1. Science：自旋電子學領域取得新進展
遵循摩爾定律飛速發展的現代電子器件尺寸越來越小，芯片中因電荷高速運動和頻繁碰撞引發嚴重發熱，不但造成高能耗，同時限制芯片處理速度與集成密度的提高，成為阻礙當前器件發展的一個嚴重問題。在日常生活中，我們都能切身體會到電子產品耗電、發熱而帶來的嚴重不便。聚焦上述關鍵科學技術問題，新加坡國立大學Hyunsoo Yang教授、大連理工大學王譯教授等人創新性提出利用自旋波(準粒子：磁振子)來驅動磁矩翻轉，實現芯片“0”和“1”的信息存儲和邏輯運算，這完全不同于以往通過有熱耗散電子自旋注入的傳統技術。
自旋波不局限于電子導體，可以以“波”的方式在多種介質中無熱耗散、低阻尼、長距離傳播自旋信息，重要的是該過程不需要導電電荷參與，因此這種新機制可以從根本上突破傳統芯片發熱、耗電等瓶頸。此工作實驗證實了自旋波可有效翻轉自旋磁矩，開辟了實現低功耗、高速度信息存儲和邏輯運算芯片的新途徑，必將發展磁振子學新研究方向，激發磁振子器件廣泛探索，促進后摩爾時代器件革新。（大連理工大學新聞網）
Yi Wang et al. Magnetization switching by magnon-mediated spin torque through anantiferromagnetic insulator. Science. 2019
DOI:10.1126/science.aav8076
https://science.sciencemag.org/content/366/6469/1125
2. Science Advances：納米團簇中硫元素價態的自調節
金屬納米團簇因其原子精確的結構和迷人的特性而引起廣泛的研究興趣。硫醇保護的金屬納米團簇中硫元素的價態通常為-2價。價態為奇數的硫原子（即S-1）很少見，僅在二硫化物（[-S-S-]2-]；例如FeS2，Ph2S2和半胱氨酸）中才觀察到。近日，安徽大學朱滿洲，汪恕欣等以Pt1Ag28納米簇為平臺，實現了硫從硫醇中的“-2”價到羥基化硫醇鹽中的“-1”價的價態自調節。作者合成并表征了兩個以前未報道的納米團簇Pt1Ag28（SR）20和Pt1Ag28（SR）18（HO-SR）2（其中SR為2-金剛烷硫醇）。
在Pt1Ag28（SR）18（HO-SR）2中，羥基的存在會誘導HO-S（Ag）R中兩個特殊的S原子從“-2”（在SR中）到“-1”價調節。X射線單晶衍射分析表明，由于這兩個納米簇中表面配體的不同[Pt1Ag28（SR）20中只有SR，而Pt1Ag28（SR）18（HO-SR）2中含有SR-和HO-SR-]，它們表現出不同的外殼結構，即使它們的內核（Pt1Ag12）是相同的二十面體結構。此外，這兩個團簇是1：1共晶。
XiKang, Shuxin Wang*, Manzhou Zhu*, et al. Valence self-regulation ofsulfur in nanoclusters. Sci. Adv., 2019
DOI: 10.1126/sciadv.aax7863
https://advances.sciencemag.org/content/5/11/eaax7863?rss=1
3. Nature Communications: 利用非對稱C-C偶聯活性中心將CO高效轉化為C3燃料
將C1原料氣通過電化學還原的方式轉化為高能量密度的燃料是一條儲存可再生能源的理想途徑。盡管近年來人們在在提高C1和C2產物的選擇性方面取得了很大進展，但是這些催化劑對理想的高能量密度C3產物的選擇性仍然相對較低。
在本文中，多倫多大學的Edward H. Sargent認為要想利用電化學方法合成C3化合物需要經過一個形成多個C-C鍵的高階反應途徑，因此他們發展了一種利用C2與C1中間體偶聯的策略。這種方法能夠使具有不同電子結構的相鄰銅原子與兩種吸附質相互作用以催化不對稱反應。他們使用這種方法將CO轉化為正丙醇的速率高達4.5mA/cm2且法拉第效率高達33.1%，半電池的能量轉換效率也達到了21%，這是目前報道過的最高的正丙醇效率。
XueWang, Edward H. Sargent et al, Efficient upgrading of CO to C3 fuel usingasymmetric C-C coupling active sites, Nature Communications, 2019
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13190-6
4. JACS：手性核殼UCNP@ZIF-NiSx納米組裝體用于活體活性氧的定量和生物成像
代謝過程中產生的活性氧（ROS）在許多生理過程中起著關鍵作用，對健康和疾病起著至關重要的作用。基于此，江南大學匡華和徐麗廣研究團隊制備了由上轉換納米顆粒(UCNP)核和包裹有手性NiSxNPs的沸石咪唑框架-8(ZIF)殼組成的雜化納米組裝體--UCNP@ZIF-NiSx。UCNP@ZIF-NiSx納米組裝體在440和530 nm處表現出強烈的圓二色(CD)信號，而UCNP在540 nm處的上轉換發光(UCL)信號被NiSx NPs猝滅，660 nm處的UCL信號幾乎沒有變化。
通過利用手性光學和熒光信號，此雙模式納米組裝體可用于定量監測ROS，其中將過氧化氫(H2O2)作為活細胞中的概念驗證目標。實驗結果表明，在檢測過程中，隨著NiSx的降解，UCNP@ZIF-NiSx轉變為UCNP@ZIF。值得注意的是，在體內成功地進行了ROS的定量和選擇性檢測。此策略突出了手性納米組裝體在ROS檢測中的潛力，為開發用于生物醫學和生物分析的手性納米材料工具箱開辟了一條新途徑。
ChanglongHao, Xiaoling Wu, Maozhong Sun, et al. Chiral Core–Shell UpconversionNanoparticle@MOF Nanoassemblies for Quantification and Bioimaging of ReactiveOxygen Species in Vivo. J. Am. Chem. Soc., 2019.
https://doi.org/10.1021/jacs.9b09360
5. JACS: 陰陽離子動力學耦合增強室溫超離子固態電解質中陽離子遷移率
單離子固態電解質作為固態電池中的關鍵材料吸引了諸多關注，但是有關影響其內部離子傳導的因素尚不明確。在本文中，滑鐵盧大學的Pierre –Nicholas Roy和Lindar F Nazar和吉林大學的Hui Li以及澳大利亞核科學技術組織的Maxim Avdeev等首次利用室溫中子粉末衍射數據的最大熵方法、從頭算分子動力學和聯合時間相關分析等手段證明了陰離子骨架的動態響應在新型快速離子導體，Na11Sn2PnX12（Pn=P，Sb；X=S，Se）中起著重要的作用。[PX4] 3 -陰離子旋轉存在于超導的Na11Sn2PS12和Na11Sn2PSe12中，但 [SbS4] 3 -在其導電性較低的類似物Na11Sn2SbS12中難以觀察到類似的旋轉現象。
伴隨著能量島中的動力學性質下降， 研究人員發現[PX4]3-負離子旋轉引起的波動能夠耦合并促進了長程陽離子遷移。本文所述的組合分析解決了長期爭論的槳輪機制的作用，并且直接證明了陰離子旋轉能夠顯著增強陽離子的遷移。在傳統的過渡態理論不適用的情況下，本文提出的聯合時間相關分析方法可廣泛應用于分析陰陽耦合相互作用。這些發現對固體電解質中離子傳輸的基本原理提供了重要的見解。
ZhizhenZhang, Pierre –Nicholas Roy, Lindar F Nazar, Hui Li, MaximAvdeev et al, Coupled Cation–Anion Dynamics EnhancesCation Mobility in Room-Temperature Superionic Solid-State Electrolytes, JACS,2019
DOI:10.1021/jacs.9b09343
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09343
6. JACS: 用于生物成像的Azulene衍生熒光探針
雙光子熒光顯微鏡已成為細胞成像中不可缺少的技術。然而，大多數雙光子熒光探針依賴于眾所周知的熒光團，于此，韓國亞洲大學Hwan Myung Kim和英國巴斯大學Tony D. James，Simon E. Lewis等人報道了一種新的生物成像熒光團，即azulene。
含有與適當取代的偶氮苯偶聯的硼酸酯受體基序的化學劑量計被證明是一種有效的雙光子熒光探針，用于活性氧檢測，結果顯示出良好的細胞穿透性、過氧亞硝酸鹽的高選擇性、無細胞毒性和優異的光穩定性。
MurfinLC, Weber M, Park SJ, Kim WT, Lopez-Alled CM, McMullin CL, et al.Azulene-Derived Fluorescent Probe for Bioimaging: Detection of Reactive Oxygenand Nitrogen Species by Two-Photon Microscopy. Journal of the American ChemicalSociety. 2019.
https://doi.org/10.1021/jacs.9b09813
7. JACS：Ru核殼結構催化劑低溫活化CO2制甲烷
CO2加氫制甲烷熱力學上低溫有利，但是由于CO2的較高的穩定性，其動力學活性較低。通常用于該反應的催化劑，如Ni、Ru、Rh、Pd等單金屬或多金屬催化劑均在較高溫度（300-500oC）下運行。而較低溫度下活性較高的Ru催化劑的甲烷收率仍較低。因而，亟需開發低溫高效CO2甲烷化催化劑。此外，金屬碳化物上CO2可轉化為CO（如β-Mo2C）或HOCO（如δ-MoC）等中間產物，且RuC催化劑上是否具有CO2甲烷化活性仍不明。
有鑒于此，來自西班牙巴倫西亞理工大學Avelino Corma教授、Patricia Concepción教授合作在溫和條件下采用水熱處理的手段制備了一種以金屬釕為核，釕的碳化物為殼的核-殼結構催化劑。研究人員通過使用XPS、NEXAFS、TEM元素分布等證實了核-殼結構的存在。同步輻射XPS深度剖面分析和XRD分析表明金屬Ru物種主要存在于內層結構中，而釕的碳化物物種則主要位于頂層的表面。
該核-殼結構催化劑能夠在低溫條件下同時活化CO2和H2，CO2甲烷化選擇性高達100%，遠高于現有催化劑性能。進一步使用同位素實驗表明，該催化劑表面的釕碳化物物種通過CO2直接加氫機制促進了CO2的活化與轉化。該研究結果表明該催化劑的高活性與Sabatier反應相關，為CO2甲烷化的進一步研究提供了全新的思路。
JorgeCored, Andrea García-Ortiz, Sara Iborra, María J. Climent, Lichen Liu, Cheng-Hao Chuang, Ting-Shan Chan, CarlosEscudero, Patricia Concepción*, Avelino Corma*,Hydrothermal Synthesis of Ruthenium Nanoparticles with a Metallic Core and aRuthenium Carbide Shell for Low-Temperature Activation of CO2 toMethane, J. Am. Chem. Soc, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b07088
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07088
8. Angew：通過超分子絡合策略將多孔有機籠轉化為多孔離子液體
多孔液體是一種將永久孔隙工程化為獨特的流動液體的多孔材料，有望應用于各種應用中。近日，田納西大學Sheng Dai等報道了一種超分子絡合策略，將多孔有機籠轉化為多孔離子液體（該多孔離子液體為I型多孔液體）。作者發現，將18-crown-6與task‐specific的陰離子多孔有機籠進行簡單的物理混合，即可得到一種多孔離子液體，其中陰離子多孔有機籠為其陰離子部分，而18-crown-6/鉀離子絡合物為其陽離子部分。
相比之下，等摩爾的15‐crown‐5和陰離子多孔有機籠子的混合會產生固體，而添加過量的15‐crown‐5則生成II型多孔液體。作者進一步通過分子模擬，正電子（e+）湮滅壽命光譜學和與純冠醚相比增強的氣體吸附能力證實了籠型多孔液體中的永久孔隙率。該超分子絡合策略用于制備多孔離子液體具有潛在普遍性，為使用其它具有較大孔隙的陰離子多孔分子甚至陰離子多孔骨架納米粒子來實現多孔離子液體的合成提供了參考。
KechengJie, Sheng Dai*, et al. Transforming Porous Organic Cages into PorousIonic Liquids via a Supramolecular Complexation Strategy. Angew. Chem. Int.Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912068
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912068
9. Nano. Today綜述 ：具有增強的腫瘤穿透性的納米工程藥物
由于具有多種優勢，納米藥物在臨床上被廣泛用于增強化療的療效，但往往效果一般。其中的主要原因是由于腫瘤微環境的特異性，如血供不足、腫瘤細胞和細胞外基質密度高和間質液壓力增高等。近年來，許多研究報道了一些可以提高納米藥物在腫瘤內穿透效果的策略，包括調節腫瘤微環境和優化納米顆粒的性能等等，但這些策略也都有著各自的局限性。
近年來，隨著腫瘤穿透肽介導的細胞外轉運等策略的出現，多功能可轉變的納米顆粒已成為具有優越的腫瘤穿透能力的新一代納米藥物。新加坡生物工程與納米科技研究院Su SeongLee研究員和中科院長春應化所陳學思院士合作對納米藥物的最新發展趨勢和具有的局限性進行了綜述，并對提高其在腫瘤內穿透性的策略進行了詳細的討論和展望。
JianxunDing, Jinjin Chen, Liqian Gao, Su Seong Lee, Xuesi Chen. et al. Engineerednanomedicines with enhanced tumor penetration. Nano Today. 2019
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013219303470
10. AEM：石墨殼封裝金屬電催化劑用于堿性溶液中OER、ORR、HER
開發高效、價廉、環境友好的OER、ORR、HER電催化劑是可持續清潔能源技術發展的重要因素，如金屬-空氣電池和燃料電池。近日，諾貝爾化學獎得主John B. Goodenough教授通過采用兩步溶膠凝膠法和碳熱還原法合成了多種石墨碳殼封裝的單金屬催化劑，如Fe、Co、Ni，及其雙元與三元合金納米顆粒，并考察了其在堿性條件下的OER、ORR、HER性能。其中，Ni-Fe二元體系顯示了最優的OER性能，Co-Fe二元體系則顯示了最優的ORR和HER性能。
研究表明，在較為嚴苛的電化學條件的活化下，石墨碳殼層受到電化學剝離，而剩下的石墨層的電子結構被修飾，從而抑制了其剝離，也保護了內層的金屬單質核。研究人員發現隨著電化學循環的進行，在近表面區域高價金屬含量不斷增加，表明部分金屬納米顆粒并沒有被石墨碳層包裹。這些表面金屬氧化物物種為電催化反應提供了二次活性位點。
HadiKhani, Nicholas S. Grundish, David O. Wipf, John B. Goodenough*, Graphitic‐Shell Encapsulation of MetalElectrocatalysts for Oxygen Evolution, Oxygen Reduction, and Hydrogen Evolutionin Alkaline Solution, Advanced Energy Materials, 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201903215
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201903215?af=R
11. AEM: 面向可擴展，穩定和高效鈣鈦礦太陽能電池的研究方向
在2012年發現的效率僅有9.7％，穩定性只有500小時的固態鈣鈦礦太陽能電池（PSC），引發了鈣鈦礦光伏技術的研究浪潮。僅僅7年后，2019年記錄了25.2％的認證功率轉換效率（PCE）。自2012年以來，PSC的出版物呈指數增長，截至2019年8月，出版物的總數達到13200多種。PCE的提升主要得益于器件結構工程以及鈣鈦礦組分工程。使用疏水性材料或2D / 3D概念進行界面工程可以顯著改善長期穩定性。盡管小面積電池顯示出極高的效率，但朝著商業化的方向需要放大技術。
近日，成均館大學Nam-GyuPark在綜述文章中強調了向大面積，穩定，高效的PSC的研究方向。對于大面積鈣鈦礦層，前體溶液與涂層方法同樣重要，并闡述了前體工程和前體溶液的配方。而對于無滯后，穩定和高效的PSC，他認為界面工程是最好的方法之一，因為可以有效地鈍化缺陷，從而有效地減少非輻射重組。
Park, N.-G. Research Directiontoward Scalable, Stable, and High Efficiency Perovskite Solar Cells. AEM 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201903106
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903106
