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1 芳烴衍生物斷裂轉化新突破
碳碳鍵是構築大部分有機分子骨架的最基本結構，其選擇性斷裂反應可以實現對有機分子骨架的直接修飾改造，也被認為是新一代物質轉化的途徑。但是，由於鍵能高、活性低、選擇性難以控制等挑戰性，碳碳鍵的斷裂轉化是化學領域公認的難題之一。自1825年法拉第發現苯以來，芳環由於其共軛、穩定的環狀結構，如何透過催化實現芳環選擇性的開環斷裂轉化更是鮮有文獻報道。
芳環作為有機分子最基本的結構之一，廣泛存在於藥物分子，功能材料和化工原料中。在工業生產過程中，石油芳烴裂解和燃煤芳烴液化所依賴的氫化裂解技術通常依賴極高的反應溫度，而芳烴的還原斷裂產物選擇性差，很大程度上限制了此反應的應用。儘管自然界透過複雜的酶催化過程，能夠實現芳環的氧化開環代謝，但相關催化過程很難在化學合成中完成。
透過仿生設計，北京大學藥學院、天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室焦寧研究團隊提出級聯活化的策略，首次解決了惰性芳香化合物選擇性催化開環轉化的重大科學難題，開發出一種新型催化惰性碳碳鍵活化模式，實現了苯胺等多種簡單易得的芳烴衍生物到烯基腈的轉化，取得了該領域的突破性進展，或為推動煤炭液化、生物質轉化、石油裂解等提供新思路。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03801-y
2 AI加速設計與發現固態電解質
傳統鋰離子電池採用易燃液體電解質，具有較高的離子電導率和良好的電極潤溼性，但其成分的多樣性和複雜性不可避免地提出了許多挑戰，比如能量密度不足、鋰枝晶問題，存在自燃等安全隱患。而固態電池中的固態電解質具有高機械強度和不可燃特性，有望完全解決液態電池中的安全性和枝晶化問題，並可透過低成本製造技術實現高能量密度。因此，設計和發現優良的固態電解質近年來引起了巨大的關注，成為研究的熱點和挑戰。優良的固態電解質需要有低的電子電導率、高的離子電導率和良好的熱穩定性。
上海交通大學電子資訊與電氣工程學院微納電子學系人工智慧與微結構實驗室（AIMS-Lab）李金金團隊提出了基於人工智慧的目標驅動框架，以設計和發現潛在的優良石榴石型固態電解質。該研究以離子的電負性、第一電離能、密度、離子半徑等性質為特徵，建立的AI模型可以快速準確地預測固態電解質的電子電導率（帶隙值），有希望被進一步用於固態鋰離子電池。據估計，團隊提出的方法和框架從計算上縮短了至少95年的篩選週期，為固態電解質的設計和發現開闢了新的思路和方法。
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521005929
3 人源NPC1L1介導細胞膽固醇吸收的分子機制
心血管疾病是目前全球發病率和死亡率最高的疾病之一，血液中的膽固醇水平升高是導致動脈粥樣硬化和冠心病等心血管疾病的主要因素。研究表明食物中的膽固醇主要是透過位於小腸絨毛上皮細胞中的Niemann-Pick C1-like 1（NPC1L1）蛋白來轉運進細胞的，NPC1L1也是降脂藥物依則替米貝（Ezetimibe）的作用靶點。然而一直以來人們對於NPC1L1介導的膽固醇吸收機制和EZE對於NPC1L1的抑制機制仍不是很清楚，這也限制了進一步的降脂藥物的最佳化與設計。
清華大學生命科學學院隋森芳院士課題組透過結構生物學、細胞生物學以及生物化學等手段，闡明瞭NPC1L1感應膽固醇的機制和Ezetimibe的抑制機理，為進一步降脂藥物的開發提供了重要的結構基礎。
論文連結：
https://advances.sciencemag.org/content/7/29/eabg3188
4 配合物結合核酸G-四鏈體取得新進展
富含鳥嘌呤的核酸序列可以形成非典型的G-四鏈體二級結構，普遍存在於人類端粒和基因啟動子等具有重要生物學功能的區域中。近年來，G-四鏈體已經成為抗癌藥物開發的潛在靶點。能夠識別並選擇性結合G-四鏈體的小分子化合物具有調節其相應基因表達的能力，具有抗腫瘤活性。然而，選擇性G-四鏈體結合劑的開發仍然面臨著巨大的挑戰。常見的核酸G-四鏈體的靶向小分子的設計策略是設計含有大平面芳香基團的帶正電荷的化合物。在結構水平上探索G-四鏈體與小分子的結合過程對其相互作用機制與功能調控研究至關重要，為合理設計小分子藥物提供結構資訊和理論基礎。
中山大學化學學院毛宗萬教授團隊首次提出了一種新的G-四鏈體選擇性靶向的時空控制策略，即由自適應結構轉變啟用小分子與核酸G-四鏈體的相互結合並由動力學控制小分子對G-四鏈體選擇性。不同於傳統的熱力學控制模式，這種新的靶向模式由動力學控制，配合物的惰性配位鍵對選擇性結合起調節作用，為G-四鏈體或其它生物分子的靶向小分子的開發與設計提供了新思路。
論文連結：
https://doi.org/10.1002/ange.202104624
5 鈣鈦礦太陽電池新增劑工程研究取得新進展
近年來，鈣鈦礦材料由於具有獨特的光電特性和低廉的生產製備成本等優勢，引發學界關注。鈣鈦礦薄膜作為鈣鈦礦太陽電池的核心成分，直接決定了器件的效能和穩定性。在鈣鈦礦電池的製備過程中，不可避免地會在晶界及介面處引入大量缺陷，這些缺陷會作為非輻射覆閤中心，損傷器件的效能及穩定性。新增劑工程能夠實現對這些缺陷的有效鈍化，從而降低缺陷態密度，提高電池效率及穩定性。
中國科學院大連化學物理研究所薄膜太陽能電池研究組研究員劉生忠團隊和陝西師範大學博士高黎黎、博士張靜等合作，探索了在氟乙胺分子中，氟原子個數對梯度鈍化鈣鈦礦薄膜缺陷的影響，以及對調控薄膜光電性質、鈣鈦礦電池效率和穩定性的影響；ToF-SIMS研究發現，包含不同氟原子個數的新增劑在薄膜中呈現梯度分佈，能夠鈍化薄膜不同位置的缺陷，其中，一氟乙胺實現了從體相到表面的整體鈍化，可將鈣鈦礦電池效率從22.2%提高到23.4%。
論文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202101454
6 熱帶退化海岸臺地土壤生物多樣性恢復研究取得新進展
我國濱海地區存在大面積的海岸臺地，但由於長期的人為干擾破壞，原生植被已不復存在，水土流失問題嚴重。自上世紀五十年代起，中國科學院華南植物園科研人員採用以生物措施為主，工程措施為輔的方式率先在水土流失嚴重的熱帶沿海光裸臺地上開展植被恢復和長期定位觀測研究，並取得系列研究成果。越來越多的研究表明，地下土壤生物群落與地上植物群落存在密切的生物學聯絡，並與恢復過程中生態系統結構和功能的重建密切相關，但已有研究多關注地上植物群落，對土壤生物群落的恢復動態及其驅動機制關注較少。
華南植物園生態與環境科學研究中心研究員劉佔鋒團隊，利用小良熱帶海岸生態系統定位研究站長期植被恢復序列，研究不同恢復方式對土壤生物多樣性和功能恢復的影響。研究發現，經過60年的恢復，鄉土樹種混交林的植物多樣性和生物量可以恢復到自然林的水平，但是桉林和混交林的土壤肥力還與自然林存在差距。混交林的土壤生物多樣性、多度和群落組成已經恢復到與自然林類似的水平，但是桉樹人工林對土壤生物多樣性的恢復遠遠滯後。結果表明，鄉土樹種混交對土壤生物多樣性的恢復速度和效果明顯優於桉樹純林，表現出良好的應用前景。未來的恢復實踐應考慮土壤生物群落的多功能性，加速土壤生物多樣性和功能的協同恢復。該研究對指導熱帶海岸臺地地上-地下協同恢復具有重要意義。
論文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15774
編輯 | 弢弢
排版 | 弢弢
稽核 | 蘇蘇 六朵 蒼翼蝴蝶
