分子動力學(xué) (MD) 模擬已成為不斷發(fā)展的分子生物學(xué)和藥物開發(fā)領(lǐng)域的強(qiáng)大工具。雖然存在許多 MD 模擬技術(shù)，但在研究蛋白質(zhì)的折疊(或“構(gòu)象”)或蛋白質(zhì)與配體之間的相互作用時，并行級聯(lián)選擇 MD (PaCS-MD) 是一種特別有用的技術(shù)。
該方法的關(guān)鍵在于并行運(yùn)行多個 MD 模擬，從而同時探索不同的可能構(gòu)象。使用精心設(shè)計(jì)的選擇標(biāo)準(zhǔn)，可以在“時間快照”中自動檢測有希望的構(gòu)象并進(jìn)行進(jìn)一步研究。這種策略極大地加速了關(guān)鍵分子相互作用和動態(tài)過程的發(fā)現(xiàn)，幫助科學(xué)家了解蛋白質(zhì)功能運(yùn)動。
然而，PaCS-MD 的障礙之一是用戶必須編寫自定義腳本來執(zhí)行所需的 MD 模擬。在這些腳本中，他們必須指定初始條件和目標(biāo)特征，選擇要使用的MD軟件，實(shí)施快照排名程序，并為下一個模擬周期準(zhǔn)備初始結(jié)構(gòu)。這個過程可能非常復(fù)雜且容易出錯，為有興趣使用 PaCS-MD 的科學(xué)家設(shè)置了相當(dāng)大的進(jìn)入障礙。
幸運(yùn)的是，日本東京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院的一組研究人員最近著手解決這個問題。在由 Akio Kitao 教授領(lǐng)導(dǎo)的《物理化學(xué)雜志 B》上發(fā)表的最新研究中，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個名為 PaCS-Toolkit 的軟件包，以使 PaCS-MD 更易于使用。
PaCS-Toolkit 的一個顯著優(yōu)點(diǎn)是整個模擬過程是通過單個配置文件設(shè)置的。在此文件中，用戶指定模擬的重要參數(shù)，包括 PaCS-MD 的類型、并行運(yùn)行的 MD 模擬的數(shù)量以及要跟蹤的蛋白質(zhì)殘基或原子，作為并行分支的選擇標(biāo)準(zhǔn)。
PaCS-Toolkit 采用此配置文件以及標(biāo)準(zhǔn) MD 輸入文件，并根據(jù)指定的 MD 軟件運(yùn)行 PaCS-MD 模擬。值得注意的是，由于該軟件包是用 Python(一種流行的編程語言)編寫的開放軟件，用戶可以幫助改進(jìn) PaCS-Toolkit 并擴(kuò)展其功能。
“我們的工具包保持了靈活性，因此可以通過在 Python 中引入負(fù)責(zé)的類來添加新功能、庫和 MD 軟件?？梢允褂眠@種語言進(jìn)行編程的用戶應(yīng)該能夠修改 PaCS-Toolkit 的代碼并根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)新方法， “北尾教授說。
傳統(tǒng)的非水鋰離子電池具有高能量密度，但由于使用易燃有機(jī)電解質(zhì)，其安全性受到影響。
水系電池使用水作為電解質(zhì)的溶劑，顯著提高了電池的安全性。然而，由于電解質(zhì)的溶解度有限和電池電壓低，水系電池通常具有較低的能量密度。這意味著水系電池單位體積儲存的電量相對較低。
在《自然能源》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李先鋒教授課題組與大連化學(xué)物理研究所付強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出基于溴和碘的多電子轉(zhuǎn)移陰極，實(shí)現(xiàn)了超過840 Ah/L的比容量，在全電池測試中基于陰極電解液實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1,200 Wh/L的能量密度。
為了提高水系電池的能量密度，研究人員使用碘離子(I -)和溴離子(Br-)的混合鹵素溶液作為電解質(zhì)。他們開發(fā)了一種多電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將 I-轉(zhuǎn)移到碘元素 (I2)，然后轉(zhuǎn)移到碘酸鹽 (IO3-)。
充電過程中，正極上的I-被氧化為IO3- ，生成的H+以支持電解質(zhì)的形式傳導(dǎo)至負(fù)極。放電過程中，H+從正極傳導(dǎo)，IO3-被還原為I-。
所開發(fā)的多電子轉(zhuǎn)移陰極的比容量為840 Ah/L。研究人員將陰極與金屬鎘結(jié)合形成全電池，基于所開發(fā)的陰極電解液實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 1,200 Wh/L 的能量密度。
研究人員證實(shí)，電解液中添加的Br-在充電過程中會生成極性溴化碘(IBr)，從而促進(jìn)與H2O反應(yīng)形成IO3-。放電過程中，IO3-可以將Br-氧化為Br2 ，并參與電化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)IO3-的可逆快速放電。
因此，充放電過程中形成的溴化物中間體優(yōu)化了反應(yīng)過程，有效提高了電化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)和可逆性。
傅教授課題組通過原位光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜等證明了多電子轉(zhuǎn)移過程。
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