1. Nature Chemistry：DNA納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模板用于病毒傳感與抑制
當(dāng)DNA折疊成具有特定形狀的納米結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠以納米精度排列成復(fù)雜的幾何圖案，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)傳感檢。近日，南京郵電大學(xué)Jie Chao和美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院Xing Wang等人報(bào)道了一種DNA納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模板，可以顯示具有精確的空間模式識(shí)別特性的多個(gè)結(jié)合基序，并具有優(yōu)異的病毒傳感和抑制能力。
研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了帶有五個(gè)類(lèi)分子信標(biāo)基序的星形DNA納米結(jié)構(gòu)二維圖案，其中包括十個(gè)針對(duì)登革熱包膜蛋白結(jié)構(gòu)域III（ED3）的適體。精確匹配登革熱病毒表面ED3簇的空間排列，多價(jià)相互作用使得登革熱病毒具有高的結(jié)合親和力。研究表明，這種DNA納米結(jié)構(gòu)是一種有效的病毒抑制劑，并且可以通過(guò)熒光輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)精確傳感。通過(guò)圖案化定制DNA納米結(jié)構(gòu)，這種DNA分子平臺(tái)設(shè)計(jì)策略有望用于檢測(cè)和對(duì)抗其他更多致病性病原體。
PaulS. Kwon et al. Designer DNA architecture offers precise and multivalent spatialpattern-recognition for viral sensing and inhibition. Nature Chemistry 2019.
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0369-8
2. Nature Chemistry：?jiǎn)尉€態(tài)裂變太陽(yáng)能電池究竟能否打破Shockley–Queisser極限？
單線態(tài)裂變過(guò)程中，每個(gè)入射光子可產(chǎn)生兩個(gè)電子-空穴對(duì)，理論上有望超過(guò)單結(jié)太陽(yáng)能電池效率的Shockley–Queisser極限。問(wèn)題在于，單線態(tài)裂變同時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)低能的三線態(tài)激子，且很難分解為自由電荷，這導(dǎo)致理論預(yù)測(cè)遲遲沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。為了更進(jìn)一步理解單線態(tài)裂變機(jī)制，美國(guó)科羅拉多大學(xué)波爾得分校Obadiah G. Reid、Garry Rumbles和美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室Justin C. Johnson等人系統(tǒng)研究了多晶態(tài)并五苯中三線態(tài)激子的電荷分離情況。
研究人員選取了12種不同的客體電子受體分子，這些分子具有不同的還原電勢(shì)。電荷產(chǎn)量是單線態(tài)和三線態(tài)激子驅(qū)動(dòng)力的函數(shù)，他們觀察到電荷產(chǎn)量的單獨(dú)最優(yōu)值，并發(fā)現(xiàn)了兩種狀態(tài)解離的反向機(jī)制。也就是說(shuō)，分子受體可以通過(guò)在三線態(tài)解離的最佳驅(qū)動(dòng)力下抑制單線態(tài)解離，從而為單線裂變太陽(yáng)能電池提供戰(zhàn)略?xún)?yōu)勢(shì)。然而，即使在最佳驅(qū)動(dòng)力下，電荷從三線態(tài)轉(zhuǎn)移的速率常數(shù)也非常小，約為107 s-1，無(wú)疑，這為單線態(tài)裂變太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)籠上了一層霧霾。
NatalieA. Pace et al. Slow charge transfer from pentacene triplet states at the Marcusoptimum. Nature Chemistry 2019.
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0367-x
3. Nature Chemistry：層狀鑭系MOFs中高效可調(diào)的一維電荷傳輸
導(dǎo)電金屬有機(jī)框架（MOFs）可應(yīng)用于化學(xué)傳感和電能存儲(chǔ)等諸多領(lǐng)域。導(dǎo)電性最強(qiáng)的MOFs由有機(jī)配體和四方平面過(guò)渡金屬離子連接成彼此堆疊的二維（2D）薄片制成。人們認(rèn)為其電學(xué)性質(zhì)主要取決于金屬-配體鍵的共價(jià)性，而平面外電荷傳輸?shù)挠绊戄^小。近日，麻省理工學(xué)院Mircea Dinc?等報(bào)道了一系列基于鑭系元素和2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene (H6HHTP)的MOFs，該系列MOFs片的堆疊可以進(jìn)行微調(diào)。
該MOFs中，Ln3+離子位于配體平面之間，通過(guò)鑭系元素-氧鏈將有機(jī)層連接到3D框架中。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有效的電荷傳輸主要發(fā)生在垂直于2D薄片的方向，電導(dǎo)率達(dá)0.05Scm?1，與目前報(bào)道的最導(dǎo)電的MOFs相當(dāng)。該工作表明，層狀MOFs的高電導(dǎo)率不一定需要具有高共價(jià)特征的金屬-配體鍵，有機(jī)配體之間的相互作用本身可以產(chǎn)生有效的電荷傳輸途徑。
GrigoriiSkorupskii, Mircea Dinc?*, et al. Efficient and tunable one-dimensional charge transport inlayered lanthanide metal–organic frameworks. Nat. Chem., 2019
DOI: 10.1038/s41557-019-0372-0
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0372-0
4. Nat. Photon.：石墨烯負(fù)載的深亞波長(zhǎng)等離激元波導(dǎo)的超快，高能效全光切換
全光開(kāi)關(guān)吸引了人們的注意，因?yàn)樗鼈冇锌赡芸朔婇_(kāi)關(guān)的速度限制。但是，由于現(xiàn)有材料固有的光學(xué)非線性小，實(shí)現(xiàn)超快，節(jié)能的全光開(kāi)關(guān)一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。近日，NTT公司Masaaki Ono和MasayaNotomi研究發(fā)現(xiàn)可通過(guò)使用負(fù)載石墨烯的深亞波長(zhǎng)等離激元波導(dǎo)（30×20 nm2）作為解決方案。
由于極端的光限制，可大大增強(qiáng)了石墨烯中的光學(xué)非線性吸收，并以35 fJ的開(kāi)關(guān)能量和260 fs的開(kāi)關(guān)時(shí)間實(shí)現(xiàn)了超快的全光開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)能量比以前的基于石墨烯的器件小四個(gè)數(shù)量級(jí)，并且是在幾皮秒或更短時(shí)間內(nèi)工作的所有全光開(kāi)關(guān)的最小值。該器件可以有效地連接到常規(guī)的硅波導(dǎo)，并用于硅光子集成電路。這種基于石墨烯的器件將為片上超快和高能效的光子處理鋪平道路。
Ono, M. Notomi, M. et al. Ultrafast andenergy-efficient all-optical switching with graphene-loaded deep-subwavelengthplasmonic waveguides. Nat. Photon. 2019.
DOI：10.1038/s41566-019-0547-7
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0547-7.pdf
5. Nat. Commun.：混合相二硒化鈷催化劑用作酸性介質(zhì)中極其穩(wěn)定的電催化劑
燃料電池和電解槽等清潔能源技術(shù)需要高活性和高穩(wěn)定性的電催化劑，以加速涉及多質(zhì)子/多電子的電極反應(yīng)。先前的研究報(bào)道了多種提高催化活性的方法，例如化學(xué)摻雜，應(yīng)變和缺陷工程，合金化和脫合金。然而，在苛刻的電化學(xué)環(huán)境中，許多活性催化劑的降解，仍然是限制裝置效率和成本效益的主要挑戰(zhàn)。許多不含Pt族金屬的無(wú)機(jī)催化劑對(duì)各種重要的電極反應(yīng)均顯示出高的固有活性，但其實(shí)際應(yīng)用常常遭受不良的結(jié)構(gòu)降解，因此穩(wěn)定性較差，尤其是在酸性介質(zhì)中。
近日，中科大俞書(shū)宏，高敏銳等人報(bào)道了一種堿熱合成方法，合成了立方相和正交相幾乎均勻分布的相混合二硒化鈷材料。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用水電解作為模型反應(yīng)，相混合的二硒化鈷催化劑在酸性電解質(zhì)中的過(guò)電勢(shì)僅為124mV時(shí)即可達(dá)到10mA cm-2的電流密度。連續(xù)運(yùn)行超過(guò)400 h后，催化劑沒(méi)有失活跡象，并且經(jīng)過(guò)50,000個(gè)循環(huán)后，極化曲線得到了很好的保留。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究發(fā)現(xiàn)，相混合導(dǎo)致的Co和Se原子之間的共價(jià)提高了，這大大增強(qiáng)了晶格穩(wěn)定性，從而提高了材料的穩(wěn)定性。該工作為通過(guò)晶相工程設(shè)計(jì)的酸性介質(zhì)中長(zhǎng)壽命催化劑提供了有希望的設(shè)計(jì)策略。
Xiao-LongZhang, Shao-Jin Hu, Ya-Rong Zheng, Min-Rui Gao*, Shu-Hong Yu,* et al. Polymorphiccobalt diselenide as extremely stable electrocatalyst in acidic media via aphase-mixing strategy. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12992-y
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12992-y
6. Nat. Commun.：Ni-Mo-N/CFC納米片電催化劑用于同時(shí)生產(chǎn)氫氣和甲酸
由于日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī)，開(kāi)發(fā)清潔和可再生能源/資源（例如太陽(yáng)能，風(fēng)能和氫能）引起了廣泛關(guān)注。氫氣是有吸引力清潔能源。通過(guò)電催化分解水制氫是一種有效且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，但是由于其動(dòng)力學(xué)緩慢和低附加值的陽(yáng)極析氧反應(yīng)而受到嚴(yán)重阻礙。過(guò)渡金屬基氮化物通常具有較低的電阻和較高的機(jī)械穩(wěn)定性，被認(rèn)為是有前途的電催化劑，并且在各種反應(yīng)（例如OER，HER和ORR）中顯示出高的活性。
近日，中科院上海硅酸鹽研究所施劍林，華東師范大學(xué)陳立松等人報(bào)道了一種負(fù)載在碳纖維布（Ni-Mo-N/CFC）上的鎳-氮化鉬納米片催化劑(Ni-Mo-N/CFC)，該催化劑在低成本的堿性甘油溶液中可同時(shí)電解生產(chǎn)高純度氫（陰極上）和高附加值的甲酸（陽(yáng)極上）。當(dāng)在陽(yáng)極和陰極都裝載Ni-Mo-N/CFC催化劑時(shí)，所建立的電解槽只需低至1.36 V的電池電壓就能達(dá)到10 mA cm-2的電流密度，比堿性水溶液低260 mV。此外，該催化劑生成H2和甲酸的法拉第效率分別高達(dá)99.7％和95.0％。該工作利用非貴金屬電催化劑同時(shí)在陰極和陽(yáng)極生產(chǎn)高價(jià)值產(chǎn)品的策略，對(duì)可再生能源技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
YanLi, Lisong Chen*, Jianlin Shi,* et al. Nickel-molybdenum nitride nanoplateelectrocatalysts for concurrent electrolytic hydrogen and formateproductions. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-13375-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13375-z
7. JACS: 天然卵磷脂作為封端配體的穩(wěn)定CsPbX3納米晶體膠體
長(zhǎng)期以來(lái)，在各種濃度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)膠體的熱力學(xué)穩(wěn)定性一直是膠體配體封端的半導(dǎo)體納米晶體（NCs）領(lǐng)域的主要方向。由于新型的銫鉛鹵化鈣鈦礦（CsPbX3；X = Cl，Br）的新型表面活性劑，其動(dòng)態(tài)性高且不穩(wěn)定，因此這一挑戰(zhàn)尤為迫切。Maksym V. Kovalenko團(tuán)隊(duì)證明了大豆卵磷脂（一種大量生產(chǎn)的天然磷脂）充當(dāng)緊密結(jié)合的表面封端配體，適用于CsPbX3 NC（6-10 nm）的高反應(yīng)產(chǎn)率合成并允許長(zhǎng)期保留濃度范圍從幾ng/mL到 400 mg/mL的CsPbX3 NCs的膠體和結(jié)構(gòu)完整性分析。
可以使用Alexander-DeGennes模型來(lái)合理化這種長(zhǎng)鏈兩性離子配體實(shí)現(xiàn)的高膠體穩(wěn)定性，該模型考慮了由于支鏈和配體多分散性而增加的顆粒間排斥力。這種膠體的多功能性和巨大的實(shí)用性通過(guò)對(duì)超稀樣品的單NC光譜展示，以及通過(guò)在一次旋涂步驟中從超濃縮膠體中獲得微米級(jí)，光學(xué)均質(zhì)的致密NC膜，可以證明這種膠體具有多種用途。
StableUltra-Concentrated and Ultra-Dilute Colloids of CsPbX3 (X=Cl, Br)Nanocrystals using Natural Lecithin as a Capping Ligand，Journal of the American Chemical Society，2019
DOI:10.1021/jacs.9b09969.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09969
8. Nano Lett.：膠體自組裝概念構(gòu)造多細(xì)胞結(jié)構(gòu)
基于自組裝原理的細(xì)胞構(gòu)建組織是一種具有挑戰(zhàn)性和前景的方法。了解膠體顆粒的自組裝和自分類(lèi)原理在細(xì)胞中的應(yīng)用程度，仍然是個(gè)未知數(shù)。在這項(xiàng)研究中，德國(guó)明斯特大學(xué)Seraphine V. Wegner等人利用藍(lán)光激活和黑暗中反轉(zhuǎn)的細(xì)胞之間的光控相互作用，證明了不僅控制細(xì)胞與細(xì)胞的相互作用是關(guān)鍵因素，而且它們的動(dòng)力學(xué)也是決定多細(xì)胞結(jié)構(gòu)形成的一個(gè)關(guān)鍵因素。通過(guò)脈沖光激活調(diào)節(jié)細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的動(dòng)力學(xué)，可以得到不同大小和形狀的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
當(dāng)細(xì)胞間的相互作用是動(dòng)態(tài)時(shí)，在熱力學(xué)控制下形成致密、圓形的多細(xì)胞團(tuán)簇，而在動(dòng)力學(xué)控制下形成分枝、松散的聚集體。這些結(jié)構(gòu)分別平行于反應(yīng)受限和擴(kuò)散受限的團(tuán)簇聚集下的膠體組裝體。同樣，細(xì)胞之間的動(dòng)態(tài)相互作用對(duì)于細(xì)胞自我分類(lèi)為不同的組是必不可少的。使用四種不同的細(xì)胞類(lèi)型（表達(dá)兩個(gè)正交的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用對(duì)），細(xì)胞被分成兩個(gè)獨(dú)立的組合。將膠體自組裝的概念引入到自下而上的組織工程中，提供了一個(gè)新的理論框架，將有助于設(shè)計(jì)更可預(yù)測(cè)的類(lèi)組織結(jié)構(gòu)。
MarcMueller, Samaneh Rasoulinejad, Sukant Garg, and Seraphine V. Wegner. TheImportance of Cell–Cell Interaction Dynamics in Bottom-Up TissueEngineering: Concepts of Colloidal Self-Assembly in the Fabrication ofMulticellular Architectures. Nano Letters 2019.
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b04160
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b04160
9. ACS Nano: 使用谷氨酸電解質(zhì)抑制鋰硫電池中多硫化物的溶解與穿梭
Li-S電池被視為是新一代高比能電池中最具前景的儲(chǔ)能器件。然而，多硫化物中間體在電解液中的溶解與穿梭效應(yīng)會(huì)造成嚴(yán)重的容量衰減、電池自放電以及較差的高溫電化學(xué)性能。在本文中哈爾濱工業(yè)大學(xué)的楊春暉與Weidong He等發(fā)現(xiàn)向商品化電解液中加入谷氨酸能夠同時(shí)解決上述問(wèn)題。由于谷氨酸上有豐富的充滿(mǎn)負(fù)電荷的羥基官能團(tuán)，因此可以憑借其與同帶負(fù)電荷的多硫化物之間高達(dá)1.54 eV的強(qiáng)庫(kù)倫排斥作用來(lái)抑制其溶解和穿梭。
憑借谷氨酸添加劑電解液的上述作用，Li-S電池能夠在5.95 mA/cm2的電流密度下穩(wěn)定循環(huán)1000周后保持高達(dá)60%的容量保持率。其自放電速率也下降為原來(lái)的1/3，在60攝氏度的高溫條件下依然可以正常循環(huán)。
LiweiDong, Chunhui Yang, Weidong He et al, Suppression of Polysulfide Dissolutionand Shuttling with Glutamate Electrolyte for Lithium Sulfur Batteries, ACSNano, 2019
DOI: 10.1021/acsnano.9b06934
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b06934
