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《科学》发表我校两名学者论文

华中科技大学校友总会2019-06-28 03:32:20
《科学》发表材料学院沈越副教授评论性论文


新闻网讯(通讯员 靖咏安)5月6日,《科学》杂志发表了材料学院动力与储能电池实验室沈越副教授有关锂空气电池的评论性论文。


锂空气电池是依靠金属锂与氧气的可逆电化学反应来释放或储存能量的可充电电池,理论比能量是目前锂离子电池的10倍,被誉为“未来电池”。但目前这种电池的发展面临许多挑战,关键问题之一在于正极电化学反应的可逆性不佳。2015年10月30日,剑桥大学的Clare P. Grey教授在《科学》上发表了完全不同的正极电化学反应机理,认为氢氧化锂的生成与分解可以实现2000次的高效可逆充放电循环,该成果发表后在国际上立即引起轰动,被认为是储能电池的重大突破,被汤森-路透社评选为“2015年十大科技进展”。

沈越副教授负责的锂空气电池研究小组发现,该论文提出的机理在电位方面存在明显异常,通过在热力学平衡电位、LiI3与LiOH的反应活性、氧气析出速率、LiI3的累积现象、电解液副反应容量等方面进行系统的研究分析,大胆提出了Grey等人提出的电化学机理并不成立,他们所观察到的实验现象其实主要是一些催化剂的副反应引起的。这一结果获得了澳大利亚卧龙岗大学侴术雷研究员和窦世学院士的支持与完善,并合作撰写了评论性论文,沈越副教授是论文的第一作者兼通讯作者,他们认为基于氢氧化锂生成与分解的高效率电池并不成立,而且提出了新的解释。论文投稿给《科学》杂志后,获得了审稿人“excellent comment”“strong experimental evidence”等高度评价。该评论论文发表后立即受到了学术界的广泛关注,前3日全文下载次数超过1000次。同期《科学》还报道了美国卡耐基梅隆大学V. Viswanathan等人对氢氧化锂生成与分解的热力学理论分析,其主要结论与沈越副教授的评论论文不谋而合。

沈越副教授认为,锂空气电池仍然是非常值得研究的电池体系,但其中的副反应情况复杂,在传统半电池限容循环测试中,有许多的副反应会被掩盖,现阶段过多地强调限容循环次数会带来许多误导。所以我们目前的研究主要基于更加客观的机理分析,从分子层面稳定性入手,引入新的催化机制,从根本上改进锂空气电池的循环性能,为实际应用打下基础。

论文链接:http://science.sciencemag.org/content/352/6286/667.1.full
《科学》发表同济医院丁凤菲博士合作成果


新闻网讯(通讯员 蔡敏 谢敏杰)4月29日,发表在《科学》上的一项新研究,揭示出了控制睡眠-觉醒周期的生物学机制,证实简单地改变脑脊液中的化学物质平衡就可以改变动物的意识状态。同济医院神经科丁凤菲博士为论文共同第一作者。领导这一研究的是美国罗彻斯特大学转化医学中心的Maiken Nedergarrd教授,这也是近年来同济医院神经科与国际知名神经科学研究组合作发表的又一重要研究结果。


这项研究将焦点放在了脑脊液中的一些离子上,其发现这些改变不仅在刺激或抑制神经细胞活性中起关键作用,似乎在我们睡觉的时候也改变了细胞体积导致脑细胞缩小,这一过程帮助了清除废物。当前,科学家们认为,大脑是被包括乙酰胆碱、下视丘分泌素、组胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素和多巴胺等化合物在内的一组神经递质所“唤醒”,这些神经递质源自大脑及脑干深层的结构。这一化学信使鸡尾酒发挥作用,激活了大脑皮层及负责记忆、思考,将大脑置于清醒状态的其他大脑区域中的一组神经元。但这一模型不能完全解释大脑是如何快速激活数十亿神经细胞的——这是变得警醒,开始处理来自外部世界信息的必要条件,或者当到了睡眠的时候它是如何降低这一活性的。这一模型也不能解释随着时间的推移大脑维持清醒或睡眠状态的机制。

新研究揭示我们的睡眠-觉醒状态似乎取决于脑脊液中的离子浓度和平衡。事实上,通过改变脑脊液中钾离子、钙离子、镁离子和一些离子的浓度,研究人员观察到他们可以在缺乏神经递质的情况下操控小鼠的睡眠-觉醒状态。特别是钾离子似乎起关键作用,因为在睡眠-觉醒过渡过程中这一离子的水平呈快速地波动。

尽管以往人们就知道脑细胞外的离子浓度会发生这些变化,但他们一直将这些改变视为是睡眠-觉醒周期的结果而非原因。在此项研究中,科学家们认为简单地改变胞外离子组成就可以唤醒沉睡的动物及让清醒的动物睡去,这一事实提供了直接的证据表明,这一机制在调控意识中起关键作用。

由于这些都是正电荷的离子,当它们在脑脊液与脑细胞之间来回移动时,它们可以改变细胞的电活动,导致它们极化或是去极化。当神经元中发生去极化时,细胞变得易兴奋、警觉和清醒。通过确定这一新的控制机制,研究结果为调控睡眠-觉醒周期,促使开发出新的睡眠药物,及帮助科学家们更好地了解诸如在昏迷过程中长期地丧失意识指出了一些新路径。据推测,离子组成发生改变还对失眠个体长时间清醒状态时的疲倦及记忆力受损发挥了作用。
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