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【學術科研快訊】北理工近期科研動態一覽

編輯: 吳楠
(2019-03-14) 閱讀次數:
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北理工王兆華教授團隊研究成果發表于國際旅游頂級期刊《Journal of Sustainable Tourism》

  北理工管理與經濟學院王兆華教授領銜的團隊研究成果“旅游、經濟與環境質量的動態關系”(Dynamic Relationship Between Tourism, Economic Growth, and Environmental Quality),發表于國際旅游研究頂級期刊《Journal Of Sustainable Tourism》。該刊是國際旅游研究中公認的四大權威期刊之一,根據Web of Science期刊排名,該期刊在SSCI期刊“綠色&可持續科學&技術”類別中排名第一,屬SSCI一區期刊。文章第一作者Danish博士為我院研究生,王兆華教授是該文通訊作者。

  該文以金磚四國為研究對象,運用計量經濟學的方法研究了1995年至2014年旅游業、經濟增長和二氧化碳排放之間的動態關系。

  該文研究結果發現,旅游業顯著促進了經濟增長,卻降低了環境質量;全球化與經濟增長有著顯著的相關關系,但全球化與二氧化碳排放量并沒有顯著影響;同時研究發現,旅游收入與二氧化碳排放之間存在雙向因果關系,長期投資可以刺激經濟增長和減少二氧化碳排放。

  通過研究論證,本文建議金磚國家政府在高密度旅游地區開展更節能的綠色交通方案和綠色公交項目,認為電子媒體技術的采用可以有效促進綠色旅游和應對氣候變化問題。金磚四國應通過互聯網、電視和標牌等方式提升公眾綠色旅游意識,向游客傳達如何保持旅游地清潔,怎樣做到環境友好旅游的積極信息,以提高政策感知度;對于酒店廢棄物和旅游目的地廢棄物治理措施,該文建議對產生大量垃圾的酒店經營者應征收更高的污染稅和碳排放稅,同時認為在全球化的背景下,通過貿易開放和對外直接投資實現清潔技術轉移是金磚四國提升環境質量的可行之路。

  論文鏈接:https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/09669582.2018.1526293

 

PRL報道北理工方岱寧、陳浩森團隊聯合西工大李玉龍、郭亞洲團隊在材料動態失效領域最新成果

  日前,物理學頂級期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)在線報道了西北工業大學、北京理工大學(共同完成單位)聯合研究成果。在方岱寧院士、李玉龍教授的指導下,郭亞洲副教授(第一作者)、陳浩森副教授(共同通訊作者)、朱盛鑫博士和阮啟超碩士等開展了絕熱剪切帶的產生和溫度之間的因果關系研究 (Temperature Rise Associated with Adiabatic Shear Band: Causality Clarified),這篇文章主編被選為“Editor’s Suggestion” 。

  該工作所采用的我國首臺線陣式高速紅外測溫儀器(如圖1),由北理工陳浩森、方岱寧課題組經過近三年(2014-2016)的刻苦攻關自主研制;結合西工大郭亞洲、李玉龍課題組在沖擊動力學實驗技術領域的優勢,經過近兩年(2017-2018)的合作研究,率先設計建立了基于分離式霍普金森壓桿的同步高速紅外測溫/高速光學非接觸變形測量平臺,為本文的研究奠定了堅實基礎。據悉,該團隊正在自主研制有望達到國際領先水平的超高時空分辨面陣式紅外測溫科學儀器。

圖1 由北理工陳浩森、方岱寧課題組自主研制的我國首臺線陣式高速紅外測溫儀

  本文通過基于分離式霍普金森壓桿的同步高速紅外測溫/高速光學非接觸變形場測量實驗平臺,研究了絕熱剪切局部化過程中載荷、變形和溫度之間的時間關系。絕熱剪切局部化過程可以通過對比獲得的載荷變化、變形過程和溫度變化等重要信息進行描述。該團隊采用壓剪試樣(Shear-compression specimen),材料為工業二級純鈦,在試樣標距段區域的一側表面刻畫柵線標記試樣的變形,并通過最高5百萬幀頻的高速相機記錄試樣的變形過程。高速紅外測溫系統包括一個紅外光學系統和8通道高速紅外探測器。探測器響應波段為1~5.5μm,響應時間小于1μs,單個探元尺寸為0.15mm×0.15mm,探元間距為0.05mm。

圖2 壓剪試樣的應力和溫度隨時間演化歷史

  圖2給出試樣的應力和溫度隨時間演化歷史。試樣的變形可以分為三個階段: (1) 均勻變形,(2) 非均勻變形,(3) 剪切局部化。

圖3 典型的剪壓試樣的變形過程

  圖3給出三個階段的變形特征。柵線的不連續表明了剪切變形局部化過程。同時可以看出,在試樣達到最大應力時,試樣表面的柵線沒有出現不連續狀態,意味著沒有絕熱剪切帶的出現。而傳統觀點認為當應力達到最大值時,試樣內出現絕熱剪切帶。實驗結果與現有假設矛盾。

圖4 動態剪切失效過程中的典型事件發生時刻

  圖4給出了絕熱剪切局部化過程中典型事件發生時刻的相對關系。絕熱剪切帶的萌生時刻出現在最大應力時刻點之后。實驗結果意味著基于熱-塑性失穩的臨界準則預測的臨界剪切應變可能會偏小。絕熱剪切帶萌生時刻的溫度大約50-90?C,導致的應力下降30-54MPa。同時,變形區域的溫度分布表明材料沒有出現局部化的熱軟化。此外,由于應變率硬化使得材料的應力增大了50-60MPa。因此,熱軟化效應不足以促使應力的陡降或絕熱剪切帶的萌生。當絕熱剪切帶萌生后的30μs,溫度達到最大值。溫度的快速上升可以認為是絕熱剪切帶形成和傳播導致的。同時,通過分析高速相機獲得變形過程,可以知道絕熱剪切帶完全傳播到整個試樣的時間小于10μs。因此,更大局部變形促進絕熱剪切帶的發展,更帶來了局部更高的溫度。如將絕熱剪切局部化過程中的典型事件按照時間先后排序:應力峰值-絕熱剪切帶萌生-絕熱剪切帶傳播/溫度上升-最大溫度/宏觀裂紋。絕熱剪切帶萌生后的溫度上升意味著溫升不是觸發絕熱剪切帶形成的原因,而是絕熱剪切局部化導致了溫度的上升。傳統的絕熱剪切帶熱軟化機理應該需要被重新認識。

  論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.015503

 

北理工法學院Anthony Carty教授在國際法世界一流期刊發表高水平論文

  近日,我校法學院Anthony Carty教授以第一作者分別在國際法世界一流期刊《American Journal of International Law》(美國國際法雜志)、《The British Yearbook of International Law》(英國國際法年刊)、《Journal of International Legal History》(國際法律史雜志)連續發表三篇高水平學術論文。

  Anthony Carty教授在美國國際法雜志上發表的The Need to be Rid of the Idea of General Customary International Law一文指出,利用作為法律淵源的國際習慣認為國際社會已經就適用于特定群體的世界秩序達成了一致,這是用理想主義的方式而不是實證主義方法。Carty認為,國際社會最好承認國際共同體是深深的基于多元化而形成的,盡管在人們能夠基于合作與伙伴關系建立一個共同國際秩序之前,理解與尊重各國人民之間的差異,是一個痛苦的過程。

  在英國國際法年刊上發表的The Crime of Aggression –The Crime which Cannot Speak its Name一文分析了將侵略罪引入《國際刑事法院規約》的法律意義。文章認為,安理會常任理事國拒絕接受編纂該法律的做法是明智的,否則會違背《聯合國憲章》禁止使用武力規則。Carty認為,國際社會有必要重新考慮國際法的基礎,從而克服各國間彼此感到的巨大焦慮和不安。要維護世界和平,需要各國人民重新發現并對正義、相互尊重和相互理解達成共識。

  在國際法律史雜志上發表的Archives on Historical Titles to South China Seas Islands:The Spratlys一文通過對英國、法國以及美國的三份國家檔案的研究,從歷史淵源的角度論述了中國對南沙群島的歷史性權利,通過對這些檔案研究,認為英國對中國南沙群島主權一直是肯定的。美國是為了實現自身的戰略目的,在不同時期協助菲律賓甚至越南蓄意捏造對這些島嶼的主權主張,從而遏制中國。

 

北理工楊國昱教授團隊在化學類頂級國際期刊《Accounts of Chemical Research》上發表封面文章

  近期,北京理工大學化學與化工學院/原子分子簇科學教育部重點實驗室楊國昱教授研究團隊應邀在具有重要國際影響的化學類頂級國際期刊——美國化學會《化學研究評述》(Accounts of Chemical Research)雜志上發表了題為“簇有機骨架中的誘導聚集成簇和協同配位策略” (Induced Aggregation and Synergistic Coordination Strategy in Cluster Organic Architectures)的綜述文章(Acc. Chem. Res., 2018, 51, 2888-2896, doi: 10.1021/acs.accounts.8b00346)并被選為封面(Cover)文章。這是該團隊多年來在稀土氧合團簇化學領域研究成果與研究經驗的總結,也是我校化學學科在該雜志上發表的第一篇綜述文章。綜述中的部分研究成果是該團隊獲得2016年國家自然科學獎二等獎《氧基簇合物的設計合成與組裝策略》的重要組成部分。

  該綜述總結了團隊多年來在稀土氧合團簇有機骨架領域取得的主要進展,闡述了誘導聚集成簇與協同配位策略的產生和發展。根據“軟硬酸堿理論”,稀土離子易與氧原子配位,而過渡金屬離子更傾向于與氮原子配位。基于此,該團隊選擇了同時具有氮和氧原子的線性有機配體,其中作為電子給體的氧原子可誘導稀土離子聚集成簇,而氮原子給體可誘導過渡金屬聚集成簇,進而成功構建了一系列稀土氧合團簇有機骨架。研究表明:第二配體的引入對第一配體的配位模式及稀土氧合團簇有機骨架類型產生了重要的影響。同時,根據有機配體的不同類型,詳細介紹了第二配體與第一配體間的三種協同作用:(1) 有機配體與有機配體間的協同作用;(2) 有機配體與無機配體間的協同作用;(3) 上述兩種協同作用同時存在。綜述的最后部分對誘導聚集成簇和協同配位策略的未來發展進行了展望,指出該策略具有較好的普適性,已在過渡金屬氧合團簇、稀土-主族氧合團簇有機骨架及晶態鈦氧簇基骨架中得到相應體現。

  上述研究成果不僅提升了北京理工大學在原子簇化學研究領域的國際學術影響力,而且為原子分子簇科學教育部重點實驗室的進一步發展奠定了堅實基礎。

 

北理工宇航學院教師郝繼光在《物理評論快報》上發表最新研究成果

  日前,北京理工大學宇航學院郝繼光講師、胡更開教授和加拿大西安大略大學Floryan教授合作在物理學頂級的學術期刊《Physical Review Letters》上發表了題為《Droplet splashing on an inclined surface》的研究論文。郝繼光為該論文第一和通訊作者,宇航學院2018級碩士研究生魯杰、2015級本科生李遼南及2017級碩士研究生吳志鵠分別為第二、第三和第四作者,北京理工大學為論文的第一單位和唯一通訊單位,該工作得到了國家自然科學基金和“111”引智計劃的支持。

  當液滴以高于臨界值的速度撞擊干燥固體表面時,將形成飛濺(破碎,形成二次小液滴)。該現象廣泛存在于自然界及一系列工農業、航空航天應用中。根據應用場景的不同,其作用可利可弊,因此對其調制存在廣泛的需求。然而,液滴飛濺的形成機理由于其高度瞬態的特性和復雜多變的影響因素至今尚未形成共識。

圖1 表面傾角和環境壓力對液滴飛濺的影響

圖2 液滴飛濺臨界參數實驗結果(符號)及理論模型計算結果(曲線)

  作為吸引人同時也是難理解的流體力學現象,前人針對液滴飛濺的研究主要集中于垂直撞擊,而自然界和一系列工程應用中的大部分撞擊都是傾斜的,液滴撞擊傾斜表面引起非對稱飛濺并最終抑制飛濺的機理尚未被理解。論文通過在真空室中開展液滴傾斜撞擊實驗,研究了液滴在不同環境壓力下撞擊傾斜表面的飛濺現象(如圖1所示),獲得了一系列條件下抑制液滴飛濺所需的臨界條件(如圖2中的符號所示),通過對撞擊過程的機理分析,建立了一個理論模型,模型計算結果可以很好地吻合一系列條件下的實驗結果(如圖2中的曲線所示)。上述結果清楚地解釋了液滴在傾斜表面形成非對稱飛濺的機理,同時,實驗研究和理論分析均表明液滴撞擊后形成的液膜前端速度決定了液滴是否發生飛濺,這為液滴飛濺機理的進一步研究提供了新的思路和方向。

  論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.054501

 

北理工王博、馮霄團隊在有機多孔骨架領域取得研究新進展

  有機多孔材料包括共價有機骨架材料(COFs)、共軛微孔聚合物(CMPs)、多孔芳香骨架材料(PAFs)等,是一類新型的具有高比表面積、豐富孔內環境的多孔高分子材料。這類材料在氣體吸附與貯存、催化等領域表現出優異的應用前景。王博教授、馮霄特別研究員在這一領域開展系列研究,并于近期取得以下研究成果。

  水污染等環境問題是當今社會面臨的一大挑戰,通過光催化反應對污染物進行高級氧化降解有望成為一種更加高效、節能的污染物處理方法。王博、馮霄團隊通過三鍵聚合反應構筑了系列基于二茂鐵基元的共軛微孔聚合物(Fc-CMPs)用于有毒有害物質降解研究。Fc-CMPs具有較大的孔徑和比表面積,使得污染物容易進入孔道進行預富集并可充分接近易發生氧化還原反應的內表面,同時Fc-CMPs合適的分子軌道能級使得這類材料可高效產生活性氧物種。在可見光和模擬太陽光下,Fc-CMPs光催化降解亞甲藍的能力均優于二氧化鈦 (P25),并且能夠將化學戰劑芥子氣模擬物(2-氯乙基乙基硫醚)完全轉化為無毒產物。該研究工作發表在《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed. , 2019, DOI: 10.1002/anie.201813598),文章第一作者為博士生馬麗,通訊作者為王博和馮霄。

  在前期工作中( Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56 , 16313,第一作者為博士生張媛媛,通訊作者為馮霄),該團隊曾成功開發出基于環糊精的三維共價有機骨架材料(CD-COFs),該系列COFs為首次利用柔性基元構筑的具有 rra 拓撲學結構并通過離子型硼元素連接的三維COFs材料。其中,CD-COF-LiéLiPF6-EC-DMC的室溫鋰離子電導率可以達到2.7 mS/cm。然而,其中殘留的微量電解液可能會在實際應用過程中帶來一定的安全隱患。為解決這一問題,該團隊將低分子量聚乙二醇(PEG)裝載入COF孔道中加速鋰離子傳導,制備出沒有溶劑殘留的全固態電解質,并系統性研究了COF骨架電荷對于鋰離子傳導行為的影響,實現大于0.6的鋰離子遷移數以及120 °C 下1.8 mS/cm的離子傳導速率。這一簡單的通過擔載PEG加速離子傳導并提高工作溫度范圍的策略為將多孔材料進一步應用于全固態電池領域提供了可能。該研究工作發表在《美國化學會志》上,并被選為封面文章( J. Am. Chem. Soc. , 2019, 141, 1923),文章第一作者為碩士生郭振彬和博士生張媛媛,通訊作者為王博和馮霄。

  有機多孔材料大多不溶不熔,為其進一步器件化等實際應用帶來了巨大挑戰。該團隊在前期大量成膜化研究基礎上,成功利用液液界面成膜法開發了具有不同長度烷氧基鏈修飾的系列COF薄膜材料,并對其介電常數等相關性質進行了研究。該系列柔性的COF膜具有接近于空氣的介電常數值(在105 Hz下, κ = 1.19 ± 0.04),可媲美目前已報道的無機多孔材料,并且這類COF薄膜材料表現出較好的機械性能、低介電損耗、高擊穿電壓、低漏電流、高抗濕度和抗彎折能力。低介電常數材料被廣泛應用于電子電路器件中的絕緣層,用于減少信號延遲、串擾噪聲和能量耗散。除此之外,高介電常數材料可以應用于場效應晶體管的柵極和電容器當中,該團隊還利用COF薄膜裝載小分子極性化合物,可將其介電常數提升43倍。該研究工作發表在《德國應用化學》上( Angew. Chem. Int. Ed. , 2018, 57, 16501),文章第一作者為博士生邵鵬鵬、李婕,通訊作者為王博和馮霄。

  論文鏈接:

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201813598;

  https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13551;

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201710633;

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201811250

 

北理工張瓊副教授在《SIAM J.Control Optimi》上發表具Kelvin–Voigtr擾動的彈性系統的研究成果

  日前,北京理工大學數學與統計學院張瓊副教授與美國明尼蘇達大學Zhuangyi Liu教授合作在國際頂級學術期刊《SIAM Journal of Control and Optimization》上發表了題為“Stability of a string with local Kelvin–Voigt damping and nonsmooth coefficient at interface”和“Stability and regularity of solution to the Timoshenko beam equation with local Kelvin-Voigt damping”的研究論文。這兩篇論文分別分析了具局部分布的Kelvin–Voigt擾動的弦系統和Timoshenko梁系統的穩定性與正則性。

  在振動系統中,被動控制是必須的控制策略。譬如在高層建筑的防震問題中,若大型災害發生,電源可能被切斷,主動控制則完全失去作用,只能依賴被動控制。局部分布的結構阻尼是典型的被動控制,它分布于物體的部分區域,由摩擦、系統材料形變、特殊材料粘帖、壓電技術等實現。在這類阻尼作用下彈性系統的性質涉及區域的幾何性質、阻尼的位置和阻尼算子的階數等因素。然而,具局部Kelvin-Voigt擾動的波方程的穩定性不僅依賴于以上因素,還依賴于材料系數的連續性。具體來說,材料系數愈連續,純波與粘彈性波之間的耦合愈緊密,系統的解具有愈好的穩定性。

  在隨后的關于具有局部Kelvin-Voigt擾動的Timoshenko梁方程的研究中,張瓊副教授通過加權Hardy不等式,詳盡描述局部粘彈性阻尼在交接面處與梁方程的交互作用,精確估計系統相應的半群生成元的預解式,再結合適當的譜分析,最終得到當材料系數具有不同的連續性質時,系統的解析性、可微性、指數穩定性、多項式衰減性質等一系列結果。

  在相關的一系列工作中,張瓊副教授討論了具有局部粘彈性阻尼的高維彈性系統的性質,運用Gaussian Beam方法、Carleman估計、Weyl-H?rmander 積分、橢圓方程的正則性等理論,得到阻尼區域滿足不同的幾何條件時,系統的非指數穩定性、多項式穩定性以及對數穩定性等。

  這一原創性結果幫助人們理解Kelvin-Voigt型結構阻尼的材料系數、阻尼位置等因素對彈性系統性質的影響,結論解釋了當材料系數不連續時,強擾動導致弱穩定這一現象,在設計被動控制器時尤為重要。

  論文鏈接:https://epubs.siam.org/doi/abs/10.1137/15M1049385;https://epubs.siam.org/doi/abs/10.1137/17M1146506

  

北理工殷安翔課題組與合作者在常溫常壓水相電催化合成氨領域獲得突破

  近日,北京理工大學化學與化工學院/教育部原子分子簇科學重點實驗室殷安翔課題組與北京大學嚴純華、張亞文課題組,上海同步輻射光源司銳課題組合作,在常溫常壓水相電催化合成氨領域獲得突破,研究結果以“Promoting nitrogen electroreduction to ammonia with bismuth nanocrystals and potassium cations in water”為題于2019年3月4日發表于《Nature Catalysis》雜志。

  合成氨工業對國民經濟與社會發展具有舉足輕重的作用。目前,每年全球氨產量已超過億噸,其中大部分用于農業生產以解決糧食與溫飽問題,其它部分用作重要的工業原料。此外,氨還具有含氫量高(質量比達17.6%)、易液化等優點,有望成為重要的清潔儲氫與儲能材料,具有廣闊的應用前景。然而,由于氮氣分子非常穩定且難以活化,溫和條件下合成氨反應難以迅速進行。工業上廣泛采用的Haber-Bosch方法通過高溫高壓(300–500攝氏度,100–200個大氣壓)等苛刻條件來促使高純氫氣和氮氣在鐵基催化劑表面進行反應生成氨,其能量和氫氣都來自于化石燃料(如甲烷等),表現出高能耗、高化石燃料消耗和高二氧化碳排放等缺點。合成氨工業消耗全球每年3–5%的甲烷與1–2%的能源供給,并產生1.6%的二氧化碳排放。尋找合適的綠色替代方案,在溫和條件下實現高效、低能耗、低排放合成氨,成為亟待解決的科學挑戰。

  電催化氮還原反應(總反應為N? + 3H?O  2NH? + 1.5O?)提供了一種可持續合成氨的新路徑。該反應在常溫常壓下即可進行,以大量易得的水與氮氣(空氣)作為反應原料,以可持續能源(太陽能,風能等)產生的電能作為能量來源,即可實現“零排放”合成氨。因此,不論是作為傳統Haber-Bosch方法的潛在替代者還是作為新型清潔能源體系的重要組成部分,電化學合成氨技術都具有極大的發展潛力與廣闊的應用前景。

  然而,電化學合成氨技術仍面臨重大挑戰,其發展嚴重受制于現有催化劑非常低下的選擇性與活性。若要將該技術實用化,就必須同時大幅提升催化劑的選擇性與活性。然而,現有研究經驗與理論表明,該反應催化劑普遍面臨嚴重的“選擇性-活性”兩難問題:具有理論高活性的催化劑通常會導致激烈的析氫副反應,從而表現出低的反應選擇性;而可能具有高選擇性的催化劑對氮的吸附又過強,導致產物難以脫附,表現出過低的反應活性。因此,為取得電催化合成氨研究進展,大幅提高催化劑的選擇性與活性,就必須突破現有理論,發展新型催化劑與催化體系。

圖1  Bi–K+催化體系實現高效電化學合成氨:理論模擬,反應模型與催化性能

  研究者開創性地利用非貴金屬催化劑(鉍納米催化劑)與堿金屬(鉀離子)助催化劑之間的協同作用,成功增強氮氣分子在催化劑表面的吸附與活化,同時抑制析氫副反應,從而突破已有極限,大幅提高電催化合成氨的選擇性與反應速率。在常溫常壓(25攝氏度,1個大氣壓)下,從水和氮氣出發,即可實現高選擇性(電子利用率高于66%)和高速率(3.4 g NH? g-1 h-1)產氨。該結果較目前已有報道有數量級上的提升,為電化學合成氨的實用化提供了可能。值得一提的是,該催化體系還具有廣泛適用性。不僅限于鉍催化劑,堿金屬的促進作用還適用于一系列常用催化劑(如Pt、Au等)。此外,該催化體系對具有重要能源與環境意義的二氧化碳電催化還原反應同樣具有顯著的提升作用。本研究為溫和條件下利用可持續能源高效合成氨提供了新的途徑。

  論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41929-019-0241-7

 

北理工“構建胃癌篩查標志物PG I/II聯合檢測方法”研究成果在領域國際頂級期刊發表

  近日,北理工生命學院課題組在“構建胃癌篩查標志物PG I/II聯合檢測方法”方面取得研究進展,相關研究成果以“Simultaneous detection of gastric cancer screening biomarkers plasma pepsinogen I/II using fluorescent immunochromatographic strip coupled with a miniature analytical device”為題發表在《Sensors and Actuators B: Chemical》上,該雜志在儀器儀表類雜志中CiteScore排名第一(Instrumentation,1/116),在中科院JCR期刊分區中為1區雜志,并被劃分為Top期刊。文章的第一作者為北京理工大學生命學院生物醫學工程專業碩士研究生李堃杰,通訊作者為其導師李曉瓊副教授,北京理工大學為論文的第一單位和唯一通訊單位。

  胃癌的早期診斷和治療是胃癌防治的重要手段,可以提高存活率并對預后防控提供有效的指導,所以應在胃癌高發地區大力推廣早癌篩查工作。胃蛋白酶原(PG)屬于胃粘膜分泌的特定蛋白酶組,可分為兩大類:胃蛋白酶原I(PG I)和胃蛋白酶原II(PG II)。PG的分泌水平反映了胃粘膜的形態和功能狀態,被在同樣是胃癌高發地區的日本和韓國作為胃癌篩查的生物標志物應用于全國范圍性的篩查工作。然而,目前用于檢測PG I和PG II的方法耗時耗力,且需要專業的實驗室環境配備,不適用于我國的胃癌大規模篩查,亟需一種可以實現快速且靈敏的PG I和PG II同時檢測方法,為大規模胃癌篩查提供可行方案。

圖1 基于熒光免疫層析試紙條聯合檢測PG I及PG II的原理示意圖

  在此項研究中,課題組研究構建了一種快速靈敏基于熒光免疫層析試紙條的聯合檢測PG I及PG II的方法,并設計了一種小型化低功耗檢測設備(20.0 cm×18.9 cm×11.2 cm, 2.4 kg, 9.3 W),可用作胃癌大規模篩查的技術解決方案。在日常環境中,該檢測方法僅需7.5 μL血漿樣本即可在15分鐘內完成對PG I和PG II的同時檢測,檢測限分別達到2.6 ng/mL(檢測絕對量為19.5 pg)和1.0 ng/mL(檢測絕對量為7.5 pg)。而傳統的檢測方法通常需要50至100微升的樣本量,耗時超過2個小時。該研究成果極大程度上降低了檢測樣本所需量,這也意味著在后期使用受試者的指尖血(一滴指尖血約20 μL)進行測試成為可能。除此以外,該方法對于PG I和PG II的檢測線性范圍分別為10-210 ng/mL和3-63 ng/mL,覆蓋了人體血液中PG在正常及病變狀況下的濃度范圍,具有良好的回收率,在與金標準ELISA的對比測試中,表現出了出色的相關性。通過對臨床胃癌患者和未患胃癌人員的血漿樣本進行檢測,該方法檢測結果與臨床研究結果相符,表明了該研究成果具有較好的臨床應用前景。

  論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.01.149

 

北理工張加濤團隊在半導體納米晶材料器件應用研究方面取得系列進展

  由形貌、尺寸調控引起的量子尺寸效應、限域效應成為納米材料領域最重要的發現之一,開始了對物質在納米尺度上的新認識,尤其是半導體納米晶材料。隨著光電、信息以及新能源應用的特征尺寸不斷減小,器件應用已對半導體納米晶材料的微納結構、異質界面提出更高的要求。在尺寸、形貌等引起物理/化學性質調控的同時,其雜質工程、能帶工程研究引起的界面調控及器件級組裝及性能應用成為瓶頸問題之一。

  張加濤研究團隊在學校先進材料實驗中心(ECAM)平臺支持下,在學校創新人才專項資助計劃、國家自然科學基金資助下,從新方法、新結構、新性能角度,建立了逆向競爭的陽離子交換反應制備新方法,實現了II-VI族半導體納米晶深度位置的穩定異價摻雜及與金屬異質結構中的異質界面的精確調控合成。最近,在Plasmon增強的Au/CdSe異質納米棒近紅外(>700nm)光電催化產氫、摻雜量子點“墨水”打印及防偽應用以及Plasmon增強的Au@CdHgTe納米棒/石墨烯近紅外光電探測器件應用方面取得系列進展。

  團隊與中科院大連化物所李燦院士團隊合作,在金屬@半導體異質納米結構研究積累基礎上(Science, 2010; Adv. Mater., 2014; Angew. Chem. Int. Ed., 2015; Adv. Mater., 2016; Nano Energy, 2018; Nano Energy, 2019; J. Mater. Chem. Mater. A, 2018)通過精確調控Au/Ag核殼納米晶的硒化反應以及逆向競爭的水相陽離子交換反應,實現了從核殼結構(core/shell)到啞鈴結構(nanodumbbell)演變的Au/CdSe異質納米棒的制備及異質界面的高質量構建。得益于Au棒的縱向SPR效應及兩端的電磁場增強“熱點”以及高質量的異質界面,制備的Au/CdSe HNRs在近紅外區具有很強的光吸收特性,實現了Plasmon增強的高效熱電子注入效應。結合空間分辨的表面光電壓成像表征(與李燦院士團隊合作),成功研發出一種在近紅外光波段具有高的吸收效率,又具有高的可見-近紅外光電催化產氫性能,且其法拉第效率高達96%的光電催化材料。光電催化產氫活性(45.29 μmol cm-2 h-1)通過5天的連續測試,沒有明顯降低。北理工的王虹智博士研究生以及大連化物所的高玉英博士研究生為共同第一作者。相關工作以“Efficient plasmonic Au/CdSe Nano-dumbbell for Photoelectrochemical Hydrogen Generation beyond Visible Region”為題,在線發表在《Advanced Energy Materials》 (2019, DOI: 10.1002/aenm.201803889)上。

  團隊基于已有的半導體摻雜納米晶/量子點研發基礎(Angew. Chem. 2015; Adv. Mater. 2015; Nature Nanotech. 2018; Angew Chem. 2018),發現了Ag摻雜CdX(X="S," Se等)等II-VI族量子點的可逆陽離子交換(Ag2X與CdX之間的可逆轉化)可多次實現有無熒光的切換。然后通過表面配體交換以及摻雜量子點分散在堿性水/乙二醇溶劑中,實現了可控粘度的“墨水”制備。進而實現了摻雜量子點在不同襯底(羊皮紙,紙幣,PET等柔性襯底)上的噴墨打印和圖案化(宏觀厘米、分米尺寸器件規模)。利用可控的熒光切換實現了更高安全性的多模式防偽應用。相關工作以“Hydrophilic Doped Quantum Dots “Ink” and Their Inkjet-Printed Patterns for Dual Mode Anti-Counterfeiting by Reversible Cation Exchange Mechanism”為題,在《Advanced Functional Materials 》(DOI: 10.1002/adfm.201808762)在線發表。黃文藝碩士研究生和徐萌講師為論文共同第一作者。

  團隊在Au@HgxCd1-xTe金屬/碲化物半導體核殼納米棒的精準合成基礎上,基于殼層材料的窄帶隙特點以及Au納米棒的表面等離子體共振效應,實現連續可調的可見光-近紅外吸收特性。與國家納米中心謝黎明研究員團隊(光電探測器件表征)、英國曼徹斯特大學Sarah J. Haigh教授(高分辨STEM表征)、香港城市大學Andrey L. Rogach教授(海外名師計劃資助)合作,利用石墨烯高載流子遷移率的特點,實現了石墨烯/Au@HgxCd1-xTe納米棒光電器件的合成。所合成的器件實現了可見光到近紅外寬波段(550-1300 nm)的高光響應效率(~106 A/W)。展示了其在紅外光電探測領域方面的應用價值。相關工作以“Au@HgxCd1-xTe core@shell nanorods by sequential aqueous cation exchange for near-infrared photodetectors”為題發表在《Nano Energy》 雜志上(2019, 57, 57-65)。李欣遠博士研究生為論文第一作者。

  論文鏈接:

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/aenm.201803889;

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201808762;

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518309364

 

北理工外國語學院教授在學術英語類國際頂級期刊發表論文

  北京理工大學外國語學院葉云屏教授對70多名高被引“中國能源專家科研論文宏觀結構和修辭語步”的研究論文于2019年在《學術英語期刊》(Journal of English for Academic Purposes)第38卷發表,填補了國際語言學界對該領域科研論文研究的空白以及對中國專家學術寫作特征研究的空白,為國內外學術寫作教學實踐提供了重要啟示。

  (以上科研成果按2019年見刊時間順序排列)

 


(審核:肖雄)

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