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水泥基材料在应对气候变化方面可能发挥重要作用，通过一种称为碳化的过程捕获和存储空气中的二氧化碳，将其转化为矿物。然而，尽管进行了大量研究，这一过程的精确机制仍不清晰。最近，研究人员采用一种新方法对碳化反应进行了详细的检查，强调了结构变化和水分运动的重要性，从而为能够更有效地吸收二氧化碳的创新建筑材料铺平了道路。 二氧化碳（CO2）排放是全球变暖的主要因素之一。水泥基材料在通过碳化捕获和转化CO2为固体矿物方面显示出潜力，提出了一种应对气候变化挑战的可能方法。因此，显著的研究努力集中在提高水泥基材料中的碳化效率上。 简单来说，水泥浆中的碳化过程始于CO2溶解在水中并与水化原材料过程中形成的钙硅水合物（C-S-H）相互作用。这种相互作用导致碳酸根离子（CO32-）的生成，随后这些碳酸根离子与C-S-H中的钙离子（Ca2+）反应生成碳酸钙沉淀。然而，尽管在各种条件下进行了广泛研究，由于水泥浆化合物的不稳定，碳化机制的完整理解依然难以实现。 先前的研究表明，几个因素显著影响碳化过程，包括相对湿度（RH）、CO2溶解度、钙/硅（Ca/Si）比例，以及C-S-H中水的浓度和饱和度。此外，离子和水在C-S-H层的微小孔隙中移动，称为胶体水，这一关键作用还需进一步研究。 为了探究这些方面，日本千叶大学副教授大久保隆宏及其研究团队与东京大学、琉球大学、广岛大学和北海道大学的专家一起，对不同Ca/Si比例和RH水平下的碳化反应机制进行了研究。他们的工作于2024年7月8日发表在《物理化学杂志C》上。“水分运动和与碳化相关的结构变化的影响仍然是一个未解决的问题。在我们的研究中，我们采用了一种新方法，利用29Si核磁共振（NMR）和1H…

将生物质，如用过的食用油，转化为有价值的化学品通过催化作用可以为更加生态友好的化学工业铺平道路。然而，传统方法消耗大量能量并产生有害副产品，同时也缩短了催化剂的使用寿命。最近，科学家们引入了一种可以有效利用微波加热的沸石催化剂。 九州大学的一个团队展示了一种称为Na-ZSM-5的沸石在微波辅助下将生物质转化为烯烃的有效性——这些烯烃是制造从塑料到药品等一系列产品所需的关键化学品。他们的研究成果发表在《化学工程杂志》上，表明使用微波加热Na-ZSM-5可以使化学工业更加节能和可持续。 在生产复杂有机物质时，例如塑料、药物或食品添加剂，从简单的化学前体开始是至关重要的。因此，增强这些前体化学品的高效和可持续生产是一项重要的研究领域。 生产这些重要化学品的一种常用技术是轻烃的重整。不幸的是，这种方法需要大量的能量并排放二氧化碳。废旧食用油和微藻油作为合成简单化学品的低成本来源逐渐显现出来。 这些油可以通过一种称为“催化裂化”的过程转化，使用沸石作为催化剂。沸石是一种天然多孔材料，常用作催化剂或吸附剂。在催化裂化过程中，材料需要加热到极高的温度——约500-600°C。这种方法不仅耗能，还可能导致称为焦化的…

一种创新的超润滑剂，使用土豆蛋白并不含油，可能会在可持续工程和医学领域带来进展，这一点在新的研究中得到了强调。根据利兹大学的研究，一种基于土豆蛋白的革命性无油超润滑剂有潜力推动可持续工程和生物医学的进展。 研究团队声称，这种革命性的水基物质可以通过模拟自然生物过程（类似于滑液如何使人类关节的平滑运动）来实现超润滑性或几乎无摩擦的状态。 直到现在，创造一种环保和有效的水基润滑剂一直是研究人员面临的挑战。大多数现有的水性润滑剂主要由合成材料制成。 这个跨学科小组，包括来自利兹大学食品科学与营养学院、以色列魏茨曼科学研究院、伦敦国王学院和法国国立农业研究院（INRAE）的成员，利用了如土豆蛋白等替代蛋白。这些蛋白可以作为副产品自然获取，具有较低的碳足迹。他们的研究成果今天发表在期刊《材料通讯》上。 首席作者、利兹大学食品科学与营养学院的胶体与表面教授安韦莎·萨尔卡（Anwesha…

研究人员利用3D成像技术深入了解微塑料，为更高效的塑料废物回收方法提供了潜力。 在史无前例的成就中，滑铁卢大学的研究人员利用3D成像技术探索微塑料的复杂细节，这可能导致改进塑料废物回收策略。 微塑料和纳米塑料是由较大塑料物品的降解产生的微小塑料颗粒，给环境带来了日益严峻的挑战。这些材料安全分解的困难对生态系统、野生动物和人类健康造成了严重风险。 研究人员在完全理解微塑料和纳米塑料的降解方式方面面临挑战，尤其是在微观和纳米级别，这妨碍了减少其环境影响的努力。理解微塑料的功能和降解机制对于将其从我们周围环境中去除至关重要。 与国家研究委员会(NRC)合作，研究人员采用3D成像技术和传统2D显微镜相结合，以增强对微塑料和纳米塑料降解的观察。…

重金属铀虽然因其放射性而声名狼藉，但由于其复杂的化学特性和各种结合特性而令人着迷。一个国际研究团队利用位于罗斯恩多夫光束线（ROBL）的同步辐射光，研究低价铀化合物的独特性质，相关研究的详细信息发表在《自然通讯》杂志上。该研究在位于格勒诺布尔的欧洲同步辐射设施（ESRF）进行，海尔姆霍茨中心德累斯顿-罗斯恩多夫（HZDR）运行着四个专门用于放射化学研究的实验装置。 铀在周期表的锕系元素系列中具有复杂的电子排列，吸引了研究人员多年的关注。这种元素展示出多种氧化态，反映出多样的结合行为，有时甚至表现出不寻常的形式。“我们目前的研究集中在低价铀上，与更典型的铀化合物相比，这种铀在其内层壳中具有更多的电子。我们特别研究了位于这些内层壳中的铀的5f电子，这对元素的化学特性至关重要。这些电子极大影响铀与其他元素的相互作用，”HZDR资源生态研究所的博士生克拉拉·席尔瓦（Clara Silva）解释道。 “鉴于铀的放射性特性，我们的实验在这个专注于锕系研究的设施中进行。此环境确保了严格的安全措施和先进的仪器设备供我们研究，”ROBL负责人和该研究所分子结构系主任克里斯蒂娜·克瓦什尼娜教授（Kristina Kvashnina）补充道。…

罕见病每种疾病影响的人数少于每2000人中的1人。然而，已知的罕见病类型超过7000种，这些疾病总体对全球产生了显著影响。在亚太地区，约有2.58亿人受到罕见病的影响，成为全球最高，仅东南亚地区就有超过4500万个病例。这个庞大的数字突显出由于患者群体需求的多样性，治疗面临主要挑战，导致医疗不平等和招募临床试验的困难。此外，在有限的患者群体内，每个个体的病情会随时间变化，强调了为这些患者提供可及且量身定制的治疗的迫切需要，同时也指出了开发罕见病疗法的难度。 为了满足甄选有效罕见病治疗方案的需求而不依赖于广泛的人口数据，新加坡国立大学（NUS医学）的数字医学研究所（WisDM）的研究人员利用一名罹患罕见病的单一患者的数据集来决定其治疗方案，取得了令人鼓舞的结果。在WisDM主任Ho教授的领导下，团队对一名被诊断为沃尔登斯特伦巨球蛋白血症的患者进行了临床试验，这是一种每年影响约每百万中三人左右的罕见血液疾病。他们使用了名为CURATE.AI的人工智能驱动平台。与传统的需要大数据集的人工智能系统不同，CURATE.AI根据个体患者的反应动态调整治疗剂量。自2021年10月试验开始以来，患者的红细胞计数明显改善，使他得以避免输血。重要的是，患者在治疗过程中经历的严重副作用极少，住院次数显著减少。 在试验期间，研究团队与新加坡国立癌症研究所（NCIS）的医生合作，为患者建立药物剂量，依据CURATE.AI平台进行指导。这些剂量是根据患者自身的反应来确定的，使得这一治疗策略开创了新的局面。与标准护理方案相比，试验中推荐的剂量较低，并且患者耐受良好，实现了可持续的疾病控制。因此，在初期两年治疗中，患者约节省了8000美元（约10500新元）的药物费用。 利用CURATE.AI建议的持续试验现已招募新的合格患者。试验初期两年的发现已在《NPJ数字医学》杂志上发表，属于自然期刊的一部分。 Ho教授评论道：“每位患者都是独一无二的，甚至同一患者的情况也会随着时间而变化。治疗必须适应患者的需求至关重要。我们的研究表明，使用小数据治疗罕见疾病的潜力，填补了传统大数据方法留下的空白，特别是在由于患者数量有限而大规模试验不切实际时。CURATE.AI的方法根据小数据集定制治疗，提供了一种满足对罕见疾病开展个性化方法的紧迫和复杂需求的可行解决方案。”…

在模拟生死选择的场景中，加州大学默塞德分校的一项研究发现，约三分之二的个体允许机器人根据不同意见修改他们的决定——研究人员指出，这突显出人们对人工智能的不当信任水平令人担忧。 研究参与者在被告知人工智能的能力有限，并且其指导可能是错误的情况下，仍然允许机器人输入影响他们的决策。事实上，所给出的建议完全是随机的。 “作为一个社会，考虑到人工智能的快速发展，我们应该警惕过度信任带来的风险，”主要研究者之一、加州大学默塞德分校认知与信息科学系的科林·霍尔布鲁克教授表示。越来越多的研究表明，尽管错误决策的风险很高，个体往往对人工智能过于信任。 霍尔布鲁克强调，保持一种一致的怀疑态度是必要的。 “我们应该对人工智能保持健康的怀疑态度，”他说，“尤其是在关键的生死时刻。”…

物理学家成功观察到在一个独特的“边缘态”中超冷原子在边界上流动而没有任何阻力。这项开创性的研究可能帮助科学家操控电子，使其在材料中无摩擦地移动，从而有可能导致超高效的能量和数据传输。 电子通常在金属内部自由移动。在遇到障碍物时，它们会遭遇摩擦并无规律地散射，类似于台球相撞的情况。 然而，在一些特定的异域材料中，电子可以表现出集中流动。在这些情况下，电子可能被限制在材料的边缘，以单一方向移动，就像蚂蚁在毯子的边缘排成一线一样。这种罕见的“边缘态”允许电子在没有摩擦的情况下流动，能够平稳地绕过障碍物，同时沿着边缘遵循自己的路径。与超导体不同，所有电子在超导体中无阻力地移动，边缘态仅在材料的边界促进电流流动。 最近，麻省理工学院的研究人员直接在超冷原子云中可视化了这些边缘态。第一次，他们捕捉到原子在边界上流动的图像，即使在引入障碍物时也没有经历阻力。这项研究发表在《自然物理》杂志上，可能为操控材料中的电子以实现高效、无损的能量和数据传输铺平道路。 “想象一下创造适合的材料的小片段，并将它们放置在未来的设备中，以便电子可以沿着边缘旅行，连接电路的各个部分而没有任何损失，”麻省理工学院的助理教授、共同作者理查德·弗莱彻解释道。“但重要的是，这项工作的魅力在于亲眼见到通常隐藏在材料中而不易直接观察到的物理现象。”…

科学家们成功发现了一种新的方法来处理一种名为纳米纤维素的植物来源材料，实现了显著的21%能耗减少。此项进展得益于在橡树岭国家实验室的超级计算机上进行的模拟实验。 能源部橡树岭国家实验室的研究团队识别并有效演示了一种创新的纳米纤维素处理技术，这种材料源自植物，导致显著的能耗降低达21%。该方法源自实验室超级计算机上进行的分子模拟，随后经过了试点测试和进一步评估。 这一创新方法采用了水中溶解的氢氧化钠和尿素的组合，有望显著降低与纳米纤维素纤维生产相关的生产成本。这种纤维是一种坚固且轻巧的生物材料，非常适合用于3D打印应用，比如可持续住房和车辆构建。该研究有助于可循环生物经济的发展，其中可再生的、可生物降解的材料取代石油基替代品，促进脱碳并最小化废物。 来自橡树岭国家实验室的研究人员，以及来自田纳西大学诺克斯维尔分校和缅因大学工艺开发中心的合作伙伴，共同致力于提高纳米纤维素生产效率的项目。纳米纤维素源自植物细胞壁中的纤维素，是一种强度可与钢材相媲美的天然聚合物。 科学家们的目标是优化纤维化过程，即纤维素如何被分解成纳米纤维——这一过程通常因水基纸浆悬浮液中的高压机械方法而消耗大量能量。他们分析了八种不同的溶剂，以识别更好的纤维素预处理溶液。利用复杂的计算机模型模拟溶剂和纤维素中的原子和分子行为，该团队能够探索这一复杂的过程，而无需进行大量初步实验。…

如何找到到达下一个目的地或会议地点的最快路径？对于很多人来说，全球定位系统（GPS）已经成为日常生活中不可或缺的一部分。然而，直到现在，确切需要多少颗GPS卫星才能精确定位手机或导航设备的位置仍然存在争议。研究人员现在已经证明，在大多数情况下，需要五颗或更多卫星才能进行准确的定位。目前，我们通常只能访问四颗卫星。 通常，GPS能将我们的定位精确到几米以内。然而，我们可能都遇到过误差范围扩大到数百米或显示位置不准确的情况。其中一个原因可能是卫星连接受限或卫星位置不理想。 GPS是如何使用的？ GPS卫星配备有高度精确的原子钟，始终知道它们的位置。它们通过无线电波发送带有时间和位置的信号。手机或导航设备接收从视线范围内的所有卫星发出的信号。卫星时钟记录的时间与设备本地时钟记录的时间之间的差异表示信号到达接收器所花费的时间（称为“飞行时间”）。由于无线电波以光速传播，我们可以利用这个时间计算信号传播的距离。卫星的位置和这些距离帮助解决一组方程，以找到接收器的位置。 这个基本解释并没有考虑到接收器的时钟不如原子钟精确的事实。如果偏差仅为百万分之一秒，位置可能至少会偏差300米。挑战在于设备必须在确定其位置的同时确定确切时间——这是相对论中涉及的一个概念，称为空间-时间。…

氯氧苯酚是一种全球广泛使用的消毒剂，但它在水环境中引发了生态毒理学风险的担忧。这主要是由于其高度的化学稳定性和显著的使用水平。香港科技大学（HKUST）工程学院的研究人员发现了一种令人兴奋的替代物——2,6-二氯苯醌（2,6-DCQ）。这种新型消毒剂对多种常见细菌、真菌和病毒的杀灭效果更佳，并且可以在水中迅速被降解和解毒。 这项开创性研究由香港科技大学土木与环境工程系的张向如教授主导，他在消毒副产物（DBPs）的研究方面具有丰富的经验。在最近的疫情中，张教授观察到氯氧苯酚与他的团队之前研究过的几种卤代酚类消毒副产物在结构上相似，后者已知能通过太阳光光解迅速降解。 受这些卤代酚类消毒副产物的结构和降解性的启发，研究团队成功地找到了一个高效广谱消毒剂，可以在水环境中迅速被降解和解毒。团队评估了10种不同消毒副产物中和各种病原体的有效性，包括与结直肠癌相关的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌（一种细菌）、念珠菌（真菌）和细菌噬菌体MS2（病毒）。研究发现2,6-DCQ在中和这些病原体方面比氯氧苯酚高效9到22倍。 此外，2,6-DCQ对海洋多毛虫胚胎的发育毒性因其在海水中的快速水解降解而迅速减弱，即使在没有阳光的情况下也是如此。在海水中待两天后，2,6-DCQ的发育毒性比氯氧苯酚低31倍。 张教授说：“我们发现所选择的消毒副产物的抗菌能力显著强于氯氧苯酚，其浓度和相关的发育毒性在海水中迅速减弱，甚至在黑暗中也是如此。”…

科学家们创造了一种新工具，旨在帮助寻找能够在产生太阳能的同时促进作物生长的最佳光伏（PV）材料。来自斯旺西大学的研究人员推出了一种创新工具，用于识别最有效的光伏（PV）材料，这些材料在生成太阳能的同时增强作物生长。 最近发布在《Solar RRL》上的一项研究考察了半透明光伏材料对作物的影响，这代表了农业光伏（将太阳能电池板与农业实践结合）的一个关键应用。 研究团队开发了一种突破性的免费工具，可以预测不同光伏材料的光透过率、吸收率和能量生成。这一评估可以在全球任何地方使用地理、物理和电气数据进行。 斯旺西大学的首席作者、博士生奥斯丁·凯表示：“这项技术使我们能够评估各种类型的光伏材料，有助于在食品生产和可再生能源生产之间取得平衡。”…