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一组研究人员在理解二氧化碳（CO2）与超临界水混合时复杂反应过程方面取得了重要进展。这些突破对于理解CO2的自然矿化和封存，以及理解地球内部的深碳循环至关重要。这一知识可能为未来的碳捕集技术带来创新的方法。 在香港科技大学（HKUST）物理学系和化学系的副教授潘丁的领导下，及与数学系的姚远教授合作，研究团队揭示了二氧化碳（CO2）在超临界水中的复杂反应过程的重要见解。这些发现对更好地理解自然和工程系统中CO2的矿化和储存所涉及的分子过程以及地球地下的深碳循环至关重要。这种增强的理解旨在为未来的碳封存技术开辟新的途径。这项研究的结果已发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。 CO₂溶解在水中及其后续的水解反应对于高效的碳捕集和矿物储存至关重要，在应对全球变暖的碳封存努力中发挥着重要作用。潘教授的团队创建并利用了一阶原理马尔可夫模型，以揭示CO₂在超临界水中的反应机制，探讨了散装和纳米限制下的环境。他们发现，在这些纳米限制条件下，焦碳酸盐（C₂O₅²⁻）是一个稳定且重要的中间体，这一细节以前由于焦碳酸盐在水中典型的不稳定性和快速分解而未被注意到。关于焦碳酸盐的这一令人惊讶的发现与限制水溶液的超离子特性有关。此外，研究团队了解到，碳酸化反应的特征是通过临时水分子链的集体质子传递；这一过程在散装溶液中表现出统一行为，但在限制纳米尺度空间时则以逐步方式发生。这项研究突显了一阶原理马尔可夫模型在阐明水相系统中复杂反应动力学方面的强大能力。 “我们的创新方法使我们能够揭示涉及焦碳酸盐离子的CO₂溶解的新路径，”物理学系的研究助理教授黎楚解释道。“我们先进的计算方法不依赖于预先存在的知识，使得在没有人为干预的情况下自动识别反应路径，揭示了基于物理基本原理的之前未知的反应机制。” 潘丁教授进一步指出，“我们的方法使用无监督学习技术，强调了在极端条件下大氧碳化合物在水反应中的重要性，并表明纳米限制是一种有效的化学过程控制方法。我们期待这些发现能够指导未来碳封存技术的发展。”…

大型电池能够长时间存储太阳能和风能，对于成功将这些可再生能源整合到美国电网中至关重要。然而，目前安全可靠的电池技术选择有限，难以推动向可持续能源的转型。近日，研究人员开发了一种具有成本效益和环保特性的铝离子（Al-ion）电池，可能会解决这一问题。 大型电池能够长时间存储太阳能和风能，对于将这些丰富的可再生能源整合到美国电网中至关重要。尽管有这种需求，但安全可靠的电池技术短缺，这阻碍了向清洁可持续能源的转变。研究人员现在创造了一种具有成本效益和环保特性的铝离子（Al-ion）电池，可能满足这些要求。 锂离子（Li-ion）电池因其高能量密度，通常用于许多消费电子设备，如电动工具和电动车辆。然而，锂的高成本使其在公用事业能源存储所需的大规模电池系统中显得不切实际，且Li-ion电池的易燃性带来了严重的安全隐患。可充电的铝离子电池可以作为长期能源储存的潜在替代方案。然而，它们最常用的电解质——液体氯化铝，容易腐蚀铝阳极，并且高度易受潮气的影响，导致腐蚀加重。这些问题导致了电池的稳定性差，电性能随着时间的推移而下降。为了解决这些限制，研究人员王伟、焦叔强及其团队着手创造一种更好的铝离子电池。 研究人员在包含铝离子的电解质中加入了无机铝氟盐，将其转化为固态电解质。铝氟盐具有三维多孔结构，有助于铝离子在电解质中移动，从而增强导电性。此外，在组装铝离子电池时，团队使用了氟乙烯碳酸酯作为界面添加剂，在电极上形成了一层薄薄的固体层，有助于防止铝晶体的积聚，从而损害电池性能。 实验结果显示在耐湿性、物理稳定性和热耐久性方面有显著改善。电池能够承受尖锐物体的反复刺穿，并在高达392华氏度的温度下工作。令人印象深刻的是，这种固态铝离子电池表现出卓越的耐久性，在经历10,000次充放电循环后仍保持超过99%的初始容量。此外，大部分铝氟盐可以通过简单的清洗轻松回收并在另一块电池中重复使用，尽管性能略有下降。这项创新有可能降低铝离子电池的生产成本，同时延长其使用寿命，使其更具可行性。…

一种新的计算方法从描绘星系在宇宙中聚集和分布的地图中提取出更多的见解，比较早期的方法。 由密歇根大学主导的一项研究旨在通过最大化用于探索宇宙某些最深刻问题的望远镜和其他仪器的有效性来推进宇宙学。 该计划证明，这种创新的计算技术可以从广泛的星系聚集和穿越空间的地图中提取更多的数据。 研究人员目前正在利用如 DESI（暗能量光谱仪）等仪器来生成这些地图，并探讨暗能量、暗物质和各种宇宙现象的神秘属性。…

一个跨学科团队创造了一项革命性技术，解决了利用微波生产清洁氢气的重大挑战。他们还阐明了这一新过程背后的机制。 该研究团队由教授 Gunsu S. Yun…

  类脑计算是一种利用神经科学概念创造模拟大脑功能和结构的计算系统的学科。为了有效地与现有计算技术竞争，类脑计算必须经历显著的规模化。最近发表于《自然》杂志的一篇综述，由包括两位来自加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究人员在内的23位研究人员撰写，概述了实现这一目标的综合路线图。该文章提供了一个全新而务实的视角，探讨了我们如何在保持相似尺寸和功耗的情况下，匹配人脑的认知能力。 “我们不期望类脑系统会有一个普遍的规模化解决方案；相反，我们预见到各种具有独特属性的类脑硬件选项，这些选项被量身定制以适应特定应用，”作者们指出。 类脑计算的应用范围广泛，包括科学计算、人工智能、增强现实和虚拟现实、可穿戴技术、智能农业和智能城市。类脑芯片将在能效、空间效率以及整体性能上超越传统计算机，在人工智能、医疗保健和机器人等领域提供显著优势。预计到2026年，人工智能的能耗将翻倍，因此类脑计算提供了一个令人鼓舞的替代方案。 “当前，类脑计算的相关性尤其突出，因为我们目睹了对电力需求日益增长的人工智能系统的不可持续增长，”加利福尼亚大学圣迭戈分校生物工程系的杰出教授及论文的共同作者Gert…

纠缠光子在量子计算和通信领域展现出极大的潜力，但它们有一个显著的缺陷：一次使用后就会消失。最近的一项研究提出了一种新方法，旨在维持动态和不可预测的量子网络内的通信。研究人员发现，通过重建这些消失的连接，网络最终会稳定为一个可靠但不同的配置。 纠缠光子在量子计算和通信方面展现出良好的潜力，但它们有一个重要的限制：一旦被利用，它们就会消失。 在最近的一项研究中，西北大学的物理学家提出了一种创新的方法，以维持在不断变化的量子网络中的通信。团队发现，通过重新建立失去的连接，网络最终适应并稳定在一个虽然变化但更稳固的状态。 研究人员发现，关键在于引入足够数量的连接来保持网络的运行。然而，连接数量过多会增加资源负担，而数量不足则会导致网络碎片化，无法满足用户需求。 这项研究的结果可能为创建优化设计的量子网络铺平道路，使超快计算和高度安全的通信成为可能。…

钙钛矿太阳能电池相较于传统硅太阳能电池提供了更灵活且环保的选择。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员是一个国际联盟的一部分，该联盟在短短几周内成功识别出新的有机分子，从而提高了钙钛矿太阳能电池的效率。该团队采用了人工智能(AI)与自动化高通量合成的智能结合。这一创新方法也可应用于材料科学的不同领域，比如新电池技术的发展。 为了确定在一百万种潜在分子中，哪一种能够有效传导正电荷并优化钙钛矿太阳能电池的效率，通常需要合成和评估所有分子。然而，在KIT纳米技术研究所的终身助理教授帕斯卡尔·弗里德里希和赫尔墨尔茨研究所的克里斯托夫·布拉贝克教授的指导下，研究人员采取了一条更高效的路线。“仅通过150次有针对性的实验，我们取得了突破，而这通常需要数十万次试验。我们开发的工作流程将为快速且经济有效地发现高性能材料铺平道路，”布拉贝克表示。他们识别出的其中一种材料使参考太阳能电池的效率提高了大约两个百分点，达到了26.2%。 “我们的成功表明通过战略性的方法发现新的能源材料可以实现显著的时间和资源节约，”弗里德里希评论道。 在HI ERN的努力开始于一个数据库，其中包含约一百万种可以从商业可用化学品衍生的虚拟分子的结构式。在这个池中，随机选择了13,000种分子。KIT的研究人员利用已建立的量子力学方法分析它们的能量水平、极性、几何形状等。…

电气工程师们创造了一种改进的方法来比较整个基因组，这使得探索各种物种在广阔地质时期之间的关系成为可能。这一创新技术预计将带来重要见解，以了解进化如何影响现代基因组和生命之树的结构。 由加利福尼亚大学圣迭戈分校的电气工程师领导的研究人员开发了一种更好的方法来进行整个基因组的比较分析。这种方法可以用于研究不同物种在地质时间尺度上的关系。 这种新方法被称为CASTER，它有望揭示进化如何影响当前基因组和生命之树的排列的新发现。该方法在2025年1月23日发表于《科学》期刊的一篇论文中进行了描述，CASTER代表了比较基因组学方法的重大进步。 CASTER承诺为生物学家提供一种更高效的比较完整基因组的方法，尤其是在生物和灭绝物种的测序基因组迅速增加的背景下。这一丰富的基因组数据现在可用于系统基因组学研究。CASTER生成的结果是可解释的，将帮助生物学家理解物种之间的关系，以及反映在基因组中的复杂进化历史。 “自2000年代初以来，许多研究声称进行‘基因组范围’的系统发育重建，但这些研究依赖于对基因组小部分的采样，仅涵盖特定研究中的整体现的少量部分。使用先进模型对所有基因组位置进行分析似乎是不可实现的，”加利福尼亚大学圣迭戈分校的电气工程教授、该篇新论文的首席作者Siavash…

  POSTECH的一个研究小组，由环境科学与工程系的黄东秀教授及交叉学科生物科学与生物工程系的教授和POSTECH环境与能源技术研究所的研究教授崔智敏共同领导，发现了多毛贻贝（Barbatia virescens）展现出卓越水下粘附性的分子基础。他们的研究发表在Nature Communications上，揭示了一种不依赖于氧化的粘附机制，该机制是由EGF/EGF样域与基于GlcNAc的生物聚合物之间的相互作用驱动的。 贻贝和藤壶以其在水环境中粘附在表面的惊人能力而闻名。近四十年前，科学家定位了表皮生长因子（EGF）域作为贻贝粘附蛋白的关键元素。从那时起，在各种生物中，包括其他海洋动物、蜗牛和蜘蛛，发现了类似的蛋白质。然而，EGF基于水下粘附作用的具体机制在此发现之前一直不明。…

研究人员成功地管理了被称为二芳乙烯的光致变色晶体的排列。 Incorporate incorporation 的这些光致变色晶体具有在光照下可逆改变其分子结构的能力。这种创新方法可能会显著影响许多行业，包括半导体和制药。来自大阪 Metropolitan…

一组研究人员最近在量子物理中引入了一种创新算法，称为“纠缠显微镜”。这种方法允许在微观层面上可视化和绘制量子纠缠这种卓越现象的图谱。通过检查纠缠粒子的复杂相互作用，可以揭示量子物质中的隐藏结构，从而为潜在的技术进步和对宇宙的更深入理解铺平道路。 量子纠缠是一种现象，在这种现象中，粒子以一种缠绕的方式相互交织，一个粒子的状态与另一个粒子的状态相互关联，无论分隔他们的距离有多远。这个概念在物理学中提出了重大挑战，特别是涉及其在复杂量子系统中的行为。 香港大学物理系的一个研究小组及其合作伙伴最近设计了一种开创性的算法，称为“纠缠显微镜”。这种先进的技术在微观尺度上可视化和绘制量子纠缠的复杂现象。通过仔细检查纠缠粒子的微妙相互作用，研究人员可以揭示量子物质中的复杂结构，为技术进步和对宇宙的更深理解铺平道路。 这项研究由孟紫扬教授主导，香港大学物理系的博士生王丁通和宋梦寒共同署名，与蒙特利尔大学的威廉·维茨扎克-克伦帕教授和博士生吕刘凯合作，阐明了多体系统中量子纠缠的隐秘结构。他们的研究成果已在《自然通讯》杂志上发表。 量子纠缠绘图的突破…

研究人员取得了一项突破性发现，证明通过红外辐射进行的热传递对化学反应的影响可能超过传统方法，如对流和导热。 在一项结合实验和理论方法的合作研究中，一组研究人员，包括来自加州大学圣地亚哥分校的理论学家，首次揭示了通过红外辐射进行的热传递对化学反应的影响可能比传统技术（如对流和导热）更显著。 通过使用光学腔体限制红外光波，研究人员调查了硫酸铜五水合物（无机晶体）的热脱水过程。他们发现光与物质之间的相互作用（导致极化子形成）使所需的脱水温度降低了多达14摄氏度。这一降温是由于辐射能量传输，热能以光子的形式从较热区域辐射至较冷区域（晶体），这是一个先前被忽视的热传导机制。 这项研究揭示了一种通过使用光学腔体改变热化学过程的新方法。它为开发能够利用这些相互作用以精确控制特定化学反应和光电过程的催化系统提供了潜力。 研究结果于2025年1月16日发表在《自然化学》上。研究团队由加州大学圣地亚哥分校的Sindhana…