广工科研团队，又有新突破！

近日，加拿大工程院外籍院士、轻工化工学院邱学青教授/张文礼教授团队开发了一种氢氧化钠选择性刻蚀生物质的方法来制备大封闭孔体积的钠离子电池硬炭负极材料。竹纤维经过刻蚀后，半纤维素和木质素的相对含量降低，纤维素的相对含量提升，同时破坏了其紧密的木质纤维素复合结构，从而在后续的碳化过程中形成丰富的封闭孔结构。经过优化的硬炭BHC5的封闭孔体积从0.15 cm³/g提升为0.26 cm³/g。与直接炭化竹子制备的硬炭BHC相比，BHC5的平台容量提高了88 mAh/g。这种预处理策略可以扩展到制备一系列高封闭孔体积的生物质硬炭负极材料。研究工作以“Deconstruction Engineering of Lignocellulose Toward High‐Plateau‐Capacity Hard Carbon Anodes for Sodium‐Ion Batteries”为题发表于《Small》。

生物质由于价格低、环境友好等优势，成为低成本的硬炭负极前驱体。然而通过一步法碳化生物质制备的硬炭负极往往有层间距小，封闭孔体积小等不足，无法高效的储存钠离子，因此其可逆比容量相对较低（250-300 mAh/g）。通过预处理生物质前驱体的方法能提高其衍生硬炭负极的平台容量。碱刻蚀生物质中的木质纤维素是纸浆造纸工业的传统工艺之一，具有成本低的特点，可以与现有造纸工业很好的结合。作者利用氢氧化钠作为刻蚀剂，选择性地低温刻蚀竹纤维中部分的木质素和半纤维素。选择性的刻蚀破坏了竹子紧密的木质纤维素结构，提高了竹纤维中的纤维素含量。竹纤维的纤维素含量提高可以提高硬炭的有序度，有利于在高温碳化下封闭开放的空隙，从而制备出高封闭孔体积的硬炭。封闭孔体积增加能提供更多的钠离子填充位点，提高硬炭负极在平台区的比容量。与直接碳化竹纤维制备的硬炭相比，优化后制备的硬炭实现了88 mAh/g平台容量的提升。该研究为利用生物质开发高封闭孔体积的硬炭负极实现高效钠离子储存提供了一种普适方法。

图 | 结构竹纤维化学组成和结构的表征结果

采用化学和谱学分析表征了选择性刻蚀后竹纤维的化学组成和结构。利用扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析了硬炭样品的形貌和微观结构，为该项工作工作研究提供了有力支撑。发现BHC具有不规则的块状结构，而通过刻蚀后的BHCX则表现出管状和块状共存的结构，说明刻蚀后保留的纤维素在碳化后更容易保持竹子的管状结构。四个材料均显示出典型的硬炭结构，由短程无序的碳层和纳米孔组成。经过刻蚀以后，无序的弯曲碳层逐渐被涡轮层结构和封闭孔隙取代，表明硬炭前驱体纤维素比例增加，能在高温碳化中形成更丰富的封闭孔结构。研究工作中还将BHC5和Na3V2(PO4)3组装成Na3V2(PO4)3–BHC5全电池测试。此结果表明BHC5在实际的钠离子电池中具有不错的应用前景。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202405632

中国工程院院士、生态环境与资源学院杨志峰教授团队韩彬教授课题组在化学领域著名期刊Angewandte Chemie发表题为“Tailoring d-Band Center of Single-Atom Nickel Sites for Boosted Photocatalytic Reduction of Diluted CO₂ from Flue Gas”的研究论文。韩彬教授、轻工化工学院何军教授和澳大利亚皇家墨尔本理工大学马天翼教授为论文通讯作者，生态环境与资源学院2022级研究生刘家慧为论文第一作者。

在纯CO₂氛围下，具有Ni-O₄位点的CMOFs (Ni-O₄ CMOFs)表现出13.3 µmol h^-1的CO生成率和94.5%的选择性，几乎是具有传统Ni-N₄位点的同构化合物(Ni-N₄ CMOFs)的两倍，并优于大多数在相同条件下报道的系统。有趣的是，在模拟烟气（10% CO₂和2% NO_X+SO₂）中，Ni-N₄ CMOFs的CO选择性显著下降，而Ni-O₄ CMOFs的基本不变，说明Ni-O4 CMOFs在利用人为源CO2方面具有明显优势。

原位光谱和理论（DFT）研究表明，O配位可以使Ni位点的d带中心更靠近费米能级，从而有利于关键中间体*COOH的生成和*CO的解吸，进而显著提高CO₂光催化还原为CO的活性和选择性。这项工作阐明了催化位点d带中心调控光催化还原CO₂效率的内在机制，为高效利用人为源低浓度CO₂提供了崭新机遇。研究得到了国家自然科学基金基础科学中心项目、广东省引进创新创业团队计划和国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/ange.202417435

近日，轻工化工学院张辉教授带领的研究团队在电光信息技术领域方面取得重要进展，以“Excitation-wavelength-dependent persistent luminescence from single-component nonstoichiometric CaGaxO4:Bi for dynamic anti-counterfeiting”为题发表于国际顶级光学学术期刊《Light：Science＆Applications》（Nature子刊；影响因子：20.6）。轻工化工学院刘伯梅副教授是论文第一作者及通讯作者，研究工作依托化学与精细化工广东省实验室揭阳分中心（榕江实验室），广工为论文第一完成单位。

基于光学性能可调可控的长余辉发光材料在紫外光感知、信息显示与加密中极具应用价值。然而，在化学性质稳定的无机材料体系内实现单组份、多模态、色彩动态可调的长余辉发光面临艰巨挑战。研究团队基于缺陷工程的设计理念，通过非化学计量组分设计引入阳离子空位缺陷，在无机晶体结构中形成了多发光中心与多陷阱中心构成的微环境，这些微环境分别响应不同的激发光并将能量存储在局域结构中，最终通过热振动或隧穿效应逐渐释放能量并产生“橙黄绿”连续可调的余辉发光。结合实验与理论分析阐明了激发波长刺激响应的多色余辉机理。并利用材料特有的激发波长依赖的多色余辉特征，展示了基于激发方式、余辉颜色和时间分辨的动态光学信息读写与显示，所开发材料及验证方式揭示了其在先进防伪及光学信息显示与加密领域的应用潜力。

图 | 基于激发波长依赖的长余辉发光材料实现的多色余辉和时间编码的信息显示

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41377-024-01635-7

近日，IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会）正式发布了IEEE Std 3147TM-2024电子产线变型设计推荐标准《IEEE Recommended Practice for Variant Design of Electronics Production Line》。

该标准由广工牵头发起，由机电工程学院院长刘强教授担任标准工作组主席，来自IEEE标准协会、广东工业大学、中国信息通信研究院、中国电子技术标准化研究院、北京航空航天大学、北京理工大学、上海交通大学、同济大学、郑州轻工业大学、西安科技大学、三峡大学、中国工程物理研究院、中国兵器装备集团、大族激光、运泰利、利元亨、鑫路远、天珑移动、风华高科、视源科技等单位40位专家参与了制定工作。该标准获得了阿里巴巴、海尔、Intel、联想、通用电气等IEEE标准协会实体会员单位的投票支持。

该标准立足省部共建国家重点实验室布局的理论技术研究体系，基于团队提出的产线变型设计新方法，结合联合单位的技术研发与应用实践，形成了被广泛认可的产线变型设计模式，包括需求刻画、产线重建模、变型设计流程、迭代设计模式以及结果评估等内容，可供电子制造装备企业与产线集成企业参考与应用。IEEE Std 3147TM-2024国际标准是由广工发起并牵头制定的首个IEEE国际标准。经过国内外专家广泛论证，该标准也是制造系统设计领域的第一个国际性标准。

近日，轻工化工学院霍延平教授团队在蓝光OLED材料与器件研究方面取得重要进展。研究成果以“Highly efficient pure-blue organic light-emitting diodes based on rationally designed heterocyclic phenophosphazinine-containing emitters”为题发表在国际顶级学术期刊《Nature Communications》。该论文的第一作者为广工轻工化工学院博士研究生邢龙江，通讯作者为轻工化工学院陈文铖副教授、霍延平教授，华南理工大学赵祖金教授、清华大学深圳国际研究生院邓敏聪副教授，广工为论文第一完成单位，主要测试工作由分析测试中心提供技术支持。

该研究在前期的工作基础上（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202401120；Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2211893）提出了柔性磷氧给体诱导自旋振动耦合的分子设计策略，显著提高了多重共振热活化延迟荧光材料体系的反向系间窜越速率，并成功制备了发射峰值为476 nm、半峰宽仅为20 nm的高效纯蓝光OLED器件，外量子效率达37.6%。该成果为设计高效高色纯度蓝光OLED材料提供了新思路。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50370-5

环境科学与工程学院庄官政副教授和袁鹏教授编著的学术著作Clay Science in Drilling and Drilling Fluids（中译名：《钻井和钻井液中的粘（黏）土科学》；ISBN号9780443155987）由国际学术出版机构Elsevier出版，该书的纸质版和电子版已在Elsevier图书网站上线发售。

鉴于地层粘土矿物对于油气资源探采的关键作用以及粘土材料在钻井液助剂中的宏量广泛应用，广工袁鹏教授团队基于在粘土领域的长期积累和在粘土基钻井液方向的研究成果，组织中国石油大学、中国石油集团渤海钻探工程有限公司、山东大学、西南石油大学和法国索邦大学、法国国家科学研究中心、西班牙韦尔瓦大学、阿尔及利亚国家石油公司等单位在钻井粘土科学和工程领域深有造诣的研究者和技术专家共同撰写了专著Clay Science in Drilling and Drilling Fluids；全面总结、评述和展望了油气钻井相关领域中的粘土科学理论、技术以及粘土基钻井液材料和产品的研究进展和发展趋势。

该专著的出版，有望推动高质量解决新型油气资源开采所涉及的高效安全作业、环境污染和生态安全维护等关键问题，为油气资源与环境相关领域的研究者和技术人员掌握领域前沿和趋势提供重要参考。

基于可再生的生物质资源开发高值化学品和先进液体燃料，一直以来都是国际上绿色低碳研究的热点。尤其在航空领域，可持续航空燃料(SAF)的使用是实现低碳转型的重要途径。欧盟已达成协议，强制要求航空公司自2025年开始使用SAF。世界各国均积极响应，制定相关政策多维度支持SAF产业发展。SAF的市场前景广阔，但仍面临着技术、成本和规模化生产的挑战。

轻工化工学院王铁军教授团队在生物质乙醇水相重构合成高碳醇及航空燃料技术方面取得重要进展，率先突破了乙醇水相增碳重构高选择性合成C8+高碳异构醇技术。通过C8+高碳异构醇一步脱氧（保留分子碳链结构）定向制取了生物航空燃料（C8-C16异构烷烃）。基于该技术突破，自主设计研建了首套乙醇水相重构合成生物航空燃油百吨级中试装置。生产出的航空燃料达到ASTM D7566标准，并通过了涡喷发动机台架验证，与传统RP-3航空煤油在发动机上应用属性相同。

环境科学与工程学院蒋晓东副教授在大洋环流及其环境效应研究中取得重要进展，论文“Enhanced mixing of north Pacific deep western-boundary currents after Panama seaway closure”在地球科学领域TOP期刊《Global and Planetary Change》发表。广工为第一完成单位，南方科技大学、中山大学、自然资源部第一海洋研究所、美国地质调查局等为合作单位，蒋晓东副教授为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家留学基金等项目的资助。

西北太平洋是全球海陆多圈层交互作用的典型区域，不仅形成了丰富的海洋矿产资源，也发育了影响东亚经济发展和宜居性的热带飓风。西北太平洋深层水是大洋环流传送带的终点，对全球温盐环流的动力作用敏感，与海水中二氧化碳的存储密切相关，从而影响着沿海地区的生态环境乃至经济与社会发展。五百万年前巴拿马海道关闭，现今的大洋环流正式形成，然而由于西太平洋地质环境复杂，先前的研究方法受到诸多制约，因此该区的深水流演化特征目前尚不明确。

图 | 北太平洋5百万年来深水环流演化图。A.巴拿马海道关闭前东赤道太平洋与大西洋海水直接交换，北太平洋呈现出显著的东西向混合作用；B.随着巴拿马海道的关闭大洋环流发生了重组，深水流从东西向的交换逐渐转变为南北向的水团交换；C.3百万年来西太平洋深水流的南北交换作用显著增强，将深刻影响西太平洋的生物地球化学循环和环境气候

研究者基于自己开发的洋流演化指标AFHs（非晶态纳米铁氢氧化物脱水结晶后的磁学信号），对该科学问题进行了重新探索。研究结果表明，巴拿马海道关闭后随着北半球冰盖扩张，全球变冷（约3 百万年前），西太平洋深水流产生显著的南北向混合效应，且该混合作用逐渐强化。携带着营养盐、溶解氧、二氧化碳的深水流的混合作用，深刻影响了该区生物地球化学循环和二氧化碳的存储。这一过程可能成为未来全球气候变化的一个潜在诱因。此研究成果为深入理解气候与洋流的关系提供了新的证据，为探究地球多圈层交互作用及其环境生态效应提供了重要的新视角。

论文链接：

10.1016/j.gloplacha.2024.104514

近日，生物医药学院林章凛教授和华南理工大学生物学院杨晓锋副教授领导的团队在人工智能的生物学应用方面取得重要进展，研究成果“DeepMineLys: Deep mining of phage lysins from human microbiome“发表在国际知名学术期刊Cell子刊《Cell Reports》（影响因子：7.5）。华南理工大学生物科学与工程学院2018级博士生付一然为第一作者，论文通讯作者为广工林章凛教授和华南理工大学杨晓锋副教授。

研究团队介绍了一种新型的人工智能框架——DeepMineLys。作为概念验证，该研究使用了人类微生物宏基因组数据，从中识别和挖掘有治疗耐药菌潜力的溶菌酶，它标志着AI在生物学领域应用的一个重要突破。DeepMineLys的成功得益于构建了涵盖广泛噬菌体溶菌酶的全面训练数据集，集成了TAPE等先进算法和编码技术，采用了三层卷积神经网络和双轨架构等几个关键因素，极大地提升了模型的预测性能。在性能评估方面，研究团队使用了精确度、召回率和F1分数等多种指标，在独立数据集的验证中，DeepMineLys的F1分数达到84.00%，相比现有方法提升了20.84%。研究团队成功从三个不同的人类微生物宏基因组数据集中识别出一千多种新的溶菌酶（相似度小于60%）。研究团队从前100个候选溶菌酶随机选择了16个进行了实验验证，其中11个被证实具有活性，最强的一个溶菌酶的活性甚至比传统溶菌酶高出6.2倍，成为迄今为止在人类微生物组中发现的最有效的溶菌酶。DeepMineLys不仅能够挖掘溶菌酶，它具备蛋白质挖掘的广泛应用潜力，为未来的生物学研究提供了一个有力的工具。

此外，研究团队指出了AI用于生物学问题的若干限制和拟待解决的关键问题。第一，生物问题涉及的可能数据库要远大于物理问题的数据库。比如，人口目前的总数只有80亿左右，所以人脸识别是相对容易的；但单个蛋白质的三突变株数就高达千亿。第二，目前AI技术的验证基本局限于内推，而生物学问题更需要外推能力，因此使用独立数据集验证更显重要。第三，大部分AI的生物学研究目前缺乏实验验证。这些问题的解决，将极大推动AI在生物学领域的应用。

论文链接：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(24)00912-4