1. Nat. Rev. Chem.：碳納米環(huán)的新興應(yīng)用
可以將環(huán)對亞苯基視為扶手椅碳納米管的最短橫截面。這些分子（也稱為碳納米環(huán)）可能會高度應(yīng)變，因此無法進行化學(xué)合成。然而，在過去的十年中，已經(jīng)出現(xiàn)了合成具有不同大小和組成的碳納米管的方法的方法。與許多富含碳的材料相比，納米環(huán)是原子精確的并且在結(jié)構(gòu)上可調(diào)諧，因為它們是通過逐步有機合成制備的。
因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了各種獨特的，與尺寸有關(guān)的光電特性和主客體特性。俄勒岡大學(xué)Ramesh Jasti團重點介紹了旨在利用納米環(huán)在應(yīng)用中的獨特物理特性并強調(diào)結(jié)構(gòu)與特性之間的聯(lián)系的最新研究。
Emergingapplications of carbon nanohoops，Nature Reviews Chemistry (2019)
https://www.nature.com/articles/s41570-019-0140-0
2. Nature Nanotechnology：壽命不到2 μs的上轉(zhuǎn)換超爆發(fā)
通過鑭系元素摻雜的上轉(zhuǎn)換納米粒子產(chǎn)生的反斯托克斯發(fā)射對于能量收集，生物成像和光學(xué)密碼術(shù)中的技術(shù)應(yīng)用非常重要。然而，上轉(zhuǎn)換納米粒子的吸收弱和輻射壽命長可能會極大地限制其在成像和標(biāo)記應(yīng)用中的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，快速自發(fā)發(fā)射率至關(guān)重要。
新加坡國立大學(xué)劉小鋼和波爾多大學(xué)Renaud A. L. Vallée團隊報道了通過將間隙等離子體激元模式耦合到納米粒子發(fā)射體上，直接觀察到具有定向、快速和超亮發(fā)光的上轉(zhuǎn)換超爆發(fā)（superburst）。通過精確控制納米粒子的局部狀態(tài)密度，將發(fā)射放大了4到5個數(shù)量級，自發(fā)發(fā)射速率提高了166倍。研究還證明，調(diào)整等離激元腔的模式可以主動控制上轉(zhuǎn)換發(fā)射的顏色輸出。這些發(fā)現(xiàn)可能有益于快速非線性圖像掃描納米技術(shù)的未來發(fā)展，并開辟了構(gòu)建由電信波長驅(qū)動的高頻單光子發(fā)射器的可能性。
Upconversionsuperburst with sub-2μs lifetime，Nature Nanotechnology (2019)
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0560-5
3. Nat. Commun.：原子層沉積法制備Pt-Ru雙金屬二聚體催化劑及其HER活性位點的確定
單原子催化劑（SACs）是近年來的研究熱點。通過將催化劑尺寸減小到單個原子水平，原子利用效率將最大化。同時，可通過催化劑的配位數(shù)，量子尺寸效應(yīng)以及與載體的相互作用來調(diào)節(jié)催化劑的電子結(jié)構(gòu)。因此，與金屬NPs相比，SACs通常表現(xiàn)出獨特的催化性能。最近的研究發(fā)現(xiàn)，由于兩種元素的電子結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同作用，雙金屬位點催化劑如Fe–Co和Co–Zn等的活性大大增強。然而，雙金屬位點催化劑都是通過同時熱解兩種金屬前體合成的，這不能精確地控制每個金屬位點的位置。因此，合成高質(zhì)量的一對一的A-B雙金屬二聚體結(jié)構(gòu)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
近日，西安大略大學(xué)孫學(xué)良，北京計算科學(xué)研究中心Li-Min Liu，麥克馬斯特大學(xué)Gianluigi A. Botton等通過原子層沉積（ALD）法成功地制備了高質(zhì)量的一對一的A-B雙金屬二聚體結(jié)構(gòu)（Pt-Ru二聚體）催化劑。與商用Pt/C催化劑相比，Pt-Ru二聚體顯示出更高的析氫反應(yīng)活性（超過50倍）和出色的穩(wěn)定性。X射線吸收光譜表明，Pt-Ru二聚體結(jié)構(gòu)模型包含一種Pt-Ru鍵合構(gòu)型。第一性原理計算表明，Pt-Ru二聚體通過調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而增強了析氫活性。該項工作為合理設(shè)計具有良好活性和穩(wěn)定性的雙金屬二聚體奠定了基礎(chǔ)，該雙金屬二聚體在各種催化反應(yīng)中具有巨大的潛力。
LeiZhang, Rutong Si, Hanshuo Liu, Li-Min Liu*, Gianluigi A. Botton,* XueliangSun,* et al. Atomic layer deposited Pt-Ru dual-metal dimers and identifyingtheir active sites for hydrogen evolution reaction. Nat.Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12887-y
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12887-y
4. Joule: Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12與液態(tài)電解質(zhì)之間的界面
一個良好的固體電解質(zhì)/液體電解質(zhì)界面對于在金屬鋰負極在液態(tài)電解質(zhì)中的穩(wěn)定十分重要。Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12（LLZTO）石榴石型無機固態(tài)電解質(zhì)是少數(shù)幾種能夠與鋰金屬實現(xiàn)穩(wěn)定接觸的固態(tài)電解質(zhì)之一并且因此被視為能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定金屬鋰負極界面的希望。在本文中，英國牛津大學(xué)的Peter G. Bruce與諾丁漢大學(xué)的Lee R. Johnson等發(fā)現(xiàn)當(dāng)LLZTO固態(tài)電解質(zhì)與傳統(tǒng)的鋰離子電池電解液接觸時其界面是十分不穩(wěn)定的。
研究人員以1M LiPF6 inEC/DMC=1/1 的液態(tài)電解液為例進行了研究，發(fā)現(xiàn)LLZTO與其接觸時的界面阻抗隨著時間的推移而逐漸增大。這是因為具有離子電導(dǎo)能力的固態(tài)電解質(zhì)界面，即所謂SEI膜在LLZTO表面不斷生長造成的。這種固態(tài)電解質(zhì)界面是由Li2CO3、LiF、Li2O與一些有機碳酸鹽組分共同構(gòu)成。即便在5 mA/cm2的高電流密度下，LLZTO/液態(tài)電解質(zhì)界面上也會出現(xiàn)高達3 V的電壓降。而當(dāng)實用型的厚度為10 um的LLZTO薄膜與金屬鋰負極發(fā)生接觸時，只會產(chǎn)生16 mV的電壓損失，這不到前者的1%。
JingyuanLiu, Peter G. Bruce, Lee R. Johnson et al, The Interface betweenLi6.5La3Zr1.5Ta0.5O12 and Liquid Electrolyte,Joule,2019
DOI: 10.1016/j.joule.2019.10.001
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30483-0?rss=yes#
5. Joule: 鋰離子電池極速充電的非對稱溫度調(diào)控
極速充電技術(shù)(XFC)，比如在短短10分鐘內(nèi)增加200英里的續(xù)航里程，是當(dāng)前鋰離子電池電動汽車發(fā)展的主流方向。在本文中，賓州州立大學(xué)的Chaoyang Wang團隊提出了一種不對稱溫度調(diào)制（ATM）方法來實現(xiàn)鋰離子電池的極速充電。該方法首先是在60℃的高溫條件下對鋰離子電池充電以消除金屬鋰過充產(chǎn)生的鋰鍍層。
然后再將電池暴露在60℃下的時間限制為每循環(huán)僅10分鐘，或者說電動汽車壽命的0.1 %，以防止嚴重的固體電解質(zhì)界面生長。充放電溫度的不對稱性為提高充放電過程中的動力學(xué)和離子傳輸性能開辟了一條新的途徑。研究人員發(fā)現(xiàn)，一個9.5 Ah-170 Wh/kg的電池在不對稱溫度調(diào)控條件下能夠保持長達1700周的極速充電（以6C的倍率充電至80%）而容量損失只有20%，而對照組僅能維持60周；一個209Wh/kg的車用動力電池電池在2500個極速充電循環(huán)后仍能保持91.7%的容量。
XiaoguangYang, Chaoyang Wang et al, Asymmetric Temperature Modulation for Extreme FastCharging of Lithium-Ion Batteries, Joule, 2019
DOI:10.1016/j.joule.2019.09.021
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30481-7?rss=yes#
6. Joule：如何準確報告透明發(fā)光太陽能聚光器
發(fā)光太陽能聚光器（LSC）和透明發(fā)光太陽能聚光器（TLSC）由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、缺陷容忍度高和選擇性捕集可調(diào)性而成為標(biāo)準光伏和透明光伏的引人注目的候選者。但是，對于表征和性能報告一直存在很大的困惑。密西根州立大學(xué)Richard R. Lunt團隊概述了LSC和TLSC表征的標(biāo)準協(xié)議。給出了報告的LSC-TLSC透明性和美觀性的品質(zhì)因數(shù)，并展示了來自獨立實驗測量的關(guān)鍵一致性檢查。
Howto Accurately Report Transparent Luminescent Solar Concentrators
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119305252
7. Acc. Chem. Res.: 鋰金屬負極中的枝晶—抑制、調(diào)控與消除
隨著便攜式電子產(chǎn)品和大型儲能系統(tǒng)的日益多樣化，傳統(tǒng)的以石墨作為負極的鋰離子電池（libs）已接近其能量密度的理論極限。金屬鋰負極憑借其超高的理論比容量和最低的氧化還原電勢而備受矚目。然而，不受控的枝晶生長這一臭名昭著的問題嚴重阻礙了金屬鋰負極的實際應(yīng)用。枝晶的生長使鋰金屬的表面積增大，導(dǎo)致電解液和活性物質(zhì)的持續(xù)損耗，使得電池暴露在起火甚至爆炸等安全風(fēng)險中。尤其是當(dāng)電池在大電流下進行長期循環(huán)時，其安全形勢更加嚴峻。因此，抑制甚至消除鋰沉積與剝離過程中枝晶的生長已迫在眉睫。
在本文中，天津大學(xué)的Jiayan Luo等從界面能和體相應(yīng)力的角度入手，著重介紹了近年來抑制枝晶、調(diào)節(jié)枝晶和消除枝晶的幾種策略。首先，作者回顧了鋰金屬負極枝晶形成和生長的基本機制。從理論上講，通過均化電場分布、降低鋰離子濃度梯度和促進機械阻塞等方法可以顯著改善枝晶形貌。因此，作者介紹了將將二維材料應(yīng)用于鋰金屬電池的典型案例。這種方法能夠通過應(yīng)力釋放和機械阻塞防止枝晶穿透，從而達到抑制枝晶生長的目的。然而值得注意的是，鋰枝晶的生長是一個連續(xù)的過程而且會隨著電流密度和循環(huán)時間的增加而加劇。
作者認為，枝晶生長無法從根本上進行抑制而需要對其生長行為進行調(diào)控。枝晶調(diào)控是指允許枝晶生長，但采取措施將其轉(zhuǎn)化為具有光滑形貌的鋰。文章主要介紹了誘導(dǎo)成核和控制生長途徑等兩種調(diào)控策略。解決鋰金屬負極枝晶生長的難題，可以為金屬鋰負極的實際應(yīng)用掃清障礙。
XinyueZhang, Jiayan Luo et al, Dendrites in Lithium Metal Anodes: Suppression,Regulation, and Elimination, Acc. Chem. Res.,2019
DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00437
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00437
8. Acc. Chem. Res.: 非鉛鹵化物鈣鈦礦納米晶體的載流子動力學(xué)
韓克利團隊總結(jié)歸納了無鉛鈣鈦礦納米晶體(NC)中電荷載流子動力學(xué)，并指導(dǎo)高性能無鉛鈣鈦礦的設(shè)計。之前，本團隊已經(jīng)報道了Cs3Bi2X9 NCs的合成，光學(xué)性質(zhì)和電荷載流子動力學(xué)。快速捕獲過程可以通過使用表面活性劑（例如油酸）來鈍化，并且PLQE增加20倍以上（從0.2％到4.5％）。低PLQE可能是由于與CsPbBr3的3D立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)相比，Cs3Bi2X9（2D）的尺寸減小。
進一步報道了雙重鈣鈦礦Cs2AgSb1-yBiyX6（X：Br，Cl; 0≤y≤1）NCs，其表現(xiàn)出與鉛基3D立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。盡管可以使用表面活性劑鈍化捕獲表面缺陷，但自捕獲過程是由于巨大的載流子-聲子耦合效應(yīng)而引起的。通過設(shè)計直接帶隙雙鈣鈦礦NC，以調(diào)整子帶隙陷過程，實現(xiàn)了明亮的雙色發(fā)射。此外，紫光PLQE可以提高到36.6％，與鹵化鈣鈦礦鉛NCs相當(dāng)。
Charge-CarrierDynamics of Lead-Free Halide Perovskite Nanocrystals , Acc. Chem. Res.2019
DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00422
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00422
9. Adv. Sci.：Pd3Pb/PtnPb納米晶體表面結(jié)構(gòu)調(diào)控促進甲醇氧化反應(yīng)
直接甲醇燃料電池（DMFCs）高效、低排放、易操作，有望在便攜移動設(shè)備中廣泛應(yīng)用。相比于電氧化氫，甲醇氧化反應(yīng)（MOR）步驟多、反應(yīng)慢，難以達到DMFCs性能要求。且該反應(yīng)電催化劑中關(guān)鍵組分Pt對于反應(yīng)過程生成的CO耐受性差，容易失活。通過成分優(yōu)化、形貌控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計等手段均可提高Pt電催化劑性能。其中，Pt與親氧性金屬，如Ru、Ni、Cu等形成合金可在一定程度上提高Pt抗CO中毒能力和利用效率。但是由于沒有明確的化學(xué)計量比與晶體結(jié)構(gòu)而不利于催化劑的可預(yù)測性設(shè)計。金屬間化合物不僅能夠克服這些問題，而且由于其長程有序結(jié)構(gòu)和較負的生成焓，可兼具優(yōu)異的催化活性與穩(wěn)定性。
鑒于此，來自浙江大學(xué)的張輝教授通過一鍋法合成了有序表面和Pt組分可調(diào)的Pd3Pb/PtnPb納米立方體（邊長約為50nm）。Pd3Pb/Pt2.37Pb納米立方體為多晶結(jié)構(gòu)，由內(nèi)而外分別由FCC結(jié)構(gòu)的Pd3Pb金屬間化合物，F(xiàn)CC結(jié)構(gòu)的PtxPb和六方結(jié)構(gòu)的PtPb金屬間化合物組成。調(diào)變Pb組分可分別得到Pd3Pb/Pt2.07Pb和Pd3Pb/Pt3.50Pb，前者結(jié)構(gòu)由內(nèi)而外與Pd3Pb/Pt2.37Pb類似，后者則除了沒有檢測到六方結(jié)構(gòu)的PtPb相，其他結(jié)構(gòu)也與Pd3Pb/Pt2.37Pb類似。
研究表明，六方結(jié)構(gòu)的PtPb比FCC結(jié)構(gòu)的PtxPb具有更高的MOR活性。此外，由于Pt和Pb之間的功函差異，兩者間發(fā)生了強烈的電子耦合（配體效應(yīng)），導(dǎo)致Pt0呈負電性，有利于促進MOR性能的提高。而Pb的加入也強化了水的解離，生成氧化物種，如OHads，能夠進一步氧化Pt在MOR過程中表面生成的COads物種并將其移除，有效提高了催化劑的穩(wěn)定性。DFT計算結(jié)果也證實了六方結(jié)構(gòu)的PtPb(0001)相比FCC結(jié)構(gòu)的Pt(111)和PtxPb(111)，不利于CO的吸附，即可提高Pt的抗CO中毒能力。本文不僅提供了一種Pt納米立方體的簡易制備方法，也為調(diào)控Pt基電催化劑的表面結(jié)構(gòu)進而提高其MOR性能提供了新的思路。
XingqiaoWu, Yi Jiang, Yucong Yan, Xiao Li, Sai Luo, Jingbo Huang, Junjie Li, Rong Shen,Deren Yang, Hui Zhang*, Tuning Surface Structure of Pd3Pb/PtnPbNanocrystals for Boosting the Methanol Oxidation Reaction, Adv. Sci. 2019,1902249.
DOI: 10.1002/advs.201902249
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902249?af=R
10. AM：DNTs可增強腫瘤相關(guān)巨噬細胞的細胞毒性和吞噬作用
近年來，巨噬細胞的免疫調(diào)節(jié)已成為一種廣泛引起關(guān)注的方法用于抗癌治療。然而，成功地利用巨噬細胞進行免疫治療面臨兩大挑戰(zhàn)：1）癌細胞分泌的巨噬細胞集落刺激因子(MCSF)與巨噬細胞上的集落刺激因子1受體(CSF1-R)結(jié)合，進而激活腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAM）向免疫抑制M2表型極化的下游信號通路；2）將髓系細胞表達的信號調(diào)節(jié)蛋白α(sirpα)與CD47(一種在癌細胞上過度表達的跨膜蛋白)連接，激活巨噬細胞中的Src同源區(qū)2(SH2)結(jié)構(gòu)域磷酸酶SHP-1和SHP-2。這些會導(dǎo)致“eat-me-not”信號途徑的激活和抑制吞噬作用。
在此，馬薩諸塞大學(xué)阿莫斯特分校AshishKulkarni研究團隊報道了一種自組裝雙抑制劑負載納米顆粒(DNTs)，其能靶向M2巨噬細胞，并能同時抑制CSF1R和SHP2途徑。這導(dǎo)致M2巨噬細胞有效復(fù)極化為活躍的M1表型，與單獨的藥物治療相比具有更高的吞噬能力。此外，DNTs在高度侵襲性乳腺癌和黑色素瘤小鼠模型中的次優(yōu)劑量給藥結(jié)果中也顯示出增強的抗腫瘤效果，且沒有任何毒性。這些研究表明，同時抑制CSF1-R和SHP2信號通路對巨噬細胞激活和吞噬功能的增強可能是一種有效的基于巨噬細胞的免疫治療策略。
AnujanRamesh, Sahana Kumar, Dipika Nandi, et al. CSF1R‐ and SHP2‐Inhibitor‐Loaded Nanoparticles Enhance Cytotoxic Activity and Phagocytosis inTumor‐Associated Macrophages. Adv. Mater., 2019.
https://doi.org/10.1002/adma.201904364
11. AM：無需薄膜！可注射的室溫成型PEDOT:PSS水凝膠
生物電子應(yīng)用中的導(dǎo)電水凝膠的開發(fā)已經(jīng)受到越來越廣泛的關(guān)注和重視。其中，PEDOT:PSS水凝膠因其出色的生物相容性和穩(wěn)定性而成為研究的熱點。然而，大多數(shù)生物電子設(shè)備仍依賴薄膜形式的PEDOT:PSS，與PEDOT:PSS薄膜相比，PEDOT:PSS水凝膠因其富水性質(zhì)和類似組織的機械性能，被認為是生物組織更理想的界面替代品。然而，幾乎沒有文獻報道過可注射的PEDOT:PSS水凝膠。
近日，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校Ali Khademhosseini團隊通過利用PEDOT:PSS的室溫膠凝特性，研究開發(fā)了可注射PEDOT:PSS水凝膠的方法。這些PEDOT:PSS水凝膠能夠在注射器注射到所需位置后自發(fā)形成，并且無需任何其他處理。最后，作者還提出了在室溫下大規(guī)模生產(chǎn)可注射PEDOT:PSS水凝膠的簡便策略。
ShimingZhang, Yihang Chen, Hao Liu, Zitong Wang, Haonan Ling, Changsheng Wang, JiahuaNi, Betul Celebi Saltik, Xiaochen Wang, Xiang Meng, Han‐Jun Kim, Avijit Baidya,Samad Ahadian, Nureddin Ashammakhi, Mehmet R. Dokmeci, Jadranka Travas‐Sejdic, Ali Khademhosseini. Room‐Temperature‐Formed PEDOT:PSS Hydrogels Enable Injectable, Soft, and HealableOrganic Bioelectronics. Adv. Mater., 2019.
DOI：10.1002/adma.201904752
https://doi.org/10.1002/adma.201904752
12. ACS Energy Letters: 人工固態(tài)電解質(zhì)界面抑制水溶液鋅離子電池中的表面反應(yīng)與正極溶解
釩基化合物憑借釩元素的多種化學(xué)態(tài)以及獨特的開放框架結(jié)構(gòu)因而在水溶液鋅離子電池中備受矚目。然而，釩元素在水溶液電解質(zhì)中的溶解以及在充放電過程中發(fā)生的副反應(yīng)會造成嚴重的容量衰減并最終導(dǎo)致電池失效。在本文中，斯坦福大學(xué)的崔屹教授以及阿卜杜拉國王科技大學(xué)的Husam N. Alshareef等利用原子層沉積技術(shù)在Zn3V2O7(OH)2·2H2O (ZVO)正極表面共型覆蓋了一層均勻致密的HfO2層作為人工固態(tài)電解質(zhì)界面解決了上述問題。
這種惰性的HfO2界面不僅能夠抑制正極上副產(chǎn)物的形成，同時還能夠防止正極活性物質(zhì)在水溶液中發(fā)生溶解。因此，這種受保護的HfO2@ZVO正極相比原始ZVO正極具有更好地循環(huán)穩(wěn)定性，在100 mA/g的電流密度下能夠表現(xiàn)出227 mAh/g的可逆比容量且循環(huán)100周后保持率高達90%。該方法為提升水溶液鋅離子電池正極材料的電化學(xué)性能提供了通用的方法。
JingGuo, Yi Cui, Husam N. Alshareef et al, Artificial Solid Electrolyte Interphasefor Suppressing Surface Reactions and Cathode Dissolution in Aqueous Zinc IonBatteries, ACS Energy Letters, 2019
DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02029
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b02029
13. AEM: 間隔陽離子的相互作用助力高效穩(wěn)定的層狀二維鈣鈦礦太陽能電池
層狀2D（A1）2（A2）n-1BnX3n + 1鈣鈦礦材料改善了所得太陽能電池的長期穩(wěn)定性，但由于載流子生成/傳輸不良而阻礙了其功率轉(zhuǎn)換效率。因此，需要合理的指導(dǎo)方針來設(shè)計有機間隔陽離子（A1）。近日，北京大學(xué)周歡萍研究團隊在層狀二維鈣鈦礦中使用混合的A1陽離子來研究烷基胺陽離子和不飽和烷基胺陽離子之間的相互作用。
研究人員揭示了烷基胺間隔陽離子能夠促進前驅(qū)體組裝，這導(dǎo)致鈣鈦礦晶體的定向生長。不飽和的烷基胺陽離子進一步導(dǎo)致激子結(jié)合能降低，從而改善了2D鈣鈦礦中載流子的傳輸。通過混合兩種陽離子，所制備的光伏電池的開路電壓顯著提高，效率為15.46％，這是基于（A1）2（A2）3Pb4I13層狀2D鈣鈦礦的最高效率之一。設(shè)計原理的通用性可進一步擴展到其他陽離子組合。
Zhou, H. et al. The Spacer Cations Interplay for Efficient andStable Layered 2D Perovskite Solar Cells. AEM 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201901566
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901566
