北理工主持的国家重点研发计划项目成果发表于环境科学顶级期刊

　　日前，乐动（中国）材料学院高能材料设计与合成国防创新团队何春林教授与美国爱达荷大学Shreeve教授合作在新型含能材料研究方面取得重要进展。相关研究成果在线发表于《Journal of Materials Chemistry A》，文章题目为“Energetic salts of 4-nitramino-3-(5-dinitromethyl-1,2,4-oxadiazolyl)-furazan: powerful alliance towards good thermal stability and high performance”。论文第一作者为何春林教授，第一单位为乐动（中国）材料学院。

　　新型含能材料作为决定武器装备性能的关键技术，它的突破可以有效推动武器装备系统的更新换代。硝胺类含能材料由于N-NO₂的低键离解能（BDE）使该类化合物通常表现出较高的感度。由于偕二硝甲基(-C(NO₂)₂)中的C-NO₂具有更高的键离解能和氧含量，预期该类化合物将获得更低的感度，更高的密度，氧平衡和能量。

单晶结构图，晶胞堆积以及分子内弱作用力分析

　　文章以丙二氰为原料通过四步反应以50%的收率制备了3种偕二硝甲基新型含能化合物，在此基础上通过采用价格低廉的丙二酸二甲酯替代反应路线中价格昂贵且稳定性差的丙二酸甲酯酰氯获得了一条更加廉价的制备路线。所制备的新型含能化合物中的两种化合物爆速与传统炸药奥克托今相当，且比奥克托今更加钝感更加绿色，可作为传统炸药的有效替代物。由于研制的化合物的良好的应用前景，该项研究成果被选作该期刊的“热点文章”(Hot Paper)。

　　论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/ta/c8ta06199h

 

北理工霍毅欣教授课题组在《自然•通讯》杂志上发表最新研究成果

　　2018年9月6日，乐动（中国）生命学院霍毅欣课题组在自然集团旗下综合性期刊《Nature Communications》 （IF="12.353，2018年Google" Scholar最具学术影响力期刊排名第7）上发表了题为“Utilization of rare codon-rich markers for screening amino acid overproducers”的研究论文。该研究首次通过增加序列中稀有密码子的数量来提高蛋白翻译所需氨基酸浓度的“门槛值”，利用必需基因和颜色蛋白编码基因，建立了氨基酸高产菌株的选择和筛选体系，并证明了该方法在大肠杆菌（Escherichia coli）和谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）中的可行性。

稀有密码子减缓翻译速率及恢复方式

　　本研究为氨基酸高产菌株的筛选提供了新系统，解决了传统类似物筛选法存在的高毒性、低阳性率和适用对象有限的问题，理论上可用于任何一种天然氨基酸高产菌株的筛选，同时也为氨基酸高产机制的发现提供了新思路，可用于氨基酸发酵生产中优良菌株的构建，进而推动氨基酸市场的增长，促进氨基酸在食品、医药、养殖业等民生领域的应用。

转录组分析基因表达变化

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05830-0

 

北理工在量子行走和拓扑态研究方面取得重要进展

　　乐动（中国）物理学院张向东教授课题组（博士研究生王波、青年教师陈天副教授和张向东教授）构建出了能够适用于观察拓扑界面态的二维量子行走平台。在这个平台上首次实验上观测到陈数为零的拓扑保护束缚态。相关研究成果发表在近期的《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 121, 100501 (2018)】上，该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金委的资助。博士生王波和陈天副教授为共同第一作者，张向东教授和陈天副教授为共同通讯作者。

　　课题组在搭建适用于观察拓扑界面态的二维量子行走系统过程中，使用光的轨道角动量和空间位置两个自由度来映射出量子行走系统的二维位置空间。利用定制的具有多个图案的q-plate和双折射晶体，可以分别实现在光的轨道角动量和空间位置上有条件平移操作；配合半波片实现偏振旋转操作，从而在实验上就实现了二维量子行走。

二维量子行走实验方案

　　由于在该平台上可以很方便地对不同的位置空间执行不同的旋转操作，因此可以在系统中构建出不均匀的区域用以表征不同的拓扑相。在这两块不均匀的区域的边界上，课题组首次在二维量子行走中观测到反常的拓扑保护束缚态，并且证明了在扰动和无序条件下该束缚态的鲁棒性。

实验规则束缚态及其鲁棒性

　　通常情况下，人们认为拓扑保护的束缚态会出现在两个具有不同拓扑相的区域的界面处，而张向东教授课题组的研究结果表明，在两个拓扑相对应的拓扑不变量相同（陈数都为0）的区域界面处，也是存在拓扑保护的束缚态。这种现象不符合以往在静态系统中对于陈数的理解，而是周期性驱动的离散行走中特有的现象。在之前的光学波导系统中，通过精巧的设计，研究者可以观察到反常的拓扑保护的束缚态；而在量子行走系统中，课题组从实验上证明了反常的拓扑保护的束缚态的存在。该研究结果丰富了人们对拓扑相的理解，并且为研究高维量子行走的拓扑现象提供了一种新途径。

 

北理工“生物转化与合成生物系统”研究团队在物理化学国际知名期刊发表文章

　　乐动（中国）化学与化工学院“生物转化与合成生物系统”研究团队李春教授课题组在物理化学国际知名期刊《Journal of Physical Chemistry Letters》杂志上发表题为“Design of Glyco-Linkers at Multiple Structural Levels to Modulate Protein Stability” 的研究论文。这项研究由乐动（中国）化学与化工学院李春教授课题组与中科院高能物理所赵丽娜副研究员课题组合作完成。

天然糖基化的“连接臂”作用机制

　　在真核生物中，N-糖基化是一种重要的翻译后修饰，对调控蛋白质的稳定性具有至关重要的作用。然而，生物体内自发的N-糖基化随机性较强，大多的糖基修饰不能处于稳定蛋白质构象的最佳位点，导致其对蛋白质稳定性的提升作用不显著，甚至不合适的N-糖基还会降低酶的稳定性，大大限制了其在蛋白质稳定性改造中的应用。

人工设计的“糖桥”和“糖卡”构象显著提高PGUS的热稳定性

　　乐动（中国）化学与化工学院李春教授课题组以前期完成晶体结构解析的真菌β-葡萄糖醛酸酶（PGUS，同源四聚体结构）为模型蛋白，并将其在毕赤酵母（能够在蛋白质的特定位点引入高甘露糖型糖链）中异源表达（PGUS-P），验证了蛋白质内源的Asn383和Asn594位点的糖基化对PGUS-P的稳定性有显著影响。通过计算机模拟与实验相结合的方法，揭示了PGUS-P的两个內源N-糖基功能类似于“连接臂”，能将空间上距离相近的超二级结构域相连，使得其局部结构更加紧凑，从而提高了蛋白质的整体稳定性。以此为启发，研究人员通过对PGUS的晶体结构分析，在超二级结构域、结构域、亚基界面间设计了N-糖基化位点，进一步提高了PGUS-P的动力学、热力学稳定性。酶学性质表征并结合全原子分子动力学模拟结果表明，在结构域界面间的Asn208位糖链和周围二个结构域产生的作用力，形成了“糖桥”构型，将蛋白质在70°C下的半衰期提高了2.7倍，去折叠自由能提高了8.4kJ/mol；而在亚基界面间的Asn40位糖链通过和相邻亚基的作用，形成了“糖卡”构型，将热稳定性提高了7.1倍，去折叠自由能提高了14.6kJ/mol，同时酶的催化效率也提高了1.7倍。

　　研究人员不仅从蛋白质多层次结构的角度对糖链和蛋白质之间的相互作用提供了独特的见解，而且促进了N-糖基化的理性设计，使其成为提高蛋白质稳定性的通用技术。相关研究发表在《Journal of Physical Chemistry Letters》（2018, 9, 4638−4645）杂志上，该文章的第一作者是乐动（中国）的冯旭东预聘助理教授和王小艳博士。

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.8b01570

 

北理工黄佳琦特别研究员在国际顶尖期刊发表电子/离子混合导体界面重要研究论文

　　日前，乐动（中国）前沿交叉科学研究院黄佳琦特别研究员和中国科学院物理研究所李泓研究员、清华大学化工系张强教授合作，在用以保护金属锂负极的电子/离子混合导体界面设计方面取得重要进展。该研究通过化学液相法在锂电极的表面构筑混合的离子导体和电子导体双连通界面来实现电池高效利用和长续航寿命，开拓了人工界面层保护电极的新思路和新方法。相关研究成果2018年9月27日在线发表于《先进材料》（Advanced Materials, 影响因子21.95），题目为“An Armored Mixed Conductor Interphase on a Dendrite-Free Lithium-Metal Anode”。该工作第一单位为乐动（中国），通讯作者为乐动（中国）黄佳琦特别研究员、中国科学院物理研究所李泓研究员、清华大学张强教授。第一作者为前沿交叉院/材料学院博士研究生闫崇，并列第一作者为清华大学程新兵博士。

　　该团队通过化学液相反应法，在金属锂电极表面设计了具有高杨氏模量、快速离子传输特性的离子/电子混合导体界面层（Mixed conductor interphase，简称MCI）。MCI层作为固液界面层（Solid electrolyte interphase，SEI）和金属锂电极之间的过渡层，在具有高离子导率的同时兼顾一定的电子导率。

离子/电子导体混合导体界面的锂离子输运示意图

　　MCI层中离散分布的铜原子打破了相对长程有序的晶体结构，形成了更多的晶界和多晶区域缺陷，保证了锂离子在界面层中的快速传导，微弱的电子导率为锂离子在界面层中的迁移提供了迁移电场作为驱动力，对于定向引导锂离子输运具有重要价值。

混合离子/电子导体界面层与纯离子导体界面层TEM

　　MCI保护界面的金属锂负极用在匹配镍钴锰三元正极（NMC532）的全电池中，电池的平均库伦效率达到了99.8 %；电池的续航能力和稳定性也被显著提升，相比于传统的电极界面中电池经过100次循环后容量降低到50mAh g⁻¹，具有MCI保护层界面的电池在0.5 C（2小时充满额定容量）充放电倍率下，经过500次循环容量依然维持在50mAh g⁻¹，将电池的寿命延长了5倍。

MCI保护层下镍钴锰三元（NMC532）锂电池电化学性能

　　与研究人员长期以来对于界面的认知不同，MCI保护层的提出在电极界面保护具有示范意义，突破性地提出了构建离子/电子混合过渡界面来实现离子的快速定向运输，该研究工作得到审稿人的高度评价，认为MCI过渡界面层的提出有助于完善对电极界面的完整认识，为界面设计和保护提供新的思路和方向。

　　论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.201804461

 

北理工材料学院在《自然·通讯》发表超高强高熵合金研究成果

　　日前，乐动（中国）材料学院王富耻、王鲁教授团队，薛云飞课题组在国际顶级学术期刊《Nature Communications》上发表了题为“High-content ductile coherent nanoprecipitates achieve ultrastrong high-entropy alloys”的研究论文。该研究创新了高熵合金设计理念，综合多种强化机制，开发出了超强高熵合金。

合金独特的调幅纳米结构

　　为了进一步提升高熵合金的强度，同时还保有足够的韧性及高熵合金独特的优势，研究团队经过长期攻关，创新合金设计理念，成功在高熵合金中引入大量纳米强化相并获得一种独特的纳米调幅结构。该结构可通过多重机制，提供有效强化，贡献超过560%的强度增加。

　　这一新型超高强高熵合金不仅具有超高的强度（1.9GPa，接近传统钛合金的两倍）和良好塑性，还具有比传统钢铁材料密度低、耐蚀性好等优势，能满足先进武器装备对材料性能的苛刻需求，展现出切实的应用潜力。

超强高熵合金与已报道高熵合金力学性能对比

　　这一原创性成果在极大提升高熵合金强度的同时，仍能保持良好的塑性和加工硬化能力，不但大幅度提高高熵合金的综合性能，进一步拓展了可能的工程应用领域，其创新设计理念还能为高熵合金的设计提供更多的可能性，为开发兼具超高强度和塑性的高熵合金开辟新的途径。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-06600-8

 

北理工管理与经济学院李果教授课题组在Decision Sciences上发表最新研究成果

　　乐动（中国）管理与经济学院李果教授（第一作者），郑鸿博士生等合作的研究成果“Inducing Downstream Information Sharing via Manufacturer Information Acquisition and Retailer Subsidy”于2018年10月1日在决策科学类国际顶级期刊《Decision Sciences》上在线发表。

　　文章分析了供应链上游制造商如何利用自主获取市场信息（Information Acquisition）和提供补贴（Subsidization）的方式来激励下游竞争性零售商分享其私有的市场信息。研究表明，在均衡模式下，制造商会采用主动获取市场信息并且提供补贴的方式来激励下游零售商分享信息。此外，同时补贴策略（Simultaneous Subsidy）和顺序补贴策略（Sequential Subsidy）会导致相同的均衡结果，并且该均衡占优在部分补贴策略（Partial Subsidy）下的均衡。

横坐标为市场竞争强度，纵坐标为获取信息的不精确程度

　　该成果开创性地研究了三种不同的补贴策略，并且结合了市场信息不对称和下游竞争性零售商等因素，为现实中的上游制造商激励下游零售商分享其私有信息，提供了切实可行的理论指导。文章指出，当获取的信息精度和市场竞争强度都不高的时候，选择同时补贴 （Simultaneous Subsidy） 或者顺序补贴策略 （Sequential Subsidy） 是制造商的最优策略；否则，部分补贴策略 （Partial Subsidy）为制造商的最优策略。

　　论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/deci.12340

 

北理工主持的国家重点研发计划项目成果发表于环境科学顶级期刊《Global Environmental Change》

　　北理工管理与经济学院魏一鸣教授领衔的国家重点研发计划项目(2016YFA0602600)“气候变化经济影响综合评估模式研究”之成果“共享社会经济路径下的社会碳成本”（Social cost of carbon under shared socioeconomic pathways），近日发表于环境科学顶级期刊《Global Environmental Change》。根据Web of Science期刊排名，该期刊在环境研究领域排名第二，仅次于自然子刊《Nature -Climate Change》。文章第一作者杨璞是管理与经济学院硕士研究生，魏一鸣教授和米志付博士是该文的通讯作者。

　　该研究应用魏一鸣教授团队自主开发的“中国气候变化综合评估模型（China’s Climate Change Integrated Assessment Model，以下简称C³IAM）”，与2018年诺贝尔经济学奖得主诺德豪斯教授开发的DICE模型相结合，用C³IAM结果在SSP路径下重新估计了DICE模型中的减排成本函数，在SSP的社会经济假设下对社会碳成本进行估计和不确定性的讨论。结果表明，社会和国家分化和发展中国家快速发展的社会经济特征将会提高排放的社会成本。

研究框架

　　考虑气候损失的不确定性，在减排和适应挑战较高的区域分化发展情景下，2020年平均社会碳成本为45 美元/吨CO₂，显著高于其他四种情景下的社会碳成本（10~19美元/吨CO₂），并在后期保持较高水平，在2050年增加到108美元/吨CO₂。这表明，区域间合作可有效降低社会碳成本；如果世界社会经济条件日益向区域对抗分化方向发展，排放的社会成本将会大幅增加。

SSP路径下社会碳成本的变化（灰色表示不同损失函数下的变化路径）

　　由于不同的损失函数衡量气候变化影响的范围和时间尺度不同，得到的结果也具有较大差异。一类损失函数突出气候变化后期的不可逆变化，而气候变化前期的社会排碳成本极低甚至为负值。这种负的社会排碳成本可以理解为在温度小幅度上升时，增加单位排放带来的农业增产等正向收益高于导致极端天气的负向损失，能够增加社会福利。而另一类损失函数则将气候变化描绘为连续的渐进式变化，得到的社会碳成本的变化趋势相对平缓。

九种损失函数下不同社会经济发展路径的社会碳成本变化趋势

　　代际贴现率也是影响社会碳成本的关键因素，代际贴现率越大，对未来福利的折减越多，对应的社会碳成本越低。0%~5%的代际贴现率下，2020年社会碳成本呈现指数下降的趋势，平均值分别为146美元/吨CO₂，37美元/吨CO₂，12美元/吨CO₂，5美元/吨CO₂，3美元/吨CO₂，2美元/吨CO₂。在0%的代际贴现率下未来福利的变化对当期决策影响更大，得到的社会碳成本更高。同时，低贴现率放大了未来排放水平、温度和气候损失产生的不确定性，得到的社会排放成本最大值为501美元/吨CO₂，最小值为-25美元/吨CO₂，相比其他贴现率下的极差最大。

2020年代际贴现率为0%~5%下的社会碳成本与2017年碳配额价格和碳税的比较

　　论文链接：https://authors.elsevier.com/c/1XvAC3Q8oP-86e

　　

　　（注：以上科研成果按发表时间顺序排列）