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全球領(lǐng)先的微電極研究系統(tǒng)

微米級(jí)微電極適用穿刺動(dòng)植物組織、沉積物、生物膜的微電極

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浮游細(xì)菌的生態(tài)位選擇：酸性儲(chǔ)層中分類組成和單細(xì)胞特征的研究

生態(tài)位選擇（niche selection）和微生物擴(kuò)散（dispersal）是塑造微生物群落的關(guān)鍵因素，但其相對(duì)重要性因環(huán)境和時(shí)空尺度而異。多數(shù)研究關(guān)注群落組成，而忽略了生理階段和單細(xì)胞特征等多層次結(jié)構(gòu)。

非密封水加快了微生物電化學(xué)修復(fù)系統(tǒng)的效率

低水位密封（MES?）顯著提升微生物電化學(xué)系統(tǒng)（MES）修復(fù)石油污染土壤的效率，其電荷積累（1282 C）是最高水位組（MES?，151 C）的8.5倍，石油烴（TPH）去除率提高4–11%。

代謝可塑性導(dǎo)致獵物和捕食者之間的生理特征不匹配

論文揭示了代謝可塑性（metabolic plasticity）如何通過改變捕食者與獵物的生理性狀匹配度，進(jìn)而影響二者在氣候變暖下的相互作用。通過測(cè)量三種水生昆蟲幼蟲在自然溫度梯度下的呼吸速率，結(jié)合機(jī)制模型預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)：

打破水窗：生物電子電極上法拉第反應(yīng)的全面映射

論文挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)“水窗”（Water Window）概念（即電極在特定電位范圍內(nèi)僅發(fā)生電容性電荷轉(zhuǎn)移而無顯著水分解）。研究表明：水窗的復(fù)雜性：在含蛋白質(zhì)的細(xì)胞培養(yǎng)基（DMEM+FBS）中，幾乎不存在無法拉第反應(yīng)的電位區(qū)間。關(guān)鍵反應(yīng)：氧還原（ORR）、析氫（HER）、析氧（OER）、氯氧化（生成次氯酸鹽）和鉑銥溶解在生物電極界面普遍發(fā)生。影響因素：電解質(zhì)成分（如PBS vs. 培養(yǎng)基）顯著改變反應(yīng)類型、起始電位及產(chǎn)物濃度。

表征藻類-細(xì)菌共生生物膜：深入了解藻類和厭氧微生物共存

研究系統(tǒng)：構(gòu)建了藻類/部分硝化/厭氧氨氧化（APNABS）生物膜系統(tǒng)，運(yùn)行240天。關(guān)鍵性能：總氮（TN）去除率 >90%，無需曝氣或外加有機(jī)碳源。

氨氧化細(xì)菌和古細(xì)菌表現(xiàn)出不同的氮源偏好

論文揭示了氨氧化微生物（AOM）在氮源利用上的分化策略： AOA（氨氧化古菌）和comammox（完全氨氧化菌）優(yōu)先利用氨（NH?/NH??），尿素利用受抑制。 β-變形菌綱AOB（β-AOB）偏好尿素，在尿素存在時(shí)抑制氨轉(zhuǎn)運(yùn)。 γ-變形菌綱AOB（γ-AOB）同時(shí)利用氨和尿素。這種分化最小化了底物競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)了不同AOM類群在生態(tài)系統(tǒng)中的共存。

nature-完全氨氧化劑在胍上的生長(zhǎng)

首次證實(shí)完全氨氧化菌（comammox）Nitrospira inopinata 能以胍（guanidine）作為唯一能源、電子供體和氮源實(shí)現(xiàn)化能自養(yǎng)生長(zhǎng)（圖3f,g）。

iRhizo-Chip 中的動(dòng)態(tài)原位檢測(cè)揭示了根際枯草芽孢桿菌的晝夜波動(dòng)

通過自主研發(fā)的微流控平臺(tái)iRhizo-Chip，首次實(shí)現(xiàn)了水稻根際環(huán)境中枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）生長(zhǎng)的原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)其豐度存在顯著的晝夜波動(dòng)（白天增長(zhǎng)至5,000–10,000 cells/mL，夜間降至2,000–3,000 cells/mL）。

（微生物產(chǎn)氫）通過完全從頭酶制氫

研究對(duì)象：基于全新設(shè)計(jì)的三α螺旋蛋白（a3C）和鈷基催化劑（鈷肟，cobaloxime）構(gòu)建的人工酶。核心發(fā)現(xiàn)：該人工酶在中性水溶液中通過電化學(xué)、光化學(xué)和化學(xué)還原三種途徑高效催化產(chǎn)氫（HER）。創(chuàng)新點(diǎn)：首次證明小分子從頭合成蛋白（de novo protein）可作為酶支架，用于開發(fā)生物啟發(fā)的可持續(xù)產(chǎn)氫系統(tǒng)。性能：產(chǎn)氫轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）達(dá)游離鈷肟的80%，但速率為其40%，表明蛋白環(huán)境對(duì)催化動(dòng)力學(xué)有調(diào)控作用。

造礁珊瑚物種表面邊界層的變化

論文通過微傳感器技術(shù)測(cè)量了三種小型息肉分枝狀珊瑚（Acropora cytherea、Pocillopora verrucosa、Porites cylindrica）的溶解氧濃度邊界層（CBL）特性（厚度、表面氧濃度、氧通量），探究其在光照/黑暗和低/中水流（2 cm/s vs 6 cm/s）條件下的變異性。

用于無膜水分解的解耦式超級(jí)電容電解槽

提出了一種基于地球豐富材料的混合無膜電解槽，通過結(jié)合電解槽的電催化反應(yīng)與電容存儲(chǔ)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)酸/堿介質(zhì)中解耦制氫。該設(shè)計(jì)使氫氧氣體時(shí)空分離，在10 mA/cm2電流密度下實(shí)現(xiàn)69%能量效率（48 kWh/kg），使用鈷鐵磷化物雙功能催化劑在100 mA/cm2時(shí)法拉第效率達(dá)99%。堿性條件下穩(wěn)定運(yùn)行20小時(shí)無電極降解。

基于二硫醇的活性硫前體

研究了一種游離態(tài)偕二硫醇化合物（1,3-二苯基丙烷-2,2-二硫醇，1）作為反應(yīng)性硫物種（RSS）前體的性質(zhì)。該化合物在生理?xiàng)l件下可釋放H?S，其單亞硝基化產(chǎn)物（2）可作為NO供體，并能轉(zhuǎn)化為二硫環(huán)丙烷（3），后者具有硫轉(zhuǎn)移能力，可誘導(dǎo)蛋白質(zhì)過硫化修飾。

用于原位檢測(cè)電化學(xué)產(chǎn)氫的收集器-發(fā)生器裝置

摘要描述了一種基于收集器-發(fā)生器（C-G）雙工作電極技術(shù)的電化學(xué)裝置，用于原位檢測(cè)電催化產(chǎn)生的氫氣（H?）。該裝置由兩個(gè)沉積鉑納米顆粒的氟摻雜氧化錫（Pt/FTO）電極組成，間距約1 mm。在發(fā)生器電極施加還原電位（-0.5 ~ -0.6 V vs. Ag/AgCl）產(chǎn)生H?，H?擴(kuò)散至收集器電極后被氧化（0.4 ~ 0.5 V vs. Ag/AgCl），通過測(cè)量收集器的氧化電流定量H?生成量。裝置總法拉第效率穩(wěn)定在70%，檢測(cè)限為45 μmol/L，靈敏度為1 mA/55 μmol·L?1。該方法為評(píng)估半導(dǎo)體薄膜負(fù)載的產(chǎn)氫催化劑性能提供了便捷手段。

基于硒的催化清除劑用于同時(shí)清除硫化氫和活性氧物種

摘要指出硫化氫（H?S）是內(nèi)源性氣體遞質(zhì)，但過量產(chǎn)生與多種疾病相關(guān)。傳統(tǒng)H?S清除劑依賴化學(xué)計(jì)量反應(yīng)，效率低且需高劑量。本研究開發(fā)硒基催化清除劑，利用H?S與活性氧（如H?O?）共存的特點(diǎn)，通過催化反應(yīng)同時(shí)清除兩者。測(cè)試14種二硒化物/單硒化物，發(fā)現(xiàn)S6等候選物在緩沖液、血漿及細(xì)胞裂解液中高效清除H?S/H?O?。機(jī)制研究表明反應(yīng)涉及H?S?中間體及硒醇/硒醚循環(huán)。結(jié)合光敏劑還可實(shí)現(xiàn)光控H?S清除。

通過鈷摻雜增強(qiáng)鎳鈦酸鈣（NiTiO3）鈣鈦礦的光催化制氫性能

研究通過溶膠-凝膠法合成了純鎳鈦酸鈣（NiTiO3）和鈷摻雜的NiTiO3納米結(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)表征了鈷摻雜對(duì)其光催化制氫性能的影響。XRD證實(shí)材料具有六方鈦鐵礦結(jié)構(gòu)，鈷摻雜導(dǎo)致晶格參數(shù)增大（Co2?取代Ni2?位點(diǎn)）。拉曼光譜顯示活性模式強(qiáng)度降低，表明晶體結(jié)構(gòu)畸變和氧空位生成。UV-vis光譜表明鈷摻雜（≤5%）使帶隙能從2.24 eV降至2.16 eV，增強(qiáng)紫外光吸收。SEM/TEM顯示納米顆粒團(tuán)聚，但鈷摻雜（≤5%）未顯著改變粒徑。

關(guān)于使用微傳感器分析微生物電化學(xué)反應(yīng)器中溶解H?濃度的考量

摘要描述了開發(fā)一種使用微傳感器測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)H型微生物電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)溶解H?濃度分布的方法。該方法通過水平放置石墨陰極，結(jié)合顯微操作系統(tǒng)和立體顯微鏡精確定位微傳感器，在維持厭氧條件（吹掃頂空）和嚴(yán)格控溫（克服微傳感器溫度敏感性）下，從陰極表面向氣液界面進(jìn)行剖面測(cè)量。

鈉錳鐵氧體水分解循環(huán)：揭示熔融堿金屬碳酸鹽中固液界面的影響

研究通過用不同共晶/共析堿金屬碳酸鹽混合物（如含7%鋰的(Na?.??Li?.??)?CO?）替代鈉錳鐵氧體熱化學(xué)循環(huán)中的Na?CO?。結(jié)果表明，含7%鋰的混合物因部分熔融促進(jìn)離子擴(kuò)散，顯著提升首周期產(chǎn)氫速率，但所有混合物均出現(xiàn)循環(huán)可逆性下降。其中未替代的Na混合物產(chǎn)氫可逆性最高，而高鋰（50%Li-Na）及三元（Li-K-Na）混合物在首周期后幾乎不產(chǎn)氫?？赡嫘該p失歸因于副相形成和燒結(jié)現(xiàn)象，后者在熔融碳酸鹽中更顯著。

一種具有高性能、穩(wěn)定性和電荷傳輸特性的高效光電催化材料的新概念與設(shè)計(jì)：創(chuàng)新性下一代綠色技術(shù)的開發(fā)

該研究開發(fā)了一種基于二噻吩-4,8-二酮（dithiophene-4,8-dione）旋涂薄膜覆蓋層的光陽極新概念。該覆蓋層在體異質(zhì)結(jié)（BHJ）薄膜中能顯著延長(zhǎng)空穴（正電荷載流子）的壽命（可達(dá)秒級(jí)）。當(dāng)這種光陽極與析氫鉑陰極電耦合時(shí)，在操作條件下觀察到長(zhǎng)壽命的空穴極化子態(tài)。這些長(zhǎng)壽命空穴顯著增強(qiáng)了旋涂在光陽極上的薄膜覆蓋層對(duì)過氧化氫（H?O?）的氧化性能，實(shí)現(xiàn)了約6.5 mA cm?2（在1.23 V vs. RHE下）的無催化劑氧化性能，并在851 nm激發(fā)光下實(shí)現(xiàn)了17.5%的外量子效率（EQE）。該設(shè)計(jì)解決了半導(dǎo)體中光生電荷壽命短的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，提高了光電催化效率和穩(wěn)定性。

高腐殖質(zhì)熱帶水生生態(tài)系統(tǒng)中溶解有機(jī)質(zhì)的光化學(xué)礦化：水色的模糊調(diào)控作用

光化學(xué)礦化是水生生態(tài)系統(tǒng)中溶解有機(jī)碳（DOC）完全氧化的重要途徑。DOC濃度、水色（由腐殖質(zhì)導(dǎo)致）、太陽輻射強(qiáng)度、DOC的成巖狀態(tài)和氧氣可用性是已知的調(diào)控因素。本研究首次在極端DOC濃度和水色條件下評(píng)估這些因素的重要性，目標(biāo)包括：優(yōu)化熱帶腐殖/超腐殖水生生態(tài)系統(tǒng)光降解研究方法；

改性石墨表面鈷配合物在中性pH水中穩(wěn)定生產(chǎn)綠色氫氣

研究開發(fā)了三種新型分子電極，通過將環(huán)境友好的鈷基電催化劑（卟啉、酞菁和類咕啉配體框架）錨定在吡啶修飾的石墨箔（GpF）表面，實(shí)現(xiàn)中性pH（pH 7.1）條件下的高效水還原制氫。鈷卟啉電極性能最優(yōu)，起始過電位為-740 mV（vs. RHE，電流密度2.5 mA/cm2），塔菲爾斜率為103 mV/dec，且運(yùn)行7小時(shí)保持穩(wěn)定，產(chǎn)氫轉(zhuǎn)化頻率（TOF）達(dá)0.45 s?1。鈷酞菁和維生素B??（類咕啉）電極的過電位更高（-825 mV和-830 mV），穩(wěn)定性略低。鈷卟啉電極的活性隨時(shí)間提升（3小時(shí)內(nèi)過電位降低>200 mV），歸因于水分子配位鈷中心形成Co-OH?活性物種。

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