1. Nat. Rev. Chem.：通過動力學(xué)途徑控制和活性鏈生長的聚合超分子
超分子化學(xué)領(lǐng)域源于對某些具有高締合常數(shù)和選擇性金屬陽離子的主-客體絡(luò)合物的研究。隨著1987年諾貝爾化學(xué)獎授予Pedersen、Lehn和Cram，以表彰他們在這一領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作，該領(lǐng)域逐漸發(fā)展成為一個更廣泛的學(xué)科。特別是Lehn，在接下來的幾年里拓寬了他的視野，他的“化學(xué)超越分子”的視野，朝向各種結(jié)構(gòu)的自組裝，如零維籠，螺旋和網(wǎng)格，直到三維坐標(biāo)。
超分子聚合物顯示出迷人的結(jié)構(gòu)，它們的性質(zhì)和應(yīng)用取決于非共價鍵的強(qiáng)度和動力學(xué)以及單體的功能特性。在這篇綜述中，德國維爾茨堡大學(xué)Frank Würthner重點介紹了基于對非共價相互作用熱力學(xué)和動力學(xué)的物理化學(xué)理解而開發(fā)的控制超分子聚合方法的進(jìn)展。對聚合物形成和穩(wěn)定的先決條件，如互補(bǔ)受體單元之間的高結(jié)合強(qiáng)度(熱力學(xué))進(jìn)行了簡要的討論。
Wehner, M., Würthner, F. Supramolecular polymerizationthrough kinetic pathway control and living chain growth. NatRev Chem (2019)
DOI:10.1038/s41570-019-0153-8
https://doi.org/10.1038/s41570-019-0153-8
3. Chem. Rev.：光激活的有機(jī)分子馬達(dá)及其應(yīng)用
分子馬達(dá)是細(xì)胞機(jī)器的核心，它可以將輸入的化學(xué)和光能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。其中，可被光激活的分子馬達(dá)比由生物化學(xué)因子激活的分子馬達(dá)往往更有優(yōu)勢。因為人們可以在氣相、溶液或真空中進(jìn)行反應(yīng)的同時，對分子馬達(dá)進(jìn)行精準(zhǔn)的時空控制，同時也不會產(chǎn)生多余的化學(xué)副產(chǎn)物。
萊斯大學(xué)James M. Tour教授對光激活的有機(jī)分子馬達(dá)的起源和功能模式進(jìn)行了綜述介紹，并對嵌入有分子馬達(dá)的超分子結(jié)構(gòu)和光導(dǎo)材料在催化、生物環(huán)境和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的作用和發(fā)展前景進(jìn)行了介紹。
Víctor García-Lopez, Dongdong Liu, James M. Tour. et al. Light-Activated OrganicMolecular Motors and Their Applications. Chemical Reviews. 2019
DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00221
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00221
4. JACS：鉑-稀土金屬納米合金的合成
鉑-稀土(Pt-RE)納米合金是催化氧還原反應(yīng)最活躍的催化劑之一，但其化學(xué)合成一直是一個艱巨的挑戰(zhàn)，這主要是由于兩種金屬的標(biāo)準(zhǔn)還原電位相差很大，且后者具有高的親氧性。近日，丹麥技術(shù)大學(xué)Qingfeng Li，Yang Hu等報告了一種通用的化學(xué)方法，以制備具有可調(diào)組成和粒徑的Pt-RE納米合金。
作者首先將最常見的水合金屬鹽中的Pt和RE金屬離子原子嵌入到原位形成的C-N網(wǎng)絡(luò)中，得到對O2和H2O不敏感的穩(wěn)定化合物；隨后通過在溫和的還原氣氛（例如3.3％H2/Ar）下加熱化合物來獲得Pt-RE納米合金。該過程的關(guān)鍵中間步驟是與Pt顆粒一起形成RE carbodiimides（RE2（CN2）3）。該工作報道了一種制備具有高反應(yīng)性金屬納米合金的有效策略，具有重要的參考意義。
YangHu,* Qingfeng Li*, et al. Synthesis of Pt-Rare Earth Metal Nanoalloys. J. Am.Chem. Soc., 2019
DOI:10.1021/jacs.9b10813
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10813
5. Angew：鋯(IV)配位籠結(jié)構(gòu)與AIE分子轉(zhuǎn)子進(jìn)行自組裝用于活細(xì)胞成像
盡管超分子配位復(fù)合物在溶液或固體狀態(tài)時具有優(yōu)異的主-客體化學(xué)性質(zhì)，但其在水溶液中的低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及弱熒光發(fā)射等缺點都限制了其在真實細(xì)胞環(huán)境中的應(yīng)用。新加坡國立大學(xué)趙丹教授和劉斌教授合作報道了一種將高度穩(wěn)定的鋯(IV)基配位籠結(jié)構(gòu)與AIE分子轉(zhuǎn)子進(jìn)行自組裝的策略，并將其用于體外生物成像。
實驗所利用的兩個配位籠結(jié)構(gòu)（NUS-100和 NUS-101）是由高度穩(wěn)定的三核鋯頂點和兩個羧基修飾的四苯乙烯(TPE)組裝而成。實驗和理論結(jié)果表明，通過限制AIE分子轉(zhuǎn)子的動力學(xué)行為可以有效地控制該配合物籠結(jié)構(gòu)的熒光發(fā)射強(qiáng)度。由于這兩種配位籠在水溶液中都具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，并且該分子轉(zhuǎn)子也很好的AIE性能，因此它們在自組裝后可以作為一種新型的生物熒光探針來對體外的活細(xì)胞進(jìn)行成像。
JinqiaoDong, Yutong Pan, Bin Liu, Dan Zhao. et al. Self-Assembly of Highly StableZirconium (IV) Coordination Cages with Aggregation Induced Emission (AIE)Molecular Rotors for Live-Cell Imaging. Angewandte Chemie International Edition.2019
DOI:10.1002/anie.201915199
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201915199
6. Angew：具有高效光致發(fā)光和光熱轉(zhuǎn)換性能的VS2納米片
由電子態(tài)的局域化和多次散射特性所引起的二維非晶納米片的電子-聲子耦合在光學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。但是由于制備方法的限制，開發(fā)具有可控電子結(jié)構(gòu)和本征光學(xué)性質(zhì)的單層納米片的報道還很少。
鄭州大學(xué)許群教授通過改變超臨界CO2的壓力和溫度，制備了二維非晶化VS2和部分晶化的二維VO2(D)納米片。研究結(jié)果表明，由于強(qiáng)的載流子局域化和量子約束等因素，這種獨特的二維非晶VS2納米片具有全波段吸收、強(qiáng)的光致發(fā)光和優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率等性能。
YannanZhou, Qun Xu. et al. Accurate Control of VS2 Nanosheets forCoexisting High Photoluminescence and Photothermal Conversion Efficiency. Angewandte ChemieInternational Edition. 2019
DOI:10.1002/anie.201912756
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912756
7. Angew: 交聯(lián)劑的晶界缺陷鈍化實現(xiàn)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池
金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSC）具有出色的性能，具有作為光電轉(zhuǎn)換器的潛力。但是，鈣鈦礦層中的缺陷，特別是在晶界（GBs）處的缺陷嚴(yán)重限制了PSC的性能和穩(wěn)定性。近日，蘇州大學(xué)李亮等人介紹了一種簡單的后處理方法：將2‐aminoterephthalic acid加到鈣鈦礦上以制備有效且穩(wěn)定的PSC。
通過優(yōu)化后處理條件，該器件可實現(xiàn)21.09％的出色功率轉(zhuǎn)換效率（PCE），并顯示出更高的穩(wěn)定性。這種改善歸因于以下事實：2‐aminoterephthalic acid作為一種交聯(lián)劑，可抑制離子遷移并鈍化GBs處的陷阱態(tài)。這些發(fā)現(xiàn)為就缺陷鈍化和晶體生長方面設(shè)計有效且穩(wěn)定的PSC提供了潛在的策略。
Li, L. et al. Observing the Defect Passivation ofGrain Boundary with 2- Aminoterephthalic Acid for Efficient and StablePerovskite Solar Cells. Angew. 2019.
DOI:10.1002/ange.201915422
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ange.201915422
8. Angew：硼誘導(dǎo)CoP電子結(jié)構(gòu)重分布顯著提高寬pH析氫性能
盡管過渡金屬磷化物（TMPs）是最有可能替代析氫反應(yīng)（HER）Pt催化劑的催化材料之一，但是要進(jìn)一步提高其催化性能，則需在局域原子層面對TMP位點進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，并深入了解與其特定電子結(jié)構(gòu)相關(guān)的催化機(jī)制。近日，來自黑龍江大學(xué)陳志敏、任志宇等人首次報道了納米碳管錨定經(jīng)B調(diào)變電催化特性的CoP（B-CoP/CNT）并在較寬的pH范圍內(nèi)獲得了較高的HER性能。
B-CoP/CNT在較高的電流密度下（>100A cm-2）在中性和堿性介質(zhì)中均顯示了優(yōu)異的HER性能。研究人員結(jié)合實驗和理論研究明確了低電負(fù)性的B摻雜劑能夠重構(gòu)與其成鍵的Co原子及其鄰近的P原子的局域電子構(gòu)型和原子排列，從而增強(qiáng)Co原子的電子離域能力，提高導(dǎo)電性能，優(yōu)化活性位點上H吸附和H2脫附的自由能，加快HER動力學(xué)。這些發(fā)現(xiàn)為非金屬摻雜劑調(diào)變電子結(jié)構(gòu)，開發(fā)高性能電催化劑提供了可行的研究策略。
ZhiminChen*, Erping Cao, Hao Wu, Peng Yu, Ying Wang, Fei Xiao, Shuo Chen, Shichao Du,Ying Xie, Yiqun Wu, Zhiyu Ren*, Boron‐induced CoP electronic structure reformation drives remarkablyenhanced pH‐universal hydrogen evolution, AngewandteChemie, 2019.
DOI: 10.1002/ange.201915254
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201915254?af=R
9. AM: 創(chuàng)紀(jì)錄的19.2％ EQE! 來自量子阱發(fā)光二極管的新突破！
膠體量子阱（CQW）由于其高消光系數(shù)和超窄發(fā)射帶寬的獨特激子特性，被認(rèn)為是一種很有前途的光電材料。但CQW-LED的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他類型光電軟材料LED（例如，有機(jī)LED，膠體量子點LED和鈣鈦礦LED）。近日，阿卜杜拉·居爾大學(xué)Evren Mutlugun、南洋理工大學(xué) HilmiVolkan Demir等人報道了接近理論極限的高效CQW-LED。實現(xiàn)這種高性能的關(guān)鍵因素是利用了CQW的熱注入殼（HIS）生長，它可以實現(xiàn)近乎完美的光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY），減少了非輻射通道，確保了光滑的薄膜并增強(qiáng)了穩(wěn)定性。
值得注意的是，盡管進(jìn)行了多次的清洗，溶液的PLQY仍保持95％，薄膜的為87％。基于CdSe / Cd0.25Zn0.75S核/ HIS CQW的CQW-LED的最大外部量子效率為19.2％，最高亮度為23 490 cd m-2，CIE坐標(biāo)為（0.715，0.283）。研究結(jié)果表明，基于HIS的CQW可以實現(xiàn)高性能的溶液處理LED，這可能為未來基于CQW的顯示和照明技術(shù)鋪平道路。
Mutlugun,E. Demir, H. V. et al. Record High External Quantum Efficiency of 19.2%Achieved in Light-Emitting Diodes of Colloidal Quantum Wells Enabled byHot-Injection Shell Growth. AM 2019.
DOI: 10.1002/adma.201905824
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905824
10. Nano letters：納米晶Li-Al-Mn-Si薄膜作為可逆Li基體：電子滲透和電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性
當(dāng)將具有初始Li存量（LiInv）的金屬箔（Li金屬或LixAl）用作鋰離子電池的負(fù)極時，在存在有機(jī)液體電解質(zhì)和循環(huán)電化學(xué)勢的情況下，其冶金破壞狀態(tài)非常重要。盡管LixAl片在消除LiBCC枝晶的電壓下運行，但LixAl合金負(fù)極的健康狀態(tài)（SOH）仍然在全電池循環(huán)中迅速惡化。因此為了分析原因，麻省理工學(xué)院李巨團(tuán)隊提出了將SOH分解為SOHe×SOHi×LiInv，其中SOHe是負(fù)極內(nèi)電子滲濾的SOH，SOHi是Li從正極到負(fù)極內(nèi)部滲濾的SOH，而LiInv是全電池整個循環(huán)中可循環(huán)鋰的量，所有量均歸一化，因此1表示完全健康，0表示死亡。
這三個（SOHe，SOHi，LiInv）中的任何一個降至零都將意味著整個電池的失效。考慮到由于LiInv的快速下降而導(dǎo)致純鋁箔的性能較差，作者采用機(jī)械預(yù)鋰化（MP）的方法使LiInv初始值大于1。機(jī)械預(yù)鋰化產(chǎn)生的化學(xué)機(jī)械沖擊會在未反應(yīng)的Al頂部形成晶粒尺寸為10-30 nm的超納米晶LiAl層。除此之外，作者通過實時測量平面電子電導(dǎo)率來監(jiān)測陽極的SOHe演變，并發(fā)現(xiàn)，向Al中添加少量Mn或Si會引起納米沉淀物的釘扎，并且在機(jī)械預(yù)鋰化之前產(chǎn)生的致密晶界（GB）網(wǎng)絡(luò)顯著降低了預(yù)鋰化之后的鋁箔孔隙率，減緩了鋁箔斷裂，并改善了后續(xù)循環(huán)中的SOHe。通過保持良好的電子滲透，無粘結(jié)劑的LixAlMnSi陽極比LixAl陽極表現(xiàn)出數(shù)量級更穩(wěn)定的SOHe和更好的電化學(xué)循環(huán)性能。
HuiminFan, Bo Chen, Sa Li, Yue Yu, Hui Xu, Mengwen Jiang, Yunhui Huang, and Ju Li. Nanocrystalline Li?Al?Mn-Si Foil as Reversible Li Host:Electronic Percolation and Electrochemical Cycling Stability
NanoLetters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03626
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b03626
11. Nano Letters: 冷響應(yīng)納米膠囊用于細(xì)胞內(nèi)海藻糖遞送和低溫保存
傳統(tǒng)的細(xì)胞低溫冷凍保存方法通常需要使用滲透性的、有毒的有機(jī)溶劑（例如二甲基亞砜、甘油等）作為低溫保護(hù)劑，復(fù)溫后的細(xì)胞必須經(jīng)過繁瑣的洗滌過程去除細(xì)胞內(nèi)外的有機(jī)溶劑才能實際應(yīng)用。而海藻糖是一種天然的二糖，廣泛存在自然界多種微生物中，相對于傳統(tǒng)的低溫保護(hù)劑而言，具有無毒高效的低溫保護(hù)效果。已有研究表明，海藻糖必須同時存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)時，其保護(hù)效果才最佳。然而，哺乳動物細(xì)胞自身不能合成海藻糖，且其細(xì)胞膜上沒有海藻糖轉(zhuǎn)運蛋白，這就導(dǎo)致海藻糖無法高效、無損地進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，嚴(yán)重限制了海藻糖在細(xì)胞低溫冷凍保存中的應(yīng)用。
面對這一挑戰(zhàn)，美國馬里蘭大學(xué)何曉明課題組和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)趙剛課題組合作，創(chuàng)造性地設(shè)計了一種冷響應(yīng)的納米膠囊，用于海藻糖的納米尺度封裝、細(xì)胞內(nèi)遞送和溫度控制釋放。且使用該方法成功實現(xiàn)了兩種典型細(xì)胞的低溫冷凍保存，其保存效果與傳統(tǒng)的二甲基亞砜相當(dāng)，卻完全避免了伴隨傳統(tǒng)低溫保護(hù)劑的復(fù)溫后的繁瑣的、損傷性的細(xì)胞洗滌過程。該方法為細(xì)胞、組織乃至器官的深低溫冷凍保存提供了新思路。
Zhang Y, Wang H, Stewart S, etal. Cold-Responsive Nanoparticle Enables Intracellular Delivery and RapidRelease of Trehalose for Organic Solvent-Free Cryopreservation. Nano letters,2019.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b04109
12. Nano Energy：通過可控的Cl摻雜實現(xiàn)LPS固態(tài)電解質(zhì)的超高離子電導(dǎo)率
全固態(tài)鋰電池由于具有比常規(guī)液體鋰離子電池更高的能量和功率密度而備受關(guān)注。為了獲得具有良好電化學(xué)性能的全固態(tài)電池，需要具有高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)。據(jù)報道，通過各種合成路線制備的鋰銀輝石LPS，其室溫鋰離子電導(dǎo)率約為10-3S/cm，是目前最具有前景的固態(tài)電解質(zhì)材料之一。近日，加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良教授通過引入Cl可以使結(jié)構(gòu)中的S/Cl無序化來改善鋰錳礦的鋰離子傳導(dǎo)性。Li5.7PS4.7Cl1.3的超快室溫鋰離子電導(dǎo)率達(dá)到6.4 mS/cm。
作者系統(tǒng)地研究了Li7-xPS6-xClx（x=1.0，1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9）的合成參數(shù)，以獲得具有高離子電導(dǎo)率的純的鋰銀輝石相，并利用交流阻抗譜和7Li自旋晶格弛豫NMR來證明是由于摻入Cl引起的鋰離子電導(dǎo)率的提高。分子動力學(xué)（AIMD）模擬證明，Cl的引入可以有效減小鋰離子遷移在短擴(kuò)散尺度和長擴(kuò)散尺度上的能壘。使用包覆有LiNbO3的LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2陰極和Li5.7PS4.7Cl1.3固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池在較高的電流密度下顯示出更高的放電容量和出色的循環(huán)性能。EIS和恒電流間歇滴定技術(shù)（GITT）進(jìn)一步證實，提升的電化學(xué)性能可以來自于減小的電壓極化和正極與固體電解質(zhì)之間的界面電阻的降低。
C.Yu, Y. Li, M.J. Willans, Y. Zhao, K.R. Adair, F. Zhao, W. Li, S. Deng, J.Liang, M.N. Banis, R. Li, H. Huang, L. Zhang, R. Yang, S. Lu, Y. Huang, X. Sun,Superionic Conductivity in Lithium Argyrodite Solid-State Electrolyte byControlled Cl-doping. Nano Energy, 2019, S2211-2855(19)31110-3
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104396
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104396
13. EnSM：硫化硒正極與銅泡沫夾層助力于有前途的鎂電化學(xué)
鎂（Mg）金屬負(fù)極與硫（S）正極的結(jié)合具有使用安全、低成本、高能量密度等特點，是新一代電池技術(shù)的有力競爭者。然而，Mg-S電化學(xué)反應(yīng)的緩慢動力學(xué)和較差的可逆性是阻礙實際Mg-S電池發(fā)展的兩個主要挑戰(zhàn)。基于此，青島能源所的崔光磊團(tuán)隊基于S（高比容量）和Se（高電導(dǎo)率）的互補(bǔ)特性，提出了SeS2作為Mg電池的優(yōu)良正極。在這種設(shè)計的Mg-SeS2電池中，正極和隔膜之間具有Cu泡沫中間層，SeS2與有序介孔碳（SeS2/CMK3）組成的復(fù)合材料表現(xiàn)出令人印象深刻的電化學(xué)性能。
正極側(cè)電化學(xué)演化的各種特征表明，Cu泡沫中間層不僅可以通過快速化學(xué)固定Cu泡沫上的多硫化物（多硒化物）來充當(dāng)捕集層，同時還通過硫化銅（硒化銅）與Mg2+之間的可逆置換反應(yīng)，起到“促進(jìn)劑”的作用，推動整體充放電動力學(xué)。得益于SeS2/CMK3的獨特優(yōu)勢和合理設(shè)計的Cu中間層，這種新型的鎂-SeS2系統(tǒng)為開發(fā)低成本、高容量、大電流的可充電鎂電池提供了一種可行的策略。
AobingDu, Yimin Zhao, Zhonghua Zhang, Shanmu Dong, Zili Cui, Kun Tang, Chenglong Lu,Pengxian Han, Xinhong Zhou, Guanglei Cui. Selenium Sulfide cathode with CopperFoam Interlayer for Promising Magnesium Electrochemistry. Energy StorageMaterials, 2019.
DOI:10.1016/j.ensm.2019.12.030
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719311080
