《科学通报》征稿简则

《科学通报》创刊于1950年,是中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办、《中国科学》杂志社出版的自然科学综合性学术刊物.《科学通报》致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新成果、消息、进展,点评研究动态和学科发展趋势,要求文章的可读性强,能在比较宽泛的学术领域产生深刻的影响.旬刊,每月10日、20日、30日(2月最后一天)出版.《科学通报》是《中国科技论文与引文数据库》和《中国科学引文数据库》的源期刊,被《工程索引》(EI)、ESCI、Scopus和《中国期刊全文数据库》收录,并进入《中文核心期刊要目总览》.

石笋流体包裹体温度重建方法的现代过程评估

当前流体包裹体提取测试技术在石笋研究中应用较少,利用石笋流体包裹体重建的温度记录仍需更多的其他记录和现代过程进行交叉验证.基于最新的石笋包裹体水同位素分析技术,本研究结合近现代石笋包裹体水同位素测试结果与洞穴现代过程监测,评估了该温度重建方法的可靠性以及现有温度计算公式的可靠性.利用监测的洞穴滴水和现生碳酸钙的同位素结果计算的洞穴温度月际变化与仪器监测结果相吻合,验证了当前的温度计算公式适用于研究地区洞穴温度的重建,并初步建立了神农宫地区的温度计算经验公式.使用西安交通大学同位素实验室的石笋包裹体水真空提取装置与水同位素分析仪Picarro L2140-i连接组成的测试系统,分析了四支近现代石笋的包裹体水氢、氧同位素(δD、δ^(18)O)组成,并利用初步建立的温度公式计算了近现代洞穴内部的绝对温度.本研究为未来利用石笋包裹体水同位素测试分析技术和方法重建过去长时间尺度的亚洲季风区绝对温度变化历史提供了重要的技术和理论支撑.

海产物种体内微塑料的赋存、来源及其潜在人体健康风险

微塑料(microplastics,MPs)污染已成为全球备受关注的环境问题.目前,海洋环境已成为全球MPs污染的“汇”.海产物种可以通过多种途径从海洋环境中摄入MPs,其生长、繁殖和营养品质等必然会受到MPs污染的影响.海产品作为人类获取优质蛋白的重要来源,摄食MPs污染的海产品可能对人类健康构成潜在威胁.因此,本文归纳总结了全球常见海产物种(如甲壳类、双壳贝类和鱼类等)体内MPs的赋存水平,并探讨了影响其污染水平的因素(如MPs形状、生物摄食方式和栖息地等).此外,明晰了海产物种中MPs的主要来源(陆源输入、船运排放、大气沉降和渔业活动),特别强调了渔业活动对海洋环境和海产物种MPs污染的重要贡献.同时,阐明了MPs对海产物种的生长发育、氧化应激、免疫反应和生殖能力等方面的毒性效应,及其对海产物种营养品质带来的负面影响;进一步归纳了海产物种中MPs污染对人体健康的潜在风险;最后,对海产物种中MPs的污染防治策略及其生态风险等方面的未来研究方向进行了建议和展望.本文有助于科学评估海产物种体内MPs可能引发的食品安全问题和人体健康风险.

过去东亚季风年代际气候变率:特征与机制

亚洲季风年代际变率和动力学机制的研究关乎国家中长期发展决策的需求和亚洲季风区的环境、经济和社会发展,也是国际气候研究的前沿科学问题.综合现代观测、代用资料重建和气候模式模拟资料,本文回顾了过去不同时期东亚夏季风年代际变率的演变特征,并综述了内部变率和外强迫对东亚夏季风年代际变率的影响机制.过去千年东亚夏季风变化呈现与过去百年器测记录相一致的年代际变化特征,以20~30年和60~80年准周期为主导.其中,历史文献、树轮和湖泊沉积记录呈现的周期具有明显的空间差异,而整个东亚季风区石笋记录的周期呈现显著的空间一致性,分别反映了东亚季风降水的空间差异性和东亚季风环流的空间一致性.这一周期特征与北大西洋年代际变率(Atlantic multidecadal variability,AMV)和太平洋年代际变率(Pacific decadal variability,PDV)的主导周期一致,表明AMV和PDV对东亚夏季风年代际变率的影响.现代气象分析资料表明,AMV和PDV会通过调制大气遥相关、海气耦合过程以及ENSO变率等方式影响东亚夏季风环流及降水.火山活动、温室气体等外强迫也直接或者通过调制气候系统内部变率间接影响东亚夏季风的年代际变率.然而,目前对“内部变率和外强迫驱动何者占主导?年代际尺度上未来东亚夏季风及降水格局如何变化?”等关键科学问题的认识仍不清楚,不同气候背景下的东亚季风年代际变率重建及其与数值模拟的结合有望为深入认知这些问题提供重要参考.

氢燃料电池高效抗毒化Pt基电催化剂研究进展

随着全球化石能源逐渐枯竭和温室效应加剧,人们赖以生存的自然环境遭到了严重破坏,如何开发新能源或高效的能源转换装置已经成为当前的研究热点.质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为高效的能源转换装置可以通过电化学反应将氢气(H2)中储存的化学能直接转化为电能,具有零排放、零污染、转化效率高等优点,其商业化发展能够有效地缓解当前的能源与环境危机.由于工作温度差异,PEMFCs分为低温质子交换膜燃料电池(LTPEMFCs)和高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs).贵金属铂(Pt)是PEMFCs中最常用的催化剂材料之一,然而Pt的抗毒化能力相对较弱,导致其催化剂稳定性较差.此外,Pt的低利用率、高成本,进一步限制了其大规模商业化应用.PEMFCs燃料中存在微量的杂质气体(尤其是一氧化碳(CO)),CO在反应过程中会吸附在催化剂表面而不容易去除,导致Pt催化剂表面活性位点被毒化.除了CO的毒化作用,HT-PEMFCs催化层界面由于磷酸(PA)的随机分布也会引起Pt催化剂的毒化问题,进一步导致催化剂的活性降低.因此,开发高效抗毒化Pt基催化剂并探究其抗毒化机制是推动PEMFCs发展的关键.本文系统地阐述了PEMFCs中Pt基催化剂的毒化问题,重点讨论Pt基催化剂的设计、合成及其抗毒化机制;最后,对PEMFCs中Pt基催化剂的发展与挑战进行探讨和展望.

陆相淡水与咸化湖盆页岩有机质差异富集机理

有机质丰度是页岩油富集的重要物质基础,是页岩油甜点预测和资源评价的关键指标.与海相沉积相比,陆相湖盆页岩层系有机质丰度变化大,非均质性强,其形成和保存受水体盐度影响更明显.因此,揭示水体性质及其影响因素是揭示陆相有机质差异富集的关键科学问题.鉴于此,本文通过对比典型淡水(鄂尔多斯盆地长7段)与咸化碱湖(准噶尔盆地玛湖凹陷风城组)沉积与地球化学特征,揭示了淡水与咸化湖盆水体盐度具有动态变化的特征,淡水湖盆在有机质富集层段具有水体逐渐变咸的趋势,而咸化湖盆也具有水体变淡的特点.全球尺度上古气候的冷暖影响淡水与咸化湖盆的古生产力条件,是陆相湖盆富有机质沉积的主控因素;同时,陆相湖盆有机质多形成于缺氧含铁的水体环境,淡水湖盆咸化层段比咸化碱湖有机质保存效果更好.淡水湖盆长7段有机质水体分层不明显,火山活动等关键地质事件携带的硫酸盐会引起水体盐度发生快速变化,引起湖盆底部水体由长期铁化向硫化快速转变,利于有机质的保存;咸化碱湖玛湖凹陷风城组水体分层显著,火山或热液活动会导致底部水体盐度频繁硫化至甲烷厌氧氧化阶段,对有机质可能具有消耗作用.本研究可加深对陆相页岩油富集规律的认识,对指导页岩油勘探具有一定的理论意义.

微波法快速、原位合成NiFe LDH纳米片阵列用于高效电催化水氧化

氧气析出反应(oxygen evolution reaction,OER)复杂的动力学和高能量势垒严重制约了电解水生产氢能的效率.基于此,本工作报道了一种简单、高效的微波合成策略,可以在碳布表面快速、原位生长层状双金属氢氧化物阵列(layered double hydroxide/carbon cloth,LDH/CC),用以提升OER性能.研究发现,溶剂类型对LDHs的原位生长起着至关重要的作用.相比于纯水、乙二醇水溶液和季戊四醇水溶液溶剂,丙三醇水溶液具有适宜的极性,可以有效调控金属离子的表面能和反应过程中金属离子的成核/迁移,进而促进LDHs在碳布表面的原位、均匀生长.与传统的水热法和电沉积法相比,微波法合成的NiFe LDH/CC具有氧缺陷含量高、电化学活性位点丰富、界面电荷转移电阻低和内在活性高等优点.以OER为探针反应,探究并比较了以不同溶剂及合成方法制得的NiFe LDH/CC的电催化性能.测试表明,以丙三醇水溶液为溶剂、采用微波法合成的NiFe LDH/CC性能最好,在100 mA cm^(-2)的过电位(overpotential,η)仅为257 mV(η_(100)),400 mA cm^(-2)的过电位仅为331 mV(η_(400)),持续测试100 h后性能仍保持95%,显著优于以乙二醇水溶液(287和386 mV)、季戊四醇水溶液(309和406 mV)为溶剂的对比样,以及水热法(279和434 mV)、电沉积法(293和380 mV)合成NiFe LDH/CC的电催化性能.进一步,这些性能优于近些年报道的很多过渡金属化合物.这种微波合成策略不仅适用于NiFe LDH,还可以原位合成NiMn LDH、CoFe LDH、NiCo LDH,为高活性LDH的原位、快速合成提供了一种新方法.

稻田自养硝化微生物对大气二氧化碳浓度升高的响应机制

硝化作用(nitrification),即氨氮在有氧条件下氧化成为硝态氮的过程,是陆地生态系统氮循环的一个关键步骤[1].这一过程通常可以分为两步反应:首先,氨氧化细菌(AOB)或氨氧化古菌(AOA)将氨氮氧化成为亚硝态氮;随后亚硝氧化细菌(NOB)将亚硝态氮进一步氧化成为硝态氮.在此过程中,硝化微生物通过氧化还原反应获取能量以维持生命活动.此外,有研究发现了一类全程氨氧化菌(comammox),能够独立完成氨氮经亚硝态氮转化为硝态氮的过程,并从中获取能量[2].在陆地生态系统中,硝化微生物将氨氮氧化为易流失的硝态氮,这不仅改变了植物可利用氮的形式,还对土壤氮素的流失和农业土壤中氮肥的利用效率产生了显著影响.此外,硝化过程还可能通过中间产物的非生物反应和硝化微生物的反硝化作用(nitrifier-denitrification)这两个途径产生温室气体氧化亚氮(N2O),是土壤排放这一温室气体的主要途径之一[3].因此,自养硝化微生物作为硝化作用的主要执行者,在全球氮循环中扮演着至关重要的角色.

金属单原子催化剂用于稳定锂金属负极:原理、进展和前景

电子器件和新能源汽车的快速发展促使人们不断追求具有更高能量密度的储能器件.锂离子电池作为当前最主流的储能器件,其负极材料以石墨为主,然而石墨较低的理论比容量已无法满足高能量密度的发展需求.锂金属负极具有极高的理论比容量和最低的嵌锂电位,被认为是下一代锂离子电池最理想的负极材料.但是,锂金属负极在电镀和剥离过程中极易形成锂枝晶,所带来的安全性和稳定性问题严重阻碍了其商业化应用.近年来,金属单原子(SACs)策略常被用来解决上述难题.SACs因其独特的局部配位环境、极高的表面自由能和接近100%的原子利用率,能够促进锂离子在基底上的传输并诱导锂的均匀沉积,在抑制锂枝晶生长方面展现出了极大的潜力.基于此,本文综述了近年来SACs应用于锂金属负极的研究进展,从作用机制着手,围绕五个维度,包括SACs调控基底亲锂性、SACs提高碳基底结构稳定性、SACs修饰电池隔膜用于调控电解液中锂离子均匀分布、SACs加快去溶剂化动力学,以及SACs提高电极表面扩散动力学,对其在锂金属负极上的具体应用做了全面介绍,并在此基础上提出了SACs应用于锂金属负极的主要挑战,期望能为锂金属电池未来的发展提供思路.

高速率AEM电解水自支撑NiFe基气体扩散电极

阴离子交换膜(anion exchange membrane,AEM)电解水是一种新兴的低温电解水技术,其可兼容非贵金属催化剂且能在低温条件下快速响应,成为启动慢且效率低的传统碱性电解水替代技术路线.然而,由于阳极反应的析氧、传质动力学迟滞,AEM电解水在高速率(电流密度>400 mA cm^(-2))条件下的性能仍然受限.开发高性能析氧气体扩散电极是实现高速率AEM电解水的关键.通过将高本征活性NiFe基析氧催化剂锚定在气体扩散层,形成一种快速传荷传质的自支撑气体扩散电极,展现了突出的高速率析氧活性,近两年在AEM电解水领域受到极大关注.鉴于该方向的重要性和快速发展的趋势,本文重点围绕面向高速率AEM电解水的自支撑结构NiFe基气体扩散电极展开讨论,首先简要介绍了AEM电解水面临的关键挑战及评估指标,其次分类重点评述了通过磁控溅射、阴极电沉积、腐蚀工程、水热等策略实现NiFe基气体扩散电极的代表性研究进展,辩证分析了不同制备策略的优势,对其制备路线-电极结构及性能关联展开了讨论.最后,探讨了自支撑NiFe基析氧气体扩散电极在开发与工况表征过程中面临的关键挑战,以期为高速率AEM电解水自支撑析氧气体扩散电极的开发提供参考.

微纳电子器件在疾病微创诊断与治疗中的研究进展

随着微纳加工技术和新材料工艺的不断创新,应用于疾病诊断和治疗的电子器件呈现出小型化、柔性化和多功能化的发展趋势.在医学诊断和治疗领域,微创电子器件发挥着越来越重要的作用.微创诊断电子器件提供了靶向引导、手术监控和连续性诊断等功能,为组织病变的原位诊断提供了有效手段.微创治疗电子器件通过个性化调控的方式,为疾病治疗提供了多种选择,显著降低了患者的生理损伤和术后风险,提高了患者的康复速度.本文综述了应用于组织病变微创诊断与治疗的微纳电子器件的类型、特征及其设计思路,并从生化诊疗和物理诊疗技术的角度对其进行技术分析.最后,讨论了目前微纳电子器件在疾病微创诊断和治疗应用中面临的挑战与机遇.

高催化活性Co_(3)O_(4)的优化制备及光热协同降解VOCs

挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的排放对环境和人类健康造成极大危害.四氧化三钴(Co_(3)O_(4))对VOCs有着极高的催化降解能力,被认为是最有潜力取代贵金属催化剂的金属氧化物之一.本文分别讨论了前驱体、沉淀剂、反应温度及后续热处理温度对制备的Co_(3)O_(4)催化剂催化降解苯活性的影响,通过对不同制备条件下的Co_(3)O_(4)催化剂光热催化苯活性的对比分析,获取了具有高效催化活性的Co_(3)O_(4)催化剂优化制备方案.研究发现,以醋酸钴作为前驱体、尿素作为沉淀剂、90℃反应、后续300℃煅烧制得的Co_(3)O_(4)催化剂表现出光热催化降解VOCs的最佳活性,最优的Co_(3)O_(4)催化剂在仅5 min内对15μL苯的催化降解率高达95.3%,并具有出色的催化稳定性.结合X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、光吸收能力、比表面积测量(Brunauer-Emmett-Teller,BET)等表征结果,探究了Co_(3)O_(4)催化剂催化降解效率差异的原因.对最优Co_(3)O_(4)催化剂进行了进一步的室温下光催化、不同温度下热催化、光热催化活性以及活化能分析,发现其在200、240、290℃下光热协同催化效率始终大于光催化与热催化的简单加和,因此Co_(3)O_(4)催化剂在催化降解VOCs中存在光热协同效应.

深入理解日趋威胁严重的耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌

耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌(carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae,CRKP)是对公共卫生构成最大威胁的病原细菌之一[1].由于KPC(Klebsiella pneumoniae carbapenemase,肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶),尤其是KPC-2和KPC-3的广泛传播,导致CRKP也是最为流行的耐碳青霉烯病原菌(carbapenemresistant organism,CRO).过去20年的研究发展,越来越清楚表明,有两个因素一直在不断加强CRKP的风险和威胁.一个基础因素是肺炎克雷伯菌遗传多样性的不断增加.截至2024年8月1日,美国国家生物科技信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)已收集了100610株肺炎克雷伯菌基因组,在所有病原菌中排名前五(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pathogens/organisms/).

《科学通报》投稿指南

《科学通报》(Chinese Science Bulletin)是中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办、《中国科学》杂志社出版的自然科学综合性学术刊物,致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新研究成果、消息、进展,点评研究动态和学科发展趋势.要求文章短小精悍,可读性强,能在比较宽泛的学术领域产生影响。

基于机器学习和经验知识的青藏高原多时段植被制图

理解植被长期演变趋势及其对气候变化与人类活动的响应需要多时段植被分布资料.目前青藏高原植被图主要为2000、2020年前后两个时段,以及1990~2020年时段;主要是基于地面调查数据的人工制图以及基于地面调查数据、遥感数据、地形与气候资料,采用机器学习模型分类的自动制图,存在部分植被类型混淆、制图精度有待提高等问题,同时,缺乏更早时段的植被分布资料.本文发展了整合地面调查数据、遥感数据、地形数据、气候数据等,基于随机森林机器学习模型的人工制图技术,获得了1980s、2020年青藏高原植被分布图;基于植被地带性分析和1980s植被图,获得青藏高原近似复原植被图;以2020年青藏高原植被图为基础,采用随机森林模型模拟了2035、2050年青藏高原植被分布图.近似复原植被图、1980S和2020年青藏高原植被图的空间分辨率可达到100 m,与公认较为可靠的《中华人民共和国植被图(1:100万)》相比,本研究获得的1980s和2020年植被图对植被类型边界的刻画更为准确,植被斑块数目增加较多,有利于更加准确理解和模拟青藏高原植被对气候变化的响应.

高能同步辐射光源建设进展

高能同步辐射光源(High Enery Photon Source,HEPS)是国家发展和改革委员会批准建设的“十三五”国家重大科技基础设施项目之一.由中国科学院高能物理研究所承建,2019年6月于北京市怀柔科学城开工建设,建设周期6.5年,主要建设内容包括加速器、光束线站、配套土建工程及辅助设施等.HEPS是一台基于准衍射极限储存环的高能区第四代同步辐射装置,主要包括一台能量0.5 Ge V直线加速器、一台能量0.5~6.0 Ge V增强器和一台能量6.0 Ge V储存环,最多可以承载90条光束线实验站,首期建设14条用户实验线站,建成后将是世界上最亮的同步辐射光源之一.自开工建设以来,HEPS先后完成了物理设计、设备加工和安装,以及直线加速器和增强器的调束.本文简介HEPS的建设进展.

散发性早发型阿尔茨海默病是阿尔茨海默病的独特亚型

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种以认知功能逐渐下降为主要特征的进行性神经退行性疾病,其病理特征是脑内淀粉样蛋白(amyloid-β,Aβ)和过度磷酸化的tau蛋白沉积,但具体病理机制仍未完全阐明.根据发病年龄可将AD分为早发型AD(early-onset AD,EOAD)和晚发型AD(late-onset AD,LOAD).其中,LOAD患者占比在90%以上,而EOAD约占5%~10%.

二氧化碳加氢制甲酸的研究进展

化石能源的大量使用促进了经济社会的快速发展,但也导致二氧化碳(CO_(2))大量释放.截至2023年,全球CO_(2)排放超过374亿吨.大气中CO_(2)含量的急剧增加造成了严重的温室效应和海水酸化等问题,但CO_(2)反过来是一种含量多且清洁无毒的碳资源.通过催化加氢,可有效将CO_(2)转化生成多种高附加值烃类及含氧化合物.其中,甲酸是良好的储氢载体,可直接用于甲酸燃料电池,也有利于解决氢的储运问题.因此,CO_(2)加氢制甲酸不仅可以有效减轻CO_(2)大量排放造成的全球温室效应,而且也开辟了制备甲酸的新途径.本文综述了当前CO_(2)加氢制甲酸的研究进展,着重探讨了CO_(2)加氢制甲酸不同催化体系的优缺点及反应性能,深入认识了金属-载体间的相互作用及载体限域效应对金属物种结构、分散度及催化性能的影响机制.

页岩基质孔隙油微观赋存及可动性定量表征——以东营凹陷沙河街组为例

页岩基质孔隙油微观赋存特征及可动性是制约陆相页岩油高效开采的关键要素。本文针对页岩基质孔隙内不同相态油的含量、比例、分布及可动性开展定量化表征研究,从理论上提出了页岩油吸附量、游离量、可动量评价模型以及吸附油占比评价模型(即吸附比例方程),建立了基于饱和—离心—核磁共振联合实验的孔隙油微观赋存及可动性评价方法。上述模型与方法在渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷沙河街组页岩油储层中进行了应用,揭示了实验条件(20℃、常压)下页岩基质孔隙中轻质油(正十二烷)微观赋存与可动性特征。结果显示:(1)富有机质页岩吸附油、游离油含量普遍大于含有机质页岩,吸/游比主体介于1~2,不同类型页岩中吸附油、游离油赋存空间具有差异性。(2)富有机质页岩吸附油平均密度(0.8331 g/cm^(3))略大于含有机质页岩(0.8067 g/cm^(3)),富有机质页岩吸附油平均厚度(1.7475 nm)约为含有机质页岩(0.5734 nm)的3倍,富有机质页岩具有更强的油—岩相互作用。(3)游离油赋存孔隙直径下限(d_(min))数值上等于吸附油平均厚度与孔隙形状因子的乘积,富有机质页岩d_(min)介于3.5~10.5 nm,开始主要富集游离油的孔隙直径约为100 nm;含有机质页岩d_(min)介于1.1~3.4 nm,开始主要富集游离油的孔隙直径约为30 nm。(4)富有机质页岩孔隙油可动性相对更好,其可动性指数(平均6.24 mg·g^(-1)·MPa^(-1))高于含有机质页岩(平均5.20 mg·g^(-1)·MPa^(-1)),孔隙油吸/游比约为1.5时具有较好可动性。(5)以油—岩相互作用为纽带,构建了页岩含油性、储集性及页岩油可动性之间的耦合关系,并数学描述了它们之间的内在联系,为寻找优质页岩油储层奠定了理论基础。