世界一流科技期刊文章精选

不同国家和地区对全球气候强迫的贡献

北京大学城市与环境学院李本纲研究组最新评估表明，中国对全球变暖的影响不足美国的40%。相关成果发表于PNAS。气候强迫分为正辐射强迫（致暖）和负辐射强迫（制冷），在气候强迫的构成上，发达国家和发展中国家差异显著。其中，发达国家主要以其排放的温室气体的致暖效应为主，而发展中国家的短生命周期大气污染物的制冷效应则会抵消大部分温室气体的致暖效应。1850至2014年间，美国、欧盟15国及中国分别贡献全球气候强迫的21.9%、13.7%和8.6%，中国对全球变暖的贡献不足美国的40%。俄罗斯（8.2%）、印度（6.2%）、日本（3.9%）、巴西（3.5%）等国的贡献也不容忽视。

山区降雨的不均匀性对山洪泥石流灾害预报的影响

中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所郭晓军等通过对小流域长期监测数据的系统分析，开展降雨规律和灾害预报相关研究。相关成果发表于Journal of Hydrology。研究者根据降雨-海拔关系，提出了一种基于沟口站点数据的流域面降雨估算方法。通过对具体条件下降雨估算误差进行系统评估，发现不同插值方法的误差规律趋势基本一致，但误差范围不同;降雨量小的场次，流域面雨量估算误差较大;海拔越高的地区，雨量估算的误差越大。研究者进一步对山洪泥石流预报进行了不确定性分析，采用面雨量估算方法会在一定程度上控制误差，能提高灾害预报准确率，达到较好的预报效果。

我国东部某城市流域中亚硝胺及其前体物的来源与迁移转化研究

清华大学环境学院饮用水安全团队陈超等以我国华东某城市为研究对象，获取该城市水系统中亚硝胺及前体物的物质流，并进行定量化源解析。相关成果发表于Journal of Hazardous Materials。加拿大、美国一些地区将二甲基亚硝胺（N-nitrosodimethylamine， NDMA）等亚硝胺纳入饮用水水质标准。研究表明，上游地表水汇入和当地污废水排放是下游水源地中重要的NDMA来源;上游地表水汇入、当地污废水排放和水源地自身的微生物代谢是重要的NDMA前体物来源;自然衰减机制仅去除了部分径流机制带来的污染物负荷。因此，既要关注供水系统内作为新型消毒副产物的亚硝胺类生成，也要关注水环境中作为新型污染物的亚硝胺排放。

生态系统服务权衡对重大生态工程生态效益的多尺度影响

中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室郑华研究组揭示了三北防护林和京津风沙源治理工程等生态工程在局地、流域和区域的多尺度效应。相关成果发表于Science Advances。海河流域三北防护林和京津风沙源治理工程的案例分析表明：重大生态工程的设计与实施，需要充分考虑生态系统服务权衡特征及其带来的多尺度效应，需要充分考虑未来气候变化对工程多尺度效应带来的影响，才能增强生态效益的稳定性和生态工程的可持续性。该研究为世界上其他区域科学开展生态恢复工程、持续提高生态效益提供了新的视角和系统的评估框架。

湖泊洪泛水文连通的新定义及对生态环境评估的意义和框架

中国科学院南京地理与湖泊研究所李云良、谭志强等基于湖泊洪泛水文水动力学，采用水面积、水深、流速等阈值方法，考虑连通与生态环境指标之间的耦联关系，对水文连通进行了重新定义。相关成果发表于Water Research。长江中下游地区，水文连通在河湖洪泛系统中担当重要角色。文章通过水动力模型和地统计学分析，探讨了洪泛区不同连通定义的差异及其贡献，从系统角度揭示了洪泛区连通状况的时空动态特征，最终结合典型生态环境因子，评估了水文连通的新定义与生态环境要素之间的联系。该研究提出的阈值方法和定义将会提升对洪泛区水文连通及其生态环境服务功能的认识。

绿色高效气体分离材料研究

同济大学环境科学与工程学院李风亭教授团队与日本学士院院士、京都大学Susumu Kitagawa教授团队合作，首次提出了孔道中“反作用”原理，实现了常温常压下CO2/C2H2的高选择性。相关成果发表于Angewandte Chemie International Edition。该研究合成了两种具有一维微孔结构的PCPs材料，其在室温常压条件下具有优异的CO2选择性吸附能力，在298K、1bar的条件下CO2吸附量可高达72mL/g，为目前具有逆CO2/C2H2选择性的同类物理吸附材料最高值。两种材料均可在动态穿透实验条件下精确捕获CO2/C2H2混合气体中的CO2，直接产出纯度高于99.5%的C2H2气体。

改进模型减小青藏高原蒸发预估误差

中国科学院青藏高原研究所地气相互作用与气候效应团队马耀明研究员等利用青藏高原涡动相关和地面站点观测资料，基于浅层土壤含水量和土壤质地，提出改进MOD16蒸散发模型（MOD16-STM）。相关成果发表于Journal of Geophysical Research： Atmospheres。研究结果表明：（1）浅层土壤含水量是影响青藏高原蒸散的主导因子;（2）用于草地植被蒸腾的平均气孔导度最优值为0.0038（m/s）;（3）不同浅层的土壤含水量和土壤质地对土壤蒸发的影响存在很大差异;（4）相比原始MOD16和基于土壤水分指数的Priestley-Taylor算法，MOD16-STM在獨立站点能更准确地估算蒸散发。

城市能源韧性规划模型开发

中国科学院城市环境研究所林剑艺等与国内外合作者聚焦城市能源低碳转型规划中的韧性问题，构建了一个自底向上的能源系统多目标规划模型。相关成果发表于Applied Energy。该规划模型是对城市能源韧性规划的初探，可评估不同优化目标下的城市能源最优转型路径，为城市能源的可持续转型提供一种What-if情景评估与辅助决策工具。该模型引入“赋初值”的启发式求解策略加速非线性优化模型的求解，以帕累托前沿的方式展示不同优化目标之间的权衡关系，并利用后验决策方法在帕累托前沿上甄选权衡的最优解。最后，以典型沿海城市厦门的能源系统为例展开分析，相关发现旨在为沿海城市的能源转型提供经验参考。

基于纳米限域效应和毛细作用的“滴管状”电催化剂用于高效二氧化碳还原

南京大学化学化工学院金钟教授研发团队利用瑞利不稳定性原理构筑了“滴管状”一维中空结构的Bi纳米棒@N掺杂碳纳米管（Bi-NRs@NCNTs）复合催化剂，在较低的过电势下可以将CO2高选择性地催化转换成甲酸盐产物。相关成果发表于Nano Letters。该研究借助瑞利不稳定性原理，在高温还原反应条件下通过还原、体积收缩、弯曲、碎裂过程，生成“滴管状”一维中空结构的Bi-NRs@NCNTs纳米催化剂。由于NCNTs外壳的存在，防止内部相邻的Bi-NRs之间发生氧化和团聚现象，继而增强了催化剂的稳定性。因此，Bi-NRs@NCNTs在电催化CO2还原反应中实现了高甲酸选择性、高活性、高稳定性的过程。

选择性氢芳化研究进展

中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室石峰研究员课题组通过对分子筛酸性可控调节，发展了首例USY分子筛催化的苯乙烯与苯胺衍生物的选择性氢芳化反应。相关成果发表于Journal of Catalysis。应用这种简单的催化剂体系，课题组合成了一系列氢芳化产物（40个实例，产率高达95%）。N2吸脱附实验结果表明，合适的分子筛孔径（孔径>0.5nm）有利于反应物的进入和产物的逸出，从而发挥分子筛的择型催化作用。Py-IR表征證明路易斯酸促进氢胺化产物向氢芳化产物的Hofmann-Martius重排，从而提高了氢芳化产物的选择性。NH3-TPD结果表明，分子筛的弱酸位在形成氢芳化产物中起关键作用。

高容量稳定有机储钾材料

中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员及其团队研发出新型有机物用于高容量稳定钾离子存储。相关成果发表于Angewandte Chemie International Edition。有机材料因为结构多样、柔性结构设计、氧化还原可逆性较好等优点，已成为金属离子存储的研究热点。研究人员设计并合成了一种具有层状结构的苯四甲酸四钾（K4PM）电极材料。由于该小分子有机材料具有多个活性位点和大的层间距，从而表现出良好的储钾性能，其储钾容量高达292mAh/g，同时具有优异的倍率性能及长循环稳定性（1000圈后容量保持率为83%）。该研究为发展新型有机储能电极材料提供了新途径。

三环金属杂螺芳香化合物的芳香性验证

中国科学院大连化学物理研究所叶生发研究员团队与北京大学席振峰院士、张文雄教授研究团队合作，成功制备了新型金属杂螺芳香化合物，并对其电子结构进行了深入研究。相关成果发表于Nature Communications。螺芳香性最早是用于描述具有跨环超共轭作用的有机螺环化合物，其中作为螺原子的sp3碳原子不参与共轭。电子顺磁共振（EPR）测试表明，新合成的三环钒杂螺芳香化合物的基态为二重态，并且单电子主要位于金属中心上。NICS计算值、电子定域化函数（ELF）和各向磁感应电流密度（AICD）分析表明，钒中心提供的四个d电子与配体本身的36个π电子共同形成一个包含3个金属杂芳香环的40π芳香体系。

分子筛上金属落位控制研究

中国科学院山西煤炭化学研究所张斌副研究员和覃勇研究员团队利用ALD技术将高分散的FeOx选择性沉积到ZSM-5分子筛缺陷和L-酸位点，不破坏骨架和B酸，可实现环己烷高选择性氧化制环己酮。相关成果发表于SCIENCE CHINA Chemistry。使用动力学直径小于ZSM-5的微孔孔道的二茂铁作为前驱体，通过自主建设的旋转ALD反应器增加催化剂制备产量。通过改变沉积循环数可控制FeOx物种的负载量、尺寸和表面电子状态。其中，铁负载量随着循环数的提高线性增加。在低铁负载量下铁物种以Fe-O-Si物种沉积在ZSM-5上，而在高负载量时则生成了FeOx纳米颗粒。与FeOx纳米颗粒相比，Fe-O-Si物种具有更高的环己烷氧化制环己酮活性和稳定性。

开环甾体天然产物Pinnigorgiols的合成研究

中国科学院上海有机化学研究所桂敬汉课题组设计了半频哪醇重排和酰基自由基环化的策略来进行三环双酮核心骨架结构的构建。相关成果发表于JACS。以麦角甾醇为起始物，在引入9，11-双键后进行5，6-双键的双羟化反应，得到的三烯化合物通过烯烃选择性还原得到仅9，11-双键保留的产物，后者发生半频哪醇重排反应构建五并七元环结构。后续经过9，11-双键和5，6-双键的氧化断裂反应得到环戊烯二酮中间体，并将其转化为芳基碘代硫酯中间体，再通过酰基自由基环化/半缩酮化串联反应，构建了天然产物的三环双酮骨架结构和3个连续的手性中心，完成开环甾体天然产物pinnigorgiols B和E的首次合成（总计15和16步反应）。

金属铱与氮杂卡宾协同催化不对称区域发散性环加成反应研究

华东理工大学药学院上海市新药设计重点实验室邓卫平教授团队，在金属铱与氮杂卡宾协同催化不对称区域发散性环加成反应的研究中取得了新进展。相关成果发表于ACS Catalysis。文章设计了一类新型吲哚烯丙基碳酸酯底物，其在金属铱的作用下可以生成吲哚烯丙基铱活性中间体。通过对体系碱性的调控，该活性中间体能够成功地实现对同一烯醛生成的烯醇式或高烯醇式中间体的选择性捕捉。此外，通过简单改变氮杂卡宾和金属铱配体的绝对构型，可以方便地获得产物的全部4种立体异构体。详细的机理研究确认了烯丙基铱活性中间体结构，同时DFT理论计算为解释该反应优秀的区域和立体选择性提供了证据。

聚合物导热研究进展

中山大学化学学院郑治坤教授课题组围绕有机二维聚合物的可控制备、结构和性能调控及应用探索，开展了系统研究。相关成果发表于JACS。针对传统聚合物受微观结构的无序性和宏观缺陷所限，声子散射严重，热导率低，多为热绝缘体的困境，利用二维聚合物结构规整度高，材料均匀性好，杂质和缺陷少的特质，实现高热导，揭示了二维聚合物结构与热导的内在关联。在近室温大气条件下获得了热导系数可达6.5Wm-1K-1（不锈钢为14到16Wm-1K-1）的二维聚合物膜，发现二维聚合物膜晶畴间界面热阻（Kapitza resistance）约为金刚石的1000倍。