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人类需要实现锂资源多样化
唯一不同的是，大多数已知的可开采锂矿仅分布在少数几个国家。尽管澳大利亚目前是世界上最大的锂生产国，但全球已知储量的一半左右都蕴藏在智利、玻利维亚和阿根廷边境“锂三角”的盐滩中。中国也有相当可观的储量。从这些来源提取锂是一个能源密集型的过程。需要大量的水将水从源头泵入巨大的池塘，水在那里蒸发，剩下盐。这些盐经过进一步加工和分离，可获得富含锂的矿物。该过程的所有阶段都需要使用大量的淡水，通常是在这种资源稀缺的干旱地区。据估计，提取一吨锂需要多达 200 万升的水。一个显而易见的替代方法是从盐水（比如海水）中获取锂；这种元素在世界海洋中储量丰富。但是，由于锂的含量为百万分之0.1-0.2，从这些来源提取金属在技术上具有挑战性，而且和锂矿开采一样，它也会产生相当大的环境影响。出于这些原因，盐水不被认为是一种可靠的来源。但是，正如中国南京大学材料科学家何平、周浩生和他们的同事在《自然》杂志的一篇评论文章中所解释的那样，有办法改进现有的从低质量来源中分离锂的方法，比如开发更有效地捕获锂的化学品，或使用特殊的过滤器和电力将其分离出来（S. Yang 等人，《自然》杂志 636 期，309-321 页；2024 年）。好消息是，从改进的过滤器到更好的沉淀方法，几种技术正在被开发来实现这一点。然而，作者表示，要充分利用低质量的锂源，研究需要回到基础，了解如何分离低浓度的微小离子，然后重新开始改进目前正在开发的技术。研究人员还在研究锂的替代品，包括钠。钠元素在元素周期表中位于锂的正下方，具有相似的化学性质，更容易获取，但其原子更重。
8 年级科学高级学术课程 (AAC) ...
• 评分阶段 1 • 评分阶段 2 • 评分阶段 3 • 评分阶段 4 过程标准描述了学生参与内容的方式。科学与工程实践 (SEP) 描述了学生为学习内容需要在课堂上进行的实践。反复出现的主题和概念 (RTC) 描述了学生需要如何思考内容才能学习它。科学与工程实践 8.1A 根据从文本、现象、模型或调查中观察到的信息提出问题并定义问题。8.1B 使用科学实践来计划和开展描述性、比较性和实验性调查，并使用工程实践来设计问题的解决方案。8.1C 在实验室、教室和现场调查期间使用适当的安全设备和实践，如德克萨斯州教育署批准的安全标准中所述。 8.1D 使用适当的工具，如量筒、米制尺、元素周期表、天平、秤、温度计、温度探头、实验室器皿、计时装置、 pH 指示剂、加热板、模型、显微镜、载玻片、生命科学模型、培养皿、解剖工具包、磁铁、弹簧秤或力传感器、模拟波行为的工具、卫星图像、天气图、手持放大镜以及实验室笔记本或日志。8.1E 使用国际单位制 (SI) 收集定量数据，并以定性数据为证据。8.1F 使用反复试验和方法组织数据，构建适当的表格、图形、地图和图表。8.1G 开发和使用模型来表示现象、系统、过程或工程问题的解决方案。8.1H 区分科学假设、理论和定律。8.2A 确定模型的优点和局限性，例如其大小、属性和材料。8.2B 通过识别任何重要的描述性统计特征、模式、错误来源或局限性来分析数据。 8.2C 使用数学计算来评估数据中的定量关系。8.2D 评估实验和工程设计。8.3A 提出解释并提出由数据和模型支持的解决方案，并与科学思想、原理和理论相一致。8.3B 在各种设置和形式中单独或协作地交流解释和解决方案。8.3C 使用应用科学解释和实证证据进行科学论证。8.4A 将过去和当前的研究对科学思想和社会的影响联系起来，包括科学过程、成本效益分析以及与内容相关的不同科学家的贡献。8.4B 通过评估来自多个适当来源的证据来评估所使用的可信度、准确性、成本效益和方法，从而做出明智的决策。
6 年级科学高级学术课程 (AAC) ...
• 评分阶段 1 • 评分阶段 2 • 评分阶段 3 • 评分阶段 4 过程标准描述了学生参与内容的方式。科学与工程实践 (SEP) 描述了学生为了学习内容需要在课堂上进行的实践。反复出现的主题和概念 (RTC) 描述了学生需要如何思考内容才能学习它。科学与工程实践 6.1A 根据从文本、现象、模型或调查中观察到的信息或提出问题并定义问题。6.1B 使用科学实践来计划和开展描述性、比较性和实验性调查，并使用工程实践来设计问题的解决方案。6.1C 在实验室、教室和现场调查期间使用适当的安全设备和实践，如德克萨斯州教育署批准的安全标准中所述。 6.1D 使用适当的工具，如量筒、米制尺、元素周期表、天平、秤、温度计、温度探头、实验室器皿、计时装置、pH 指示剂、加热板、模型、显微镜、载玻片、生命科学模型、培养皿、解剖工具包、磁铁、弹簧秤或力传感器、模拟波行为的工具、卫星图像、手持放大镜以及实验室笔记本或日志。6.1E 使用国际单位制 (SI) 收集定量数据，并以定性数据为证据。6.1F 使用反复试验和方法组织数据，构建适当的表格、图形、地图和图表。6.1G 开发和使用模型来表示现象、系统、过程或工程问题的解决方案。6.1H 区分科学假设、理论和定律。6.2A 确定模型的优点和局限性，例如其尺寸、属性和材料。 6.2B 通过识别任何显著的描述性统计特征、模式、错误来源或局限性来分析数据。6.2C 使用数学计算来评估数据中的定量关系。6.2D 评估实验和工程设计。6.3A 提出解释并提出由数据和模型支持的解决方案，并与科学思想、原则和理论相一致。6.3B 在各种设置和形式中单独或协作地交流解释和解决方案。6.3C 使用应用科学解释和实证证据进行科学论证。6.4A 将过去和当前的研究对科学思想和社会的影响联系起来，包括科学过程、成本效益分析以及与内容相关的不同科学家的贡献。6.4B 通过评估来自多个适当来源的证据来评估所使用的可信度、准确性、成本效益和方法，从而做出明智的决策。
无机材料设计的生成模型
我们发现更好的材料的速度对碳捕获，半导体设计和能量存储等领域的技术创新速度产生了重大影响[1-3]。传统上，大多数材料是通过实验和人类直觉发现的，限制了可以测试的候选者数量，并导致长时间迭代周期。多亏了高通量筛选[13]，开放材料数据库[14-17]，基于机器学习的财产预测者[18，19]和机器学习力场（MLFFS）[20，21]，已经可以筛选成千上万的材料来识别有希望的候选者[22，23]。但是，基于筛查的方法仍受到已知材料数量的限制。以前未知的Crys-talline材料的最大探索是在10 6-10 7材料[21，23 - 25]的订单中，这仅是潜在稳定的无机化合物数量的一小部分[26]。此外，这些方法无法有效地转向具有目标特性的材料。鉴于这些局限性，对伴侣的逆设计引起了极大的兴趣[27，28]。逆设计的目的是直接生成满足目标属性约束的材料结构，例如，通过生成模型[4，8，11]，Evolution-Ary算法[29]和增强学习[30]。生成模型很有希望，因为它们可以有效地探索新的结构，并可以灵活地适应不同的下游任务。1）。2）。MatterGen的广泛条件功能然而，根据密度功能理论（DFT）计算[4、5、31]的当前生成模型通常无法产生稳定的材料，受到元素的狭窄子集的限制[7，9]，并且只能优化非常有限的属性集，主要是形成能[4，5，5，5，8，11，11，11，31，32]。在这项研究中，我们提出了Mattergen，这是一种基于扩散的生成模型，该模型在周期表中产生稳定，多样的无机材料，并且可以通过针对逆材料设计的各种下游任务进行微调（图为了实现这一目标，我们引入了一个扩散过程，该过程通过渐变的原子类型，坐标和周期性晶格来生成晶体结构。我们进一步引入适配器模块，以对所需的化学组成，对称性和标量性质约束（如磁密度）进行微调。与以前的材料的先前状态生成模型相比，Mattergen的稳定，独特和新颖（S.U.N.）材料，并生成在DFT局部能量最小的距离其地面结构的10倍以上的结构（图。
特刊“先进耐火合金”：金属，MDPI
在竞争激烈的全球市场上，具有极端且通常不寻常性能组合的金属材料一直供不应求。当前最先进的金属材料，如镍基高温合金，正在接近其发展的物理极限，因为未来应用所需的工作温度接近或超过了它们的熔点。能源和交通等社会影响重大领域的进步要求探索和开发新型材料解决方案，以在更高温度下改善结构或功能性能。先进难熔合金，特别是难熔金属间复合材料 (RMIC)，如 Nb-硅化物原位复合材料、Mo-硅化物基合金、难熔高熵合金 (RHEA)、难熔复合浓缩合金 (RCCA) 和难熔高温合金 (RSA)，作为潜在的结构材料，其使用温度远超镍基高温合金，引起了广泛关注 [1-5]。其中一些合金的优异性能使它们成为当前和未来广泛应用的有希望的候选材料。这些先进材料基于 13 种难熔金属，即钨、铼、锇、钽、钼、铌、铱、钌、铪、铑、钒、铬和锆，其熔点介于 1855 ◦ C（锆）和 3422 ◦ C（钨）之间。它们还可能包含其他元素，例如铝、硅和钛，旨在改善设计所需的性能（主要是机械和/或环境性能）。元素周期表中不同族的难熔金属的性能差异很大。难熔金属及其合金的共同特性是熔点高、高温强度高、对液态金属具有良好的耐腐蚀性。难熔金属在极高的温度下也能保持稳定的蠕变变形，部分原因是它们的熔点高。难熔金属可加工成线材、锭材、钢筋、板材或箔材。它们用途广泛，包括热金属加工、熔炉、照明、润滑剂、核反应控制棒、化学反应容器和空间核能系统。它们也是航空航天应用的关键高温材料。此外，难熔金属还可用作合金添加剂——例如，用于钢、高温合金和高熵合金 (HEA)。最后，应该提到的是，大多数难熔金属都具有生物相容性，为开发用于植入应用的生物材料铺平了道路。低温加工性差和高温氧化性差是大多数难熔金属和合金的缺点。通过使用特定的难熔金属和合金添加剂组合可以改善氧化性能。与环境的相互作用会显著影响它们的高温蠕变强度。这些金属和合金在高温下的应用通常需要使用保护气氛或涂层。最近，RMIC、RHEA、RCCA 和 RSA 已成为深入研究的主题，其中许多研究涉及用于航空航天应用的新型超高温材料的设计。本期特刊发表的论文提供了新的信息
2024 年 8 月 4 日星期日下午
下午 1:00 TS-SuA-1 正电性金属和元素薄膜的热原子层沉积及其在基底上固有选择性生长的评估，Charles Winter，韦恩州立大学受邀我们的实验室正在开发新的化学前体，用于通过原子层沉积 (ALD) 生长正电性金属和元素薄膜。我们还对表现出区域选择性生长的工艺感兴趣，尤其是不需要阻断或失活基团的固有选择性生长。ALD 目前在铜金属化、扩散屏障、衬里和晶体管制造方面有许多应用。热 ALD 通常是首选，因为等离子体可以提供低保形覆盖率，这是由于深而窄特征壁上的自由基复合。近年来，铜和贵金属薄膜的热 ALD 取得了广泛进展，因为正的电化学电位可以使前体离子相对容易地还原为金属。由于离子的电化学电位为负，且目前缺乏能够将离子转化为金属或元素的 ALD 辅助试剂，因此针对元素周期表中大多数其他金属和元素的热 ALD 方法尚未得到很好的发展。在本教程中，将介绍镍、钴、铝等正电性金属的热 ALD 生长。使用含有二氮杂二烯基 (RN=CHCH=NR) 配体的前体，已经实现了镍和钴金属膜的 ALD。这些前体能够在低于 200°C 的温度下沉积钴和镍金属膜，并使用烷基胺作为良性辅助试剂。生长速率高（镍为 0.60 Å / 循环，钴为 0.98 Å / 循环），可获得高纯度、低电阻率的金属膜，并且膜具有低均方根粗糙度。这些工艺在铂、钌和铜等金属基材上表现出固有的选择性生长。相比之下，在绝缘基板上没有观察到生长。我们还将描述一类新的热 ALD 前体和钴和铜金属膜的工艺。使用适当的共反应物可以在金属基板上实现钴和铜的固有选择性生长。最后，将介绍一种用于铝金属膜生长的热 ALD 工艺。该工艺需要用热稳定、挥发性的氢化铝共试剂处理表面结合的 AlCl 3。铝金属 ALD 工艺的生长速度很高，并且可以获得高纯度、低电阻率的铝金属膜。我们将介绍铝金属膜区域选择性生长的前景。这些示例表明，通过精心设计前体和化学成分，可以为正电性金属实现热 ALD 工艺。
特刊“先进耐火合金”：金属，MDPI
在竞争激烈的全球市场上，具有极端且通常不寻常性能组合的金属材料一直供不应求。当前最先进的金属材料，如镍基高温合金，正在接近其发展的物理极限，因为未来应用所需的工作温度接近或超过了它们的熔点。能源和交通等社会影响重大领域的进步要求探索和开发新型材料解决方案，以在更高温度下改善结构或功能性能。先进难熔合金，特别是难熔金属间复合材料 (RMIC)，如 Nb-硅化物原位复合材料、Mo-硅化物基合金、难熔高熵合金 (RHEA)、难熔复合浓缩合金 (RCCA) 和难熔高温合金 (RSA)，作为潜在的结构材料，其使用温度远超镍基高温合金，引起了广泛关注 [1-5]。其中一些合金的优异性能使它们成为当前和未来广泛应用的有希望的候选材料。这些先进材料基于 13 种难熔金属，即钨、铼、锇、钽、钼、铌、铱、钌、铪、铑、钒、铬和锆，其熔点介于 1855 ◦ C（锆）和 3422 ◦ C（钨）之间。它们还可能包含其他元素，例如铝、硅和钛，旨在改善设计所需的性能（主要是机械和/或环境性能）。元素周期表中不同族的难熔金属的性能差异很大。难熔金属及其合金的共同特性是熔点高、高温强度高、对液态金属具有良好的耐腐蚀性。难熔金属在极高的温度下也能保持稳定的蠕变变形，部分原因是它们的熔点高。难熔金属可加工成线材、锭材、钢筋、板材或箔材。它们用途广泛，包括热金属加工、熔炉、照明、润滑剂、核反应控制棒、化学反应容器和空间核能系统。它们也是航空航天应用的关键高温材料。此外，难熔金属还可用作合金添加剂——例如，用于钢、高温合金和高熵合金 (HEA)。最后，应该提到的是，大多数难熔金属都具有生物相容性，为开发用于植入应用的生物材料铺平了道路。低温加工性差和高温氧化性差是大多数难熔金属和合金的缺点。通过使用特定的难熔金属和合金添加剂组合可以改善氧化性能。与环境的相互作用会显著影响它们的高温蠕变强度。这些金属和合金在高温下的应用通常需要使用保护气氛或涂层。最近，RMIC、RHEA、RCCA 和 RSA 已成为深入研究的主题，其中许多研究涉及用于航空航天应用的新型超高温材料的设计。本期特刊发表的论文提供了新的信息
胶体材料和界面的巨大挑战
胶体材料和界面是流行的跨学科领域，涉及物理，化学，生物学和其他学科的相交。胶体材料的结构单元的粒径位于中尺度上，在分子和宏观材料（例如高比表面积，量子尺寸效应和界面相互作用）之间具有独特的胶体材料（Xia等，2000）。其中，界面现象在胶体材料中尤为重要，因为界面的性质显着影响胶体颗粒的稳定性，组装行为和功能性能。因此，该领域的核心在于研究胶体的制备，结构和特性及其在各个接口处的相互作用。胶体材料的开发具有悠久的历史，涵盖了从四世纪制作的Lycurgus杯，到1857年的胶体“ Ruby”黄金的合成，再到2023年诺贝尔奖的诺贝尔化学奖，用于发现和合成纳米颗粒的量子量，覆盖了千年来。胶体科学的基础工作始于20世纪中叶。在1950年，Victor La Mer和Robert Dinegar开发了一种用于产生单分散液体的理论和过程，该溶质溶液允许具有均匀颗粒尺寸的胶体的控制生产（Lamer and Dinegar，1950年）。这是一个关键时刻，为纳米技术和材料科学的未来发展奠定了基础。这些进步不仅大大扩展了材料数据库，而且增强了实际应用的生产可扩展性。在数十年中，胶体材料的合成取得了重大进展，利用诸如溶胶 - 凝胶过程，水热合成，超声剥落和化学蒸气沉积等技术，以实现具有可控制的尺寸和形态的高质量纳米颗粒（Yin and andivisatos，2005年）。近年来，研究将重点转移到具有独特光学，电子和催化特性的胶体材料的合成和应用中。中，具有等离子效应的胶体（AU，Ag，Cu等。）具有高灭绝系数和显着的局部场增强作用，是光学相关材料和设备的重要组成部分（Linic等，2011）。多亏了纳米材料合成中的突破，已经合成了各种维度，形态和组成的等离子纳米材料。值得注意的是，手性等离子体胶体金属材料的合成以及等离子胶体材料的周期表的提议被认为是胶体材料开发中的重要里程碑（Lee等，2018; Tan等，2011），使胶体材料合成技术及其在专业化学中的应用中越来越多地越来越多。此外，半导体纳米晶，量子点和凝胶也是胶体材料和界面的关键研究方向（Reiss等，2009）。
社论：无机药物设计与合成的新策略
金属离子不仅在生物学中发挥关键作用，还广泛用于诊断和治疗剂。临床应用的例子包括用作 MRI 造影剂的钆配合物、用作成像剂的锝-99m 配合物和铂基抗癌剂药物。超过 50% 的癌症治疗使用 DNA 靶向铂类药物，无论是单独使用还是联合治疗。尽管它们在临床上取得了巨大的成功，但它们也存在一些缺点，包括因剂量相关毒性和耐药性出现而产生的严重副作用。这些局限性激发了人们对铂和非铂金属配合物的研究，其作用方式与铂类药物不同。因此，人们设计和开发了存在于元素周期表中的金属化合物，用于治疗从癌症（例如 Ru、Gd、Ti、Ge、V 和 Ga）到糖尿病（V 和 Cr）再到传染病（Ag、Cu 和 Ru）等一系列疾病。每种金属都有独特的特性，例如氧化还原电位和配体交换动力学。因此，金属中心的选择和配体的设计对新药物的治疗效果和作用机制起着至关重要的作用（ Hanif and Hartinger，2018 ）。本期特刊“无机药物设计与合成的新策略”汇集了六篇关于金属药物发现和开发领域最新进展的文章。半夹心金属芳烃支架具有可操纵的特性，可以优化分子的类药特性。这类化合物近年来引起了人们的极大兴趣。Mokesch 等人报道了一系列新型的 2-苯基苯并噻唑衍生物半夹心 Ru II 和 Os II 配合物。Ru II 和 Os II 配合物在低 µ M 范围内表现出抗癌活性。用作配体的 2-苯基苯并噻唑衍生物的效力至少比金属环低一个数量级。本文报道了金属环的水稳定性、与小生物分子的相互作用、细胞积累以及诱导细胞凋亡/坏死。代表性 Ru II 复合物的荧光显微镜显示其在溶酶体和其他亚细胞区室中积累量很高。分子靶向药物在改善抗癌剂的不良副作用和毒性方面表现出巨大的潜力。靶向药物识别并结合癌细胞表面与健康细胞相比过度表达的受体。在这方面，已广泛探索在各种肿瘤中过度表达的表皮生长因子受体 (EGFR)。Li 等人用抑制 EGFR 的 4-苯胺基喹唑啉衍生物对 Pt II 三联吡啶复合物进行了功能化。抗癌 Pt II 化合物表现出多种 DNA 相互作用模式，是强效的 EGFR 抑制剂。这些结果对于未来设计多靶向药物非常令人鼓舞。
Ruibing Wang
导师：Donal H. Macartney 博士，化学教授 总督金质奖章提名人 (2008) 皇后大学杰出论文奖 (2008) ➢ 1998 年 9 月 - 2002 年 7 月：理学学士学位吉林大学化学系（荣誉） 吉林大学优秀毕业生（2002） 工作经历 ➢ 2023 年 8 月-至今，澳门大学中华医科研究院（隶属于健康科学学院药学系）超分子药物学及纳米药物教授，澳门氹仔 ➢ 2021 年 1 月-至今，澳门大学全球事务办公室主任 ➢ 2019 年 8 月-至今，澳门大学中华医科研究院（隶属于健康科学学院药学系）超分子生物材料及纳米药物副教授，澳门氹仔 ➢ 2014 年 10 月-2019 年 8 月，澳门大学中华医科研究院超分子生物材料及纳米药物助理教授，澳门氹仔 ➢ 2009 年 11 月-2014 年 10 月，高级科学家、介入医学研发、BTG plc。 ➢ 2007 年 8 月 - 2008 年 5 月，加拿大皇后大学化学系博士后研究员 奖项和荣誉 2023 年 英国剑桥大学抹大拉学院 YIP 访问学者 2022 年 澳门科学技术奖（自然科学奖二等奖），澳门 2021 年 澳门大学 ICMS 杰出学术人员奖 2021 年 复旦大学复旦学者 2020 年 英国皇家化学学会会士 2020 年 澳门科学技术奖（技术发明奖三等奖），澳门 2019 年Publons 2019 2018-2019 Publons 化学领域前 1% 审稿人 2019 中国青年化学家元素周期表 2019 澳大教学杰出奖（澳大每年仅 1 名获奖者），澳门 2019 中国大陆大环芳烃及超分子化学新星奖，中国 2019 学院级最佳教师奖，澳门 2018 澳门科学技术奖（自然科学奖三等奖），澳门 2018 学院级学术奖，澳门 2016 法国马赛 CNRS 客座教授 2013 加拿大渥太华 BTG 商业加速器阶段奖 2011 加拿大渥太华 Nordion 商业加速器短跑奖，加拿大渥太华 2008 加拿大金斯敦女王大学杰出论文奖 2003-2007 加拿大金斯敦女王大学研究生奖 2004-2007 2005-2006 加拿大金斯顿女王大学会议旅行奖 加拿大金斯顿女王大学研究生院长博士实地旅行补助金 2002 吉林大学优秀毕业生（前 1%）中国 1998-2002 年度优秀本科生奖学金，长春，中国出版物（H 指数为 56）