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Nature Communications刊登地球科学与工程学院在天体

彩世界开奖app苹果下载,地科院张爱铖教授在研究一块来自小行星带外缘天体的球粒陨石样品时,观察到了大量磷灰石颗粒。他们通过详细的矿物学和微量元素地球化学研究,揭示了DaG 978中的磷灰石是流体蚀变成因的,不同于常见的热变质成因磷灰石。通过与中科院地质与地球物理研究所的年代学专家合作,张爱铖教授使用先进的离子探针测试了这些磷灰石的U-Pb同位素体系,从而获得了磷灰石的绝对年龄为4450 Ma。这是太阳系早期流体活动的第一个有效绝对年龄。不同于前人相对年龄的结果,这个绝对年龄说明太阳系形成早期的流体活动可延续120 Myr左右,而不是只持续25 Myr左右。

芳香羧酸是一类廉价、易得、种类丰富的化工原料,通过对羧酸的活化官能团化可以快速丰富有机小分子化合物数据库。经过近十年的发展,钯、银、铜催化的脱酸偶联策略已经使芳香羧酸作为廉价的芳基源,而羧酸作为酰基源仍鲜见报道。我们经过计算发现,芳香羧酸的C-C和C-O键具有相似的键解离能(103 vs 102 kcal / mol),这给高选择性C-O键官能团化带来巨大挑战。无论在经典的有机教科书还是当代的有机合成前沿领域中,合成化学家们都需要先将芳香羧酸进行预活化,转变为相应的酰氯、酯、酸酐、酰胺等中间体,随后用于金属催化的各类偶联反应中来合成芳香酮类化合物。

图1. 传统色差的超构透镜和消色差超构透镜的结构和聚焦示意图。

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(现代工程与应用科学学院 科学技术处)

图3. DaG 978陨石中磷灰石的定年结果

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南京大学李涛/祝世宁研究组联合台湾中央研究院蔡定平研究组在宽带消色差超构表面器件上取得重要进展,他们提出集成共振的方案并与几何相位结合,成功设计并演示了工作带宽达到450纳米的反射性超构透镜消色差聚焦及定向反射,在超构表面器件的实用化迈出了重要一步。

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该工作近日发表在NATURE COMMUNICATIONS 8, 187 (DOI: 10.1038/s41467-017-00166-7)。南京大学现代工程与应用科学学院研究员王漱明博士是论文的第一作者,台湾中央研究院的吴品颉博士和台湾大学的苏文生博士为并列第一作者,并列通讯作者是南京大学的李涛教授、王漱明研究员、祝世宁院士以及台湾中央研究院的蔡定平教授。该工作受到科技部重点研发计划(纳米专项和量子调控),国家自然科学基金创新群体项目、优秀青年基金、面上基金项目的支持,同时也感谢南京大学登峰人才计划的支持。

2015年,国外行星科学家基于年代学统计结果,通过理论模拟研究提出地月系统形成时抛出的大量碎块,这些碎块撞击了内太阳系天体和主小行星带内缘天体。根据磷灰石年龄与前人年代学统计峰值非常好的吻合程度,这篇论文提出DaG 978磷灰石记录的这次流体活动很可能与地月系统形成时产生的大量抛射物撞击小行星有关。部分抛射物撞击了DaG 978母天体导致地表或次地表水冰融化,从而产生流体活动和蚀变事件的发生。该解释说明了形成地月系统的大撞击事件不仅影响了内太阳系和小行星带内缘的天体,也影响了小行星带外缘甚至外太阳系的天体。这对构建太阳系天体的动力学演化模型有重要指示意义。

唑吡旦是一个作用快、效果好、副作用轻的非苯类新型镇静催眠药,最先是由法国Sanofi-Aventis公司开发,已先后在法国、美国和英国等十几个国家上市,在世界各地作为镇静催眠药广泛使用,有逐步取代苯类药物的趋势。在2016年全球最畅销的前200种药物分子中,其排名第28位,每年拥有巨大的销售额。其专利保护法使用溴代对甲基苯乙酮为原料,需要经历6步,最终收率19%。而我们采用发明的芳香羧酸直接脱氧碳碳偶联策略,可以从便宜的大化工原料,对甲基苯基酸出发,历经三步,以50%的总收率实现该药物分子的合成。

接下来的光学测试获得的消色差效果与理论计算的结果符合的非常好。如图3所示,在1200nm到1650nm的波段中,得到了很好的消色差聚焦效果,焦距与理论设计基本一致。值得一提的是,这个消色差聚焦镜的带宽达到了450nm,已经接近中心波长的1/3,这是现有报道中最大的消色差带宽,远远超出前人的结果。而且,这个方案不仅可以设计连续宽带的超构表面聚焦镜,还可以设计连续宽带的超构表面反射板。在同样的工作频段,所有频率的入射光束都可以以同一角度反射,见图4。

流体蚀变是太阳系形成早期最普遍的过程之一。了解流体活动何时发生对揭示含水流体的来源与时空演化至关重要,并很大程度影响科学家对太阳系早期前生命有机物演化的认知。在过去四十多年内,科学家对太阳系早期流体蚀变时间开展了大量研究,但绝大多数依赖于短寿期放射性同位素定年体系(129I-129Xe,53Mn-53Cr和26Al-26Mg)获得的相对年龄。这些研究认为流体蚀变发生于太阳系形成之后的1−25 Myr时间段内,主要是由于短寿期放射性核素衰变导致水冰融化发生蚀变事件。有少数学者曾基于一些假设去尝试获得流体蚀变事件的绝对年龄,但后来发现这些假设存在很大的问题。

上述研究工作得到了中组部青年千人计划、南京大学登峰人才支持计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等经费的资助。感谢化学化工学院和配位化学国家重点实验室在谢劲课题组建设初期提供的大力支持。同时也感谢南京大学博士研究生创新创意研究计划项目对张目亮博士研究生期间的资助。该团队长期诚邀海内外青年才俊加入,携手探寻合成的魅力,体味科研意蕴,感悟化学之美。

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南京大学地球科学与工程学院张爱铖教授和王汝成教授课题组在天体化学方向取得重要进展,相关研究成果“Young asteroidal fluid activity revealed by absolute age from apatite in carbonaceous chondrite”于9月29日在线发表在自然子刊Nature Communications (2016 September 7:12844)上。张爱铖教授为第一作者和通讯作者。

谢劲与朱成建研究团队通过发展可见光与杂原子自由基的协同化学,成功解决了光催化体系中严重依赖底物自身氧化还原电势的不足,使得所发展的合成方法具有较好的普适性与通用性,该团队近一年来已在该领域发表多篇研究论文(Nature Commun. 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-06019-1; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 3990;Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10357)。这里利用可见光催化与膦自由基的协同,首次实现了芳香羧酸在温和条件下的直接C-O键活化,进一步丰富和发展了羧酸脱氧新化学,成功构建了一系列复杂,结构多样化的芳香酮数据库。

图2. 特殊排列的金属纳米棒结构与金属反射镜结合产生所需要的不同斜率线性相位补偿。根据设计实验加工出的样品光学显微照片和局部放大电子显微镜照片。

图1. DaG 978陨石中独特产状的磷灰石颗粒

(化学化工学院 科学技术处)

超构表面(Metasurface)是通过一薄层亚波长结构单元去局域地控制空间光场的相位、偏振、及强度等分布的光学设计。它可以有效地调控光的传播性质,实现如聚焦、负折射、隐身地毯等功能,同时避免了在体块超构材料(Metamaterial)内部传播的巨大损耗,因而具有重要的应用前景。而且,超构表面的厚度仅在波长量级甚至更薄,具有优异的微纳光学集成功能,比如其特有的平面结构,为研制平板透镜等光学器件提供了全新的设计原理。

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受经典Wittig反应的启发,该团队发展了可见光催化的三苯基膦阳离子自由基协同芳香羧酸直接脱氧活化新机制,突破了在光催化中依赖底物自身氧化还原电势的局限性,具有非常广的底物普适性和官能团耐受性。而且,该催化体系对天然氨基酸,蛋白质,药物分子等生物分子还具有非常好的生物兼容性,进一步体现出其合成优越性。一系列复杂的芳香羧酸和烯烃都可以很好兼容,可以直接应用到在复杂天然产物分子的合成与后期修饰,提供了一种从芳香羧酸直接构建复杂芳香酮化合物的简便方法。

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本工作是与中科院地质与地球物理研究所及日本北海道大学合作的研究成果。该项目得到了国家自然科学基金项目和中央高校基本业务费的经费支持。

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图3. 实验测量与理论模拟获得消色差聚焦效果图(工作波段:1200nm-1650nm,带宽:450nm)。

(地球科学与工程学院 科学技术处)

近日,南京大学化学化工学院分子与材料合成研究团队的谢劲课题组和朱成建课题组合作在可见光催化的芳香羧酸脱氧机制中取得重要突破,首次实现了芳香羧酸直接的脱氧碳碳偶联。该成果“A general deoxygenation approach for synthesis of ketones from aromatic carboxylic acids and alkenes”于2018年8月29日在著名综合期刊Nature Communications上在线发表。论文的第一作者是2016级博士研究生张目亮,谢劲副教授和朱成建教授为该论文的通讯作者。

近期,现代工程与应用科学学院李涛教授、祝世宁院士研究组与台湾中央研究院的蔡定平教授合作,在解决超构表面器件在连续宽频段上消色差的方面取得了重大进展。他们首先将透镜聚焦所需要的相位分解成两部分,即:频率无关的基础相位和频率相关的补偿相位。然后巧妙结合超构表面结构设计的两种方案(共振性和几何相位性),通过几何相位设计聚焦透镜需要的基础相位分布,再通过共振设计补偿不同频率带来的相位色散。需要特别强调的是,通常的共振带来相位变化都是突变的,不满足与频率成正比的线性相位补偿。本工作中,他们提出了新颖的“集成共振(integrate resonance)”方案,通过特殊排列的金属棒的多个共振之间的线性相位区域,成功设计出满足聚焦透镜要求的一系列不同斜率的线性相位补偿的结构单元。图2b显示了利用纳米加工制备的反射性超构透镜样品照片,整个镜片的直径约55微米。右侧电子显微镜照片反映出了该超构透镜的结构单元具有几何相位的旋转排布,以及不同纳米棒形状及数目的集成共振性质。

图2. DaG 978中磷灰石显示了Eu的正异常,说明不存在与其他矿物的热平衡,揭示了流体交代成因

同时,该项合成技术可以应用于具有挑战的大环酮的合成,以中等收率得到18-20环的芳香环酮产物。由于其潜在的应用价值,相关技术已经申请专利保护。

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图4. 连续宽带消色差超构表面反射板示意图,不同频率相位差示意图,理论计算各种频率下消色差样品的反射角度,实验制备消色差反射板的SEM图,实验测试得到的反射效果。

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当前,人们已经展示了利用超构表面研制的平板超构透镜可以媲美传统光学显微镜镜头的成像效果。不过,此类新原理设计真正走向应用还面临几项重要挑战,材料色散及衍射效应导致的色差就是其中之一。如何实现器件的宽带消色差是该领域大家公认的目标。围绕这个目标,国际上正在开展激烈研究竞赛。前人已报道的工作大多是通过参数优化方法实现几个孤立波长的消色差。对于连续波段的消色差,目前报道最好结果仅是60nm和140nm。其带宽难以拓展的原因是传统超构表面的结构单元所提供的参数空间很难同时满足消色差透镜所需的空域相位分布和频域相位补偿。因此,人们亟待发展出新的设计原理和方法来突破超构表面器件消色差带宽的瓶颈。

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