1. Science：納米技術(shù)革新能源未來(lái)之路！
鋰離子電池為便攜式電子產(chǎn)品，電動(dòng)汽車(chē)和固定式存儲(chǔ)設(shè)備供電，已獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。納米材料的開(kāi)發(fā)及其在電極和器件中的相關(guān)處理可以改善現(xiàn)有能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能和/或開(kāi)發(fā)。斯坦福大學(xué)的崔屹，德累斯頓工業(yè)大學(xué)的馮新亮，德雷塞爾大學(xué)(費(fèi)城)Ekaterina Pomerantseva, Yury Gogotsi和意大利理工學(xué)院Francesco Bonaccorso等人提供了有關(guān)納米材料在儲(chǔ)能設(shè)備（例如超級(jí)電容器和電池）中的最新應(yīng)用的觀點(diǎn)。納米材料的多功能性可以為便攜式，柔性，可折疊和可分配電子設(shè)備提供電源。電力運(yùn)輸；和網(wǎng)格規(guī)模的存儲(chǔ)，以及在生活環(huán)境和生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中的集成。為了克服納米材料因高表面積而引起的高反應(yīng)性和化學(xué)不穩(wěn)定性的局限性，應(yīng)將具有不同功能的納米顆粒組合在納米和微米級(jí)的智能體系結(jié)構(gòu)中。將納米材料集成到功能架構(gòu)和設(shè)備中需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的制造方法。討論成功的策略并概述開(kāi)發(fā)納米材料的路線圖，以支持未來(lái)的能量存儲(chǔ)應(yīng)用，例如為分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)以及柔性和可穿戴電子設(shè)備供電。
2. Science：高對(duì)映選擇性卡賓插入脂肪胺N–H鍵合成手性氨基酸
手性胺在天然產(chǎn)物，藥物和農(nóng)用化學(xué)品中應(yīng)用廣泛。許多藥物化合物僅在兩種鏡像取向中的一種中含有碳-氮(C-N)鍵，與富含電子的氮反應(yīng)物形成C-N鍵是一項(xiàng)較大的挑戰(zhàn)，過(guò)渡金屬催化的高對(duì)映選擇性C–N鍵形成反應(yīng)，即過(guò)渡金屬催化的卡賓插入到N-H鍵是一種簡(jiǎn)單的方法，具有反應(yīng)溫和、耐受性好和產(chǎn)率較高的優(yōu)勢(shì)。脂族胺是一種強(qiáng)的路易斯堿，與過(guò)渡金屬催化劑具有很強(qiáng)的協(xié)同作用，會(huì)造成金屬催化劑中毒，從而干擾金屬卡賓的形成，這為N-H插入反應(yīng)構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。鑒于此，南開(kāi)大學(xué)周其林院士及朱守非教授等人使用兩個(gè)串聯(lián)的催化劑：非手性銅絡(luò)合物和手性氨基硫脲，實(shí)現(xiàn)了高度對(duì)映選擇性卡賓插入脂肪族胺的N-H鍵。高鹽配體配位保護(hù)激活卡賓前體的銅中心，手性氨基硫脲催化劑促進(jìn)對(duì)映選擇性質(zhì)子轉(zhuǎn)移生成插入產(chǎn)物的立體中心，實(shí)現(xiàn)了高效、高對(duì)映選擇性合成手性α-烷基α-氨基酸衍生物。該項(xiàng)研究不僅解決了對(duì)映選擇性卡賓插入反應(yīng)的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)，而且為涉及強(qiáng)配位底物的過(guò)渡金屬催化的不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)化提供了潛在的通用策略。
Mao-Lin Li, Jin-Han Yu, Yi-Hao Li, Shou-Fei Zhu*, Qi-Lin Zhou*. Highly enantioselective carbene insertion into N–H bonds of aliphatic amines. Science, 2019.
3. Science：解密二維磁性材料之堆疊與磁耦合間關(guān)聯(lián)
近年來(lái)，新興的二維磁性材料備受矚目。相比于傳統(tǒng)的三維空間結(jié)構(gòu)，二維層狀磁性材料因其原子層間較弱的范德華爾斯作用力，能夠人為操控其層間堆疊方式，進(jìn)而有可能影響其磁耦合特性，為新型二維自旋器件的研制提供新思路。然而，堆疊方式與磁耦合間的關(guān)聯(lián)機(jī)制之前仍不甚明晰，尚未在原子級(jí)層面獲得實(shí)驗(yàn)的直接觀測(cè)。針對(duì)這一問(wèn)題，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授高春雷、吳施偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)手協(xié)作，創(chuàng)造性地運(yùn)用了原位化合物分子束外延生長(zhǎng)技術(shù)和自旋極化掃描隧道顯微鏡結(jié)合的實(shí)驗(yàn)手段，在原子級(jí)層面徹底厘清了雙層二維磁性半導(dǎo)體溴化鉻（CrBr3）的層間堆疊和磁耦合間的關(guān)聯(lián)，為二維磁性的調(diào)控指出了新的維度。（來(lái)源：復(fù)旦大學(xué)新聞網(wǎng)）
Direct observation ofvan der Waals stacking dependent interlayer magnetism. Science 2019.
https://science.sciencemag.org/content/366/6468/983
4. Nature：分子調(diào)控機(jī)制促進(jìn)CO2高選擇性轉(zhuǎn)化為乙烯
電催化CO2還原反應(yīng)（CO2RR）不僅有利于緩解日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)酸雨等問(wèn)題，而且為利用間歇的可再生能源高選擇性生產(chǎn)高附加值產(chǎn)物，比如乙烯，提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的方法。然而，由于缺乏高效、高穩(wěn)定性、低成本的CO2RR催化劑，乙烯的法拉第效率仍然很低，實(shí)現(xiàn)CO2RR高選擇性地生產(chǎn)乙烯仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近日，加拿大多倫多大學(xué)的Edward H. Sargent教授、美國(guó)加州理工學(xué)院的Theodor Agapie教授和Jonas C. Peters教授團(tuán)隊(duì)合作提出了一種分子調(diào)控機(jī)制，即利用有機(jī)分子對(duì)催化劑表面進(jìn)行修飾，使電催化劑表面功能化，從而穩(wěn)定CO2還原過(guò)程中的中間產(chǎn)物，以增強(qiáng)CO2RR轉(zhuǎn)化為乙烯。
過(guò)電化學(xué)原位譜學(xué)表征和計(jì)算模擬發(fā)現(xiàn)，粘附分子提高了頂部結(jié)合的CO中間體的穩(wěn)定性，從而有利于進(jìn)一步還原乙烯。在中性介質(zhì)的液流電池中，當(dāng)局部電流密度為230mA/cm2時(shí)，CO2RR轉(zhuǎn)化為乙烯的法拉第效率提高到72%。在膜電極組件的系統(tǒng)中，乙烯電合成可以穩(wěn)定190小時(shí)，且該系統(tǒng)的全電池能效為20％。這一分子調(diào)控機(jī)制為通過(guò)局部分子調(diào)控穩(wěn)定中間體，進(jìn)而提高催化劑的穩(wěn)定性和選擇性提供了一種新的策略。
Molecular tuning of CO2-to-ethylene conversion, Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1782-2
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1782-2
5. Nat. Commun.: 研究新進(jìn)展！二價(jià)銪摻雜的近紅外發(fā)光磷光體發(fā)光二極管
近紅外發(fā)光材料具有獨(dú)特的光物理性質(zhì)，在光子、光電和生物等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著過(guò)渡金屬元素激活的寬帶近紅外熒光粉的廣泛報(bào)道，引入4f-5d過(guò)渡稀土活化劑對(duì)下一代材料的發(fā)現(xiàn)提出了挑戰(zhàn)。近日，華南理工大學(xué)夏志國(guó)團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種前所未有的熒光粉K3LuSi2O7:Eu2+，它在460 nm藍(lán)光激發(fā)下產(chǎn)生了以740 nm為中心的發(fā)射帶，半寬為160 nm。
結(jié)合結(jié)構(gòu)和光譜表征，發(fā)現(xiàn)在LuO6和K2O6多面體中，二價(jià)銪的選擇性位點(diǎn)占據(jù)了較小的配位數(shù)，導(dǎo)致了意外的近紅外發(fā)射。制成的磷光體轉(zhuǎn)換的發(fā)光二極管具有作為不可見(jiàn)光源的巨大潛力。該工作提供了二價(jià)銪摻雜無(wú)機(jī)固態(tài)材料中近紅外發(fā)射的設(shè)計(jì)原理，并激發(fā)未來(lái)的研究以進(jìn)一步探索近紅外發(fā)光二極管。
Xia, Z. et al. Divalent europium-dopednear-infrared-emitting phosphor for light-emitting diodes. Nat. Commun. 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-13293-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13293-0.pdf
6. JACS：硼氧六環(huán)連接的發(fā)射性膠體COFs單晶
周期性二維（2D）聚合物的合成及其光電子特性的表征是聚合物化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的前沿課題。通過(guò)將COF顆粒制備為膠體懸浮液，可以將稱(chēng)為2D共價(jià)有機(jī)骨架（COF）的層狀2D聚合物合成為單晶。近日，美國(guó)西北大學(xué)William R. Dichtel等多團(tuán)隊(duì)合作，將這種方法從硼酸和鄰苯二酚的縮合擴(kuò)展到聚硼酸的脫水三聚。
作者得到的硼氧六環(huán)連接的膠體，是2D COFs單晶顆粒，包括四個(gè)2D COFs和一個(gè)3D COF。膠體穩(wěn)定化可以通過(guò)同步輻射X射線衍射和高分辨率透射電子顯微鏡進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析。溶液熒光光譜研究表明，與它們各自的單體溶液相比，COFs晶體具有強(qiáng)的發(fā)射。激發(fā)發(fā)射矩陣熒光光譜研究表明，COFs晶體的發(fā)射增強(qiáng)可歸因于COFs片之間發(fā)色團(tuán)的空間連通。
AustinM. Evans, William R. Dichtel*, et al. Emissive Single-Crystalline Boroxine-LinkedColloidal Covalent Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b08815
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08815
7. JACS: 經(jīng)濟(jì)高效無(wú)摻雜的空穴傳輸層用于高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）憑借其卓越的光電性能和便捷的加工性能使其達(dá)到了前所未有的發(fā)展水平。然而，昂貴的空穴傳輸材料（HTM）的使用以及潮解性摻雜物引發(fā)的不穩(wěn)定性是阻礙進(jìn)一步商業(yè)化的主要問(wèn)題。孫立成團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列低成本的共軛聚合物，并將其用作PSC中的無(wú)摻雜HTM，具有可調(diào)節(jié)的能級(jí)，良好的耐高溫和耐濕性以及出色的光電性能。
進(jìn)一步的研究突出了聚合物在促進(jìn)電荷分離，鈍化鈣鈦礦材料的表面陷阱位點(diǎn)以及確保電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面的關(guān)鍵和多方面的作用。使用濃度極低的5 mg/mL的無(wú)摻雜劑P3，可實(shí)現(xiàn)20.3％的穩(wěn)定效率（PCE）和顯著提高的器件壽命，使該器件成為到目前為止基于無(wú)摻雜劑的HTM構(gòu)建的最佳PSC之一。此外，基于P3制成的柔性PSC的PCE也達(dá)到16.2％。這項(xiàng)工作證明了實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行，穩(wěn)定和高效的PSC的有前途的途徑。
Polymeric,Cost-Effective, Dopant-Free, Hole Transport Materials for Efficient and StablePerovskite Solar Cells，J. Am. Chem. Soc. 2019
DOI:10.1021/jacs.9b08424
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b08424
8. JACS：構(gòu)造微孔和中孔MOFs基多孔液體的一般方法
多孔液體（PLs）作為一種新型的多孔材料，其具有將固體和液體吸附劑的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起的潛力。近日，上海科技大學(xué)Tao Li，Yongjin Lee等報(bào)告了使用內(nèi)部功能化的金屬有機(jī)框架（MOF）顆粒作為孔載體和聚（二甲基硅氧烷）(PDMS)作為大體積溶劑的新型多孔液體（PLs）。作者使用非共價(jià)表面引發(fā)的受控自由基聚合技術(shù)，將一系列等網(wǎng)狀UiO-66顆粒分散在液體PDMS基質(zhì)中，其具有出色的均質(zhì)性和膠體穩(wěn)定性。
得益于PDMS的固有特性，該P(yáng)Ls表現(xiàn)出低蒸氣壓，高熱穩(wěn)定性和低至-35°C的流動(dòng)性。PDMS體積龐大及其固有的高滲透性，使得MOF填料的吸附特性可以在其各自的PLs中得到很大程度的保留，作者通過(guò)低壓CO2，N2，Xe和H2O吸附等溫線證實(shí)了這一點(diǎn)。即使在儲(chǔ)存15個(gè)月后，PLs的永久孔隙率也可以得到很大程度的保留。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)PDMS的分子量和聚合物鏈結(jié)構(gòu)，可以在PLs內(nèi)保留介孔MOF MIL-101（Cr）的永久孔隙率。
SanfengHe, Yongjin Lee,* Tao Li*, et al. A General Way to Construct Micro- andMesoporous Metal-Organic Framework-Based Porous Liquids. J. Am. Chem. Soc.,2019
DOI: 10.1021/jacs.9b08458
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08458
9. JACS：鈷氮化物@鈷氧化物核-殼結(jié)構(gòu)氧還原電催化劑
開(kāi)發(fā)高效、價(jià)廉、導(dǎo)電性能良好的非貴金屬氧還原反應(yīng)（ORR）電催化劑是促進(jìn)燃料電池技術(shù)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。然而，金屬氧化物的，如Co3O4的帶隙較大（>2eV），本征電子電導(dǎo)率較低。因而亟待開(kāi)發(fā)新型的導(dǎo)電性能優(yōu)異的金屬基ORR催化劑。過(guò)渡金屬氮化物是新型的ORR催化劑，導(dǎo)電性優(yōu)良，但是其活性仍遠(yuǎn)低于Pt/C。近日，來(lái)自康奈爾大學(xué)的Héctor D. Abru?a教授課題組以碳為載體，采用簡(jiǎn)易的氮化過(guò)程制備了一系列鈷的氮化物（Co2N、Co3N、Co4N）。
在堿性條件下（1M KOH），Co4N/C顯示了最高的ORR活性，半波電位為0.875V vs RHE，可媲美商業(yè)Pt/C催化劑（0.89V）。在0.85V時(shí)，其比活性8倍于Co3O4/C催化劑，且經(jīng)過(guò)10000次循環(huán)后，電位損失可忽略不計(jì)。進(jìn)一步研究表明，Co4N/C催化劑中鈷氮化物核的表面被一層約2nm厚的氧化物殼包覆。氮化物有效改善了氧化物較低的導(dǎo)電性能，而氧化物則提供了更多的活性位點(diǎn)。該研究為開(kāi)發(fā)高效新型的金屬氮化物燃料電池電催化劑開(kāi)辟了新途徑。
YaoYang, Rui Zeng, Yin Xiong, Francis J. DiSalvo, Héctor D. Abru?a*, Cobalt-Based Nitride-CoreOxide-Shell Oxygen Reduction Electrocatalysts, J. Am. Chem. Soc. 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b10809
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10809
10. Nano Lett.：Au NPs尺寸通過(guò)破裂高爾基體而對(duì)細(xì)胞粘附的影響
與納米材料的蓬勃生產(chǎn)和應(yīng)用相比，納米顆粒的毒理學(xué)影響及其對(duì)組織和器官可能的危害的研究仍處于起步階段。高爾基體是細(xì)胞中最重要的細(xì)胞器之一，在細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)加工中起關(guān)鍵作用。高爾基體的結(jié)構(gòu)完整性對(duì)其正常功能至關(guān)重要，高爾基體紊亂可能導(dǎo)致多種疾病和失調(diào)。
在這項(xiàng)研究中，國(guó)家納米中心梁興杰研究員與河北大學(xué)張金超教授等人首次發(fā)現(xiàn)金納米顆粒（Au NPs）誘導(dǎo)了大小依賴(lài)性的細(xì)胞質(zhì)鈣增加和高爾基體碎裂，這阻礙了正常的高爾基體功能，導(dǎo)致異常的蛋白質(zhì)加工，并導(dǎo)致細(xì)胞黏附力降低，而細(xì)胞活力卻沒(méi)有嚴(yán)重受損。另外，在體內(nèi)誘導(dǎo)了早期的腎臟病理變化。這項(xiàng)工作對(duì)納米顆粒研究具有重要意義，因?yàn)樗f(shuō)明了尺寸對(duì)金納米顆粒誘導(dǎo)的高爾基體形態(tài)變化及其在體內(nèi)外的影響的重要作用，這對(duì)納米材料的生物學(xué)應(yīng)用具有重要意義。
XiaoweiMa, Jiadong Sun, Lin Zhong, Yufei Wang, QianqianHuang, Xiaoli Liu, Shubin Jin, Jinchao Zhang, and Xing-JieLiang. Evaluation of Turning-Sized Gold Nanoparticles on CellularAdhesion by Golgi Disruption in Vitro and in Vivo. Nano Letters 2019.
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02826
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02826
