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华东师大最新科技成果速递

2022年07月06日 学术卓越

  随着暑热深入,华东师大科研团队近期自然科学研究工作进展火热,小编整理了今年4月-6月部分科研成果,一起来看吧!


1、参数曲线的模不变量研究上获突破


  参数曲线的模不变量是代数几何、算术代数几何(数论)、低维拓扑以及微分方程的基本不变量,在算术代数几何中表现为Arakelov不变量,在低维拓扑中体现为分式Dehn扭转系数。1980年代,肖刚系统研究了参数曲线的不变量,发现了著名的斜率不等式,是我校具有国际影响的特色研究。谈胜利发现了模不变量的计算公式,进而发现了一阶常微分方程的双有理不变量—陈省身数。部分研究成果“代数曲面的几何与模不变量”荣获2020年度教育部自然科学一等奖。

  非平凡参数曲线的模不变量是一些正的有理数,寻找它们的精确下界是几个领域的数学家关注的问题。当曲线的亏格为1时,人们知道模不变量的精确下界。当亏格大于1时,精确下界是一个未解决的问题。

  最近,数学科学学院谈胜利教授与大连理工大学的刘小雷博士(2012年博士毕业于亚搏官方(中国)有限公司)合作,给出了模不变量在亏格2时的精确下界,也给出了分式Dehn扭转系数在亏格2和3时的精确下界及分类。相关研究成果于4月20日以“On the sharp lower bounds of modular invariants and fractional Dehn twist coefficients”为题在线发表于国际著名数学期刊Jounal für die reine und angewandte Mathematik (Crelles Journal)。

Jounal für die reine und angewandte Mathematik (Crelles Journal)刊登相关研究成果


2、氟化修饰的聚赖氨酸材料靶向递送siRNA抵抗肥胖和代谢紊乱


  亚搏官方(中国)有限公司生命科学学院院徐凌燕研究员与程义云教授团队合作,在基于靶向脂肪组织的纳米递送系统抵抗肥胖和代谢紊乱方面取得重要成果。

  肥胖主要表现为脂肪过度累积,是糖尿病、脂肪肝、心血管疾病等代谢性疾病的重大风险因素。脂肪组织是一种代谢活跃、可塑性强的内分泌组织。靶向脂肪组织的基因治疗是当今临床预防肥胖症的有效策略。然而由于脂肪细胞内大量脂类物质,使得siRNA递送到成熟的脂肪细胞和脂肪组织中非常困难。团队合成并筛选出氟化修饰的聚赖氨酸材料F13-16,具有良好的抗血清和脂质耐受能力,能够高效的将siRNA递送进脂肪细胞和脂肪组织。

  团队选择脂肪代谢负调因子Tle3基因作为治疗肥胖的靶点,利用F13-16高效地将siTle3递送到小鼠米色脂肪,发现能够抵抗高脂饮食引起的肥胖,同时改善胰岛素敏感性、增加能量代谢和冷耐受能力。同时,小鼠脂肪产热和线粒体相关基因表达上调,脂肪组织中脂滴减小,肝脏脂质沉积改善。氟化修饰的聚赖氨酸材料F13-16可能作为脂肪细胞和脂肪组织有效的siRNA递送媒介和新型siRNA载体,有望被应用于肥胖及相关代谢性疾病的治疗中。

Biomaterials刊登相关研究成果

  相关研究成果以“A fluorinated peptide with high serum- and lipid-tolerence for the delivery of siRNA drugs to treat obesity and metabolic dysfunction”为题4月28日在线发表于国际生物材料领域顶级期刊Biomaterials


3、奇异测度谱性研究上取得重要进展


  傅里叶级数在数学物理及工程中具有重要作用。它可以将周期函数表示为正弦函数和余弦函数的无穷级数,这是因为正弦函数和余弦函数作为基是相互正交的。那么,一般测度的平方可积函数空间是否存在一组由指数函数构成的正交基可用于函数展开?这一性质被称为测度的谱性。Fuglede谱集猜想将测度的谱性与空间平铺(tiling)联系起来,受到广泛关注。

  分形几何中研究的奇异测度也可以具有谱性,但因为与绝对连续测度有着非常大的区别,近年来被众多学者所关注。数学科学学院分形团队李文侠教授、苗俊杰副教授及博士研究生王志强专注于奇异测度谱性的研究,给出了无穷卷积弱收敛的充要条件,从而证实了他人提出的一个猜测。在此基础上,他们利用无穷卷积给出了一类支撑集非紧的奇异谱测度,这极大地拓展了奇异测度谱性的研究对象。更进一步,他们构造了丰富的支撑集非紧的奇异谱测度,并证明了这些支撑集的维数具有介值性性质。相关研究论文“Weak convergence and spectrality of infinite convolutions”被国际著名数学期刊Advances in Mathematics接收并于2022年5月2日在线发表,将刊登在2022年8月第404卷。

Advances in Mathematics刊发相关研究成果


4、氟代砜亚胺调控SuFEx链接研究获进展


  华东师大化学与分子工程学院姜雪峰、王明团队在氟代砜亚胺的调控SuFEx(sulfur(VI)-fluoride exchange)链接方面取得进展。研究团队开发了氟代砜亚胺与TMS-炔的调控SuFEx链接化学,可快速链接高效构建S(VI)-C(sp2)键或S(VI)-C(sp)键。该链接运用硅-氟的强结合能 (BDE = 135 kcal/mol),通过三氟化硼作为氟转移试剂,协同实现S(VI)-F键的断裂和Si-C键的活化。研究成果以“多样性氟代砜亚胺与炔烃SuFEx链接(Divergent sulfur(VI) fluoride exchange linkage of sulfonimidoyl fluorides and alkynes)”为题,于2022年5月9日在《自然·合成》(Nature Synthesis)上发表。

Nature Synthesis刊发相关科研进展

  目前,已有的氟代砜亚胺SuFEx链接主要集中于S(VI)-N键和S(VI)-O键的构建,亲核性更低的碳端与氟代砜亚胺的SuFEx链接局限性很大,仅能实现预制备的高活性锂试剂和格式试剂与氟代砜亚胺的偶联。针对碳碳不饱和键与砜亚胺,SuFEx链接目前仍然无法实现。而不饱和键的预留对分子后续的二次链接、接力链接、多重链接,进一步引入复合功能基团具有重要意义。例如,预留烯烃可以发生硫醇-烯烃点击化学链接,预留炔烃可以发生叠氮-炔烃点击化学链接。因此发展一种高效快速的方法实现C(sp2)-/C(sp)-砜亚胺的SuFEx链接具有重要科学和应用价值。

  姜雪峰、王明团队秉承“从无机硫向有机硫转化”的理念,建立了具有一定国际认可度的“3S”(Smelless,Stable,Sustainable)有机硫化学,集中解决C-S、C=S、S-S、S-X、S=O、O=S=O六种含硫键型构建问题,成功建立系列科学模型,为含硫天然产物、医药农药、食品香料和光电材料等领域提供了合成基础。

  基于长期的硫化学积累,针对上述高氧化态硫SuFEx链接存在的挑战性问题,姜雪峰、王明团队开发了氟代砜亚胺与TMS-炔的调控SuFEx链接化学。当氟代砜亚胺的N-取代基是具有氢转移能力的苄基时,可快速链接构建S(VI)-C(sp2)键;当氟代砜亚胺的N-取代基是对甲苯磺酰基时,通过SuFEx链接则构建S(VI)-C(sp)键。该链接基于硅-氟的强结合能 (BDE = 135 kcal/mol),通过三氟化硼作为氟转移试剂,协同实现S(VI)-F键断裂和Si-C键活化。氘代跟踪实验表明反应通过分子内1,5-氢迁移将炔烃还原成烯烃。竞争实验表明苄位上存在供电子基团(如甲基)时,有利于加速1,5-氢迁移。DFT计算验证反应通过三氟化硼乙醚与硅基封端的苯乙炔现场生成二氟化硼苯乙炔中间体来活化氟代磺酰亚胺的S-F键,进而形成砜亚胺阳离子,与活化后的苯乙炔加成实现S-C键构建,再经过分子内1,5-氢迁移和水解脱除苯甲醛获得砜亚胺。


5、发布海洋-大气环境中微(纳米)塑料全球研究综述


  5月10日,《自然》子刊《自然综述:地球与环境》(Nature Reviews Earth & Environment)发表了海洋-大气环境中微(纳米)塑料研究重要进展文章。这篇前瞻性论文汇集了33位大气科学、海洋科学和塑料污染方面的国际专家的成果和观点,强调了将海洋-大气传输纳入整个塑料循环研究的重要性。

  亚搏官方(中国)有限公司河口海岸国家重点实验室李道季教授和刘凯博士为共同合作作者,文中海洋-大气微塑料研究的主要成果出自李道季教授领衔的亚搏官方(中国)有限公司海洋塑料和微塑料污染问题研究团队。

李道季教授团队在海南三亚出海开展海洋塑料和微塑料调查

《自然》子刊《自然综述:地球与环境》刊发海洋-大气环境中微(纳米)塑料研究重要进展

  大气中微(纳米)塑料运输和海洋-大气交换的发现,表明了一个高度复杂的海洋塑料循环过程,同时也伴随着对生态系统和人类健康的负面影响。尽管如此,现有观测数据十分有限。这项研究量化了海洋-大气微(纳米)塑料循环的过程和通量,目的是强调大气微(纳米)塑料运输中存在诸多未解之谜。据研究估算,每年有0.013-2500万吨的微(纳米)塑料有可能在海洋-大气中运输并沉降到海洋之中。

  然而,这些海洋-大气通量的高度不确定性与数据限制和研究之间的可比较性有关。为了解决海洋-大气微(纳米)塑料循环中的不确定性和知识鸿沟,该研究提出了未来的全球海洋-大气微(纳米)塑料观测战略,其中包括新的采样方法和建立一个可比较的、统一的全球数据集。而通过结合长期观测和广泛调查,这一战略将有助于确定海洋-大气微塑料污染的趋势,以及对未来政策和管理行动的响应。

  该研究是在联合国(UN)、联合国海洋环境科学问题联合专家组(GESAMP)和世界气象组织(WMO)联合支持下,组织全球12个国家知名学者开展深入研讨,共同完成。


6、Springer出版上海高中数学教师职初阶段专业成长跟踪调查专著


  长期以来,我国的数学课堂教学具有教师为中心、内容为焦点、考试为导向的特征。是否有教师开展以学生为中心的教学?他们如何形成专业发展?特别地,他们带着什么样的教学信念与知识走上教师岗位,又是哪些因素影响了他们的专业成长?

  亚搏官方(中国)有限公司数学科学学院鲁小莉博士用两年跟踪调查了三名上海高中数学教师职初阶段的专业成长,通过结合教师专业发展作为复杂动态系统的相关理论、融入认知与情境的学习理论,揭示不同教师专业成长背后的个体系统内部、个体与环境之间各因素的互动机制。研究成果5月10日以“Novice Mathematics Teachers’Professional Learning: A multi-case study in Shanghai”为题的学术专著在国际著名的科技类出版社Spinger出版。

Spinger出版鲁小莉博士学术专著

  该研究指出:(1)尽管新教师表达了对以学生为中心的数学教学的热衷,但因受到个人经验和环境的影响,他们还是选择指向以教师为中心的教学实践的专业成长;(2)仍有一位新教师在其专业成长中发展了以学生为中心的教学实践,这需要在教师教育阶段给予其特定的教学实践方法与相关知识;(3)在三名新教师的9个师徒带教关系中出现四种带教模式,其中合作型不仅对新教师开展“以学生为中心的教学实践”的专业成长有积极作用,也将有利于经验型教师的专业发展,从而促进良好教研体系的发展。


7、高阶半线性椭圆方程全空间解的存在性问题上取得重要成果


  高阶半线性椭圆方程是近二十年来的一个热门的研究课题,一方面,这类方程出现在许多物理模型和共形几何问题中;另一方面,高阶椭圆方程解的结构更加复杂和丰富,许多二阶椭圆方程的技术手段不再适用,给研究者提出了许多新的挑战。对于Rn上带Hardy-Hénon位势的重调和方程(-△)mu=|x|σup,全空间经典正解的Liouville型定理一直困扰着大家。虽然临界指标已被研究者们熟知,但存在性问题一直没有得到完整的解决。

  数学科学学院叶东教授和他的越南合作者Ngo在论文“Existence and non-existence results for the higher order Hardy-Hénon equations revisited”中,采用与近十年该问题的主流研究不同的思路,另辟蹊径,通过考虑分布意义下弱解的存在性、积分表达以及多重上调和性质、弱解和经典解的联系,得到了n≥2m>-σ,p>1时全空间经典正解存在性的完整刻画。这一研究成果今年5月14日在线发表于Joseph Liouville 1836年创办的国际著名数学期刊Journal de Mathématiques Pures et Appliquées

Journal de Mathématiques Pures et Appliquées刊发相关研究成果


8、验证种群补偿效应在维持树种分布边界和植物多样性中的重要性


  5月22日,正值国际生物多样性日之际,生态学著名期刊Ecology Letters在线发表了华东师大生态与环境科学学院和浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站张健团队的研究成果。

Ecology Letters刊发相关研究成果

  这项研究聚焦于在树种的分布边界,树木是如何通过生长、死亡与繁殖等过程来响应气候变化。基于大陆尺度上81个树种的30多年(1985-2018)的长期监测样地,通过32万多株植物个体的动态监测数据,本研究检验了种群补偿效应(即树木生长、死亡与繁殖之间的权衡关系)在维持物种分布边界的种群稳定性以及植物多样性中的重要性。

  研究发现,种群补偿效应在这81个树种中并非普遍存在,并且即使出现种群补偿,树种也难以有效维持边界种群。研究进一步发现,最暖月温度是物种分布范围收缩的主要驱动因素,表明当前温度可能已超出了这些树种的温度适宜范围,揭示了这些树种对气候变化的脆弱性,为全球变化背景下的生物多样性保护与管理提供了重要科学依据。

  这项研究联合了加拿大不列颠哥伦比亚大学、阿尔伯塔大学、荷兰瓦赫宁根大学、兰州大学和福建师范大学等国内外高校,华东师大博士研究生生杨贤宇为第一作者,张健教授为通讯作者。


9、揭示海洋锋面调制浮游植物春季水华的爆发时间与规模


  亚搏官方(中国)有限公司河口海岸学国家重点实验室研究员刘东艳研究团队研究利用18年的卫星遥感数据与3次海洋锋面观测数据,建立了浮游植物春季水华与锋面、湍动能之间的时空变化关系。提出海洋锋面强度与结构的季节变化是推动混合层深度与湍流扩散改变的关键中尺度物理过程,与大气强迫条件共同调制了浮游植物春季水华的爆发时间与规模。

冬季到春季海洋锋面结构变化与浮游植物水华爆发关系的示意图

  海洋锋面强度和结构的季节改变提高了水体稳定度,促使更浅混合层深度的形成与浮游植物在上层水体的聚积,同时加速了营养盐从近岸向陆架的输送,营造了引起浮游植物快速生长的光照与营养盐环境。陆架春季水华的起始时间对应着湍动能产生速率接近零的海洋环境条件,水华的量级与锋面结构的变化时间、程度,以及更弱湍流显著相关,包含了物理聚集与生物生长两个叠加过程。

陆架水环境变化与春季水华发生对应锋面强弱变化(冬季-春季)

浮游植物春季水华 (遥感叶绿素a浓度)与湍动能产生速率 (TKERT)关系的年际特征分析

  研究结果对利用海洋生态动力学模式模拟和预测春季水华特征具有重要参考价值。研究论文以“The coastal front modulates the timing and magnitude of spring phytoplankton bloom in the Yellow Sea”为题,于5月25日在线发表在国际重要学术期刊Water Research上。论文第一作者:吕婷,博士生;通讯作者:导师刘东艳研究员与王玉珏副研究员。

Water Research发表刘东艳研究团队研究成果


10、基于碳沉积-碳消除动态平衡策略的高效长寿命催化剂应用于甲烷干重整制备合成气


  亚搏官方(中国)有限公司赵晨课题组与厦门大学王帅课题组合作,在Cell Press细胞出版社旗下Chem Catalysis期刊上于5月27日以“Ultra-durable Ni-Ir/MgAl2O4 catalysts for dry reforming of methane enabled by dynamic balance between carbon deposition and elimination”为题发表了研究论文。该研究提出CH4解离和CO2活化速率匹配的平衡机制,通过Ni、Ir、MgAl2O4直接的协同作用,构建了Ni-Ir/MgAl2O4合金催化剂,在长时间甲烷干重整反应过程中实现零积碳生成。

Chem Catalysis发表相关研究成果

  甲烷干重整(DRM)是生产合成气(CO和H2的混合物)的主要方法,而合成气是燃料和化学品工业生产的关键平台物质,可通过下游反应生产烷烃、烯烃、芳烃、醇类等多种化工中间体和原料。在高温反应过程中,催化剂存在严重的积碳和金属烧结问题,这限制了其大规模应用。研究者都致力于探究零积碳的催化剂体系以得到长寿命的甲烷重整催化体系,而解决这一问题的核心是建立催化剂表面上的CH4解离和CO2活化之间有效的平衡。

  最近,亚搏官方(中国)有限公司赵晨课题组与厦门大学王帅课题组合作提出了一种CH4解离和CO2活化速率匹配的平衡机制,以建立碳沉积和碳消除之间的平衡。并据此构建高分散的Ni-Ir/MgAl2O4合金催化剂,其中Ni活化CH4,MgAl2O4吸附CO2形成表面碳酸盐,而 Ir 有效地利用碳酸盐来消除CH4解离产生的碳物质。DTF计算进一步揭示了Ir上的CO2活化优于Ni源于其更强的亲氧性。在最佳Ni/Ir原子比为1/2的情况下,在工业相关温度下对甲烷进行干重整,在高活性和长周期稳定性(600 h)情况下实现了零碳沉积生成。

DRM中的平衡机制


11、钙钛矿太阳电池稳定性合作研究获进展


  纳光电中心宋也男副研究员联合上海交大韩礼元团队在钙钛矿太阳电池稳定性方面取得了重要进展,相关成果于5月30日以“In situ growth of graphene on both sides of a Cu–Ni alloy electrode for perovskite solar cells with improved stability”为题在线发表在国际高水平期刊Nature Energy中。华东师大纳光电中心的硕士生何思凡为共同第一作者。

Nature Energy刊发相关研究成果

  金属卤化物钙钛矿太阳电池因其高效率、低成本的优势,获得了新能源领域的广泛关注。然而,有机无机杂化的钙钛矿离子晶体在工况条件下易发生卤素离子的移动(分解),迁移离子易与功能层(电荷传输层、电极材料等)发生负面反应,进一步加速钙钛矿的分解并导致功能层失效,缩短器件寿命。以上问题已成为钙钛矿太阳电池技术的发展瓶颈。

  该工作为钙钛矿太阳电池设计了一种新型碳化合金复合电极及相关界面层材料,实现了高效且稳定的钙钛矿器件。铜的合金化(镍)在增强其自身电化学稳定性的同时,可通过组分工程方便的调节功函数,以适用于不同结构的钙钛矿太阳电池。更为重要的是,铜镍合金恰是原位制备高质量石墨烯的理想材料,从而可在合金电极上下表面形成对外界水、氧与内部原子、离子的物理阻隔层。

  该复合电极通过具有导电网络的热塑性粘合层,在热压辅助下,与电荷传输层形成良好的界面欧姆接触,从而制备了高效稳定的电荷传输层/电极异质结构。基于复合电极良好的化学惰性与优异的物理阻隔特性,电池内部的负面反应与钙钛矿的分解均得到强效抑制。

  最终,该团队制备的钙钛矿器件获得了24%以上的高效率,在连续光照条件下工作5000小时后效率几乎不衰减。该项成果为钙钛矿太阳电池的电极设计提供了新的思路,对于推进钙钛矿太阳电池产业化具有重要意义。

基于不同电极的钙钛矿太阳电池的稳定性


12、亚太河流塑料入海通量项目被正式接受为联合国“海洋十年”联合国机构实施项目


  6月8日,联合国教科文组织政府间海洋学委员会(UNESCO-IOC)在“世界海洋日”公布了新一批“联合国海洋科学促进可持续发展十年(2021-2030)”(简称“海洋十年”)入选项目。由联合国教科文组织政府间海洋科学委员会海洋塑料垃圾和微塑料区域培训与研究中心主任、亚搏官方(中国)有限公司塑料循环与创新研究院院长、河口海岸学国家重点实验室教授李道季领衔的联合国教科文组织政府间海洋科学委员会(UNESCO-IOC)“遏制亚洲地区河流塑料垃圾入海”项目被正式接受成为“海洋十年”联合国实施项目(UN22. Stem the tide of Asia’s riverine plastic emission into the ocean)。目前,有来自泰国、印度尼西亚、越南、马来西亚等7个国家,10家科研、政府、企业等机构将共同参与项目实施。项目将开展现场调查、联合研究、公众意识宣传、塑料垃圾管控和处理经验和成果交流等活动,通过推动当地利益相关方参与,提高科学信息的透明度和可信度,强化以科学为基础的减排行动,共同应对全球海洋塑料污染这一严峻环境问题。

  此次“海洋十年”行动针对多项“海洋十年”挑战,通过多学科、多部门合作,共同设计,基于现场采样、实地考察、分析和建模等方法,更好地了解亚太地区河流塑料和微塑料的来源、途径、通量、泄漏和聚集热点。通过开展联合研究、获取和分享经验教训、最佳实践、技术创新以及地方政府、非政府组织、企业和私营部门的参与,共同促进管理、基础设施、技术和行为解决方案以减少河流塑料和微塑料向海输入。此外,该行动还将继续培养发展中国家青年科学家和学生对解决涉及海洋塑料和微塑料污染问题方面的研究能力。项目成果将为亚太地区河流塑料和微塑料污染应对提供区域管理的可持续发展行动方案,服务区域国家参与制定联合国终结塑料污染具有法律约束力的国际文书,促进各国更加深入地参与海洋塑料污染全球治理进程。


13、在靶向G蛋白偶联受体(GPCR)的肿瘤微环境小分子调节剂开发领域获进展


  亚搏官方(中国)有限公司刘明耀教授、卢伟强副研究员团队在靶向G蛋白偶联受体(GPCR)的肿瘤微环境小分子调节剂开发领域取得重要进展。

  近年来以PD-1抗体为代表的免疫检查点疗法(ICB)已在多种癌症中展现了良好的临床疗效,然而大多数癌症对ICB疗法仍然存在高度耐受性。而免疫抑制性微环境是介导肿瘤免疫疗法耐受的主要原因。因此,靶向肿瘤微环境免疫抑制开发创新型药物,是扩展和增强现有ICB疗法疗效的有效途径。癌细胞可分泌PGE2等免疫抑制性代谢物促进肿瘤免疫抑制与肿瘤免疫耐受。抑制环氧合酶COX-2可有效抑制PGE2的产生,但长期使用COX-2抑制剂会引起胃肠道副作用和心血管副作用。EP4是介导PGE2免疫抑制信号的关键受体,因此开发EP4拮抗剂是阻断PGE2免疫抑制功能的新策略。

  该团队长期专注EP4受体生物学功能研究和药物发现(EMBO Molecular Medicine 2021,Journal of Medicinal Chemistry 2020)。近日,该团队通过骨架跃迁策略设计并合成了一系列4,7-二氢-5H-噻吩并[2,3-c]吡喃衍生物作为EP4受体的新型小分子拮抗剂,同时通过高效GPCR筛选平台,经过多批次的结构优化和筛选,最终获得先导化合物47。该化合物有效抑制肿瘤相关巨噬细胞活化,促进T细胞介导的抗肿瘤免疫反应,而且具有良好的成药性。目前该团队自主开发的代表性EP4拮抗剂YY001已经正式获批开展I期临床试验。

  Journal of Medicinal Chemistry刊发相关研究成果

  相关研究成果于6月9日以“Scaffold Hopping Strategy to Identify Prostanoid EP4 Receptor Antagonists for Cancer Immunotherapy”为题发表在国际药物化学权威期刊Journal of Medicinal Chemistry


14、转化废弃塑料PET为汽车燃料和防冻液


  聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是最丰富的聚酯塑料,广泛应用于纺织品与包装行业,为人类生活带来极大便利。但每年约有千万吨的废弃PET排入海洋,水体以及海洋生物的健康受到微塑料的严重威胁。为解决白色塑料污染问题,实现废旧塑料的回收与再利用,近日,亚搏官方(中国)有限公司化学与分子工程学院教授赵晨及其团队在《自然-通讯》(Nature Communications)上于6月10日发表了以 " Converting waste PET plastics into automobile fuels and antifreeze components" 为题的研究论文,为海洋塑料问题的解决提供了可行的方案。

Nature Communications发表相关研究成果

  赵晨教授团队开发一种在无氢条件下,一锅法将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)定量转化为对二甲苯(PX)和乙二醇(EG)的低成本工艺。该工艺使用甲醇作为解聚与供氢溶剂,改性非贵金属Cu/SiO2为催化剂,集合PET醇解、甲醇脱氢与DMT选择性加氢脱氧过程为一体,实现了废弃聚酯塑料直接转化为汽油燃料和防冻液成分。

  该研究工作为资源匮乏且被塑料堆积问题所困扰的海岛提供了一种可行的处理塑料工艺,无需外部氢气,使用一锅法即可将废弃物转化海岛上能源储备。在最大化节约成本、节省能源的情况下创造高附加值产品,为废弃塑料提供了一个绿色高效且能创造经济效益的降解新技术。


15、感潮河口近底部边界层的湍流结构和间歇性猝发事件观测获突破


  河口海岸学国家重点实验室汪亚平教授团队在长江口外水下三角洲前缘15 m处进行了多个潮周期的座底式和船载锚系观测,获得了高质量水沙动力资料,开展感潮河口近底部边界层的湍流结构和间歇性猝发事件研究,研究成果6月14日以“Turbulence Structure and Burst Events Observed in a Tidally Induced Bottom Boundary Layer”发表在国际重要学术期刊Journal of Geophysical Research: Oceans上。

Journal of Geophysical Research: Oceans发表汪亚平教授团队研究成果

  论文揭示了在不规则半日潮海区底边界层内湍流相干结构的潮周期性变化特征:随着一日内潮汐过程的发展,四个象限的时间占比(Time share)与雷诺应力贡献(<u’w’> contribution)发生了周期性的变化。研究还指出,湍流能量生成耗散的不平衡对湍流相干结构起到了重要的控制作用。落潮期间,更高的耗散率导致Inward与Outward事件的时间占比增加,进而引起对雷诺应力贡献的周期性变化。

湍流相干结构四象限事件的潮周期变化特征

  通过定义频率(Frequency)、持续时间(Duration)以及平均强度(Strength)和有效强度(Intensity)四个参数,来定量刻画湍流猝发事件的间歇性特征。可以看出,不同象限事件控制的雷诺应力平均强度大小基本一致、但方向相反,而考虑了频率的持续时间的有效强度则完全由Ejection和Sweep控制的猝发事件占优。因此,频率和持续时间是不同象限事件之间主导地位差异性的主要控制因素。

湍流相干结构不同象限事件控制下的猝发事件的统计特征指标

  研究还进一步发现了上抛和下扫对沉积物垂向输运的控制作用,内向和外向运动则对细颗粒沉积物的再悬浮有重要影响,会导致悬沙沉速1 mm/s的量级变化。值得注意的是,基于三脚架观测资料获得了长江水下三角洲前缘平均态的拖曳系数为0.00297,非常接近学术界常用的数值0.0025。

  本研究发现了湍流相干结构的在感潮河口环境中的潮周期变化特性,并指出了内在的动力机制,提出了描述湍流间歇性的新指标,加深了对底边界层内湍流结构的认识,为未来的微观尺度沉积-动力过程研究提供了重要的线索和思路。


16、评估全球树种多样性保护现状


  6月16日,美国科学院院刊PNAS在线刊登了亚搏官方(中国)有限公司生态与环境科学学院和浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站郭文永研究员团队及其合作者的成果High exposure of global tree diversity to human pressure,该研究利用目前最详尽的全球树种数据库,对46752个树种的保护现状进行了量化分析。

PNAS刊登相关研究成果

  研究发现,平均而言,一个树种的大约50%的生境处于保护区之内,但是有6377种完全没有保护,而这些物种恰恰都是分布区较小的易濒危物种。结合全球人类影响综合指数数据发现,83%的树种目前正遭受着不可忽视的人类活动影响。

  基于物种多样性、谱系多样性和功能多样性三个维度的多样性等级排序,获得全球树种优先保护区可以大幅度增加对全球树种、尤其是分布区较小的树种的保护程度。此外,该树种多样性优先保护区与一些国际主要生态保护组织发布的全球优先保护区域框架相吻合,尤以WWF提出的“全球200重点生态地区”(Global 200 ecoregions)吻合度最高。该研究不仅强调了保护全球树种的紧迫性,同时也表明对树种优先区域的保护与对生态系统整体多样性保护的目标高度一致。

  图示为(a)全球46752个树种在当前保护区(PAs)、树种多样性最高的前17%(top 17%,《生物多样性公约CBD》提出的2020年全球保护区目标)和前50%(top 50%,“半个地球”倡议提出的2050年全球保护区目标)区域内的受保护程度及其变化情况(%),以及(b)这些物种在前述区域内的分布区所对应的人类影响综合指数(Human Modification Index, HMI;0代表无人类影响,1代表完全的人类产物)。人类影响综合指数划分为三个等级:低(0 ≤ HMI ≤ 0.1), 中(0.1 < HMI ≤ 0.4), 和高(0.4 < HMI ≤ 1.0)。

  郭文永研究员为第一作者兼通讯作者,丹麦奥胡斯大学Jens-Christian Svenning 教授为共同通讯作者,55位合作者来自中国、日本、法国、英国、德国、南非、美国、加拿大、巴西、澳大利亚、新西兰等23个国家的60余家科研机构。


17、观测到超流液氦中分子的自由转动


  近日,国际学术期刊Physical Review Letter“Editors’ Suggestion”“Featured in Physics”报道了亚搏官方(中国)有限公司精密光谱科学与技术国家重点研究室吴健教授及合作团队在超流液氦中分子超快动力学最新进展,并在美国物理学会网站Physics Synopsis栏目作亮点报道。

  长期以来,研究人员对于液氦中分子超快动力学行为展现出了浓厚的研究兴趣。溶于液氦中的分子可吸附数个氦原子,并与周围氦原子相互作用,导致无法实现超流液氦中与气态孤立分子一样的自由转动。围绕这一问题,华东师大精密光谱科学与技术国家重点实验室吴健教授团队利用自主发展的氦纳米液滴反应显微镜实验平台,在超快飞秒激光脉冲的作用下,对包裹在超流氦纳米液滴中的氘气(D2)激发产生转动波包并对其超快转动动力学进行探测。氘气分子极快的转动速度能够尽可能的减小液体环境对其转动动力学的影响。实验发现,溶于氦纳米液滴中的D2分子经过约500个完整转动量子周期演化后,转动波包依旧保持了良好的相干性。我们发现D2分子的转动动力学具有和孤立分子自由演化波包相同的量子周期和转动常数。这一发现很好的弥合了过去研究中宏观和微观条件下的超流判据的差异,直接验证了氦纳米液滴超流特性,推动了学界对超流本质的理解。

超流氦纳米液滴中分子的转动实验测量示意图

  该工作6月17日以“Femtosecond Rotational Dynamics of D2 Molecules in Superfluid Helium Nanodroplets”为题在物理学重要学术期刊Physical Review Letter上发表。相关研究工作受到科技部、国家自然科学基金委、上海市科委项目的大力支持。

Physical Review Letter发表相关研究成果


18、通过二阶优化放大进行无线联邦学习


  联邦学习作为一种充满前景的学习范式,其可以在解决日渐增长的数据孤岛问题的同时保证数据的隐私安全问题。然而,在无线边缘场景下联邦学习会在资源有限的无线网络上产生大量面向任务的数据流量,造成严重的通信瓶颈。为了提升无线联邦学习的通信效率,现有的大部分研究工作都采用有着较慢收敛速度的一阶联邦优化方法,这会导致设备与服务期间的用于本地模型更新的通信轮数大大增加。

  针对上述问题,亚搏官方(中国)有限公司软件工程学院王廷副教授的团队提出了一种基于空中计算(Over-the-Air Computation)技术的二阶联邦优化方法,以此可以同时实现联邦学习中总通信轮数的减少和全局模型聚合延迟的降低。本工作从无线通信场景下的联邦学习系统、训练方法、通信模型三个维度出发构建了一个新型的联邦学习框架,并在复杂场景下(如数据异构性、设备选择不确定性、无线信道噪声等)对其训练的收敛性进行了严格的数学证明和理论分析,然后基于收敛性分析结果设计了一种针对设备选择和波束赋形的联合优化方法。该工作一方面基于空中计算技术利用多接入信道中波束的叠加特性实现了低延迟的模型聚合,另一方面通过二阶算法的快速收敛特性大大减少了训练迭代轮数,有效解决了当前无线联邦学习方法所饱受的通信瓶颈问题。同时,通过所提出的联合优化方法进一步提升了训练的精确度。相关研究成果于6月19日以 “Over-the-Air Federated Learning via Second-Order Optimization”为题被国际高水平期刊IEEE Transactions on Wireless Communications(中科院一区)接收。该论文已在IEEE官方网站上线。

IEEE网站刊登王廷副教授团队研究成果


19、揭示省际贸易下公众责任意识与生物多样性损失威胁的匹配度偏差


  中国是全球生物多样性较高的国家之一,但随着经济全球化的不断深入,生物多样性损失日益严重。公众对生物多样性的保护意识对于实现自然资源的可持续生产和消费至关重要。亚搏官方(中国)有限公司地理科学学院黎夏教授团队首次在国家尺度上利用社交媒体数据和多区域投入产出模型评估了中国公众对与跨省贸易相关的生物多样性丧失的认识。

  研究发现,中国的省际贸易活动不仅对本地物种产生威胁,对远距离物种也造成了一定的威胁。大约60%的省份将超过一半的生物多样性威胁转嫁到了其他省份。然而,公众作为消费者并没有清楚地意识到他们对遥远地区生物多样性丧失的责任。为了缓解这种认知偏差,国家级自然保护区的建设可有效地提升中国公众的生物多样性保护意识。该研究呼吁社会层面和政府层面之间的协同合作,以扭转生物多样性丧失的趋势;也为生物多样性保护公益组织提供了针对性信息。

  相关研究成果于6月20日以“China’s Mismatch of Public Awareness and Biodiversity Threats under Economic Trade”为题在线发表于国际著名期刊Environmental Science & Technology。华东师大博士研究生刘晓娟为第一作者,黎夏教授为通讯作者。

Environmental Science & Technology发表黎夏教授团队研究成果


20、资深数学资优生教师的工作留任及其影响因素研究


  数学竞赛及其相关活动是中国数学资优教育的重要组成部分,对于鉴别和培养青少年的数学才能具有重要作用。在中国,学校数学竞赛的教师既要负责全体学生的数学基础,又要兼顾数学资优生的竞赛教学工作,这项工作需要教师的辛勤劳动和无私奉献。一般情况下,有些从事数学竞赛辅导的教师在工作一段时间后会离开这个岗位,只负责学校的常规数学教学。因此,研究教师从事数学竞赛教学工作的影响因素,探寻他们长期坚持资优生教学的原因,对数学资优生培养和数学资优教师发展都具有重要意义。

  近日,数学科学学院熊斌教授团队以4位杰出的中国数学竞赛教师为个案,通过半结构化的深度访谈收集数据,采用基于双因素模型的主题分析法分析了这4位教师为何能在该领域坚持20多年。研究表明,影响留任的主要内部因素为认可、成就感、自身成长、工作本身和责任感,外部因素为政策和人际关系。相关研究成果“Internal Persistence and External Support—What Makes Chinese Teachers of the Mathematically Gifted Stick to Their Post?”于6月20日在线发表于国际著名心理学期刊Frontiers in Psychology

Frontiers in Psychology发表熊斌教授团队研究成果


21、在Severi不等式问题研究上取得系列进展

  

  不规则代数簇是正亏格曲线的自然推广。与之密切相关的一个问题称为Severi不等式问题,该问题的目标是建立不规则代数簇的典范体积和欧拉特征之间的数值不等式。数学科学学院张通研究员与上海交通大学胡勇副教授合作,在Severi不等式问题上取得了系列进展。对于具有极大Albanese维数的纤维化,他们建立了最佳的相对Severi不等式,从而回答了该方向一个始于2014年的公开问题。他们同时还发现了相对Severi不等式与经典Severi不等式之间的一个新联系。

  在另一项研究工作中,张通和胡勇利用相对典范映射的细致分析,建立了所有三维不规则代数簇应当满足的最佳Severi不等式。由于其形式与三维代数簇的Noether不等式相关,该不等式也称为Noether-Severi不等式。他们同时完整分类了满足Noether-Severi等式的三维不规则代数簇,并刻画了其拓扑基本群。

  上述系列成果分别以“Relative Severi inequality for fibrations of maximal Albanese dimension over curves”“Noether–Severi inequality and equality for irregular threefolds of general type”为题,于6月正式发表在国际著名数学期刊Forum of Mathematics, SigmaJournal für die reine und angewandte Mathematik (Crelles Journal)上。

Forum of Mathematics刊发相关研究成果

Journal für die reine und angewandte Mathematik 刊发相关研究成果


22、在Fargues-Rapoport猜想上取得突破


  朗兰兹(Langlands)为了将数论中的Artin互反律推广到非阿贝尔扩张提出了一系列深刻的猜想。这一系列猜想现在被称为朗兰兹纲领。此纲领融合了来源于数论的Galois表示、来源于分析的自守表示以及来源于几何的代数簇上同调,因而被称为现代数学中的“大一统”理论。先后有四位数学家Drinfeld、Lafforgue、吴宝珠、Scholze因相关工作获得了数学最高奖之一的菲尔兹奖。

  RZ空间由Rapoport(ICM 45分钟报告人)和Zink于上世纪九十年代引入,后被用于局部朗兰兹对应的实现。p进周期空间是从RZ空间的一般纤维到旗簇的p进周期映射的像,而弱可允许子集则是p进周期空间的一个代数逼近。根据Colmez(ICM 45分钟报告人)和Fontaine(法国科学院院士、ICM 45分钟报告人)的结果,弱可允许子集与p进周期空间具有相同的经典点。Fargues和Rapoport提出了一个猜想,给出了在基本情形下弱可允许子集与p进周期空间相等的一个等价条件。2021年在一项发表于国际新兴重要数学杂志Camb.J.Math的工作中,数学科学学院陈苗芬副教授与Fargues及申旭合作证明了 Fargues-Rapoport猜想。

  针对非基本情形的Fargues-Rapoport猜想,Hartl研究了一般线性群下弱可允许子集与p进周期空间相等的所有可能的群数据。最近陈苗芬独立将Hartl的主要结果从一般线性群拓展到任意的约化群,从而完全证明了非基本情形的Fargues-Rapoport猜想。本项工作于6月25日在国际顶级数学杂志J.Eur.Math.Soc.上在线发表。

  


23、联合研究揭示跨生态系统的长距离相互作用塑造滨海湿地结构与韧性


  亚搏官方(中国)有限公司生态环境学院刘权兴教授课题组联合国内外科学家,以我国黄海典型滨海湿地景观为研究对象,通过分析40年的多源数据并建立理论模型,研究了外来物种互花米草定殖扩张过程中本地物种芦苇和盐地碱蓬空间分布的变化规律及其驱动机制,揭示出“长距离相互作用”对于驱动滨海湿地生态系统变迁发挥关键作用。

  研究团队首先通过解译江苏盐城湿地珍禽国家级自然保护区核心区40年的Landsat遥感影像,发现在互花米草定殖并占据低潮位区域后的5年后,中潮位的盐地碱蓬群落面积开始表现出快速萎缩趋势。有趣的是,碱蓬盐沼的萎缩并非由外来种互花米草直接侵占,而主要是由高潮位的本地种芦苇扩张侵占导致。

  研究团队进一步通过综合分析植被分布、高程、沉积物、土壤盐分等数据,构建了基于种群增长、空间扩散、种间竞争和生物—地貌反馈等基本生态过程的偏微分方程理论模型,揭示了盐分介导的长距离相互作用是近年来碱蓬盐沼快速萎缩的关键驱动机制:米草具有发达的地下根茎系统,能够通过捕获沉积物促进低潮位的沉积过程从而导致高程的局部抬升,从而对潮水产生阻抑效应,减少中潮位的水淹时间和盐分输入;分析发现,这种作用虽然短期内较为微弱,但其长期积累效应可能导致中潮位土壤盐分下降到适合芦苇生长的临界阈值(与遥感观测的5年时滞期一致),从而显著改变芦苇和碱蓬之间的竞争关系,即具有较强竞争力的芦苇快速占据原先高度盐渍化(只能生长耐盐程度较高的碱蓬)的中潮位滩地,最终导致碱蓬盐沼系统丧失。模型分析表明,在数十年的时间尺度上,这种长距离相互作用最终能够深刻改变该区域滨海湿地的生态系统稳态和韧性。

  该研究6月27日以“Long-distance facilitation of coastal ecosystem structure and resilience”为题在线发表于《美国科学院院刊》(PNAS)。南京大学博士生王博和亚搏官方(中国)有限公司博士生张康为论文共同第一作者,亚搏官方(中国)有限公司刘权兴教授和南京大学徐驰教授为论文共同通讯作者,复旦大学贺强教授、荷兰皇家海洋研究所Johan van de Koppel教授、美国布朗大学Mark Bertness教授等国内外研究者共同参与本项研究。

PNAS发表相关研究成果




来源、图文|科技处 编辑|于洋 编审|郭文君 吕安琪

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