高曲率“凸起物”型单原子催化结构。该结构向外释放强电场,极化氮气,诱导产生界面极化场,促进电子注入氮气反键轨道,实现了高效电催化还原氮气合成氨(图1)。相关结果于2月13日发表在Cell Press旗下期刊Chem上(Chem 2020, 6, 885-901),并被选为2020年4月Chem封面论文。

图1

lol外围投注app相较于惰性N≡N化学键,硝酸根中N=O键强稍弱,加氢还原能垒低,因此有望以广泛存在的硝酸盐为原料高效电催化合成氨。化学学院张礼知教授团队与香港中文大学Jimmy C. Yu教授合作,设计了一种次表面氧掺杂诱导的应变钌纳米团簇作为电还原硝酸盐合成氨催化剂。该应变钌纳米团簇通过提高氢-氢耦合势垒有效地抑制了HER副反应,促进了氢自由基的形成,加速了硝酸盐还原势垒限速步的中间体加氢过程,实现了近乎100%的氨选择性和高于Haber-Bosch工艺的合成氨速率(图2)。相关结果于3月30日发表在《美国化学会志》(Journalofthe American Chemical Society)上(doi:)。

图2

lol外围投注app2月13日,材料顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials)在线发表化学学院欧阳述昕教授团队和天津大学合作的二氧化碳还原成果。该研究通过光诱导二维氧化铟纳米片产生双功能的氧缺陷。光热制备技术产生氧缺陷的方法显著提高了活性位点的暴露浓度。高浓度的氧缺陷在提高材料光热转化效率的同时,提升光热催化二氧化碳还原的活性。富含氧缺陷的氧化铟纳米片刷新了光热催化二氧化碳还原产出一氧化碳的速率记录(图3)。此外,光热制备技术产生氧缺陷的优势还在于制备时间短,能够保持催化剂超薄的微观形貌。

图3

2月26日,Nature子刊《自然•通讯》在线发表了化学学院郭彦炳教授团队与美国康涅狄格大学Pu-Xian Gao教授团队合作在机动车尾气净化单原子催化剂领域的突出成果。化学学院郭彦炳教授为共同第一作者。贵金属单原子催化剂具有极高的反应活性以及选择性,但是其在严苛工业应用环境下的稳定性仍面临着较大的挑战。美国Pu-Xian Gao教授团队与郭彦炳教授团队结合水热法与浸渍法在堇青石蜂窝陶瓷表面生长合成了稳定的单原子Pt/TiO2纳米线阵列催化剂(图4)。该催化剂能够在低至160℃时,实现CO及HCs的污染物组分90%的转化,而其贵金属使用量仅为商业贵金属催化剂用量的1/5。研究表明,Pt占据了金红石型TiO2纳米线表面Ti空位,并被周围5个或6个相邻O离子稳定锚定,因而单原子Pt/TiO2lol外围投注app纳米线阵列催化剂表现出优异的水热稳定性及抗硫性,具有极大的实际应用价值。

图4

2020年1月,生物信息学顶级期刊《生物信息学简报》(Briefing in Bioinformatics)在线刊发了化学学院杨光富教授团队的2项科研成果。其中1篇论文(2020, 21, 318-328)中报道了国际上第一个通用且快速的靶标抗性从头预测云计算平台AIMMS,该平台由该团队自主开发,可用于预测因靶标残基突变所导致的药物抗性,为发现药物抗性突变提供了重要的基础(图5)。另1篇论文中(doi: 10.1093/bib/bbz141),该团队整合了多种蛋白构象动态模拟方法,创建了捕捉小分子动态调控蛋白构象变化的云计算服务器LARMD,为药物调控靶标的机制研究提供了重要的工具。上述两篇文章的通讯作者为杨光富和郝格非教授。

图5

lol外围投注app2020年2月,化学教学研究顶级期刊《化学教育学》(Journal of Chemical Education)以封面论文形式(2020, 97, 427-436)发表了杨光富教授团队教学改革文章。该团队在“药物分子设计”课堂教学中融入了团队自主研发的化学信息学工具(图6),实践表明该类转换既能促进学生快速了解学科前沿,还能极大地激发学生学习兴趣,提高教学效果。该文章是将高水平科研成果成功转化为教学实践的典型案例,也是lol外围投注app首次在该期刊上发表教学研究成果,标志着lol外围投注app化学教学研究迈上一个新台阶。其通讯作者为杨光富和郝格非教授。

图6

lol外围投注app2020年3月,纳米研究领域著名杂志《ACS Nano》在线刊发了杨光富教授团队在分子诊断领域的最新研究成果(2020, 14, 4244-4254)。由于雾霾等大气污染的不断加剧,以及吸烟、人口老龄化等其他因素的影响,慢性阻塞性肺病(简称慢阻肺,包括慢性支气管炎、肺气肿、肺心病)、支气管哮喘、肺癌以及肺部感染等呼吸系统疾病的发病率和死亡率近年来急剧上升。因此,发展可用于肺部疾病诊断与治疗的智能传感方法具有重要意义。人中性粒细胞弹性蛋白酶(HNE)是反映肺部疾病发展进程的重要生物标志物,也是开发药物的重要靶标(例如,以HNE为作用靶标的西维来司钠被列入新冠肺炎的治疗药物),该团队发展了一种基于量子点的荧光共振能量转移技术,构建了一个结构新颖的靶向HNE的纳米探针,从细胞和活体水平上实现了对HNE的灵敏、快速、特异性检测与成像(图7)。此外,该团队与华中科技大学同济医院合作,利用该荧光探针对部分肺癌和慢阻肺患者血清进行了检测,取得了显著效果。这一研究为发展靶向生物大分子的智能传感技术提供了一种普适性策略,具有广泛的临床应用前景。该文章的通讯作者为杨光富和杨文超教授。

图7

lol外围投注app近五年来,化学学院先后承担了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大培育项目、国家优秀青年科学基金项目、国家自然科学基金重点国际(地区)合作和交流项目、国家重点研发计划子课题等国家及省(部)级科研项目,年均科研经费在2600余万元,年均发表SCI收录论文200多篇,其中自然子刊、细胞子刊、美国化学会志、德国应用化学等顶级期刊发表论文每年超过10篇;获得中国发明专利和国际专利授权100多项,14项专利成果实现转化,累计转让金额1764万元;获得教育部自然科学二等奖2项、湖北省自然科学一等奖2项等数多项省部级以上科技奖励。

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