CNS大满贯，华中科技大学在生命科学等领域联系取得突破

来源：iNature

经济社会的高速发展使得开发新能源转换技术势在必行。氧还原反应是包括燃料电池和金属-空气电池等新能源技术的核心反应，需要价格昂贵、资源稀缺的贵金属铂作为催化剂克服较为迟缓的氧还原反应动力学。因此，研发低成本、高活性和长寿命的阴极氧还原催化剂是发展燃料电池等能源技术的关键。

2019年11月15日，华中科技大学化学与化工学院夏宝玉团队在Science在线发表题为“Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells”的研究论文，该研究采用（电）化学腐蚀方法对铂基催化剂的近表面结构和组分进行调控，从而大幅提升高效铂镍合金催化剂在实际燃料电池器件中的服役水平和寿命，有望成为发展燃料电池行之有效的关键手段。华中科技大学化学与化工学院田新龙博士为第一作者，日本电气通信大学赵晓博士和荷兰埃因霍温理工大学苏亚琼博士为论文共同第一作者。夏宝玉和新加坡南洋理工大学楼雄文教授为论文的共同通讯作者。

2019年9月23日，华中科技大学罗永康，加州大学洛杉矶分校Stuart Brown及Andrej Pustogow共同通讯在Nature 在线发表题为”Constraints on the superconducting order parameter in Sr2RuO4 from 17O NMR“的研究论文，该研究使用氧17的核磁共振（NMR）光谱，以探测Sr2RuO4中超导的性质及其在应变下的演化。研究发现：首先，无论应变是否存在，Sr2RuO4的自旋磁化率在超导相变前后均有明显的变化；其次，这些现象无法用常规的手性p波表象来理解，甚至所有与z方向平行的超导序参量都存在疑问，从而启迪人们重新审视它的超导对称性。该项工作并不完全排除所有的p波对称性的可能，要证明或证伪它们，还需要更精确地测量超导前后自旋磁化率的改变量（点击阅读）；

2019年8月29日，华中科技大学刘剑峰及密歇根大学X.Z. Shawn Xu共同通讯在Cell在线发表题为“A Cold-Sensing Receptor Encoded by a Glutamate Receptor Gene”的研究论文，该研究将红藻氨酸类谷氨酸受体同源物GLR-3鉴定为冷受体。该研究显示GLR-3在外周感觉神经元ASER中感知冷，以触发冷避免行为。 GLR-3通过G蛋白信号传递冷信号，与其谷氨酸门控通道功能无关，表明GLR-3是一种代谢型冷受体。来自斑马鱼，小鼠和人的脊椎动物GLR-3同系物GluK2在异源系统中都可以作为冷受体起作用。小鼠DRG感觉神经元表达GluK2，并且这些神经元中的GluK2敲低抑制了它们对寒冷而非凉爽温度的敏感性。该研究确定了一种进化上保守的冷受体，揭示了一种中心化学受体意外地起到外周的热受体的作用（点击阅读）。

图为《科学》在线发表夏宝玉团队成果。

当前，经济社会的高速发展使得开发新能源转换技术势在必行。氧还原反应是包括燃料电池和金属-空气电池等新能源技术的核心反应，需要价格昂贵、资源稀缺的贵金属铂作为催化剂克服较为迟缓的氧还原反应动力学。因此，研发低成本、高活性和长寿命的阴极氧还原催化剂是发展燃料电池等能源技术的关键。

图为夏宝玉（右二）与同学们在实验室。

近年来，高活性铂基催化剂的设计已经取得突破，但催化剂仍然面临着在实际燃料电池器件中的服役水平与寿命的重大挑战。针对上述难题，夏宝玉团队采用（电）化学腐蚀的方法对铂基催化剂的近表面结构和组分进行调控，获得了具有一维结构的串状铂镍纳米笼结构，实现了高稳定性的一维结构和高活性的合金空心结构等特征的有效结合，从而大幅提升了高效铂镍合金催化剂在全电池中服役水平和寿命。

图为铂镍合金结构、形貌和制备示意图。

该催化剂的质量活性和比活性达到3.52 A mgPt-1和5.16 mA cmPt-2，是目前商用催化剂的17倍和14倍。更加令人振奋的是，该催化剂展示出极为优异的催化稳定性。经连续5万圈循环测试后，其质量活性只衰减了1.3%。此外，以该催化剂组装的燃料电池也展示出优异的性能和稳定性。原位X射线同步辐射吸收光谱和理论计算表明，这种催化剂结构有利于在优化氧还原过程中的铂氧物种吸附强度，在改善氧还原催化性能的同时，亦能保持催化剂的较高活性和结构稳定性。

图为铂镍合金催化性质和氢-氧燃料电池性能示意图。

这项工作为合理设计低成本、高活性和长寿命铂合金催化材料提供了一种有效的策略，将有助于提升铂合金催化材料在新能源器件中的服役水平和寿命，对发展新能源技术具有重要科学意义和应用价值。该研究得到了千人计划、国家自然科学基金委、华中科技大学和化学与化工学院等各方面的支持。

参考消息：

https://science.sciencemag.org/content/366/6467/850