1. Nature Phys.：硅芯片中光量子態的產生和采樣
實現量子算法的大型實例需要在支持不同組件集成的硬件平臺中處理許多量子信息載體。雖然已建立的半導體制造工藝可以集成許多光子元件，但許多光子的生成和算法處理一直是集成光子學的瓶頸。布里斯托大學的Jianwei Wang、Mark G. Thompson、Anthony Laing聯合丹麥技術大學Yunhong Ding等人報道了多達8個光子的光量子態的片上生成和算法處理。在不同的光泵浦狀態之間切換，研究人員在同一硅芯片中實現了scattershot、Gaussian和標準玻色子采樣協議，這些協議集成了線性和非線性光子電路。然后，使用這些結果來量化用于計算分子振動光譜的量子算法。該技術可以很容易地擴展到具有數十個光子的專用量子算法的片上實現，比傳統計算機的效率具有明顯優勢。
Paesani, S., Ding, Y. et al. Generation andsampling of quantum states of light in a silicon chip. Nat. Phys., 2019
Doi:10.1038/s41567-019-0567-8.
https://www.nature.com/articles/s41567-019-0567-8
2. JACS：電荷轉移帶隙作為富Li無序巖鹽正極中滯后的指標
具有陰離子和陽離子氧化還原的無序巖鹽正極因其非常高的儲能能力而被廣泛研究。與Ni基材料相比，Mn基無序巖鹽化合物由于具有不同的滯后（0.5V和2V）而顯示出更高的能量效率。為了探索這差異的原因，法國Jean-Marie Tarascon課題組通過一系列分析技術分析了兩種巖鹽化合物Li1.3Ni0.27Ta0.43O2和Li1.3Mn0.4Ta0.3O2嵌鋰和脫鋰的電荷補償機制。研究結果表明，具有Ni或Mn取代的不同的電壓滯后是由于陰離子氧化還原電對不同的還原能力。通過DFT計算進一步證明了該結論，并且與Mn相比，在Ni基化合物的較小電荷轉移帶中也提出了這種現象。
Quentin Jacquet, Antonella Iadecola, MatthieuSaubanère, Haifeng Li, Erik J. Berg, Gwena?lle Rousse,Jordi Cabana, Marie-Liesse DOUBLET, Jean-Marie Tarascon, Charge transfer bandgap as an indicator of hysteresis in Li-disordered rocksalt cathodes for Li-ionbatteries, Journal of the American Chemical Society, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.8b11413
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.8b11413
3. JACS：氨基甲酸酯連接的COF的多步固態有機合成
Omar M. Yaghi團隊展示了首例多步固態有機合成的實驗，其中新的亞胺連接的二維共價有機骨架（COF-170,1）通過三個連續的后合成修飾，轉化為多孔的結晶循環氨基甲酸酯和硫代氨基甲酸酯連接的骨架。雖然不改變骨架的總體連通性，但這些化學轉化在每個步驟引起明顯的構象和結構變化，突出了非共價相互作用和構象靈活性對COF結晶度和孔隙率的關鍵重要性。研究表明，第一次定量了COF后合成修飾反應的產率，以及亞胺連接的COF中的胺缺陷位點。這種多步COF連接后合成修飾代表了將有機溶液相合成的精確度提高到擴展固態化合物的重要步驟。
Lyle, S. J. et al. Multi-Step Solid-StateOrganic Synthesis of Carbamate-Linked Covalent Organic Frameworks. J. Am. Chem.Soc., 2019
Doi:10.1021/jacs.9b04731.
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b04731
4. JACS：MOF穩定低配位Ir配合物催化甲烷硼化反應
近年來，硼化反應被認為是將甲烷轉化為精細化學品的一種潛在策略。然而，甲烷硼化反應的合成需要比原來的鄰二氮雜菲-和雙膦-Ir配合物有顯著提高的催化活性。近日，芝加哥大學林文斌等多團隊合作，報道了利用金屬有機框架(MOFs)穩定低配位Ir配合物，用于高活性催化甲烷硼化反應生成單硼化產物。
單膦Ir基MOF,Zr-P1-Ir，催化甲烷硼化反應的效果明顯優于其它Ir催化劑，在110°C時，其TON為127，并將CH4完全轉化為CH3Bpin。DFT計算表明，四配位(P1)IrIII(Bpin)3催化劑上限制甲烷氧化加成速率的活化勢壘顯著降低，形成六配位(P1)IrV(Bpin)3(CH3)(H)中間體，避免了大空間阻礙的七配位IrV中間體的形成。因此，MOF穩定了低配位的(P1)Ir(boryl)3催化劑，為降低甲烷硼化反應的活化能提供了一種獨特的策略。
Xuanyu Feng, Yang Song, Zhe Li, Wenbin Lin*,et al. Metal-Organic Framework Stabilizes A Low-Coordinate Iridium Complexfor Catalytic Methane Borylation. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b04285
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b04285
5. JACS：等離激元法測量單個金屬納米粒子和電極之間的電子轉移
近日，南京大學陶農建，王暉等多團隊合作，利用等離激元成像技術研究了單個鉑納米粒子（用烷基硫醇單分子層從電極表面分離得來）上H2電催化還原的電子轉移。通過改變單分子層的厚度，作者發現反應速率取決于從電極到納米粒子的電子隧穿。隧穿衰減常數約為4.3 nm-1，小于文獻中報道的烷基硫醇的隧穿衰減常數，作者認為隧穿勢壘減小是由于電極電位偏置與氫還原體系呈負相關。該工作除了研究單個納米粒子的電子轉移，還展示了一種測量連接到兩個電極的分子中電荷轉移的光學方法。
Ruihong Liu, Hui Wang*, Nongjian Tao*, etal. Plasmonic Measurement of Electron Transfer Between a Single Metal Nanoparticle and an Electrode through a Molecular Layer. J. Am. Chem.Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b05388
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b05388
6. JACS：超厲害！可溶液加工的超原子薄膜
通過簇之間的強靜電相互作用，原子精確的納米級團簇可以組裝成類似于原子離子固體的結晶離子晶體。哥倫比亞大學Jingjing Yang和Colin Nuckolls團隊研究表明，與原子離子固體不同，納米級團簇之間的靜電相互作用可能會受到使用具有長而柔韌的側鏈的大簇的阻礙，使得離子簇對不會結晶。基于此，該團隊報道了離子超原子材料，可以很容易地溶液加工成完全無定形和均勻的薄膜。這些新的無定形超原子材料顯示出可調節的成分和晶體中無法實現的新特性，包括高達300 S/m的極高導電率，0.05 W/m/K的超低導熱率，以及高的光學透明度到92％。還展示了基于超原子薄膜的未優化ZT值為0.02的薄膜熱電材料。這些特性與最先進的材料相比具有競爭力，并使超級材料成為一種新型的電子和熱電材料。
Yang, J. et al. Solution-Processable Superatomic Thin-Films. J. Am. Chem. Soc., 2019
Doi:10.1021/jacs.9b04705.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b04705
7. JACS：電化學空穴注入選擇性地從混合鹵化物鈣鈦礦薄膜中排出碘化物
金屬鹵化物鈣鈦礦中的鹵離子遷移率仍然是一個有趣的現象，影響其光學和光伏特性。賽格德大學Csaba Janaky?和圣母大學Prashant V. Kamat團隊通過電化學陽極偏壓選擇性注入空穴，能夠探測在混合鹵化物鈣鈦礦（CH3NH3PbBr1.5I1.5）薄膜中空穴捕獲在碘化物（0.9 V）和溴化物（1.15 V）中的影響。
在碘化物位點捕獲空穴后，碘化物逐漸從混合的鹵化物膜（作為碘和/或三碘化物離子）排出，留下重新形成的CH3NH3PbBr3域。空穴捕獲（碘化物位點的氧化）和以碘形式從晶格中排出后Pb-I鍵的弱化提供了對混合鹵化物鈣鈦礦膜中鹵素離子的光誘導偏析的進一步了解。瞬態吸收光譜顯示了碘化物排出過程留下富含缺陷的鈣鈦礦晶格，因為重新形成的晶格中的電荷載流子復合大大加速。碘化物物質的選擇性遷移提供了對光誘導相分離的了解及其對鈣鈦礦太陽能電池穩定運行的影響。
Samu, G. F.; Balog, á.; De Angelis, F.;Meggiolaro, D.; Kamat, P. V.; Janáky, C., Electrochemical Hole Injection Selectively Expels Iodide from Mixed Halide Perovskite Films. J. Am.Chem. Soc. 2019.
Doi:10.1021/jacs.9b04568 (2019).
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b04568
8. JACS：預測雜環化合物與芳香族氨基酸側鏈之間的堆積作用強度
在生物系統中，雜環化合物和芳香族氨基酸之間普遍存在著堆積相互作用，然而我們對于它們之間堆積作用強度的預測能力卻是有限的，即便是定性的預測。有鑒于此，美國德州農工大學Steven E. Wheeler等人基于嚴格的從頭計算數據，建立了生物活性分子中常見的雜環化合物與氨基酸側鏈之間堆積相互作用強度的簡單預測模型。這些模型對給定雜環化合物的堆積能力提供了可靠的預測，避免了對堆積二聚體進行量子化學計算的需要。研究發現，雜環化合物與芳香氨基酸側鏈的堆積相互作用的強度，遵循可預測的趨勢，可以通過改變雜環內雜原子的數量和分布來調節。該研究對于理解蛋白質結合位點的堆積相互作用，以及在藥物設計背景下調整它們堆積作用的強度提供了一個簡單的方法。
Andrea N. Bootsma, Analise C. Doney, Steven E.Wheeler*.Predicting the Strength of Stacking Interactions between Heterocycles and Aromatic Amino Acid Side Chains. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b00936
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b00936
9. JACS：基于電化學發光的電容顯微鏡對細胞膜抗原的無標記成像
南京大學江德臣教授團隊首次建立了一種基于電化學發光(ECL)的電容顯微鏡，進而可以實現對電極表面和細胞膜上的物種進行無標記成像。當物種與電極表面或細胞膜結合時使得局部電容下降，同時誘導產生較大的電位下降(Vdl)，而利用Vdl則可以在結合位點實現ECL增強。實驗結果證明，頻率高達1.5 kHz的方波電壓可以很好地識別局部ECL信號。利用這種新的檢測原理和由此產生的電容顯微鏡可以很好地觀察到低至1pg的癌胚抗原(CEA)，并可以通過抗原抗體復合物形成后的電容變化來直接成像單個MCF-7細胞上的CEA抗原。這一工作為利用ECL進行高敏感度的生物分子檢測提供了一種新的方法。
Jingjing Zhang, Dechen Jiang, Hong-Yuan Chen.et al. Electrochemiluminescence-Based Capacitance Microscopy for Label FreeImaging of Antigens on the Cellular Plasma Membrane. Journal of theAmerican Chemical Society. 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b03007
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b03007
10. Chem. Soc. Rev.：碳基量子粒子材料用于電分析和生物醫學
碳基量子粒子，如球形碳量子點(CQDs)和石墨烯量子點(GQDs)等具有量子約束效應，是一類有著獨特性質的新興量子點材料。近年來，許多研究都對它們的光學性質、結構和應用進行了介紹，但并沒有對碳基納米粒子的定義及其在傳感和生物醫學相關的光學及電化學領域的應用進行討論。莫哈格·阿達比里大學Mandana Amiri團隊、英國巴斯大學Frank Marken團隊和法國瓦朗謝納大學Sabine Szunerits團隊則合作對此進行了補充，對碳基量子粒子的光學和電化學應用進行了綜述，例如其在電化學分析中作為傳感器的相關應用等等。通過將碳基量子粒子集成到復合納米材料中進行傳感應用，可以極大地提高檢測限，將為個性化醫療的實現提供有力幫助。
Khadijeh Nekoueian, Mandana Amiri, FrankMarken, Sabine Szunerits. et al. Carbon-based quantum particles: anelectroanalytical and biomedical perspective. Chemical Society Reviews.2019
DOI: 10.1039/C8CS00445E
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c8cs00445e#!divAbstract
