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  近日,中国科学院大连化学物理研究所分子探针与荧光成像研究组研究员徐兆超团队与新加坡科技设计大学教授刘晓刚合作,发现光诱导电子转移影响荧光染料发光强度的量化关系。  光诱导电子转移(photoinducedelectrontransfer,PET)是物质和物质间吸收、转移、转换能量的主要光物理过程之一。通过PET过程调控荧光染料的荧光强度成为发展荧光探针和生物传感器的主要信号传导机制。例如,PET荧光探针与被检测物的结合可以抑制其PET的发生,从而显著提高其量子产率;该探针具有灵敏度高、可视性强、时空分辨率高的特点。准确地定量预测荧光染料的PET效率对合理开发新型PET探针具有重要意义。  该研究团队在对荧光分子构效关系深刻理解的基础上,通过“实验与理论”相结合的研究方式,近期又发现了能够半定量描述荧光染料PET效率的量化参数,定义为通用描述符ΔE,即荧光团和受体的前线轨道能极差。  研究团队根据PET类荧光探针的特点,研究了超过140种meso位苯基取代的具有荧光团-受体结构的荧光染料,发现半定量预测PET探针量子产率的参数ΔE的阈值为反直觉的~0.6eV。当ΔE<~0.6eV时,荧光团在极性溶剂中的量子产率很低(<20%),PET发生;相反,当ΔE>~0.6eV,荧光团的量子产率在所有介质中均较高(大部分>20%),PET被抑制。  研究团队根据PET类探针的特点,设计了6个BODIPY类和3个罗丹明类染料来验证ΔE阈值的规律。实验发现,ΔE>~0.6eV的3个分子B1、B2、B3量子产率均较高,在所有溶剂中都高于30%;ΔE<~0.6eV的3个分子B4、B5、B6在极性溶剂中的量子产率均低于1%,在非极性溶剂中的量子产率显著增加(>30%),因而表现出极好的免洗脂滴成像和AIE性质。3个罗丹明类染料M1、M2、M3也呈现出相同的规律,分子M3具有优秀的线粒体免洗成像性质。  经过验证,ΔE的阈值~0.6eV能准确预测包括BODIPY、荧光素、罗丹明和硅罗丹明在内的多种荧光团的量子产率。描述符ΔE使研究人员能够定量设计各种可用于生物成像的PET探针,也能作为一个有效的指标高效指导设计众多基于AIE的发光材料。  相关成果发表在《美国化学会志》(J.Am.Chem.Soc.)上。以上研究工作得到国家自然科学基金面上项目资助。PET能够发生的ΔE及其生物学应用

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  利用太阳能进行海水淡化具有重大的应用前景。为提高海水淡化速率和提高能源利用效率,研究人员提出了利用新型光热转换材料降低热损耗、构筑有效的水/蒸汽传输界面,以及提高光热转换材料的耐用性等策略。然而,目前的海水淡化装置能耗较高,海水淡化的效率、耐久性均有待提高,尤其是盐度升高后的持续淡化仍然是一个巨大挑战。  最近,在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,中科院化学研究所绿色印刷重点实验室科研人员在前期构建的快速连续3D打印体系(Research, 2018,2018,4795604)基础上,研究人员与美国麻省理工学院教授NicholasFang课题组合作,利用3D打印技术构造了三维锥形不对称结构蒸发体系,在高盐度下实现了高效太阳能利用和高速水蒸发。为实现高效的光热转换和海水蒸发,通过有效热管理实现高效水传输和蒸发至关重要。研究表明:所设计的3D锥形结构表面可以束缚梯度厚度的水膜,同时3D蒸发器的不同高度对太阳光的吸收不同,导致水的蒸发存在蒸发梯度,主要的蒸发位点为3D结构的顶部,因此水膜沿3D结构的侧壁呈现温度梯度,并由于马兰戈尼效应使水流向更快的蒸发区域,从而显著提高水蒸发速率和能量的利用效率。高盐度水蒸发时,水膜厚度梯度和蒸发场梯度导致3D结构表面存在盐的浓度梯度和顶部盐结晶特征,结晶的盐很容易去除,因而可以连续工作。该系统的海水淡化速率达1.72kgm-2h-1,有很强的应用前景。  该研究成果近日发表于《自然-通讯》(Nat.Commun.,2020,11,521)上,通讯作者是宋延林,第一作者是吴磊。图:3D蒸发器的制备,3D蒸发梯度及顶部盐结晶性质

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  太阳日冕的温度高达百万度,远远高于光球层大约6000度的温度。研究日冕如何被加热到如此高的温度是一个理解恒星大气的关键问题。日冕中阿尔芬波的耗散可能是日冕加热所需的能量来源,但是否有足够能量的阿尔芬波在日冕中产生,仍然是具有争议的问题。中国科学院云南天文台毕以等人的一项研究认为,日珥中匀速下落的等离子体团在日冕中激发的阿尔芬波可能对太阳宁静区日冕加热有贡献。近日这项研究发表于TheAstrophysicalJournalLetters(《天体物理杂志-通讯》)。  这项研究的关键数据来源于云南天文台的一米新真空太阳望远镜(NVST)的观测。NVST主要进行太阳高分辨率的太阳成像、光谱以及磁场观测。目前,在Hα波段的日珥成像观测是这台望远镜的重要特色之一。附图展示了这项工作研究的日珥图像,图中以彩色标示了研究者们识别到的下落的等离子体团。  该项研究首次尝试估算了日珥中匀速下落的等离子体团的重力势能损失,并把单位时间内的重力势能损失与日冕加热所需的能量作比较。通过识别和分析日珥中数千个下落的等离子体团的大小、速度及路径,研究者们推测这些下落的等离子体团损失的重力势能相当于整个太阳宁静区日冕加热所需能量的约1/2000。考虑到这些等离子体团很可能在消失于NVST的Hα线心像以后继续匀速地下落,直到到达太阳表面附近才彻底瓦解,他们进一步推测其重力势能损失可达加热宁静区日冕所需能量的约1/320。假设日珥中的匀速下落等离子体团能够有效地激发日冕中的阿尔芬波,从而把其重力势能转化为日冕中的波能,进而转化为热能,那么这些日珥物质的下落运动对日冕加热有不可忽略的贡献。  研究者们认为NVST以及下一代太阳望远镜的光谱数据将便于精确地测算这些日珥中的等离子体团的密度,从而更准确地估算这些下落物质对日冕加热的贡献。相关的数值模型工作可能有助于验证和理解相关的能量转化过程。  这项研究也讨论了Demon算法在提取高时间分辨率的太阳观测图像中的速度场信息方面的运用,其结果表明Demon算法的测量精度明显优于太阳物理研究中传统的算法。Demon算法是经典的医学图像配准算法,其运用于太阳图像研究中的最初尝试可参见刘辉等人在云南天文台台刊发表的相关论文(http://jart.ynao.ac.cn/CN/abstract/abstract2264.shtml)。在这个日珥的分析中,Demon算法的运用确保了其关键观测结论的可靠性,即日珥中的等离子体团是接近匀速地朝着太阳表面运动。  该项研究得到国家自然基金委、中国科学技术部、中科院西部青年学者项目、中科院太阳活动重点实验室开放课题、云南省创新团队项目、云南省万人计划-青年拔尖人才项目的资助。  论文链接 图注:黑白背景为NVST于2017年1月7日观测到的H-alpha波段的日珥图像。彩色标示了在垂直方向有运动的日珥等离子体团,蓝色代表等离子体团正在下落;红代表色上升。颜色深浅对应基于demon算法得到的速度的大小。

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  二叠纪末期(2.52亿年前)发生了显生宙最大的生物灭绝事件,引发了严重的海洋和陆地生态系统危机,约75%的陆地生物物种消失。大灭绝之后陆地生态系统需要多长时间才能恢复?近日,中国科学院南京地质古生物研究所科研团队最新的研究发现,二叠纪末大灭绝之后湖泊和森林生态系统可能都需要长达1000万年的时间才能明显恢复,相关成果于3月30日在线发表于国际期刊《地质学》(Geology)。  三叠纪早期极端的气候环境,导致海洋生态系统在二叠纪末大灭绝事件之后的约800-1000万年才得到明显恢复。由于三叠纪早、中期深湖相沉积地层和化石记录较为缺乏,人们对于湖泊生态系统的复苏模式和时间了解较少。  近日,南京古生物所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”的研究生赵向东和博士郑大燃在研究员王博和张海春的指导下,与长庆油田工程师解古巍等合作,对鄂尔多斯盆地的中三叠统湖相沉积地层进行了系统研究,提出湖泊生态系统在中三叠世中期就显示了明显的恢复。同时,研究层位也是长庆油田的重要产油层,同位素年代学和地层学的研究结果也为精时地层对比和油气资源勘探提供了新的定年和化石证据。  研究团队在鄂尔多斯盆地南缘三条富含油页岩和凝灰岩的剖面(霸王庄、马庄和衣食村)进行了高精度的地层学、沉积学和古生物学研究,并对剖面中的火山灰、凝灰岩和凝灰质砂岩进行了锆石铀-铅(U-Pb)定年,最终将湖相油页岩底部年龄卡定在242Ma左右,归于中三叠统铜川组。这套油页岩是二叠纪末大灭绝之后已知最早的深湖相沉积,比之前的记录向前推进了500万年。  研究团队在铜川组油页岩中发现了较丰富的植物、介形虫、叶肢介、鲎虫、昆虫、鱼和鱼粪等化石。其中最大的螺旋状鱼粪化石长达77毫米,表明当时湖泊中已存在体型较大的捕食性鱼类。通过对部分鱼粪化石进行切片,研究团队在其中发现了双翅目昆虫的大颚。化石研究表明,当时的湖泊中已经出现了复杂的多层营养级的关系:其中的初级生产者为各种藻类;初级消费者主要是以藻类为食的介形虫和昆虫等动物;二级消费者包括各类水生肉食性昆虫以及鱼类等;顶级消费者为大型的捕食性鱼类。这种生态类型与古生代湖泊中双翅目幼虫普遍缺失和水生甲虫稀少的情况明显不同,代表了一个典型的中生代湖泊生态系统。  在三叠纪最初的1000万年内,世界各地的陆相地层中普遍缺失煤层,因此这段时期也被称为“煤层缺失期”(CoalGap)。通常认为中三叠世煤层的再次出现代表了大灭绝后森林生态系统的明显恢复。在鄂尔多斯盆地,已知最古老的三叠系煤层产出自二马营组的最上部,其年龄略老于铜川组油页岩的年龄。研究结果表明复杂湖泊生态系统的复苏与“煤层缺失期”的结束时间相吻合,表明湖泊和森林生态系统可能通过生物、物理和化学等作用紧密联系在一起。总之,湖泊和森林生态系统可能都需要长达1000万年的时间才能明显恢复,比孢粉学数据推断出的植物群落的恢复时间要长得多。  早三叠世炎热的气候会限制湖泊中的溶解氧含量,从而阻碍了生态系统的复苏。然而,在安尼期海洋中碳埋藏的大量增加可能会导致大气CO2含量下降和全球降温,从而改善了湖泊的生态条件。此外,火山灰给湖泊带入丰富的营养物质,可能显著提高了鄂尔多斯盆地古湖泊的初级生产力。因此,全球温度降低和火山灰养分输入可能共同促进了鄂尔多斯盆地古湖泊生态系统的繁盛。  相关研究工作由中科院和国家自然科学基金委共同资助。  论文链接图1:铜川地区野外照片图2:研究区域代表岩性和定年层位照片图3:研究剖面柱状图、定年和化石层位图图4:剖面产出的各类代表性化石。A-C,鱼粪;D-E,鱼粪切片;F和G,甲虫;H,鱼;I,介形虫;J,鲎虫

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  人类活动释放到大气中的活性氮,除了参与大气化学过程,还会通过干湿沉降的方式返回地表。这些“天然氮肥”如何影响自然生态系统是全球变化研究的重要议题。为了回答这一问题,过去几十年,基于喷淋加氮的野外控制实验广泛开展(图1左)。  “喷淋加氮实验假定氮沉降是通过增加土壤氮的有效性来影响整个生态系统,因而实验对象多为草地或森林土壤。”中国科学院大气物理研究所研究员潘月鹏认为,“这个实验框架的不足之处在于,它没有考虑植被与大气活性氮的相互作用,也未反映大气氮沉降以气体和颗粒物干沉降为主的自然过程。因此,以往的喷淋实验只能模拟湿沉降,无法全面评估大气氮沉降对自然生态系统的真实影响。”  比如,在泥炭沼泽湿地开展的一项长期“喷氨施肥”实验就发现,当氨气干沉降量达到每年70公斤/公顷的时候(相当于华北氮沉降量),只需要3年时间,沼泽植被盖度和组成就会发生明显变化(图1右),敏感的物种会消失。而传统的“喷淋施肥”模拟实验要等到第5年才会发现这些变化,延迟了2年。  “氨气干沉降对生态系统的影响速度和程度可能超过了我们的想象。”潘月鹏及其合作者认为:“考虑到大气氨是氮沉降的主要前体物,且全球氨气的浓度呈现上升趋势,未来的氮沉降模拟实验亟待研究氨气干沉降的重要影响(图2),以期更完整地刻画大气氮沉降过程及其生态环境效应。”  日前,这一新的实验框架构想在线发表在AtmosphericandOceanicScienceLetters上。  论文链接图1(左):林下土壤喷淋施肥模拟氮沉降实验(习丹摄);(右):氨气损伤叶片成棕褐色(图片来源:IanD.Leith.GlobalChangeBiology,2011) 图2:模拟氮沉降的野外控制实验:(a)传统的林下施氮方式(模拟湿沉降);(b)林冠施氮方式(模拟湿沉降);(c)未来模拟林冠干、湿沉降的方式(模拟不同氮沉降形式:干、湿沉降;不同形态的氮:氧化态和还原态,尤其是氨气)

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  自印度与欧亚发生碰撞以来,印度大陆岩石圈板片在青藏高原下方至少俯冲了数百公里,俯冲板片东西向变化明显,西部为平俯冲,中部为小角度俯冲,东部为大角度俯冲,俯冲距离由西到东逐渐变小。在青藏高原中南部发育了一系列南北走向的裂谷(地堑),近年来的研究根据裂谷空间分布特征、火山岩成分、地震波走时和剪切波分裂,推测印度大陆俯冲板片在青藏高原下方撕裂,然而一直缺乏直接的深部观测证据。  中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室壳幔结构探测学科组博士后刘震与合作导师田小波等利用课题组在青藏高原中部布设的两个宽频带流动台阵(图1)记录的天然远震事件的波形记录,提取了S波接收函数,并通过大量接收函数的共转换点叠加成像获得了高原中部岩石圈底界面的起伏形态(图2)。结果显示:在亚东-谷露裂谷下方,印度俯冲板片底界面都发生了明显的东西向错断,两侧板片深度相差70km;在裂谷的两侧,青藏高原岩石圈底界面在东西向也存在30km的深度差异。  通过探测岩石圈底界面的成像,课题组获得了印度俯冲板片撕裂的直接证据:青藏高原在印度的北向推挤下,岩石圈缩短增厚,在南北挤压力和重力共同作用下,高原中部物质发生东西向的伸展;印度大陆俯冲板片发生撕裂形成的板片窗为深部的软流圈物质上升提供了通道,热的软流圈物质侵蚀、破坏了上方东西向伸展的高原岩石圈,促使南北向裂谷的发育(图3)。  研究成果发表于国际期刊EarthandPlanetaryScienceLetters。  论文链接图1青藏高原区域构造以及台阵分布。其中蓝色三角形和红色倒三角形分别表示SANDWICH和Tibet-31N台站分布图2S波接收函数共转换点叠加成像剖面图。(a)剖面位置和150km和200km深度平面S-to-P转换点分布情况;(b-i)蓝色虚线表示岩石圈底界面深部分布图3印度俯冲板片撕裂示意图

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