一周前沿科技盘点｜创新催化剂大幅提升绿色氢能生产效率；潮汐力塑造宇宙中的孤独行者

摘要：在绿色氢能的发展进程中，甲醇水蒸气重整制氢作为一种高效、可持续的氢气生产方式，其反应选择性和氢气产率的提升成为关键科学挑战。最新研究显著提升了催化活性和目标产物选择性，为绿色氢能的高效生产开辟了新路径。

在绿色氢能的发展进程中，甲醇水蒸气重整制氢作为一种高效、可持续的氢气生产方式，其反应选择性和氢气产率的提升成为关键科学挑战。最新研究显著提升了催化活性和目标产物选择性，为绿色氢能的高效生产开辟了新路径。

流浪行星质量天体作为介于恒星与行星之间的一类神秘天体，其形成机制一直困扰着科学家。对此，中国科学院上海天文台研究员邓洪平带领的国际合作科研团队进行了相关探索。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第132期。

《Nature Communications》丨创新催化剂大幅提升绿色氢能生产效率

PdCuₓ/ZnO催化剂的（a）晶体结构、（b、c）微观形貌、MSR反应的（d）氢气产率、（e）CO选择性和甲醇转化率

绿色氢能在推动能源结构演替方面发挥重要作用。甲醇水蒸气重整（MSR）制氢是绿色氢能的重要来源之一，具有高效、可持续和低环境影响等特点。目前，提高MSR反应的选择性和氢气产率是亟待解决的科学问题。

钯催化剂（Pd/ZnO）是MSR反应的典型催化剂，其目标反应途径为PdZn合金上反应关键中间体CH₂O*被水解离产生的OH*物种氧化为CO₂和H₂，但同时存在CH₂O*直接分解为CO和H₂的副反应竞争，导致目标产物选择性较低。

近期，中国科学院生态环境研究中心贺泓团队研究提出了通过路径优化来精细调控选择性的策略。研究将Cu引入Pd/ZnO催化剂中，形成稳定的PdCu合金，调整催化反应动力学，降低水解离能垒，从而提供了更多活性羟基以促进CH₂O*的氧化反应，提高了反应活性和目标产物选择性。同时，PdCu合金上CO解吸的能垒提高，抑制了CH₂O*分解，阻碍了副反应产物CO生成。这一双重功能调控提升了甲醇水蒸气重整制氢的活性和选择性。实验结果表明，优化后的PdCu₁/ZnO催化剂的活性比传统Pd/ZnO催化剂提高了2.3倍，且CO选择性降低了75%。

上述研究通过识别并优化关键反应步骤，精细调控催化反应的选择性，为高效催化剂设计合成与绿氢生产提供了指导。

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《Science Advances》丨潮汐力塑造宇宙中的孤独行者

詹姆斯·韦伯太空望远镜对猎户座星云中Trapezium星团附近区域的近红外波段成像

中国科学院上海天文台研究员邓洪平领导的国际合作团队提出了关于流浪行星质量天体（PMOs）形成的全新机制，这一发现对理解恒星与行星形成边界的探讨具有重要意义。PMOs是介于恒星和行星之间的天体，最初在2000年被探测到，其质量低于氘燃烧极限且不被任何恒星束缚。近五年来，观测样本显著增加，并证实它们广泛存在于年轻星团中。

传统理论认为PMOs可能是极低质量的恒星或从母系统中被抛出的巨行星，但这些理论难以解释PMOs的丰度、多体系统以及运动特征的一致性。邓洪平团队通过高精度流体动力学模拟提出，当两颗年轻恒星的星周盘以特定角度和速度近距离相遇时，潮汐力可拉伸并形成“潮汐桥”，进一步收缩为线状分子云，最终断裂坍缩成PMOs。此过程在密集星团中尤为高效，能同时产生多个PMOs，甚至双星或三星系统。

研究显示，在Trapezium星团中，由于恒星相遇频繁及速度适中，成为PMOs的理想孕育地；而在IC 348星团中，由于恒星运动速度弥散较小，PMOs相对稀少。此外，新形成的PMOs周围保留了延展气体盘，这与观测结果相符。该机制不仅解释了PMOs的丰度和性质，还暗示它们可能代表一类新的天体类型，为探索宇宙中流浪行星的形成提供了新视角。目前，随着观测样本的快速增长，研究团队正计划针对不同星团中的PMOs开展更深入的研究，旨在揭示这一机制的普遍适用性。

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《Nature Communication》丨随机阻变存储器革新边缘智能系统多模态数据分析

基于随机阻变存储器的深度极限点云学习机软硬件设计

当前，边缘智能硬件系统正越来越多地将各种类型的视觉传感器集成于一体以提升系统性能。在边缘智能系统上对不同传感器输出的多模态数据进行分析，对各种新型应用如增强现实/虚拟现实、无人机等较为重要。这对软硬件系统提出了挑战。目前，多模态信号在数据结构上的异构性导致边缘系统开发具有较高复杂性，传统数字硬件的性能受限于物理分离的存储与计算单元以及晶体管尺寸缩放的物理极限。随着模型规模持续扩大，其复杂的训练过程加剧了上述限制。

近日，中国科学院微电子研究所研究员尚大山与南方科技大学博士王中锐合作，通过软硬件协同设计，开发出基于随机阻变存储器的深度极限点云学习机系统。该研究提出了新颖的软硬件协同设计系统——基于随机电阻存储器的深度极限点云学习机（DEPLM），可支持高效统一的点集分析。在数据层面，研究将多模态数据统一表示为点集，实现了通用化处理；在软件层面，研究提出深度极限点云学习机，同时大部分权重无需训练，降低了训练复杂度；在硬件层面，阻变存储器可以实现存储与计算一体化，并可以利用其固有的编程随机性生成DEPLM的随机稀疏权重，从而抑制读取噪声的影响。

进一步，该研究在多种数据类型和两类学习任务中验证了这一系统的普适性。与传统数字硬件系统相比，该协同设计系统实现了能效提升并降低了训练成本。

这一基于随机阻变存储器的深度极限点云学习机，有望为跨模态、跨任务的高能效、易训练边缘智能系统开辟新路径。

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《Molecular Plant》丨小麦基因组精细图谱成功绘制，为作物改良铺路

中国春小麦基因组近完整组装

由中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究组与鲁非研究组，联合中国农业大学科研人员，针对小麦基因组庞大、高度重复且为异源六倍体的特点，利用ONT超长读长测序、PacBio HiFi高精度测序和Hi-C数据，实现了中国春小麦基因组的近乎完整组装（CS-CAU），大小为14.46 Gb，准确率大于99.9963%，仅剩290个组装间隙。其中四条染色体首次实现无间隙组装，两个达到端粒到端粒级别。

这项研究解决了小麦基因组复杂性带来的组装难题，并为其他复杂作物基因组解析提供了范例。基于该组装，共注释到151,405个高置信度基因，包括59,180个新注释基因及7,602个首次组装出的基因。通过整合RNA-seq数据集和跨物种蛋白同源性证据，研究揭示了ω-醇溶蛋白由B亚基因组完全负责表达，而其他5类种子储藏蛋白主要由D亚基因组贡献，为剖析小麦面筋品质遗传基础奠定了基础。

此外，除chr1B着丝粒外，其余20条染色体着丝粒序列均被完全组装，发现着丝粒区主要由逆转座子构成，A/B亚基因组富含CRW和Quinta，而D亚基因组中这类序列占比较低。串联重复序列在三个亚基因组间分布不均，特别是简单串联重复富集于B亚基因组，卫星序列则集中于D亚基因组。此研究为小麦遗传改良和基础研究提供了关键资源。

原文链接：

https://www.cell.com/molecular-plant/abstract/S1674-2052(25)00068-1?_returnURL=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1674205225000681?showall=true

《Advanced Functional Materials》丨仿生训练模式使人工骨骼肌组织接近天然肌肉性能

系统示意图

近年来，类生命机器人作为一种结合生命系统与机电系统的创新技术，在组织工程、器官芯片和医疗等领域展现出巨大的应用潜力。构建这类机器人常用的生物材料包括心肌细胞、人工骨骼肌组织等，其中人工骨骼肌因其尺寸可扩展性、可控性和潜在的高驱动力而被广泛应用。

中国科学院沈阳自动化研究所的科研人员受人类骨骼肌训练模式启发，开发了一种电-力共刺激系统，旨在提升人工骨骼肌组织的驱动性能。人体内的骨骼肌组织从胚胎到成年均受到神经电刺激和机械刺激的共同作用以维持其功能。基于此，研究团队模仿了这一自然训练模式，通过同时施加电刺激和动态机械刺激来促进人工骨骼肌组织的蛋白分化率和收缩性能，从而实现类生命机器人的快速驱动。

实验结果显示，经过该方法训练的人工骨骼肌组织，其蛋白分化率提升了约50%，收缩力最大提升了约98%，并形成了类似天然骨骼肌的成熟肌节结构。在低负载条件下，这种人工骨骼肌的最大收缩应变可达18%，接近天然骨骼肌的水平。此外，由这种人工骨骼肌驱动的仿毛毛虫机器人实现了2.38mm/s的最大运动速度，刷新了公开资料中人工骨骼肌驱动类生命机器人的速度纪录。这项研究为类生命机器人的发展提供了新的思路和技术支持。

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《Neuron》丨镁离子在神经信号传递中的独特作用被揭示

NMDA受体在突触传递中的功能与镁离子作用机制

N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体对突触可塑性至关重要，其功能受到镁离子的电压依赖性阻断和电压非依赖的变构调控影响。然而，由于镁离子的小离子半径导致冷冻电镜难以清晰捕捉其结合位点，具体分子机制一直未明。近日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心竺淑佳团队揭示了镁离子在NMDA受体中的多重作用机制，发现了3个独立的镁离子结合位点。

研究利用双电极电压钳技术记录爪蟾卵母细胞上表达的NMDA受体及其电流-电压特性曲线，发现负电压下镁离子对GluN1-N2A和GluN1-N2B两种NMDA受体亚型的阻断作用相似；正电压下仅对GluN1-N2B受体的外向电流有显著增强作用。进一步纯化人源GluN1-N2B受体蛋白并解析其高分辨率三维结构，鉴定出3个镁离子结合位点：位点I位于选择性过滤器，通过天冬酰胺环侧链与镁离子形成配位键，介导电压依赖性阻断；位点II、III位于GluN2B亚基N端结构域的不同位置，分别介导变构增强与抑制作用。特别是位点II由3个酸性残基组成，位点III则与锌离子结合口袋重叠。

此外，通过分子动力学模拟，该研究还展示了镁离子和钙离子与NMDA受体残基相互作用的差异，解释了为何镁离子能有效阻断而钙离子可以通透的选择性机制。这些发现为理解NMDA受体在兴奋性突触传递中的功能及在突触可塑性中的角色提供了新视角。

原文链接：

https://www.cell.com/neuron/abstract/S0896-6273(25)00047-9