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燃料电池的演化及发展探析摘要：对燃料电池的工作原理进行了详细的分析；对其演化过程进行了简述；对其最新技术进行了详细的研究；对国内燃料电池技术的发展提供了参考意见。关键词：燃料电池；碱性燃料电池；磷酸型燃料电池；熔融碳酸型燃料电池；固体氧化物燃料电池；直接醇类燃料电池；固体高分子膜燃料电池随着工业化过程的进一步加强，大气中二氧化碳的排放量和污染程度加剧，导致了温室效应越来越明显，因此环保问题引起了各国政府的重视。为此，绿色能源技术引起了各国的普遍关注，并且正在逐步成为一种趋势。经过了各方的互相协作和努力，燃料电池技术正日趋成熟。作为一项重要技术，从本质上讲，它是一种电化学的发电装置，等温地按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，因此正在成为理想的替代能源。1 燃料电池的演化过程1．1 燃料电池的演化过程燃料电池是一种新型的无污染、高效率汽车、游艇动力和发电设备，在本质上是一种能量转化装置。1839年，格罗夫发表了第一篇有关燃料电池研究的报告。1889年，蒙德和朗格尔采用了浸有电解质的多孔非传导材料为电池隔膜，一铂黑为电催化剂，以钻孔的铂或金片为电流收集器组装出燃料电池。但此后的一段时间里，奥斯卡尔德等人在探索燃料电池发电过程的实验都因为反映速度太慢而使实验没有成功。与此同时，热机研究却取得了突破性进展并成功运用而迅速发展。因此燃料电池技术在数十年内没能取得大的进展。直到1923年，由施密特提出了多孔气体扩散电极的概念，在此基础上，培根提出了双孔结构电池概念，并成功开发出中温度培根型碱性燃料电池。以此为基础，经过一系列发展，这项燃料电池技术得到了突飞猛进的发展。在20世纪60年代由普拉特一惠特尼公司研制出的燃料电池系统，并成功应用于宇航飞行，使得燃料电池进入了应用阶段。1．2 燃料电池的基本工作原理燃料电池是一种能量转化装置，它就是按电化学原理，即原电池工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。从本质上说是水电解的一个“逆”装置。电解水过程中，通过外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。因此，燃料电池的基本结构与电解水装置是相类似的，它主要由4部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，目的是用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等类型。燃料电池的工作原理如下(以磷酸型或质子交换膜型为例)：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子；(3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；(4)在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水；与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。1．3 燃料电池的特点由上所述可知，燃料电池在本质上是电化学转化装置，它能够通过电化学过程直接将化学能转化为电能和热能，因而具有如下优点：1)干净清洁。利于环保，可减少二氧化碳的排放；无噪音，并自给供水；2)高效。由于其转化过程没有经过热机过程，因此效率高。3)适用性。由于污染小，无噪音，可靠，可使用于终端用户，因而可减少各种损失，并节省设备投资。4)可调制性。由于它是组合的结构，因而可以调节，以满足需求。5)燃料多样性。由于燃料可以是氢气、天然气、煤气、沼气的功能碳氢化合物燃料。基于以上特点。燃料电池成为绿色能源技术发展的重点。成为本世纪最有发展前途的技术之一。2 国内外燃料电池的最新进展2．1 碱性燃料电池（AFC）AFC技术是第一代燃料电池技术，已经在20世纪60年代就成功地应用于航天飞行领域。它是最早开发的燃料电池技术。目前德国一家公司开发的AFC在潜艇动力实验上获得了成功。国内对AFC的研究工作是从20世纪60年代开始的，主要是集中在中科院的下属研究机构。武汉大学和中科院长春应化所在上世纪60年代中期即开始对AFC进行基础研究。上世纪70年代，由于航天工业的需求，天津电源研究所研制出lkW AFX2系统。与此同时，A型号(即以纯氢、纯氧为燃料和氧化剂)、B型号(即以N2H4分解气、空气氧为燃料和氧化剂)燃料电池系统也在中科院大连化物所研制成功。此外，其它的研究机构也都展开了对AFC的研究。2．2 磷酸型燃料电池（PAFC）PAFC也是第一代燃料电池技术，也是目前最为成熟的应用技术。已经进入了商业化应用和批量生产。目前美国、日本、欧洲各国已有100多台200KW 发电机组投入使用或在安装中，最长的已经运行了37000小时。因此已经证实了PAFC是高度可靠的电源。只是由于其成本太高，目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。国内对PAFC的研究工作相对较少。尽管如此，在对PAFC的研究过程中仍进行了卓有成效的工作，取得了不俗成绩。如国内学者魏子栋等人在对氧化还原发应的电催化剂研究过程中发现了Fe、Co对Pt的锚定效应。2．3 熔融碳酸型燃料电池(MCF℃)MCFC是属于第二代燃料电池技术。目前对MCF℃ 的研究国家有美国、日本和西欧，主要是应用于设备发电，目前还处于试验阶段。美国对MCFC的研究单位有国际燃料电池公司和能源研究公司及M—C动力公司。而日本对MCFC的主要是NEIX)公司、电力公司、煤气公司和机电设备厂商组成的MCFC研究开发组。大坂工业技术研究所从1991年开始10kW的MCFC单电池的长期运行试验，到1995年l1月止，累计运行了4万小时，确证了MCFC实用化的可能。德国MTU宣布在MCFC技术方面取得了突破。由该公司开发出来的世界上最大的280kW 的单电池还在运行。国内对MCFC的研究是中科院大连化物所从1993年开始的。现在正处于组合电池的研究阶段。而经过多年的艰苦努力与创新突破，上海交通大学科研人员率先在国内成功进行了1～1．5l 的熔融碳酸型燃料电池(M ℃)发电实验，取得了在国外一些国家至少需要6年甚至10年左右时间才能获得的成果。参加项目评审的专家认为，它整体水平达到了当前国内领先水平、国际20世纪90年代初同类技术的先进水平。2．4 质子交换膜型燃料电池系统(PEMF℃)PEMFC是属于第三代燃料电池技术。20世纪60年代，美国就已将PEMFC应用于宇航飞行，但由于技术问题，使得在其发展过程中受到了影响。直到20世纪80年代，加拿大Ballad公司才展开对PEMFC的研究工作。并取得了突破性进展。目前开发出来的电池组合功率达到了1000W／L、700W／kg的指标，因此这一技术引起了各国的广泛关注。目前Ballad公司在这一技术领域处于领先地位。国内对PEMFC的研究是从20世纪70年代天津电源研究所展开一聚苯乙烯蟥酸膜为电解质的PEM—FC基础研究。但进展缓慢。而国外在这一领域发展较快。因此在90年代开展了PEMFC的跟踪研究。目前，在PEM 方面，国内技术在多个方面取得了突破，北京富原新技术开发总公司已出现了50W、75W、150W、5KW 等样机。而上海神力科技有限公司已研制出5KW，10KW 的大功率型质子交换墨燃料电池系统，这大大缩小了与世界先进水平的距离。

图书馆自动化系统开源软件的比较研究摘要〕在调研与实际操作的基础上,对国外三种比较有代表性的图书馆自动化系统开源软件(Koha, PHPMyLibrary,PMB)进行介绍,并从基本技术特征、系统功能和技术服务三方面对这三个系统进行比较分析,以期深入理解图书馆自动化开源软件的设计理念,为开源软件在国内图书馆自动化系统建设中的推广应用提供参考。〔关键词〕图书馆自动化系统;开源软件; Koha; PHPMyLibrary; PMB1引言图书馆自动化系统,又叫图书馆集成管理系统(Inte-grated Library System),始于20世纪70年代,是实现图书馆业务与服务自动化管理的软件系统。长期以来,自动化系统的建设是图书馆建设的重要工作,但商业自动化系统的高额费用和非个性化服务使图书馆的自动化建设受到很大阻碍。而近年来在全球广泛兴起的开源软件为图书馆提供了新的选择。所谓开源软件,是在新型的———并行的、点对点的、动态的软件开发模式〔1〕下开发出来的软件,它鼓励软件开发者相互协作,开放软件的源代码,并允许任何人基于任何目的使用、拷贝、修改及重新分发软件。国外图书馆界对开源软件的研究始于1998年,美国耶鲁大学医学图书馆的系统馆员Daniel Chudnov在《图书馆杂志》(Library Jour-nal)上发表了名为“开源软件:图书馆系统的未来”的研究论文,引起了图书馆界的广泛关注,他指出“尽管开源软件至今仍未进入图书馆软件的主流市场,但这种开发模式对于图书馆软件市场的发展有着巨大的竞争力,新时期的图书馆应该把更多的资源用于用户与馆员的培训,而非购买昂贵的系统”〔2〕。目前,在国际范围内,已有十几种采用开源软件模式进行开发和应用的图书馆自动化系统,主要侧重于编目、公共存取等基本功能的实现。如: Koha系统、Avanti系统、Evergreen系统、LearningAccess ILS、PHP-MyLibrary系统、OpenBiblio系统等。这些系统在设计目标、采用标准、实现技术、系统规模以及数据的组织方式、发布方式等很多方面都不尽相同。本文在调研与实际操作的基础上,选择了3个比较有代表性的图书馆自动化系统开源软件进行比较分析。2系统介绍2·1Koha集成图书馆自动化系统Koha系统产生于1999年,被业内人士认为是全球第一个自动化开源软件,由Katipo通信公司采用Perl语言和MySQL数据库开发完成。该系统不仅集成了图书馆的传统业务流程,包括采购、编目、流通、OPAC、读者管理,同时还为用户提供个性化的定制机制。Koha系统是基于Web的客户/服务器体系结构。该系统中的perl脚本是Koha系统的核心部分,它是图书馆用户与后台系统交互作用的核心,包括OPAC系统、Intranet系统、Daemons系统以及DB系统〔3〕。OPAC系统是Koha系统中的重要组成,其开发基于标准的WWW技术,如XHTML、CSS和JavaScript,因而用户可以通过基于Web浏览器的用户端,很容易地找到特定资源。Intranet系统则是后台事务与前台操作的接口,图书馆员无需安装其它软件,直接利用浏览器便可以实现图书馆自动化的基本业务,如用户的登入、登出管理、虚拟书架的管理、图书馆资源采购、资源流通的管理,以及资源数据的导入、导出等。Daemons系统为利用Z39·50协议查询资源的用户提供到Z39·50服务器的连接。而DB系统则为数据库的存取操作提供支持。目前Koha系统主要安装在公共图书馆、个人和高校图书馆的系部。而公司等赢利性机构使用得不多。2·2PHPMyLibrary系统PHPMyLibrary系统是一个基于PHP语言和MySQL数据库的图书馆自动化应用系统,它包括编目、流通、WebOPAC、输入/输出和论文管理模块。主要具有如下特征:(1)基于Web编目并存储相关的书目信息。图书馆员不仅可以对数据库中的信息进行编辑、修改、检索、添加与删除操作,还能通过动态按钮很容易地增加或编辑新的书目格式。(2)提供基于USMARC标准的输入/输出。(3)提供ISIS2MARC程序,实现从ISIS数据库的系统导入功能〔4〕。(4)支持多语言管理,用户可以管理包含多种语言的信息,包括汉语、俄语、西班牙语、法语、德语等,并可以支持对这些语种的数据库进行检索。2·3PMB系统PMB系统,原名PhpMyBibli,自2002年在法国立项以来,受到国际同行的广泛关注。该系统由PHP和MySQL编写完成,目前已能实现资源订购、资源编目(主要是书籍与期刊编目)、资源流通以及授权管理和串行数字接口中(SDI)管理等功能。该系统支持UNIMARC标准,运行在Linux或Windows操作系统下。由于该项目源于法国,因此很多相关信息都以法语提供,为该系统的推广宣传带来障碍,但来自波多黎各的Jesir Vargas已把该系统翻译成英语和西班牙语,拓宽其使用范围, 2004年,该项目的用户社区在比利时成立。3系统比较与分析3·1基本技术信息基本技术信息包括软件所遵循的许可证类型、所支持的客户端与服务器端系统类型以及图书馆标准等,它们是评判系统的可扩展性和易用性的有效标准。通过比较,可以看出这三个图书馆自动化开源软件都具有较好的通用性、开放性和可扩展性。主要体现在: (1)都可以在当前的主流操作系统平台上运行; (2)都支持图书馆编目标准MARC、检索协议Z39·50; (3)都是基于Web的系统,为用户提供了简单的操作接口,极大提高了系统的操作性能。这与传统的基于CS架构的图书馆自动化系统不同。面对网络环境的日益渗透,传统图书馆自动化系统不得不考虑向Web系统转型,这无疑为本土企业和图书馆用户带来大量工作。而开源软件大多从一开始设计就是基于Web的客户/服务器体系结构,开发语言(如PHP等)普遍具有良好的可扩展性,这也是开源自动化系统区别于传统自动化系统的最大优势。3·2系统功能系统功能是图书馆选择自动化系统的重要依据,是系统功能模块有效实现的直接反映。作者参阅2005年国家工程技术图书馆发表的关于“图书馆自动化系统的调研报告”〔5〕中的用户需求,对上述三个开源系统进行了功能比较,帮助读者对这些系统所能实现的功能进行客观把握。从笔者的实际操作来看, Koha几乎具有用户所需的各项功能,包括多样的检索接口,对资源流通过程的系统跟踪;对采购过程的系统管理,如资源编目数据的获取、资源获取的预算与实际资金管理,同时该系统还为小型图书馆提供了简单的采购模块,另外,该系统还提供对期刊与网络资源的编目,因此, Koha系统是值得图书馆界关注的一个重要系统。而PHPMylibrary和PMB系统缺乏对期刊和成员馆的管理,系统功能不如Koha系统完善,因而更适合中小型图书馆选择利用。3·3技术服务系统的维护与服务是关系到图书馆自动化系统是否能长期有效运行的重要因素之一,是图书馆选择这类软件所必须考虑的因素,与商业软件相比,开源软件的技术服务有其特殊之处。面对各种市场需求,越来越多的商业软件许可证中包含了如安装、培训、运行支持、排错性维护和版本升级等技术服务内容,而由于开源软件的开放与自由获取性,用户通常需要自己在相关网站中下载安装与操作文档,当用户在使用过程中遇到问题时,可以通过邮件列表或是其它方式(如由专业软件公司提供的正式支持)获得相应的帮助,这种多样的服务方式为用户提供了个性化的选择。虽然上述三个系统都拥有正式的服务团队,而且Koha系统的技术力量相当强大,不仅由多国专家共同组成,同时还有全球的众多厂商参与,包括新西兰、法国、美国、英国、阿根廷等国家的软件服务公司。但由于地域、语言、时间等限制,国内用户很难真正及时有效获得帮助。尤其是PMB系统,其很多资料都是法语文献,严重影响用户对系统的参与和理解。4结论自从2000年初奥本大学(Auburn University)图书馆成功安装图书馆自动化开源软件以来,国际上许多知名图书馆陆续开始采用开源软件来改善已有的图书馆自动化系统。目前已有数百个图书馆采用Koha系统,散布全球五大洲,包括澳大利亚、美国、加拿大、爱沙尼亚、印度、尼日利亚、波兰等国家。其中美国的Ohio Nelsonville公共图书馆,有7个分馆,馆藏30万册,读者5万人,年流通量62万册,是Koha的最大客户。另外中国台湾地区的仁德医护管理专科学校、南投县南港国小等多个学校使用该系统获得了较好效果〔6〕。而PHPMylibrary和PMB系统用户相对较少,PHPMylibrary目前在坦桑尼亚、印尼和菲律宾等国开始使用。北苏门答腊大学(USU: University of Sumatra Utara)图书馆在线拥有70, 920件馆藏,是到目前为止利用该系统的较大在线馆藏〔7〕, PMB系统目前在全球的用户仅100余个〔8〕。通过对这些软件的比较分析,以期深入理解图书馆自动化开源软件的设计理念,为开源软件在国内图书馆自动化建设中的应用提供参考。传统的图书馆自动化系统开发过程,基于商业利益和技术保密的考虑,仅由开发商负责。由于无缘参与开发,图书馆只能在功能和性能上对软件的质量进行评价,却无法从更深的技术层面来研究软件,导致软件中的错误或低效率逃过检测而进入实际使用,最终延长了软件达到预期目标的周期。开源软件的开发模式令图书馆能够在更大范围和更深层次上参与软件的开发与维护,而用户的参与将有助于全面查找并快速修正软件中的错误,完成软件的多样性和适应性测试,并能根据特殊需求定制或集成软件,从而促使图书馆软件系统趋向成熟。〔参考文献〕〔1〕Eric S. Raymond. The Cathedral and the Bazaar〔EB/OL〕.〔2008-05 - 30〕. http: //www. firstmonday. org/issues/issue3-3/ray-mond/.〔2〕Daniel Chudov. Open Source Software: The Future of Library System〔J〕. Library Journal, 1999, 124 (13): 40-43.〔3〕Nicholas Rosasco, Erik Bakke. Koha architecture study〔EB/OL〕.〔2008-04-20〕. http: //www. kohadocs. org/.〔4〕About PhpMyLibrary〔EB/OL〕.〔2008-04-10〕. http: //phpmyli-brary. com/pml/? page-id=2.〔5〕国家工程技术图书馆信息服务中心.图书馆自动化系统调研报告〔R/OL〕.〔2008-05-03〕. http: //168. 160. 16. 228/libauto/wp-content/uploads/2006/04/dybg. pdf.〔6〕Koha: Documentaiton Subsite〔EB/OL〕.〔2008-04-05〕. http: //www. kohadocs. org/.〔7〕PhpMyLibrary Users〔EB/OL〕.〔2008-04-10〕. http: //phpmyli-brary. org/index2. php? option=com-content&do-pdf=1&id=16.〔8〕PMB users〔EB/OL〕.〔2008-04-20〕. http: //www. sigb. net.

编译 | 李言

Nature , 28 April 2022, Volume 604 Issue 7907

《自然》 2022年4月28日，第604卷，7907期

天文学 Astronomy

Early Solar System instability triggered by dispersal of the gaseous disk

气体盘的耗散触发早期太阳系的不稳定性

作者：Beibei Liu, Sean N. Raymond & Seth A. Jacobson

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摘要：

在此，我们使用动态模拟表明，巨行星的不稳定性可能是由气体盘的耗散触发的。当气体盘从内到外蒸发时，它的内缘依次扫过并依次动态地扰乱了每颗行星的轨道。相关的轨道移动导致系统外部的动力压缩，最终引发不稳定性。

在天体物理参数的可行范围内，我们模拟系统的最终轨道与太阳系的轨道相匹配。因此，巨大行星的不稳定性发生在气体盘耗散的时候，根据天文观测，这是在太阳系诞生后的几百万年到一千万年间。

类地行星的形成直到如此早期的巨行星不稳定之后才完成；不断增长的类地行星甚至可能是被它的扰动塑造的，这解释了为什么火星相对于地球的质量较小。

Abstract：

Here we use dynamical simulations to show that the giant planets’ instability was probably triggered by the dispersal of the gaseous disk. As the disk evaporated from the inside out, its inner edge swept successively across and dynamically perturbed each planet’s orbit in turn. The associated orbital shift caused a dynamical compression of the exterior part of the system, ultimately triggering instability. The final orbits of our simulated systems match those of the Solar System for a viable range of astrophysical parameters. The giant planet instability therefore took place as the gaseous disk dissipated, constrained by astronomical observations to be a few to ten million years after the birth of the Solar System. Terrestrial planet formation would not complete until after such an early giant planet instability; the growing terrestrial planets may even have been sculpted by its perturbations, explaining the small mass of Mars relative to Earth.

物理学 Physics

Observation of a linked-loop quantum state in a topological magnet

拓扑磁体中链环量子态的观察

作者：Ilya Belopolski, Guoqing Chang, Tyler A. Cochran, Zi-Jia Cheng et al.

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摘要：

在此，我们报告一个与在镜像对称铁磁体中电子带交叉环线相关的不寻常的连接数（扭结理论）不变量。利用最先进的光谱方法，我们直接观察到材料的三环体T3布里渊区中三个纠缠在一起的简并环。

我们发现每个环连接其他环两次。通过系统光谱研究这一链环量子态，我们明确地画出了它的链图，并类比结理论，得出它的链数为(2,2,2)，从实验数据直接确定了它的不变结构。

我们进一步预测和观察了样品表面的塞弗特边界态，该边界态由体链环保护，表明了显著的塞弗特体边界响应。我们对量子环链的观察，推动了扭结理论在 探索 磁性和超导量子物质方面的应用。

Abstract：

Here we report an unusual linking-number (knot theory) invariant associated with loops of electronic band crossings in a mirror-symmetric ferromagnet. Using state-of-the-art spectroscopic methods, we directly observe three intertwined degeneracy loops in the material’s three-torus, T3, bulk Brillouin zone. We find that each loop links each other loop twice. Through systematic spectroscopic investigation of this linked-loop quantum state, we explicitly draw its link diagram and conclude, in analogy with knot theory, that it exhibits the linking number (2, 2, 2), providing a direct determination of the invariant structure from the experimental data. We further predict and observe, on the surface of our samples, Seifert boundary states protected by the bulk linked loops, suggestive of a remarkable Seifert bulk–boundary correspondence. Our observation of a quantum loop link motivates the application of knot theory to the exploration of magnetic and superconducting quantum matter.

The field-free Josephson diode in a van der Waals heterostructure

范德华异质结构中的无磁场约瑟夫森二极管

作者：Heng Wu, Yaojia Wang, Yuanfeng Xu, Pranava K. Sivakumar, Chris Pasco, Ulderico Filippozzi, Stuart S. P. Parkin, Yu-Jia Zeng, Tyrel McQueen & Mazhar N. Ali

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摘要：

在此，我们通过制作NbSe2/Nb3Br8/NbSe2的反转对称破缺范德华异质结构，实现了约瑟夫森二极管。

我们证明，即使没有磁场，结也可以在正电流下超导，同时在负电流下具有电阻性。ΔIc 行为（正和负临界电流之间的差异）与磁场是对称的，约瑟夫逊耦合可以通过夫劳恩霍夫模式证明。

同时，我们以极低的开关电流密度、高整流比和高鲁棒性实现了方波激励的稳定半波整流。这种非互易行为强烈违背了已知的约瑟夫森关系，并为通过量子材料与约瑟夫森结的整合打开了发现新的机制和物理现象的大门，并为超导量子器件提供了新的途径。

Abstract：

Here we realized the Josephson diode by fabricating an inversion symmetry breaking van der Waals heterostructure of NbSe2/Nb3Br8/NbSe2. We demonstrate that even without a magnetic field, the junction can be superconducting with a positive current while being resistive with a negative current. The ΔIc behaviour (the difference between positive and negative critical currents) with magnetic field is symmetric and Josephson coupling is proved through the Fraunhofer pattern. Also, stable half-wave rectification of a square-wave excitation was achieved with a very low switching current density, high rectification ratio and high robustness. This non-reciprocal behaviour strongly violates the known Josephson relations and opens the door to discover new mechanisms and physical phenomena through integration of quantum materials with Josephson junctions, and provides new avenues for superconducting quantum devices.

化学 Chemistry

Machine learning-aided engineering of hydrolases for PET depolymerization

PET降解酶的机器学习辅助工程

作者：Hongyuan Lu, Daniel J. Diaz, Natalie J. Czarnecki, Congzhi Zhu et al.

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摘要：

在此，我们使用一种基于结构的机器学习算法来设计稳定和活跃的PET水解酶。我们的突变组合（FAST-PETase：具有功能性、活性、稳定和耐受性的PETase）与野生型PETase相比含有5个突变，在30 - 50 C和一系列pH水平范围内，与野生型和工程替代品相比，显示了优越的pet水解活性。

我们证明，来自51种消费者使用过的PET几乎都可以在1周内被FAST-PETase完全降解。FAST-PETase可以在50ºC下解聚商业水瓶和整个热预处理水瓶的未处理的无定形部分。

最后，我们通过利用FAST-PETase和回收的单体重新合成PET，展示了一个闭环PET回收过程。总而言之，我们的结果展示了一条工业化规模的酶塑料回收的可行途径。

Abstract：

Here, we use a structure-based, machine learning algorithm to engineer a robust and active PET hydrolase. Our mutant and scaffold combination (FAST-PETase: functional, active, stable and tolerant PETase) contains five mutations compared to wild-type PETase (N233K/R224Q/S121E from prediction and D186H/R280A from scaffold) and shows superior PET-hydrolytic activity relative to both wild-type and engineered alternatives between 30 and 50  C and a range of pH levels. We demonstrate that untreated, postconsumer-PET from 51 different thermoformed products can all be almost completely degraded by FAST-PETase in 1 week. FAST-PETase can also depolymerize untreated, amorphous portions of a commercial water bottle and an entire thermally pretreated water bottle at 50 ºC. Finally, we demonstrate a closed-loop PET recycling process by using FAST-PETase and resynthesizing PET from the recovered monomers. Collectively, our results demonstrate a viable route for enzymatic plastic recycling at the industrial scale.

Computer-designed repurposing of chemical wastes into drugs

计算设计方案将化学废料变为药物

作者：Agnieszka Wołos, Dominik Koszelewski, Rafał Roszak, Sara Szymkuć et al.

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摘要：

化学工业持续产生大量的化学废物，因此，设计“循环化学”方案以有效地将废料转化为有价值的产品是必要的。在这里，我们展示具有广泛合成知识的计算机如何帮助解决这一挑战。

使用正向合成Allchemy平台，我们从大约200种商业规模的回收废弃化学品中产生巨大的合成网络，从这些网络中回收数以万计的途径，可以产生约300种重要的药物和农药，然后根据可持续化学的公认指标，用算法对这些合成物进行排名。

通过实验，我们验证了其中几种途径，包括在“按需制药”流动化学平台上的工业现实展示。广泛采用这一废物利用的算法，可以加快化学品的生产性再利用，以避免废物产生的存储或抛弃成本，甚至可能造成的环境危害。

Abstract：

As the chemical industry continues to produce considerable quantities of waste chemicals, it is essential to devise ‘circular chemistry’ schemes to productively back-convert at least a portion of these unwanted materials into useful products. Here we show how computers equipped with broad synthetic knowledge can help address this challenge. Using the forward-synthesis Allchemy platform, we generate giant synthetic networks emanating from approximately 200 waste chemicals recycled on commercial scales, retrieve from these networks tens of thousands of routes leading to approximately 300 important drugs and agrochemicals, and algorithmically rank these syntheses according to the accepted metrics of sustainable chemistry. Several of these routes we validate by experiment, including an industrially realistic demonstration on a ‘pharmacy on demand’ flow-chemistry platform. Wide adoption of computerized waste-to-valuable algorithms can accelerate productive reuse of chemicals that would otherwise incur storage or disposal costs, or even pose environmental hazards.

Catalytic synthesis of phenols with nitrous oxide

一氧化二氮催化合成酚类化合物

作者：Franck Le Vaillant, Ana Mateos Calbet, Silvia González-Pelayo, Edward J. Reijerse, Shengyang Ni, Julia Busch & Josep Cornella

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摘要：

在这里，我们报道了在温和的条件下（室温， bar N2O）将N2O插入到Ni-C键中，从而释放有价值的酚和良性N2。这一完全不同的有机金属C-O成键步骤不同于目前基于还原消除反映的方法，并使芳卤代烃转化为酚的替代催化方法成为可能。

该过程通过联吡啶基的配体使镍中心具有催化作用。该方法具有稳定性、温和性和高度选择性，能够适应碱基敏感功能，并允许从密集功能化的芳卤化物合成苯酚。

虽然该方法没有提供缓解一氧化二氮排放的解决方案，但它为丰富的一氧化二氮作为氧源的温和重新估值提供了蓝图。

Abstract：

Here we report an insertion of N2O into a Ni‒C bond under mild conditions (room temperature, –2 bar N2O), thus delivering valuable phenols and releasing benign N2. This fundamentally distinct organometallic C‒O bond-forming step differs from the current strategies based on reductive elimination and enables an alternative catalytic approach for the conversion of aryl halides to phenols. The process was rendered catalytic by means of a bipyridine-based ligands for the Ni centre. The method is robust, mild and highly selective, able to accommodate base-sensitive functionalities as well as permitting phenol synthesis from densely functionalized aryl halides. Although this protocol does not provide a solution to the mitigation of N2O emissions, it represents a reactivity blueprint for the mild revalorization of abundant N2O as an O source.