1. Nature：單鏈雜聚物選擇性且快速地傳輸質子
精確的蛋白質排序和折疊會生成具有結構和化學多樣性的天然通道，這兩者對人們實現在天然系統中見到的質子傳輸性能至關重要。用肽，DNA，碳納米管，序列明確的聚合物和有機框架可以制造出幾何明確的通道。但是，這些通道都無法與相應的自然通道匹敵。近日，加州大學伯克利分校Ting Xu等研究發現，在不形成原子結構通道的情況下，基于四單體的隨機雜聚物（RHPs）可以模擬膜蛋白，并具有類似于天然質子通道的跨脂質雙層選擇性質子轉運的速率。
對RHP中單體分布的統計控制可使疏水性片段異質性，這有助于將單個RHP插入脂質雙層中；它還可以使跨膜鏈段包含極性單體，這促進了質子運輸氫鍵鏈的形成。該工作表明，通過RHP鏈之間的統計相似性以及單體化學多樣性提供的模塊性，以在異構系統中實現一致的行為，來實現適應性的重要性。該研究結果還證實了統計隨機性是一種未曾探索的方法，可以以可預測的方式在單聚合物鏈水平上實現類似蛋白質的行為。
TaoJiang, Ting Xu*, et al. Single-chain heteropolymers transport protonsselectively and rapidly. Nature, 2020
DOI: 10.1038/s41586-019-1881-0
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1881-0
2. Joule：電池壽命預測
不斷增長的人口對能源的需求以及氣候變化的挑戰，為交通電氣化和智能電網的發展提供了強大的動力。鋰離子電池作為應用最廣泛的儲能設備之一，在這些領域中發揮著重要的作用。鋰離子電池目前最緊迫的問題之一是退化。汽車制造商已經為混合動力和電動汽車設定了15年的服務目標。可再生能源系統和智能電網使用的蓄電池也需要很長的使用壽命。電池壽命長對于實現電動汽車、可再生能源和智能電網基礎設施的經濟可行性至關重要。
近日，馬里蘭大學Michael Pecht等人對電池的壽命預測進行了詳細的綜述，電池的降解是一個復雜的電化學過程，它包括許多電化學副反應，如固體電解質膜、電解質氧化、鹽分解、粒子斷裂、活性物質溶解等等。準確預測不同運行條件下的剩余電池壽命，對于電池管理系統避免潛在的危險電池故障和保證可靠和有效的運行是至關重要的。剩余的電池壽命信息對電池的二次使用也很重要。本文對電池剩余壽命(RUL)預測技術的發展進行了綜述，確定并討論了未來的挑戰和研究方向。
Xiaosong Hu, Le Xu, Xianke Lin，Michael. BatteryLifetime Prognostics. Joule.
DOI:10.1016/j.joule.2019.11.018
https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.11.018
3. JACS：智能光療新突破
通過合理設計光敏劑(PSS)以提高其光子利用率，實現腫瘤的完全抑制和避免腫瘤再生長在當前仍然是一項重大挑戰。在此，大連理工大學樊江莉等人提供了一種基于氧含量調節的激發態失活過程的分子設計(Icy-NBF)。在低氧癌細胞過表達硝基還原酶的情況下，Icy-NBF被還原并轉化為具有相同骨架的分子(Icy-NH2)，其中PS在808 nm光照射下的失活通過不同的途徑進行：Icy-NBF的激發態失活途徑涉及Icy-NBF與O2之間的輻射躍遷和能量傳遞；而Icy-NH2的失活途徑歸因于非輻射弛豫。
通過改變腫瘤細胞中的O2濃度，Icy-NBF在808 nm光照射下的治療機制可以在光動力治療和光熱治療之間切換，從而最大限度地發揮光療的優勢，而不會導致腫瘤再生。此研究為設計智能PSs提供了幫助，提高了光子利用率，實現了有效的腫瘤光消融。
XuezeZhao, Saran Long, Mingle Li, et al. Oxygen-Dependent Regulation ofExcited-State Deactivation Process of Rational Photosensitizer for SmartPhototherapy. J. Am. Chem. Soc., 2019.
https://doi.org/10.1021/jacs.9b11800
4. JACS：新型MoO3-x Nus在腫瘤特異性級聯催化治療中的應用
納米醫學的最新進展促進了具有內在酶樣活性(納米酶)的高效納米材料的開發以用于癌癥治療。然而，如何在腫瘤微環境中精確地發揮酶活性，同時又不會對周圍正常組織產生非靶標毒性的納米酶的制備仍然是一個巨大的挑戰。在此，浙江大學凌代舜等人設計并制備了生物降解介導的酶活性可調的氧化鉬納米膽(MoO3-x NUs)，它通過級聯催化反應在腫瘤微環境中選擇性地發揮治療活性，同時由于其在生理環境中的響應性生物降解而保持正常組織不受傷害。
具體而言，MoO3-x NUs首先誘導過氧化氫酶(CAT)樣活性用于分解腫瘤微環境中的過氧化氫(H2O2)，為隨后的MoO3-xNUs的氧化酶(OXD)樣反應產生大量的O2，從而產生大量的細胞毒性超氧陰離子自由基(·O2-)，促進腫瘤細胞凋亡。有趣的是，一旦暴露在中性血液或正常組織中，MoO3-x NUs會通過pH響應性生物降解迅速失去酶活性，并隨著尿液排泄，從而最終確保安全。此研究證明了生物降解介導的體內催化活性可調納米酶可用于腫瘤特異性級聯催化治療，并具有最小的脫靶毒性。
XiHu, Fangyuan Li, Fan Xia, et al. Biodegradation-Mediated EnzymaticActivity-Tunable Molybdenum Oxide Nanourchins for Tumor-Specific CascadeCatalytic Therapy. J. Am. Chem. Soc., 2019.
https://doi.org/10.1021/jacs.9b13586
5. JACS：將七種過渡金屬離子引入α，α，α-三聯吡啶基超分子中：自組裝和動態配體交換研究
在配位驅動的自組裝中，α，α，α-三聯吡啶(tpy)在基于<tpy-M-tpy>連接結構的超分子體系結構的構建中具有重要地位。在大型離散結構的直接自組裝中，金屬離子主要限于Cd（II），Zn（II）和Fe（II）離子。近日，美國南佛羅里達大學Xiaopeng Li，Heng Wang等成功用七個二價過渡金屬離子M（II）（M = Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Cd）組裝成一系列超分子結構，拓寬了金屬離子的范圍。
作者首次報道了Mn（II），Co（II），Ni（II），Cu（II）形成具有<tpy-M-tpy>連接結構的大型離散結構。此外，作者使用質譜研究了這些超分子在氣相中的結構穩定性和溶液中配體交換過程的動力學。該工作給出了氣相結構穩定性的相對順序，并揭示了取決于金屬離子的溶液中配位的惰性，對基于tpy的超分子化學在自組裝，表征，性能和應用方面的未來研究具有指導意義。
LeiWang, Heng Wang*, Xiaopeng Li*, et al. Introducing Seven Transition Metal Ionsinto Terpyridine-Based Supramolecules: Self-Assembly and Dynamic LigandExchange Study. J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI:10.1021/jacs.9b09497
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09497
6. JACS：鐵卟啉基MOF中通過配體軸向配位的活性位點調控：加速電催化和電荷遷移動力學
人造太陽能燃料生成系統的構造需要電極上大量催化活性位點的異質化。金屬有機框架（MOFs）已被用來組裝空前高濃度的電化學活性分子催化劑，以驅動能量轉換電催化反應。然而，盡管基于MOFs的電催化技術取得了許多進展，但迄今為止，尚未嘗試開發其獨特的化學模塊性以在分子水平上修飾MOFs固定的活性位點的電催化功能。
近日，以色列內蓋夫本古里安大學Idan Hod等研究發現，給電子配體（MeIM）與安裝有鐵卟啉的活性MOF（UIO-66MOF film）軸向配位后，可以顯著改變其電子性能，加速基于氧化還原的MOF電導率和電催化氧還原反應（ORR）的速率。此外，電化學表征表明，在多個質子偶聯的電子轉移反應中，基于MOF的氧化還原hopping并不是限制整體電催化速率的唯一因素。因此，在未來的高效MOFs基電催化劑的設計中還應考慮其它重要的動力學參數，例如與質子相關的化學步驟的速率，以及抗衡離子，質子和反應物向催化活性位的傳質速率。
ItamarLiberman, Ran Shimoni, Idan Hod*, et al. Active-Site Modulation in aFe-Porphyrin-Based Metal-Organic Framework Through Ligand Axial Coordination:Accelerating Electrocatalysis and Charge-Transport Kinetics. J. Am. Chem. Soc.,2020
DOI:10.1021/jacs.9b11355
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11355
7. JACS: 自交聯的超分子聚合物網絡的實現基于冠醚的分子識別
基于主體-客體分子識別的超分子聚合物已經成為開發智能材料的有前途的平臺。但是，對它們的研究主要在溶液和/或凝膠狀態下進行。相反，關于超分子聚合物的動態性質和應用的了解很少。上海交通大學Wei Yu，Xuzhou Yan和浙江大學黃飛鶴團隊提出了一種自交聯超分子聚合物網絡（SPN）作為模型系統，以了解由非共價相互作用控制的整體性質。
具體來說，SPN單體由四臂核心上的兩個苯并21-冠-7（B21C7）主體單元和兩個二烷基銨鹽客體部分組成，其中互補的主客體絡合作用驅動SPN在B21C7和銨基序之間具有假輪烷連接的形成。通過測量粘彈性來評估連桿的動態和可逆行為。結果表明，在高溫下，主客體分子識別變得高度動態。此外，SPN的相對較高的活化能本身就是一種新型的具有網絡拓撲結構的玻璃化轉變的熱塑性材料。從對這種SPN的大量研究中獲得的基本理解將有助于超分子材料的發展和應用。
A Self-Crosslinking Supramolecular PolymerNetwork Enabled by Crown Ether-Based Molecular Recognition, J. Am. Chem. Soc.2020
https://doi.org/10.1021/jacs.9b12164
8. JACS：錫基雜化鈣鈦礦鐵電半導體
鐵電半導體結合了半導體，自發極化和光致激發等性質，有望用于提高太陽能電池，壓力傳感器和光電探測器的性能。有機-無機鹵化鉛鈣鈦礦鐵電體具有突出的載流子傳輸特性和本征的結構可調性，但是其高濃度的有毒鉛阻礙了它的進一步應用。近日，中科院福建物構所羅軍華等報道了一種無鉛雜化鈣鈦礦半導體（C4H9NH3）2（NH3CH3）2Sn3Br10，該材料在室溫下它表現出11.76μCcm-2的自發極化。
值得注意的是，該材料表現出自發的極性有序躍遷，是鈣鈦礦鐵電體，并表現出鐵電相變行為。因此，該材料是具有鐵電性能的Sn基雜化鈣鈦礦半導體的第一個示例。機理研究表明，該材料的鐵電性可歸因于有機陽離子有序化和立體化學活性孤對電子誘導的無機八面體形變的協同效應。該工作為探索具有潛在增強的能量轉換效率的“綠色”鐵電半導體提供了有效的途徑。
LinaLi, Junhua Luo*, et al. A Potential Sn-Based Hybrid Perovskite FerroelectricSemiconductor. J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI:10.1021/jacs.9b11341
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11341
9. JACS：從亞1 nm納米線到宏觀螺旋結構的手性演化
無機多級結構從分子水平到宏觀水平的手性演化仍然是個謎。近日，清華大學王訓，新加坡南洋理工大學Shuzhou Li等團隊合作，在不添加任何手性配體或摻雜劑的情況下，通過便捷的蒸發誘導自組裝過程，以100%的效率從將亞1 nm GdOOH納米線組裝成宏觀螺旋組裝體，在該過程中亞1 nm納米線的自調節和自識別起重要作用。
作者觀察到了由納米線和非手性有機熒光染料組成的螺旋組裝材料的圓偏振發光信號，這是由于手性從螺旋組裝向非手性有機分子的轉移引起的。分子動力學模擬發現，納米線的手性在宏觀螺旋組裝體的形成中起關鍵作用。該工作闡明了從亞1 nm的GdOOH 納米線組裝成宏觀螺旋組裝體的手性演化，并實現了從無機材料到有機熒光分子的手性轉移，為研究無機納米材料的手性和構建手性結構帶來了更多的可能性和創新。
SiminZhang, Wenxiong Shi, Shuzhou Li*, Xun Wang*, et al. Chirality evolution fromsub-1 nm nanowires to the macroscopically helical structure. J. Am. Chem. Soc.,2020
DOI:10.1021/jacs.9b10900
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10900
10. JACS：納米石墨烯中拓撲缺陷誘導的磁性
碳納米材料中的磁誘導是一個長期的挑戰，其涉及有機化學和凝聚態物理。近日，Empa-瑞士材料科學與技術聯邦實驗室Roman Fasel，德累斯頓工業大學馮新亮等通過掃描隧道顯微鏡和光譜學研究了10-溴-10'-（2,6-二甲基苯基）-9,9'-聯蒽在Au（111）上的表面反應，并輔以理論計算。該反應可合成兩種開殼納米石墨烯（1a和1b），它們展現出不同的全碳磁性情況。
其中1a是一種全苯環型納米石墨烯，具有類似triangulene的末端，其鋸齒形邊緣的比例很高，這賦予了其較低的邊界間隙和邊緣局域狀態。主反應產物（1b）是單個五邊形環在全苯環框架中組成的非苯環類納米石墨烯。這種非苯環類拓撲缺陷的存在會改變六邊形晶格中的鍵連接性，從而導致非Kekulé納米石墨烯具有不成對的自旋，這被檢測為近藤共振。該工作提供了全碳磁性的明確證據，并為通過拓撲缺陷誘導和調整NGs中磁性提供了參考。
ShantanuMishra, Xinliang Feng,* Roman Fasel*, et al. Topological defect-inducedmagnetism in a nanographene. J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI:10.1021/jacs.9b09212
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09212
11. Angew：將多孔有機籠封裝到MOF中增強CO2分離性能
開發用于選擇性捕獲和分離重要氣體（例如CO2）的新型多孔材料具有重要意義。近日，深圳職業技術學院Christoph Janiak等提出了一種通過初濕含浸法將功能性多孔有機籠（POCs）封裝到堅固的金屬有機框架（MOFs）中。通過這種策略，作者成功將具有高CO2親和力的多孔cucurbit[6]uril (CB6)籠封裝到Cr基MIL-101的納米空間中，并同時保持了MIL-101的晶體骨架，形態和高穩定性，且包封的CB6的量是可控制的。
重要的是，由于具有固有微孔的CB6分子小于MIL-101的內部中孔，因此在所得的CB6@MIL-101復合材料中產生了更多的CO2親和力位點，從而提高了CO2的吸收能力和低壓下CO2/N2，CO2/CH4的分離性能。該工作報道的POC@MOF封裝策略提供了一種簡便的途徑，可以將功能性POCs引入穩定的MOF中，以用于各種潛在應用。
JunLiang, Christoph Janiak*, et al. Encapsulation of a Porous Organic Cage intothe Pores of a Metal‐Organic Framework for Enhanced CO2 separation. Angew. Chem. Int.Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201916002
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201916002
12. Angew：MOF衍生的高效ORR/OER電催化劑
金屬有機框架（MOFs）及其衍生物被認為是氧氣還原反應（ORR）和析氧反應（OER）的有前景的催化劑，對于許多能源供應技術（例如電解槽，燃料電池和某些先進的電池）都非常重要。近日，德國慕尼黑工業大學Roland A. Fischer，Aliaksandr S. Bandarenka，電子科技大學Liujiang Zhou等多團隊合作，在surface‐mounted的NiFe-MOF上應用“應變調制”方法，使用簡單的逐層沉積方法開發了高活性NiFe基雙功能ORR/OER電催化劑。
實驗發現，該材料在堿性介質中具有出色的OER活性，在?210 mV的過電勢下可達到200 mA·cm-2的電流密度。即使在500 mA·cm-2的高電流密度下，該催化劑也能表現出長期的穩定性，并且具有迄今為止最窄的“過電勢窗口”ΔEORR-OER：在0.1 M KOH中為0.69 V，其質量負載低于基準電催化劑的兩個數量級。此外，該工作還報道了一種簡單有效的方法來調整反應中間體和活性位點之間的結合強度。
WeijinLi, Liujiang Zhou*, Aliaksandr S. Bandarenka,* Roland A. Fischer*, etal. Advanced Bifunctional Oxygen Reduction and Evolution ElectrocatalystDerived from Surface‐Mounted Metal‐Organic Frameworks. Angew. Chem. Int.Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.201916507
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201916507
