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【香港商報網】中國科大兩項重大成果同登《S

来源:未知 发布时间:2020-10-17 13:03 浏览次数:

  10月9日,中國科學技術大學趙忠教授團隊和季恆星教授團隊的兩項科研成果在國際頂尖雜誌《Science》上刊發。前者找到植物幹細胞免疫病毒的關鍵因子—WUSCHEL(WUS)蛋白,揭示了植物幹細胞的廣譜抗病毒機制,後者則在新型鋰離子電池電極材料研究方面取得重大突破:全新設計的黑磷複合材料使兼具高容量、快速充電且長壽命的鋰離子電池成為可能。

  9日,中國科學技術大學在其官方微信公眾平台推送文章《Science,一期兩篇!中國科大團隊厲害了!》。文章指出,該校生命科學學院趙忠教授團隊通過發育生物學和植物病毒學兩個領域的交叉研究,找到了植物幹細胞免疫病毒的關鍵因子—WUSCHEL(WUS)蛋白,揭示了植物幹細胞的廣譜抗病毒機制。

  通過碳磷共價鍵連接在一起的黑磷複合材料具備更加穩定的結構和更高的鋰離子傳輸能力(石千惠,董逸涵,梁琰,中國科大新文科基金支持)

  目前,植物病毒病害已經成為農業生產中的第二大病害,植物一旦染上病毒將帶來毀滅性的後果,比如在水稻中由稻飛虱傳播的病毒(條紋葉枯病和黑條矮縮病)一旦爆發,輕則減產16%左右,重則絕收。

  趙忠團隊以傳統的莖尖脫毒技術為靈感來源,歷經8年潛心研究,發現WUS是一個存在於植物幹細胞中的關鍵抗病毒蛋白。這個蛋白受病毒感染誘導,並且通過直接抑制一類甲基轉移酶基因,影響了細胞參與蛋白質合成的主要細胞器-核糖體的組裝,從而降低了蛋白質合成速率。

  研究人員在植物細胞中表達WUS蛋白,可以保護植物免受病毒的感染。同時他們還檢查了多種病毒,並證實WUS蛋白均可以抑制這些病毒對植物細胞的感染,說明WUS蛋白介導的幹細胞病毒免疫具有廣譜性。

  這項工作研究了植物分生組織存在的廣譜抗病毒免疫活性,第一次發現在病毒抗性和分生組織維持基因之間存在如此精確的分子連接。同行專家評論:「此研究解決了一個長期存在且備受關注的問題,是植物病理學和植物發育領域的一個開創性研究。」

  團隊研究人員表示, WUS作為一個保守的幹細胞調節蛋白,其同源蛋白存在於多種植物中。WUS蛋白介導的廣譜抗病毒機制可以為多種作物抗病毒防治提供一個新的研究思路,可能為解決全球糧食穩產帶來新曙光。

  他們在新型鋰離子電池電極材料研究方面取得重大突破:全新設計的黑磷複合材料使兼具高容量、快速充電且長壽命的鋰離子電池成為可能。

  電動汽車愈發受到市場青睞,但漫長的充電時間也讓人望而卻步。傳統燃油汽車僅需五分鐘即可滿油增程500公里,而目前市售最先進的電動汽車則需要「坐等」充電一小時才能達到同樣的增程效果。

  電極材料是決定電池性能指標的關鍵因素之一。「我們希望能夠發現一款既能在綜合性能指標方面給行業以期待,又能適應工業化電池生產流程的電極材料。」季恆星教授說。

  論文第一作者金洪昌博士介紹:「能量通過鋰離子與電極材料的化學反應進出電池,因此電極材料對鋰離子的傳導能力是決定充電速度的關鍵;另一方面,單位質量或體積的電極材料容納鋰離子的多少也是一個重要因素。」

  季恆星團隊採用「界面工程」策略將黑磷和石墨通過磷碳共價鍵連接在一起,在穩定材料結構的同時提升了黑磷石墨複合材料內部對鋰離子的傳導能力。他們用輕薄的聚合物凝膠做成防塵外衣,「穿」在黑磷石墨複合材料表面,使鋰離子得以順利進入。

  「我們採用常規的工藝路線和技術參數將黑磷複合材料做成電極片。實驗室的測量結果表明,電極片充電9分鐘即可恢復約80%的電量,2000次循環後仍可保持90%的容量。」

  共同第一作者,中國科學院化學研究所的辛森研究員介紹說,「如果能夠實現這款材料的大規模生產,找到匹配的正極材料及其他輔助材料,並針對電芯結構、熱管理和析鋰防護等進行優化設計,將有望獲得能量密度達350瓦時/千克並具備快充能力的鋰離子電池。」

  具備能量密度350瓦時/千克的鋰離子電池能夠使電動汽車的行駛里程接近1000千米,而特斯拉Model S滿電後的行駛里程為650千米。而快速充電能力將使電動汽車的用戶體驗上升一個台階。

  「深入認識電極材料的微觀結構、理化性質和電化學反應過程等基礎科學問題,掌握以界面工程為例的化學手段,同時了解產業界對核心材料的性能需求是實現電池技術突破,推進相關領域如消費電子、電動汽車行業發展的必備條件。」

  季恆星教授說,「我們將在現有基礎上持續努力,使論文中的研究結果更加貼近電池產業的要求。」(范瓊 柏永)