1. Nat. Mater.：共價官能化剝落的MoS2膜增強篩分能力
由二維材料制成的納米層薄膜（如氧化石墨烯）是通過二維毛細管中的尺寸限制擴散進行分子篩分的有希望的候選者，但是高親水性使得這些膜在水中不穩(wěn)定。近日，蒙彼利埃大學(xué)Damien Voiry，香港理工大學(xué)Nicolas Onofrio等多團隊合作，報道了一種基于共價官能化的二硫化鉬（MoS2）納米片的納米層膜。在反滲透條件下時，官能化的MoS2膜分別對微污染物和NaCl具有> 90％和~87％的抑制能力。功能化MoS2膜的篩分性能和水通量歸因于可控的納米層毛細管寬度和可控的納米片表面化學(xué)。作者研究發(fā)現(xiàn)，小的疏水性官能團，例如甲基，是最有希望用于水凈化的。分子動力學(xué)模擬表明，甲基官能化納米片具有高水滲透率，同時保持高NaCl抑制。該工作表明，控制表面化學(xué)和層間距是調(diào)節(jié)膜選擇性同時增強其穩(wěn)定性的有效方法。
LucieRies, Nicolas Onofrio,* Damien Voiry*, et al. Enhanced sieving from exfoliatedMoS2 membranes via covalent functionalization. Nat.Mater., 2019DOI: 10.1038/s41563-019-0464-7https://www.nature.com/articles/s41563-019-0464-7
2. Nat. Mater.：超高電流密度的二硫化鈮HER催化劑
過渡金屬二硫化物（TMD）是析氫反應(yīng)（HER）的良好催化劑。然而，2D TMD催化劑的總電流密度比工業(yè)Pt和Ir電解器（>1,000 mA cm-2）低幾個數(shù)量級（~10-100 mA cm-2）。近日，羅格斯大學(xué)Manish Chhowalla，貝爾法斯特女王大學(xué)Elton J. G.Santos與韓國蔚山國立科學(xué)技術(shù)研究所Hu Young Jeong等多團隊合作，報道了一種2H Nb1+xS2催化劑（其中x為~0.35）用于HER，其電流密度可達5000 mA cm-2（~420 mV，相對于可逆的氫電極）。2H Nb1.35S2在0V時的交換電流密度為~0.8mA cm-2，對應(yīng)于~0.2s-1的TOF。基于2H Nb1+xS2陰極的電解槽，可產(chǎn)生1,000 mA cm-2的電流密度。理論計算表明， 2H Nb1+xS2催化劑具有接近熱中性的氫吸附自由能，提高了該催化劑的HER性能。
JieunYang, Abdul Rahman Mohmad, Elton J. G. Santos*, Hu Young Jeong*, ManishChhowalla*, et al. Ultrahigh-current-density niobium disulfide catalysts forhydrogen evolution. Nat. Mater., 2019DOI: 10.1038/s41563-019-0463-8https://www.nature.com/articles/s41563-019-0463-8
3. Nat. Chem.：新策略，CO+NH3共電解形成含C-N鍵的產(chǎn)物
電還原CO2是一種前景廣闊的碳資源利用技術(shù)。目前，這方面的研究都致力于促進C-C鍵的形成，電解CO2或CO2衍生的CO多用于產(chǎn)生工業(yè)上重要的多碳原料，如乙烯、乙醇、正丙醇和乙酸鹽。近日，美國特拉華大學(xué)Feng Jiao教授和加州理工學(xué)院的William A. Goddard III教授等通過共電解CO和NH3成功形成了C-N鍵。研究表明，在工業(yè)相關(guān)的反應(yīng)速率下，乙酰胺的選擇性接近40%。全溶劑量子力學(xué)計算表明，乙酰胺的形成是通過表面結(jié)合的烯酮中間體與NH3的親核加成反應(yīng)實現(xiàn)的，這一步是OH-加成的競爭步驟。后續(xù)研究過程中，運用胺親和進攻烯酮中間體的策略，成功將C-N形成的機理拓展到其他酰胺產(chǎn)品。該研究為我們提供了一種電還原CO形成碳-雜原子鍵的新策略，擴大了CO2還原產(chǎn)品的范圍。
MatthewJouny, Jing-Jing Lv, Tao Cheng, Byung Hee Ko, Jun-Jie Zhu, William A. GoddardIII & Feng Jiao. Formation of carbon–nitrogen bonds in carbon monoxideelectrolysis. Nat. Chem.,2019DOI:10.1038/s41557-019-0312-zhttps://www.nature.com/articles/s41557-019-0312-z
4. Nat. Chem.：氣泡，生物化學(xué)反應(yīng)的重要場所
生命是一個非平衡系統(tǒng)，其非平衡條件對早期生命的第一種信息聚合物的組裝至關(guān)重要，因為可以允許它們在持久環(huán)境中不斷形成和富集。近期，路德維希馬克西米利安大學(xué)的Dieter Braun教授等深入探索了水中的氣泡是如何承受溫度梯度變化的影響，他們認為這可能是地球早期地殼鎂鐵質(zhì)巖石中的一種情況，可以驅(qū)動復(fù)雜的、不斷富集的生物分子前驅(qū)體。研究發(fā)現(xiàn)，核糖酶RNA前體、單體、核糖酶、寡核苷酸和脂質(zhì)經(jīng)歷了一個30 min的變化：(1) RNA磷酸化的核心步驟，干、濕狀態(tài)之間的周期性循環(huán)，(2)積累在氣水界面大大增加核糖酶的活性，(3)凝結(jié)成水凝膠，(4)形成純晶體和(5)封裝成保護囊泡聚集體，隨后進行裂變。這些發(fā)現(xiàn)對于生物聚合物的形成機理研究至關(guān)重要，研究者認為加熱的微氣泡可能承載了分子進化的第一個周期。
MatthiasMorasch, Jonathan Liu, Christina F. Dirscherl, Alan Ianeselli, Alexandra Kühnlein, Kristian Le Vay, Philipp Schwintek, Saidul Islam, Mérina K. Corpinot, Bettina Scheu, Donald B. Dingwell, Petra Schwille,Hannes Mutschler, Matthew W. Powner, Christof B. Mast & Dieter Braun. Heated gas bubbles enrich, crystallize, dry,phosphorylate and encapsulate prebiotic molecules. Nat. Chem.,2019DOI:10.1038/s41557-019-0299-5https://www.nature.com/articles/s41557-019-0299-5
5. Nat.Electronics: 柵極長度為14 nm的III-V晶體管的無電容閃存！
動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）單元通常用在電子設(shè)備中，并由單個晶體管和電容器形成。已經(jīng)提出了基于浮體效應(yīng)的替代方法，其可以通過去除外部電容器來降低制造復(fù)雜性并最小化單元占用面積。這種無電容器DRAM已在硅中得到證明，但其他材料（包括III-V化合物半導(dǎo)體）的使用仍然未完全開發(fā)，盡管其可以提高性能。格拉納達大學(xué)Carlos Navarro團隊報道了基于銦鎵砷（InGaAs）的無電容單晶體管DRAM元件。基于InGaAs絕緣體晶體管，研究人員展示了每種邏輯狀態(tài)的不同電流水平，從而證明了成功的存儲器行為，直到柵極長度為14 nm。
Capacitor-lessdynamic random access memory based on a III–V transistorwith a gate length of 14nm, Nature Electronics，2019DOI:10.1038/s41928-019-0282-6.https://www.nature.com/articles/s41928-019-0282-6
6. Nat. Catal.：選擇水氧化中間體在氧化物表面上衰變的兩種過渡態(tài)
盡管電極表面上的催化機制已經(jīng)提出了幾十年，但是產(chǎn)物的化學(xué)鍵從最初的電荷捕獲中間體的演變尚未解決。近日，加州大學(xué)伯克利分校Tanja Cuk團隊研究發(fā)現(xiàn)了一個在半導(dǎo)體中間帶隙狀態(tài)的反應(yīng)中間體，揭示了它們兩個平行過渡態(tài)路徑衰變的動力學(xué)。在n-SrTiO3表面光觸發(fā)水氧化反應(yīng)后，中間體的微秒衰變通過兩個不同的時間常數(shù)過渡態(tài)理論，即初級動力學(xué)鹽和H / D動力學(xué)同位素效應(yīng)，實際活化勢壘高度和過渡態(tài)理論預(yù)-因子。此外，作者發(fā)現(xiàn)可以調(diào)節(jié)反應(yīng)條件以允許在兩個途徑之間進行選擇，一個途徑的特征在于面向電解質(zhì)的不穩(wěn)定中間體（氧基），另一個途徑是晶格氧（橋）。總而言之，作者通過實驗分離了多電子轉(zhuǎn)移水氧化中的重要活化勢壘，并在此過程中確定了表面析氧的競爭機制。
XihanChen, Daniel J. Aschaffenburg and Tanja Cuk*. Selecting between two transitionstates by which water oxidation intermediates decay on an oxide surface. Nat.Catal., 2019DOI: 10.1038/s41929-019-0332-5https://www.nature.com/articles/s41929-019-0332-5
7. Nat. Commun.：CO2電還原至C2產(chǎn)物，法拉第效率高達80%
將CO2在水相中有效地電還原為多碳產(chǎn)品具有重要的意義，同時也具有極大挑戰(zhàn)性。令人遺憾的是C2產(chǎn)品的生成效率低，極大地限制了大規(guī)模應(yīng)用。有鑒于此，中科院化學(xué)所的韓布興院士和馬珺研究員等人通過原位還原電沉積銅絡(luò)合物的方法制備出了三維樹枝狀Cu-Cu2O復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，該材料可以將CO2高效地還原為C2產(chǎn)物(乙酸和乙醇)。在氯化鉀水溶液電解質(zhì)中，當(dāng)外加電位低至-0.4 V（vs. RHE）時，過電位分別僅為0.53 V(乙酸)和0.48 V(乙醇)，C2法拉第效率高達80%，電流密度為11.5 mA cm- 2。后續(xù)研究表明，該催化劑具有優(yōu)異C2產(chǎn)物生成效率的主要是由于電催化劑與銅基體的接觸電阻接近于零，同時在三維樹突狀結(jié)構(gòu)中暴露出了豐富的活性位點，并具有合適的Cu(I)/Cu(0)比例。
QinggongZhu, Xiaofu Sun, Dexin Yang, Jun Ma, Xinchen Kang, Lirong Zheng, Jing Zhang,Zhonghua Wu & Buxing Han. Carbon dioxide electroreductionto C2 products over copper-cuprous oxide derived from electrosynthesized coppercomplex. Nat. Commun.,2019DOI:10.1038/s41467-019-11599-7https://www.nature.com/articles/s41467-019-11599-7
8. Nat. Commun.：卟啉作為光開關(guān)去調(diào)控電子轉(zhuǎn)移用于高效CO2電還原
在催化過程中可以通過引入外部場來提高相應(yīng)的催化活性。光場效應(yīng)在電催化過程中起著重要作用，但目前還沒有得到充分的認識。有鑒于此，清華大學(xué)王訓(xùn)教授課題組報道了一系列模擬葉綠素結(jié)構(gòu)的光耦合電催化劑。研究表明，卟啉-金催化劑在-1.1 V時的TOF為37,069 h?1，在-0.9 V時的CO 法拉第效率為94.2%。在可見光條件下，當(dāng)該電催化劑達到相同的TOF和FE效率時，電勢降低了約130 mV。另外，卟啉-鈷，卟啉-銅和卟啉-金的光誘導(dǎo)位移分別為20, 100, 和130mV，這與他們的能帶間隙變化一致。這也就表明卟啉不僅可以作為配體，而且可以作為光開關(guān)去調(diào)控電子轉(zhuǎn)移到金屬中心的途徑。
DerenYang, Hongde Yu, Ting He, Shouwei Zuo, Xiaozhi Liu, Haozhou Yang, Bing Ni,Haoyi Li, Lin Gu, Dong Wang & Xun Wang. Visible-light-switched electron transfer over singleporphyrin-metal atom center for highly selective electroreduction of carbondioxide. Nat. Commun.,2019DOI:10.1038/s41467-019-11817-2https://www.nature.com/articles/s41467-019-11817-2
9. Nat. Commun.: 有機異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米線的分層自組裝
由于有機異質(zhì)結(jié)構(gòu)(OHSs)結(jié)合了材料的固有異質(zhì)結(jié)構(gòu)特性和有機半導(dǎo)體的性質(zhì)，從而引起了材料化學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，由于均質(zhì)成核現(xiàn)象普遍存在，且非共價相互作用難以控制，因此自下向上精確合成OHSs仍然具有挑戰(zhàn)性。有鑒于此，蘇州大學(xué)廖良生教授和王雪東教授等發(fā)展了一種理想的合成方法來實現(xiàn)1D有機異質(zhì)結(jié)構(gòu)的縱向或水平方向的可控外延生長。該策略是基于非共價相互作用的分層自組裝：氫鍵(?15.66 kcalmol?1)>鹵鍵(?4.90kcalmol?1)>π-π相互作用(?0.09 kcalmol?1)。在面選擇外延生長策略中，晶格匹配和表-界面能量平衡分別促進了三嵌段異質(zhì)結(jié)構(gòu)和核/殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。這種分層自組裝方法為OHSs的精準合成開辟了新的道路。
Ming-PengZhuo, Jun-Jie Wu, Xue-Dong Wang, Yi-Chen Tao, Yi Yuan & Liang-Sheng Liao. Hierarchicalself-assembly of organic heterostructure nanowires. Nat. Commun.,2019DOI:10.1038/s41467-019-11731-7https://www.nature.com/articles/s41467-019-11731-7
10. Nat. Commun.：溶劑-非溶劑快速注射法制備納米水凝膠
由于ABA三嵌段共聚物具有獨特的分子結(jié)構(gòu)，將其引入B嵌段選擇性溶劑后，會經(jīng)歷特定的自組裝過程，從而形成各種納米結(jié)構(gòu)。雖然ABA三嵌段共聚物自組裝的研究主要集中在平衡態(tài)納米結(jié)構(gòu)上，但對非平衡加工條件下納米結(jié)構(gòu)形成的工作相對較少。有鑒于此，賓夕法尼亞州立大學(xué)Robert J. Hickey教授和Manish Kumar教授等報道了一種用溶劑-非溶劑快速注射法制備和調(diào)控ABA三嵌段共聚物體系的通用定量方法。研究發(fā)現(xiàn)，利用這種快速注射技術(shù)，含金納米粒子和具有結(jié)構(gòu)色的分級有序水凝膠的等離子體納米復(fù)合水凝膠可以在一分鐘內(nèi)組裝完成。更令人驚訝的是，與傳統(tǒng)的ABA水凝膠相比，快速注射法制備的復(fù)合水凝膠具有更好的力學(xué)性能。
ChaoLang, Jacob A. LaNasa, Nyalaliska Utomo, Yifan Xu, Melissa J. Nelson, WoochulSong, Michael A. Hickner, Ralph H. Colby, Manish Kumar & Robert J. Hickey. Solvent-non-solventrapid-injection for preparing nanostructured materials from micelles tohydrogels. Nat. Commun.,2019DOI:10.1038/s41467-019-11804-7https://www.nature.com/articles/s41467-019-11804-7
11. Nat. Commun.：石墨烯費米能級調(diào)諧光學(xué)用于單金納米粒子電子轉(zhuǎn)移的阿庫侖尺度定量研究
單分子水平上的電子轉(zhuǎn)移測量通常受到法拉第電流檢測極限的限制，法拉第電流目前在皮安-納安培范圍內(nèi)。南京大學(xué)Junjie Zhu團隊展示了一種獨特的石墨烯基電化學(xué)顯微鏡技術(shù)，以提高檢測極限。電子轉(zhuǎn)移的光信號來源于石墨烯的費米能級調(diào)諧瑞利散射，而固定化的金納米粒子進一步增強了這種散射。基于石墨烯的電化學(xué)顯微鏡由于對表面帶電載流子的特殊響應(yīng)，使得在多個單獨的金納米電極上同時能檢測法拉第電流的阿庫侖尺度。利用石墨烯電化學(xué)顯微鏡，展示了定量測量細胞色素c在單個納米電極上的阿庫侖尺度電子轉(zhuǎn)移的能力。他們預(yù)測基于石墨烯的電化學(xué)顯微鏡將成為一種潛在的電化學(xué)工具，考慮到對化學(xué)和生物的抗干擾能力，可以用于原位研究細胞器中的生物電子轉(zhuǎn)移過程，例如線粒體電子轉(zhuǎn)移。
Xia, Q.; Chen, Z.; Xiao, P.;Wang, M.; Chen, X.; Zhang, J.-R.; Chen, H.-Y.; Zhu, J.-J., Fermi level-tunedoptics of graphene for attocoulomb-scale quantification of electron transfer atsingle gold nanoparticles. Nat. Commun. 2019, 10 (1), 3849.DOI：10.1038/s41467-019-11816-3https://www.nature.com/articles/s41467-019-11816-3
12. Nat. Commun.：用統(tǒng)一的晶格動力學(xué)方法模擬晶體和玻璃中的熱傳遞
基于線性響應(yīng)的格林-庫伯理論，意大利國際高等研究院Stefano Baroni提出了一種新的固體傳熱模型。它利用原子間力常數(shù)和在機械平衡下計算的法向模線寬，自然地將晶體中的玻爾茲曼動力學(xué)方法和玻璃中的艾倫-費爾德曼模型聯(lián)系起來。在與分子動力學(xué)不同的情況下，他們的方法自然而容易地解釋了能量傳輸中的量子力學(xué)效應(yīng)。根據(jù)平衡分子動力學(xué)和玻爾茲曼輸運方程的結(jié)果，他們的方法被仔細驗證。
Isaeva, L.; Barbalinardo, G.;Donadio, D.; Baroni, S., Modeling heat transport in crystals and glasses from aunified lattice-dynamical approach. Nat. Commun. 2019, 10 (1), 3853.DOI: 10.1038/s41467-019-11572-4https://www.nature.com/articles/s41467-019-11572-4
13. AM綜述：石墨炔基材料：制備及電化學(xué)儲能應(yīng)用
石墨炔（GDY）因其2D化學(xué)結(jié)構(gòu)、獨特的性質(zhì)以及在各研究領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力而備受關(guān)注。GDY的一些結(jié)構(gòu)特征和基本物理性質(zhì)，如擴展的平面內(nèi)孔，規(guī)則的納米結(jié)構(gòu)和良好的傳輸性能等，使得GDY成為能量存儲裝置（包括電池和超級電容器）中電極材料的有希望的候選者。近日，中科院青島生物能源與過程研究所ChangshuiHuang等團隊合作，總結(jié)了GDY的化學(xué)結(jié)構(gòu)，合成策略，基本化學(xué)-物理性質(zhì)及其儲能機理的相關(guān)理論分析。從對GDY結(jié)構(gòu)修飾與相應(yīng)電化學(xué)性能改進相互促進的觀點，系統(tǒng)地討論了GDY在電化學(xué)儲能中的應(yīng)用研究進展。此外，還全面評估了GDY在儲能裝置中的發(fā)展趨勢。
NingWang, Changshui Huang*, et al. Graphdiyne‐Based Materials: Preparation and Application for ElectrochemicalEnergy Storage. Adv. Mater. 2019,DOI: 10.1002/adma.201803202https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201803202
14. Adv. Sci.綜述：心血管支架在未來的發(fā)展趨勢
心血管疾病是造成人類死亡的最主要原因，而動脈粥樣硬化則是占其中的三分之二。這種疾病是由于不良的飲食習(xí)慣、高血壓和遺傳等因素引起的，并且肥胖、糖尿病和久坐不動的生活方式也會加重這種疾病。目前，利用藥物去治療動脈粥樣硬化的策略仍不能夠有效地控制疾病，因此往往需要采用臨床干預(yù)措施，例如使用可擴張的金屬支架進行治療。但是這種方法也會產(chǎn)生支架內(nèi)再狹窄，使得支架內(nèi)血管被重新阻塞住。格拉斯哥大學(xué)John Mercer團隊綜述了目前支架技術(shù)和克服支架內(nèi)再狹窄的生物傳感裝置的最新研究進展；對將由納米技術(shù)開發(fā)的新的傳感策略以及生物傳感器集成到支架內(nèi)的研究做了介紹；詳細討論了植入式醫(yī)療設(shè)備的前景和未來的發(fā)展趨勢。
DanielHoare, John Mercer. et al. The Future of Cardiovascular Stents: Bioresorbableand Integrated Biosensor Technology. Advanced Science. 2019DOI:10.1002/advs.201900856https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201900856
