1. Nat. Rev.Mater.：用于構建可植入可穿戴的光學保健設備的多功能材料
許多基于光的診斷和治療設備在臨床上已被廣泛使用。近年來，得益于多功能材料的發展，人們也開發了很多可植入或可穿戴的光學保健設備。然而，光在體內的有限穿透深度也仍然這類設備所面臨的一個嚴峻挑戰。
麻省總醫院Seok HyunYun、斯坦福大學鮑哲南院士和SeiKwang Hahn教授合作綜述了關于可植入和可穿戴光學醫療保健設備的基本概念和相關實例；對構建下一代可植入和可穿戴的光學醫療設備來說至關重要的新型多功能材料進行了闡述，并討論了它們的臨床轉化前景；介紹了植入式光學保健設備的性質、診療功能以及應用；并對這一領域未來的發展方向如移動醫療和個性化醫療等進行了展望。
Geon-Hui Lee, Seok Hyun Yun, Zhenan Bao, SeiKwang Hahn. et al. Multifunctional materials for implantable and wearable photonichealthcare devices. NatureReviews Materials. 2020
https://www.nature.com/articles/s41578-019-0167-3
2. Matter綜述：原子級精度的結構調節:從單原子位點到雙原子和原子界面催化
單原子位點催化劑(SASCs)作為催化領域中一個新興的門類，在一系列重要的催化反應中表現出優異的活性、選擇性和穩定性。SASCs的組成和結構對催化性能有很大的影響。因此，在原子水平上對結構進行合理的操作，從而設計不同的活性位點來提高整體催化性能對于SASCs來說至關重要。近日，清華大學的陳晨副教授和李亞棟院士等人合作比較了SASCs與團簇/納米顆粒的催化行為，并系統地解釋了SASCs的微觀結構對催化性能的影響。基于SASCs的缺點，引出經過原子級精度結構調節的金屬雙原子催化劑（MDSCs），并指出其反應機理——協同效應；由于SASCs等物質通常具有高度一致且容易識別的活性位點，可以從原子角度解釋催化反應機理。
隨后，他們總結了協同催化在雙原子、多原子位點、單原子合金和原子界面上的研究進展，并強調了原位表征技術對活性位點監測的重要意義。最后，他們討論了SASCs的局限性、發展趨勢和未來的挑戰，并對進一步構建更復雜的催化反應活性位點提出了展望。目前單原子催化劑的開發和應用仍處于研究階段，離工業應用還較為遙遠。基于單原子催化劑的巨大優勢，相信單原子催化劑將在催化領域大放異彩。
Yuan Pan; Chao Zhang; Zhi Liu;Chen Chen; Yadong Li. Structural Regulation with Atomic-Level Precision: FromSingle-Atomic Site to Diatomic and Atomic Interface Catalysis. Matter, 2020.
DOI:10.1016/j.matt.2019.11.014
https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.11.014
3. Angew：一種增強供體-受體分子性能的通用方法
盡管有機供體-受體（D–A）分子廣泛應用于多個領域，但由于固有的極性敏感性會抑制光化學過程，因此其應用受到了限制。近日，賓夕法尼亞州立大學Xin Zhang，華盛頓大學Xiaosong Li等報道了一種簡便的化學修飾策略，通過添加基于β-羰基的極性取代基來減弱溶劑依賴的激發態猝滅機理。該工作揭示了一種機制：β-羰基取代基在供體和周圍溶劑之間形成結構緩沖。
通過計算和實驗分析，作者發現β-羰基同時減弱了兩種不同的溶劑依賴性淬滅機理。通過使用β-羰基取代基，常用的D–A熒光團的光物理性質得到了改善，并它們在生物成像中的性能得到了增強。總而言之，該工作發現了β-羰基取代基是增強D-A分子光物理性質的通用方法，從而增強了它在廣泛的D-A分子及極性環境中的激發態化學中的應用。
ConnerA. Hoelzel, Xiaosong Li,* Xin Zhang*, et al. A facile strategy to enhancedonor‐acceptormolecules using solvent‐excluding substituents. Angew.Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.201915744
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201915744
4. Angew：n型共軛聚合物的光控合成
目前合成π共軛聚合物（CPs）的方法主要由熱驅動的過渡金屬介導的反應控制。近日，美國西北大學Julia A. Kalow團隊研究發現，缺電子的Grignard單體在室溫下，無催化劑，可見光輻射下容易聚合。實驗發現，聚合產物的分布可以通過基于聚合物的吸收的照射波長來調節。
研究發現，該方法合成聚合物與不受控制的鏈增長過程相符，并且生成了全共軛n型嵌段共聚物。進一步研究表明，該聚合反應可擴展到供體-受體交替共聚物。該方法可以用作合成具有新的結構的n型CPs的平臺，并且無需過渡金屬催化。
EliotF. Woods, Julia A. Kalow*, et al. Photocontrolled synthesis of n‐type conjugatedpolymers. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.201915819
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201915819
5. AM：柔性鋰離子電池用高容量和高穩定性V2O5正極
基于紡織品的儲能設備對于柔性和可穿戴電子產品具有極大的吸引力。近日，北京科技大學于然波、香港理工大學鄭子劍、中科院過程工程研究所王丹等人報道了一種用于高性能柔性鋰離子電池的高負載3D紡織正極，該正極將空心多殼結構(HoMSs)與導電金屬織物耦合在一起。
作者通過順序模板法制備V2O5 HoMSs作為活性材料，導電金屬織物作為集流體和柔性襯底，利用V2O5的理想結構能夠有效緩沖多次Li+插入/脫出過程中的體積膨脹并減輕應力/應變，所制備的器件表現出優異的電化學性能和超高的穩定性。即使在500次充放電循環后，在2.5 mg cm-2的高質量負載下，其容量仍能保持在222.4 mA h g?1，并且在數百次彎曲和折疊循環后，未觀察到明顯的性能下降。這些結果表明，V2O5 HoMSs/金屬纖維正極電極有望用于高柔性的鋰離子電池。
Yujing Zhu, Mei Yang, Qiyao Huang, DongruiWang, Ranbo Yu, Jiangyan Wang, Zijian Zheng, Dan Wang. V2O5Textile Cathodes with High Capacity and Stability for Flexible Lithium‐Ion Batteries. AdvancedMaterials. 2020
DOI: 10.1002/adma.201906205
https://doi.org/10.1002/adma.201906205
6. AM：內穩態對交互式材料的啟發
內穩態系統結合了一種隨著時間的推移保持完整性的能力和一種難以置信的交互行為能力。這類系統的基礎是構建微型動態平衡模塊：在反饋回路中，一個組件響應刺激，另一個組件反對響應，推動模塊恢復其原始配置。特別是當它們跨越時間和長度尺度時，外部變化對這些循環的擾動可以產生各種復雜的現象。哈佛大學Joanna Aizenberg等人提出，通過識別和實現通常由非常不同的物理和化學過程組成的微型自平衡模塊合成材料，可以獲得大量的交互行為，為設計多功能材料開辟了道路。
演示了如何從這些合成反饋模塊的簡單版本中引發各種可控的、非平常的物質反應。此外，隨機事件引起的看似隨機的反應，讓研究者們了解如何進一步探索、理解和控制整個交互空間。最終，在材料的合理設計中，材料的制造和互動性的探索變得密不可分。內穩態提供了一個鏡頭，通過這個鏡頭，人們可以學習如何跨越時間和長度尺度來組合和擾亂耦合過程，從而為新材料創造出既健壯又互動的令人興奮的性質。
MichaelM. Lerch，AlisonGrinthal，Joanna Aizenberg. Viewpoint: Homeostasis as Inspiration—Toward Interactive Materials.Advanced Materials.
DOI: 10.1002/adma.201905554
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905554
7. AM：利用納米纖維基材料的手性超分子對電子自旋進行高效、可調的濾波
有機半導體和有機無機雜化材料是制備自旋電子存儲器件的理想材料。近年來，人們提出了一種基于手性誘導自旋選擇性(CISS)的有機自旋電子合成方法。在CISS效應中，分子系統本身的手性就像一個自旋過濾器，因此避免了使用磁鐵進行自旋注入。這里，以色列魏茨曼科學研究所的Ron Naaman等人提出了在室溫下基于超分子納米纖維，自旋過濾超過85%的螺旋π-共軛材料。
通過手性放大效應，甚至可以觀察到由手性和非手性分子混合物組裝而成的納米纖維具有很高的自旋濾波效率。更令人興奮的是，通過超分子納米纖維的溫度依賴螺旋度(P和M)反轉，可以在單一對映體系中獲得自旋的"上"和"下"的方向。結果表明，基于螺旋非共價組裝系統的材料，是具有新興的自旋電子應用的結構-特性相關聯的模塊化平臺。
ChidambarKulkarni，AmitKumar Mondal，Tapan Kumar Das，GalGrinbom，Francesco Tassinari，MathijsF. J. Mabesoone，E. W. Meijer，RonNaaman. Highly Efficient and Tunable Filtering ofElectrons' Spin by Supramolecular Chirality of Nanofiber‐Based Materials.Advanced Materials.
DOI: 10.1002/adma.201904965
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201904965
8. AM：凝膠化新方法！超聲觸發酶凝膠化
水凝膠是通過各種觸發因素形成的，包括光照射、pH調節、加熱、冷卻或化學添加。那么是否還有其他途徑觸發凝膠的形成呢？于此，來自英國帝國理工大學James P. K. Armstrong 和Molly M. Stevens等人介紹了一種形成水凝膠的新方法：超聲觸發的酶促凝膠化。具體來說，超聲被用作刺激釋放脂質體鈣離子，然后觸發轉谷氨酰胺酶的酶活性。活化的酶通過共價分子間交聯催化纖維蛋白原水凝膠的形成。
催化和膠凝過程是實時監測的，并通過改變初始超聲暴露時間來控制酶動力學和最終水凝膠性質。這項技術擴展到微泡-脂質體結合物，該結合物對施加的聲場表現出更強的響應，還用于超聲觸發的酶促水凝膠化。據所知，這些結果是首次將超聲用作引發酶催化或酶促水凝膠化的觸發因素。這種方法用途廣泛，可以很容易地應用于不同的離子依賴性酶或凝膠化系統。此外，這項工作為使用超聲波作為體內水凝膠化的遠程觸發方法鋪平了道路。
Nele, V., Schutt, C. E., Wojciechowski, J. P.,Kit‐Anan, W., Doutch,J. J., Armstrong, J. P. K., Stevens, M. M., Ultrasound‐TriggeredEnzymatic Gelation. Adv. Mater. 2020, 1905914.
https://doi.org/10.1002/adma.201905914
9. EES: 不含金屬的聚噻吩光電催化氧氣還原高效合成過氧化氫
通過兩電子的氧還原過程光催化合成的過氧化氫（H2O2）除了是一種通用化學品之外，還是液體燃料的理想替代品。但到目前為止，低催化活性，低選擇性和嚴重的競爭反應嚴重限制了過氧化氫的高效生產。鑒于此，大連化物所李燦院士和Jingying Shi團隊和華南理工大學Shijun Liao團隊合作報道了一種不含金屬的窄帶隙聚合物半導體聚噻吩用作光電極在堿性條件下制造過氧化氫。
作者發現氧還原反應的選擇性與電解液的pH值有關，在pH值等于13時，對過氧化氫的選擇性達到100%。使用催化劑可以制造創紀錄濃度的過氧化氫，達到110 mmol L-1，比報道過的催化劑高兩個數量級。此外，由NiFeOx / BiVO4–聚噻吩構成的雙光電極光電化學裝置可在數個循環內高效的合成濃度為90 mmol L-1的過氧化氫，而不會出現任何明顯的衰減。理論計算結果表明，這種極高的選擇性可以歸因于聚噻吩的固有電化學性質。
Fan W, Zhang B, Wang X, et al. Efficienthydrogen peroxide synthesis by metal-free polyterthiophene via photoelectrocatalyticdioxygen reduction[J]. Energy & Environmental Science, 2020.
DOI: 10.1039/C9EE02247C
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/ee/c9ee02247c
10. Angew：明確析氫電催化劑的原子活性中心
氫氣（H2）因其高熱值和燃燒產物環保特性而被認為是理想的清潔能源。電催化氫分解反應（HER）是水分解的重要半反應，是可持續的清潔能源未來的可行之路。應當指出，水分解過程中的Volmer過程無論如何都會發生。HER催化劑的性質決定了第二步是Heyrovsky過程是Tafel過程。這兩種情況也可能同時發生。通常，氫的吉布斯自由能（ΔGH*）值越接近零，則HER活性越好。盡管Pt/C表現出最高的H2析出反應（HER）催化活性，但其資源稀缺和成本高限制了其大規模應用。單原子催化劑，單原子合金，雙原子位點催化劑中的原子活性中心表現出最大的催化原子效率，獨特的結構和出色的HER活性。
眾所周知，定義明確的活性位點和載體之間的相互作用會改變電子傳遞，從而顯著的加速反應動力學。然而，在原子尺度上對活性中心的更深刻而全面的認識是十分重要的。近日，清華大學化學系李亞棟教授等人發表評論認為：首先，建議應當使用原子HER活性中心研究工具箱。然后，還審查并討論具有針對HER的不同協調結構的活性位點。深入分析了原子尺度上面向HER的單金屬，雙金屬以及非金屬活性中心。最后，提出了未來的研究方向。這篇綜述旨在為HER原子活性中心的深刻理解和概念設計提供啟發。
Yongpeng Lei, Yuchao Wang, Yi Liu, ChengyeSong, Qian Li, Dingsheng Wang, Yadong Li, Realizing the atomic active centerfor hydrogen evolution electrocatalysts, Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.201914647
https://doi.org/10.1002/anie.201914647
11. ACS Nano：從塊狀合金到二維納米硅，用于鋰電池的高比能負極
二維硅材料（2DSi）由于獨特的結構和性能，已廣泛應用于儲氫，傳感器，電子設備，催化，電化學儲能等領域。然而，高質量2DSi的可擴展和高的制造成本仍然是一個很大的挑戰。基于此，山東大學馮金奎等人設計了一種物理真空蒸餾方法，從塊層狀鈣硅合金中獲得高質量的2DSi。用這種方法，將較低沸點的鈣金屬蒸發掉以構建2DSi，并且可以進一步回收。并深入研究了真空條件對形態，組分和電化學性能的影響。
作為鋰離子電池的負極，2DSi在5000 mA g–1下經過3000次循環后可提供835 mAh g–1的穩定循環容量（每循環0.003025％的容量衰減），還探討了電化學性能增強機制。此外，通過將2DSi與2D MXene復合構建出二維柔性無粘結劑紙。作為鋰金屬負極的親鋰材料，2DSi可以有效抑制鋰晶體的生長并減少成核勢壘，從而實現600次1000小時穩定循環，同時保持高的高庫侖效率（1 mA cm–2時為98％，2 mA cm–2時為97％）。并研究了鋰金屬在銅箔和2DSi上的晶體生長差異。這項工作也為綠色，低成本和可擴展的2D材料合成提供途徑。
YonglingAn, Yuan Tian, Chuanliang Wei, Huiyu Jiang, Baojuan Xi, Shenglin Xiong, JinkuiFeng, Yitai Qian, Scalable and Physical Synthesis of 2D Silicon from Bulk Layered Alloy for Lithium-Ion Batteries and Lithium Metal Batteries,ACS Nano 2019, 13, 12, 13690-13701
DOI:10.1021/acsnano.9b06653
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b06653
12. AFM綜述：基于介孔二氧化硅光學異質結構的界面組裝以及在傳感方面的應用
功能化的介孔二氧化硅材料（MSMs）因其多樣化的結構性質和光學性質，近年來引起了人們廣泛的關注。MSMs具有可調的孔道、易于修飾的表面以及便于接近的活性位點，引發了其在傳感領域的巨大潛能。近年來，高選擇性、超靈敏度、目標識別以及多通道功能成為了此研究的重點。而在MSMs結構的組裝過程中的功能基團種類、材料結構以及組件層次便成為了高傳感性能的關鍵。隨著MSMs在光學傳感領域的不斷發展，介孔骨架中已經成功引入了多種不同類型和層次的功能基團。
這些引入功能基元的異質結構一方面保留了介孔二氧化硅優異的結構性能和功能基團的光學性能，另一方面，利用骨架和功能團的雙重優勢，使得此類材料具有光穩定、設計靈活、多重功能等特點。近日，復旦大學孔彪教授和趙東元院士課題組總結了通過不同構建策略制備的MSMs異質結構，以及其性質、發光機理、在光學傳感領域的應用。給出了目前MSMs光學傳感材料的研究進展以及前景展望。
Interfacial Assembly of Mesoporous Silica-BasedOptical Heterostructures for Sensing Applications. MengGao, Jie Zeng, Kang Liang, Dongyuan Zhao and Biao Kong. Adv. Funct. Mater., 2020, 1906950
https://doi.org/10.1002/adfm.201906950
