《通讯—化学》化学类论文精选｜免费下载

来自《Nature Communications》的精选论文推荐。

高空间分辨率的纳米狭缝表面增强拉曼用于识别单分子碱基

固态纳米孔道为DNA单分子分析提供了一个可扩展的平台。在DNA链中直接、实时地识别核苷碱基，仍然受到现有离子传感检测策略灵敏度和空间分辨率的限制。来自比利时鲁汶大学的Chang Chen领导的研究团队，在本文提出了一种基于光谱的检测策略，前景广泛。他们利用互补金属氧化物半导体加工工艺，制备了等离子体纳米狭缝结构，从而利用局部单分子表面增强拉曼技术（SERS），可实现单分子核苷碱基以及DNA链中核苷碱基的识别。

该研究结果验证了等离子体纳米狭缝具有单分子的灵敏度以及亚纳米级的空间分辨率。该论文近期发表于Nature Communications9: 1733(2018); doi:10.1038/s41467-018-04118-7。

表面合成：反Stone–Thrower–Wales拓扑结构的巴基碗

巴基碗（buckybowls）作为弯曲的π共轭多环芳烃，是广泛应用于材料科学当中的一类重要材料。在巴基碗中进行杂原子掺杂是调节其内在物理化学性质的可靠途径。然而，合成含有杂原子掺杂的巴基碗是一项具有挑战性的任务。来自波兰科学院的Daniel T. Gryko与瑞士联邦材料科学和技术实验室的Roman Fasel领导的研究团队报道了一种结合溶液合成和表面合成的合成策略，该策略可用于制备一种含有两个氮掺杂的五边形巴基碗。他们利用超高分辨率扫描隧道显微镜和光谱成像，结合密度泛函理论计算表征了合成的最终产物。

该研究通过控制设计非交替杂原子掺杂的多环芳烃骨架和已建立的自下而上的制备技术，将为以石墨烯器件加工为导向的碳纳米结构的合成开辟新的途径。该论文近期发表于Nature Communications9: 1714(2018); doi:10.1038/s41467-018-04144-5。

原位磁共振成像：检测可充电锂电池状态和缺陷

可充电电池何时会损失容量或性能下降？这又是由什么造成的呢？这两个问题很难回答，但却是家用电子产品、电动汽车以及储电领域发展的核心所在。解决这两个问题的困难在于在不破坏电池的条件下，我们只能获取电池的有限信息，因此发展无创方法在推进锂离子电池技术方面作用显著。来自美国纽约大学的Alexej Jerschow领导的研究团队，通过测量电池内微小的磁场变化来评估锂掺入电极材料的水平，并诊断出电池组装过程中产生的缺陷。

该方法测量速度快，还可用于与商业设计要求兼容电池的无创检测。未来，这种无创方法将有希望应用于新电池材料的开发与设计。该论文近期发表于Nature Communications9:1776(2018); doi:10.1038/s41467-018-04192-x。

机器学习指导高温下铁电钙钛矿的实验探究

由于化学空间巨大，缺乏预测准则，对高温下铁电钙钛矿的实验研究仍是一个巨大挑战。来自美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)和凯斯西保留地大学凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的研究团队，提出利用两步机器学习法来指导实验，以寻找具有高铁电居里温度的钙钛矿。该方法利用分类学习筛选钙钛矿结构中的成分，并采用回归耦合主动学习识别潜在的钙钛矿用于合成和反馈。

此项研究工作的挑战在于搜索空间巨大，空间里大约含有61500个合成物，而其中只有167个合成物得到了实验研究。此外，并不是每一个合成物都可以被合成钙钛矿形式。作者通过预测x,y, Me′以及Me″，由此产生的合成物在钙钛矿结构中具有较高的居里温度和形态，并将实验结果通过一个主动学习循环用于迭代优化机器学习模型。作者使用该方法在10个合成物中发现了6个钙钛矿，其中包含三个以前未被探索的具有898K的最高居里温度的钙钛矿。该论文近期发表于Nature Communications9:1668(2018); doi: 10.1038/s41467-018-03821-9。

荧光膜用于非接触式鉴定和区分非法药物

近年来，通过非接触模式进行快速灵敏检测非法药物仍然存在重要挑战。来自陕西师范大学的Yu Fang带领的研究团队，报道了一种基于三层膜的荧光传感器，该传感器可实现对冰毒、摇头丸、麻古、咖啡因、氯胺酮、苯巴比妥六种被广泛滥用的非法药物在气相状态下的检测，并具有灵敏度高、选择性好和响应速度快的优势。将这些药物在空气中分别稀释5.0×10^5, 4.0×10^5, 2.0×10^5, 1.0×10^5, 4.0×10^4 和 2.0×10^2倍后，该传感器仍可以成功实现对这些药物的微量检测。

此外，有气味的物品（化妆品、水果和脏衣服等）、水以及含氨基的有机化合物（典型的有机胺、合法的药物和各种氨基酸）对检测基本没有干扰。通过将该传感器阵列化，可以对不同非法药物进行鉴定和区分。最终通过构建双传感器的检测器，可以实现对非法药物进行非接触检测。该论文近期发表于Nature Communications9:1695(2018)doi: 10.1038/s41467-018-04119-6。

化学小论文：中学化学学科观念的初步研究

摘要：本文旨在初步探讨中学化学学科观念的内涵、形成过程及其教育价值。通过文献综述、课堂观察和问卷调查等实证研究方法，本文深入剖析了中学化学学科观念在学生认知结构中的重要性，以及如何通过系统的教学实践活动有效地培养和强化这一观念。

一、引言

化学，作为自然科学的重要分支，在中学阶段的教育中具有不可替代的地位。近年来，随着素质教育理念的普及和教育改革的深化，越来越多的教育者开始关注学生的学科观念培养。学科观念不仅关乎学生对某一学科知识的理解和掌握，更涉及到他们的学习态度、方法论以及对学科价值和意义的认识。因此，本文选择以中学化学为切入点，对学科观念进行初步研究，以期为教育实践提供有益的参考。

二、中学化学学科观念的内涵

中学化学学科观念是学生对化学学科的基本认知、情感态度和价值观的综合体现。具体而言，它包括对化学基本概念、原理、实验技能等的理解和应用，对化学学科发展历史、现状和未来趋势的认识，以及对化学在社会发展、科技进步和环境保护等方面作用的认识。一个完善的化学学科观念能够帮助学生更好地理解和掌握化学知识，提高他们的问题解决能力和创新思维能力。

三、中学化学学科观念的形成过程

中学化学学科观念的形成是一个复杂而长期的过程，受到多种因素的影响。首先，课堂教学是学生获取化学知识、形成学科观念的主要途径。教师的讲解、演示和实验等活动能够帮助学生直观地感知化学现象，理解化学原理，从而逐步建立起对化学学科的基本认识。其次，学生的自主学习和实践活动也是形成学科观念的重要环节。通过阅读教材、参考书目、网络资料等，学生可以拓宽知识面，深化对化学学科的理解；而通过参与课外实验、科技创新、社会实践等活动，学生可以将所学知识应用于实际，增强对化学学科的兴趣和认同感。此外，家庭和社会环境也会对学生的学科观念产生影响。家长的期望、社会的需求以及科技发展的趋势等都会在一定程度上塑造学生的化学学科观念。

四、中学化学学科观念的教育价值

培养学生的化学学科观念具有重要的教育价值。首先，它有助于提高学生的化学学科素养。一个具备完善学科观念的学生能够更好地理解和掌握化学知识，形成系统的知识网络，提高学习效率和学习成绩。其次，它有助于培养学生的科学探究能力和创新精神。通过对化学现象和规律的深入探究，学生可以培养发现问题、分析问题和解决问题的能力；而通过参与创新性实验和研究性学习等活动，学生可以激发创新思维，培养创新精神和实践能力。最后，它有助于培养学生的跨学科素养和综合能力。化学学科与其他自然科学和社会科学有着密切的联系和交叉，培养学生的化学学科观念有助于他们更好地理解和应用其他学科知识，提高跨学科素养；同时，通过解决实际问题和参与社会实践等活动，学生可以锻炼综合运用知识的能力，提高综合素质。

五、结论与建议

本文通过对中学化学学科观念的初步研究，揭示了其内涵、形成过程和教育价值。为了更有效地培养学生的化学学科观念，本文提出以下建议：首先，教师应重视课堂教学设计，采用多种教学方法和手段激发学生的学习兴趣和积极性；其次，学校应提供丰富的自主学习和实践活动资源，鼓励学生积极参与课外实验、科技创新和社会实践等活动；最后，家庭和社会应营造良好的学习环境氛围，支持学生的化学学习和探究活动。通过这些措施的实施，我们可以期待在不久的将来培养出更多具备完善化学学科观念、高素质和创新能力的中学生。

参考文献：

（此处应列出本文引用的相关文献，包括书籍、期刊文章、网络资源等。具体参考文献需根据实际研究背景和引用情况添加。）

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