1. PNAS：八面體尖晶石電催化劑用于堿性燃料電池
開發(fā)高效價廉的氧還原反應（ORR）電催化劑以替代Pt是燃料電池技術發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。近日，來自康奈爾大學He?ctor D. Abrun?a教授等合成了15種八面體尖晶石結(jié)構(gòu)納米顆粒并用于ORR反應。研究表明，MnCo2O4/C、CoMn2O4/C、CoFe2O4/C是ORR性能最高的3種電催化劑。CoMn2O4/C在1M KOH中的半波電位僅為0.89V，與Pt/C催化劑相當。XAS表征發(fā)現(xiàn)，Co與Mn之間的電子傳遞是其高性能的主要原因。
研究人員通過使用掃描透射電子顯微鏡和高能分辨近邊精細結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)活性最高的MnCo2O4/C中含有獨特的Co-Mn核-殼結(jié)構(gòu)。Co在核中主要存在形式為Co2.7+，而在殼中主要為Co2+。Co在殼中主要占據(jù)了四面體位點，可能是ORR的活性位點。該研究在微觀層面認識了單個納米顆粒的電子結(jié)構(gòu)，為堿性燃料電池高效電催化劑的理性合成提供了新的思路。
YaoYang, Yin Xiong, Megan E. Holtz, Xinran Feng, Rui Zeng, Gary Chen, Francis J.DiSalvo, David A. Muller, Héctor D. Abru?a*, Octahedral spinel electrocatalysts for alkalinefuel cells, PNAS, 2019 116 (49) 24425-24432.
DOI: 10.1073/pnas.1906570116
https://www.pnas.org/content/116/49/24425.short?rss=1
2.Nature Commun.：CDK7可激活肺癌細胞的葡萄糖消耗過程
更高的葡萄糖消耗是癌癥的一大基本特征，但要實現(xiàn)有選擇地靶向針對這一通路在目前仍具有相當?shù)奶魬?zhàn)性。加州大學Peter M. Clark教授團隊開發(fā)了一種高通量測定葡萄糖消耗量的方法，并將其用于對非小細胞肺癌細胞系中具有生物活性的小分子進行篩選。
實驗發(fā)現(xiàn)，Milciclib可以通過降低SLC2A1 (GLUT1) mRNA和蛋白的水平以及抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運來阻斷H460和H1975細胞的葡萄糖消耗，但對HCC827或A549細胞無影響。并且與其他的CDK7抑制劑相類似的是，Milciclib可通過靶向細胞周期素依賴性激酶7 (CDK7)來對葡萄糖的消耗進行阻斷。這一研究工作表明，CDK7是激活PI3K通路的細胞葡萄糖消耗的關鍵調(diào)控因子。
ChiaraGhezzi, Peter M. Clark. et al. A high-throughput screen identifies that CDK7activates glucose consumption in lung cancer cells. Nature Communications.2019
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13334-8
3. Joule: 10.1％認證效率！20.1 cm2的OPV模組
雷納科技有限公司Yi-Ming Chang和美國西北大學Antonio Facchetti, Tobin J. Marks團隊開發(fā)一系列易于獲得且可規(guī)模化的TPD -T2型供體聚合物用于與非富勒烯受體IT-4F混合的有機光伏（OPV）電池。所有聚合物都容易溶于無氯溶劑（例如二甲苯）中，并且相應的光活性共混膜可以在環(huán)境中用該溶劑進行加工，從而制備出了效率（PCE）12％–14％的電池。在室溫下用良性溶劑加工的OPV模組具有20.1 cm2面積的認證PCE為10.1％，穩(wěn)定性優(yōu)異。在室內(nèi)照明條件下，同一模組還提供約40 μW/ cm2（PCE約22％）的功率。
ProcessingStrategies for an Organic Photovoltaic Module with over 10% Efficiency，Joule, 2019
DOI: 10.1016/j.joule.2019.11.006
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119305367
4. JACS: 微調(diào)聚合物自聚集和結(jié)晶度，實現(xiàn)高性能印刷全聚合物太陽能電池
聚合物的聚集和結(jié)晶行為在全聚合物太陽能電池（all-PSC）的性能中起著至關重要的作用。然而，通過分子設計獲得對聚合物自組裝的控制以影響體-異質(zhì)結(jié)活性層的形態(tài)仍然具有挑戰(zhàn)性。斯坦福大學鮑哲南和SLAC 國家加速器實驗室Michael F. Toney團隊報道了一種簡單而有效的方法，可以通過用致密的大體積側(cè)鏈取代一定數(shù)量的烷基側(cè)鏈，來調(diào)節(jié)常用的受體聚合物（N2200）的自聚集（CBS）。
與高度自聚集的N2200相比，光伏結(jié)果表明，將更多無定形受體聚合物與供體聚合物（PBDB-T）共混可以使all-PSCs的效率顯著增加（高達8.5％），較高的短路電流密度是由較小的聚合物相分離域尺寸引起的。研究表明，活性層的較低結(jié)晶度對膜沉積方法較不敏感，可以容易地實現(xiàn)從旋涂到刮涂的過渡而沒有性能損失。高度無定形的受體聚合物似乎誘導形成較大的供體聚合物微晶。這些結(jié)果凸顯了供體和受體聚合物之間平衡的聚集強度對于獲得具有最佳活性層膜形態(tài)的高性能全PSC的重要性。
Fine-TuningSemiconducting Polymer Self-Aggregation and Crystallinity Enables OptimalMorphology and High-Performance Printed All-Polymer Solar Cells，J. Am. Chem. Soc. 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b10935
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b10935
5. JACS：卟啉基COFs的原位自下而上合成
二維或三維共價有機框架（COFs）的合成和加工受到溶劑難處理性和緩慢的縮合動力學的限制。近日，內(nèi)布拉斯加大學林肯分校Elham Tavakoli，Shayan Kaviani，賓夕法尼亞大學Arvin Kakekhani等報道了通過形成吩嗪鍵的聚（5,10,15,20-tetrakis (4-aminophenyl) porphyrin）-共價有機框架（POR-COFs）的電化學沉積合成。通過調(diào)整合成參數(shù)，作者證明了COF樹突自下而上合成的可行性。
實驗和DFT都表明了吡啶的重要作用，其不僅作為聚合促進劑，而且作為與框架共結(jié)晶的穩(wěn)定亞晶格。作者還進一步討論了吡啶在決定這種共晶體（Py-POR-COF）的結(jié)構(gòu)特性中的關鍵作用。此外，作者還研究了這類材料的結(jié)構(gòu)與功能關系，及其在堿性介質(zhì)中對氧還原反應（ORR）的電催化活性。
ElhamTavakolia*, Arvin Kakekhanib*, Shayan Kaviani*, et al. In Situ Bottom-upSynthesis of Porphyrin-based Covalent Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc.,2019
DOI:10.1021/jacs.9b10787
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10787
6. Angew：一種制備全pH值通用的低釕基雙金屬HER電催化劑的通用方法
電催化水分解是生產(chǎn)氫氣的最理想的技術之一。然而，設計和合成新穎，高效，耐用的全pH析氫反應（HER）電催化劑用于大規(guī)模和可持續(xù)地電化學水分解產(chǎn)氫氣具有挑戰(zhàn)。近日，鄭州大學盧思宇，中科院物理化學技術研究所張鐵銳等報道了一種簡便通用的方法，利用廉價、低毒的CQDs作為碳源和氮源，制備高效且穩(wěn)健的Ru-M（M=Ni，Mn，Cu）雙金屬納米粒子和碳量子點雜化物催化劑（RuM/CQDs），用于全pH值HER。
實驗表明，RuNi/CQDs催化劑在全pH下均表現(xiàn)出優(yōu)異的HER性能。Ru負載量為5.93μg Ru cm-2的RuNi/CQDs催化劑在1 M KOH，0.5 M H2SO4和1 M PBS中達到10 mA cm-2的電流密度，過電位分別13、58和18 mV，是已報道的無鉑電催化劑中最佳的催化活性之一。同時，RuMn/CQD和RuCu/CQDs電催化劑也表現(xiàn)出理想的性能。理論計算表明，Ni摻雜會適度削弱Ru原子表面附近的氫鍵能并促進電子轉(zhuǎn)移，從而提高HER性能。該工作為開發(fā)具有先進的HER性能的高效雙金屬/碳雜化催化劑提供了一種有前途的方法。
YuanLiu, Xue Li, Qinghua Zhang, Tierui Zhang,* Siyu Lu*, et al. A GeneralRoute to Fabricate Low‐ruthenium‐based Bimetals Electrocatalystsfor pH‐universal Hydrogen Evolution Reaction via CarbonQuantum Dots. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201913910
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913910
7. Angew：穩(wěn)定的異金屬基團簇有機框架用做人工光合作用催化劑
近年來，CO2排放的不斷增加引起了嚴重的能源和環(huán)境問題。大量研究工作集中在尋找實現(xiàn)CO2人工轉(zhuǎn)化的有效方法。植物光合作用可利用太陽能將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為碳水化合物和O2，受其啟發(fā)，科學家們希望通過人工光合作用將H2O中的CO2還原為高附加值的化學品或燃料。然而，在一種光催化劑上將CO2還原與H2O氧化反應相結(jié)合一直是人工光合作用中的一項艱巨任務。近日，南京師范大學Ya-Qian Lan，Jiang Liu等在報道了一系列穩(wěn)定的異金屬Fe2M團簇基MOFs（NNU‐31‐M，M = Co，Ni，Zn）光催化劑，該催化劑可實現(xiàn)CO2和H2O到HCOOH和O2的整體轉(zhuǎn)化，且無需額外的犧牲劑和光敏劑。
該催化劑在可見光激發(fā)下，其異金屬簇單元和光敏配體產(chǎn)生分離的電子和空穴；然后，低價金屬M接受電子還原CO2，而高價鐵則利用空穴氧化H2O。其中，NNU-31-Zn的HCOOH收率最高，達26.3μmolg-1h-1（選擇性約為100％）。值得一提的是，這是第一個完成人工光合作用全反應的MOFs光催化劑系統(tǒng)。此外，作者還采用基于晶體結(jié)構(gòu)的DFT計算證明了光催化反應機理。該工作為設計晶體光催化劑實現(xiàn)人工光合作用全反應提供了參考。
Long-ZhangDong, Jiang Liu*, Ya-Qian Lan*, et al. Stable Heterometallic Cluster‐Based Organic FrameworksCatalysts for Artificial Photosynthesis. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201913284
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913284
8. Angew：單分子電子學：構(gòu)象轉(zhuǎn)換調(diào)控量子干涉效應的研究
在單分子尺度下，通過分子的電荷輸運會產(chǎn)生獨特的量子干涉效應。當電子德布羅意波的相位相同時，會造成相增量子干涉效應，分子表現(xiàn)為高電導；反之則造成相消量子干涉效應，分子表現(xiàn)為低電導。量子干涉效應的研究對設計新型單分子器件具有重要意義，而現(xiàn)階段對量子干涉的調(diào)控研究主要集中于錨定基團的調(diào)控、雜原子取代位點調(diào)控和共軛分子骨架調(diào)控等策略，但是這些調(diào)控策略往往意味著需要引入新的分子結(jié)構(gòu)，如何發(fā)展不改變分子結(jié)構(gòu)的量子干涉調(diào)控策略是現(xiàn)階段單分子電子學發(fā)展的重要挑戰(zhàn)之一。近日，廈門大學洪文晶教授、英國Lancaster University Colin J. Lambert教授、Sara Sangtarash博士，以及澳大利亞University of WesternAustralia的Paul J. Low教授等多團隊合作，研究了甲氧基基團連接位置和構(gòu)象變化對寡聚苯乙炔分子體系電荷輸運過程中量子干涉效應的影響。
通過改變中心苯環(huán)甲氧基的取代位置和調(diào)控其構(gòu)象轉(zhuǎn)化，可以有效調(diào)控分子結(jié)中電荷輸運過程的量子干涉現(xiàn)象，實現(xiàn)接近一個數(shù)量級的單分子電導調(diào)控。密度泛函理論計算結(jié)果表明，通過調(diào)控中心苯環(huán)上甲氧基的構(gòu)型，可以改變電子在分子導線內(nèi)電荷輸運的干涉過程，使具有相增量子干涉效應的分子器件轉(zhuǎn)變?yōu)橄嘞孔痈缮嫘⑹狗肿与妼Ц淖儗⒔粋€數(shù)量級。這一研究工作首次提出了“單分子水龍頭”的概念，即通過外加取代基的構(gòu)象轉(zhuǎn)換效應實現(xiàn)了量子干涉的調(diào)控，為未來基于量子干涉效應的新型分子器件的設計和制備提供了一種全新的思路。（本文轉(zhuǎn)自廈門大學化學化工學院官網(wǎng)）
FengJiang, Douglas I. Trupp, Norah Algethami, Sara Sangtarash,* Paul J. Low,*Wenjing Hong,* Colin J. Lambert*, et al. Turning the Tap: ConformationalControl of Quantum Interference to Modulate Single‐Molecule Conductance. Angew. Chem. Int.Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201909461
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201909461
9. AM綜述：DPP基半導體在有機電子領域應用進展
近年來，基于稠合芳香族二酮基氯吡咯(DPP)的功能半導體在有機電子發(fā)展領域引起了廣泛關注。在過去的幾年中，由于DPP器件具有良好的平面性和更好的吸電子能力的特性，基于DPP的半導體在有機場效應晶體管(OFET)和有機光伏(OPV)器件的性能上都有了顯著的提高，目前已經(jīng)被用于各種其他電子器件，包括互補電路、存儲設備、化學傳感器、光電探測器、鈣鈦礦太陽能電池、有機發(fā)光二極管等。
近日，昆士蘭科技大學Prashant Sonar課題組綜述了近年來在眾多電子器件中使用DPP材料的最新進展，重點介紹了OFET、OPV和新開發(fā)的器件，并從分子工程的角度討論了器件的性能。為未來DPP基材料的設計和更先進應用的探索提供了有用的指導。
QianLiu, Steven E. Bottle, Prashant Sonar. Developments of Diketopyrrolopyrrole‐Dye‐Based Organic Semiconductors for a WideRange of Applications in Electronics. Advanced Materials. 2019
DOI: 10.1002/adma.201903882
https://doi.org/10.1002/adma.201903882
10. AM：磁共振成像納米探針用于超微小轉(zhuǎn)移瘤檢測
轉(zhuǎn)移仍然是癌癥患者死亡的主要原因。因此，有必要對腫瘤轉(zhuǎn)移，尤其是超微小轉(zhuǎn)移進行靈敏的檢測，以便對腫瘤進行早期診斷和精準治療。在此，國家納米中心聶廣軍研究團隊聯(lián)合廈門大學任磊研究團隊及西北大學樊海明研究團隊報道了一種超靈敏的T1加權(quán)磁共振成像(MRI)造影劑--UMFNP‐CREKA。通過將超小的錳鐵氧體納米顆粒(UMFNPs)與腫瘤靶向的五肽CREKA (Cys‐Arg‐Glu‐Lys‐Ala)結(jié)合，可以準確檢測到超微小的乳腺癌轉(zhuǎn)移。
UMFNP‐CREKA具有與中性粒細胞清除外來病原體的免疫監(jiān)測過程相似的行為，表現(xiàn)出趨化的“靶向激活”能力。UMFNP‐CREKA通過CREKA與腫瘤周圍豐富的纖維蛋白-纖維連接蛋白復合物結(jié)合而進入腫瘤轉(zhuǎn)移邊緣，然后響應病理參數(shù)(輕度酸性和升高的H2O2)釋放錳離子(Mn2+)至轉(zhuǎn)移處。Mn2+的局部釋放及其與蛋白的相互作用引起T1加權(quán)磁共振信號的顯著放大。體內(nèi)T1加權(quán)MRI實驗顯示，UMFNP‐CREKA可以以前所未有的超低檢出限0.39 mm檢測轉(zhuǎn)移瘤，極大擴展了以往報道的MRI探針的檢測限。
YaoLi, Xiao Zhao, Xiaoli Liu, et al. A Bioinspired Nanoprobe with MultilevelResponsive T1‐Weighted MR Signal‐Amplification IlluminatesUltrasmall Metastases. Adv. Mater., 2019.
https://doi.org/10.1002/adma.201906799
11. AEM: 具有可持續(xù)電解質(zhì)接觸的三維親鋰/碳纖維負極助力固態(tài)鋰金屬電池
為了平衡鋰金屬電池的能量儲存能力和操作安全性，現(xiàn)有的液態(tài)鋰電池需要向固態(tài)鋰金屬電池來轉(zhuǎn)變。然而，固態(tài)鋰金屬電池中的負極體積膨脹、硬碰硬的界面接觸以及高工作溫度等因素限制了其實際應用。為了解決上述問題，最近，中科院化學所的郭玉國研究員和辛森研究員等將預注鋰的三維碳纖維負極（Li/CF）與自聚合的凝膠電解質(zhì)通過離子鍵與正極相連接構(gòu)筑了一種多層結(jié)構(gòu)并將其用于固態(tài)鋰金屬電池。
這種凝膠電解質(zhì)將液態(tài)電解質(zhì)封裝在Li/CF負極內(nèi)部和正極內(nèi)部，從而能夠保持良好的界面接觸。凝膠同時還可以作為儲存器在金屬鋰沉積-剝離過程中來平衡液態(tài)電解質(zhì)的供應。因此，使用Li/CF負極的對稱電池和全電池在室溫下都表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性而且都能夠抑制鋰枝晶的生長。該工作必將促進高比能高安全性固態(tài)鋰金屬電池的發(fā)展。
YingZhang, Sen Xin, Yuguo Guo et al, A 3D Lithium/Carbon Fiber Anode with SustainedElectrolyte Contact for Solid‐State Batteries, AdvancedEnergy Materials, 2019
DOI: 10.1002/aenm.201903325
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201903325?af=R
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