1. Nature Commun.: 等離子體菱形十二面體金納米粒子的手性演化
手性納米結構的研究在許多科學領域都具有重要意義，包括手性識別和分子分離、手性光學響應以及手性結構的機械功能等。近年來，與等離子體材料結合的手性結構因其前所未有的光學性能而受到人們的關注。等離子體材料能夠最大限度地實現光與物質的相互作用，其獨特的特性為通過合理設計等離子體納米結構來利用偏振光開辟了可能性。基于精心設計的結構，優異的光操縱能力，如偏振調制、相位控制、和負折射率已經實現。
為了開發手性等離子體納米結構獨特的光學性能，人們開發了多種制備方法。自上向下的納米制造方法，如電子束光刻和聚焦離子束銑削，提供了一種用納米尺寸構建明確手性結構的方法。利用DNA、肽和蛋白等生物分子作為模板進行納米顆粒組裝，可以根據生物分子的特定結構構建非對稱納米結構。近年來，基于手性分子與無機材料相互作用合成手性形貌的研究越來越多。然而，盡管有許多努力，在納米尺度上控制手性結構仍然是一個不小的挑戰。特別是基于液相合成的不對稱納米結構的制備和各向同性三維手性結構的制備仍然是一個難點。
近日，韓國首爾大學的Ki Tae Nam等人合作從晶體學角度研究了納米粒子的手性演化，闡明了手性結構形成的關鍵參數。通過對手性結構形成的詳細了解，他們實現了基于菱形十二面體形狀的三維可控手性等離子體納米顆粒的形態(432螺旋形)。研究了種子、半胱氨酸、十六烷基三甲基溴化銨和抗壞血酸等合成參數對手性結構的影響，并在此基礎上對手性結構進行了系統的控制。通過電磁模擬進一步闡明了調制手性結構因子與光學響應之間的關系。重要的是，通過將手性納米顆粒組裝成薄膜實現了一種新的光學響應。對手性納米粒子的全面研究將為手性等離子體納米結構的進一步發展提供新的思路。
Hye-Eun Lee; Ryeong MyeongKim; Hyo-Yong Ahn; Yoon Young Lee; Gi Hyun Byun; Sang Won Im; Jungho Mun;Junsuk Rho; Ki Tae Nam. Cysteine-encoded chirality evolution in plasmonicrhombic dodecahedral gold nanoparticles. Nature Communications, 2020.
DOI: 10.1038/s41467-019-14117-x
https://doi.org/10.1038/s41467-019-14117-x
2. Acc. Chem. Res.: 適用于催化科學及相關材料的變溫變壓原位質譜分析
催化材料在工作條件下的表征對于催化反應體系的真實描述和機理理解至關重要。在工作的相關環境下，催化劑往往表現出在標準光譜條件下無法觀察到的性質或反應活性。在高溫高壓等惡劣環境下工作對固態核磁共振來說是一個巨大的挑戰，因為在固態核磁共振中，樣品在強磁場中每秒旋轉數千次。為了解決對光譜環境和操作條件之間差異的問題，新的MAS NMR技術已經被開發出來，可以在較寬范圍的壓力、溫度和化學環境下探測催化體系。
近日，美國西北太平洋國家實驗室Jian Zhi Hu等人合作在簡要介紹了在原位實時MAS NMR發展過程中克服技術挑戰的相關工作研究進展，重點將放在探索利用新發展的獨特化學體制。隨著研究的進展，現在已經可以對各種核成分(1H、13C、23Na、27Al等)周圍環境的結構和動力學進行研究，并評估時間分辨率的相互作用和轉換。Operando和原位NMR可以直接觀察催化活性位點的化學成分及其相互作用(比如沸石中的Br?nsted酸性位點)，揭示催化條件下活性位點的本質。此外，這些成分的混合物也可以被評估，以揭示活性位點在生成副產物(如水)時的變化。這些相互作用在一定的溫度范圍內(-10到230℃)和壓力范圍內(真空到100 bar)都可以觀察到。
當與2D NMR、計算建模或兩者結合時，吸附態提供不同的特征可用于識別特定的結合模式。除了氣相化學環境外，還可以引入氣體環境，并在較大范圍內調節壓力，以支持需要H2、CO、CO2等的催化研究，也可采用三相混合物。這些反應可以在原位監測，以揭示在研究過程中底物、活性位點、中間體和產物的變化。此外，原位核磁共振與同位素標記方法的結合可以用于揭示具體的反應機制。此外，還將介紹將operando MAS NMR擴展到研究與能量存儲系統和生物醫學系統相關的固體電解質界面和溶劑化結構，以突出這一強大技術的通用性。
Nicholas R. Jaegers; Karl T.Mueller; Yong Wang; Jian Zhi Hu. Variable Temperature and Pressure Operando MASNMR for Catalysis Science and Related Materials. Accounts of Chemical Research,2020.
DOI:10.1021/acs.accounts.9b00557
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00557
3. JACS: 首次！揭示堿土金屬摻雜鹵化鈣鈦礦機理
鹵化物鈣鈦礦非常適合用于下一代光伏產品。鹵化物鈣鈦礦的化學摻雜是制備效率最高，最穩定的鈣鈦礦基太陽能電池的既定策略。亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心Antonio Abate團隊揭示了使用一系列堿土金屬的鹵化鈣鈦礦的摻雜機理。研究發現，低摻雜水平能夠使摻雜劑摻入鈣鈦礦晶格中，而高摻雜水平會引起表面偏析。從低到高摻雜方案的閾值與摻雜元素的尺寸相關。
研究表明，低摻雜制度誘導更多的n型，而高摻雜制度誘導更少的n型摻雜。該工作提供了與傳統半導體不同的鹵化鈣鈦礦獨特摻雜機理的全面描述。首次證明了低摻雜方案的有效性，這在n-i-p和p-i-n架構中都展示了高效的基于甲基銨碘化鉛的太陽能電池。
The doping mechanism of halide perovskiteunveiled by alkaline earth metals，J. Am. Chem. Soc. 2020
https://doi.org/10.1021/jacs.9b11637
4. JACS：溶劑在晶體工程中的影響：二茂鐵有序-無序轉變的重大變化
二茂鐵(FeCp2)，于1951年被發現，是為數不多的對空氣穩定的茂金屬之一，也是晶體工程基礎研究的理想化合物。對二茂鐵及其小芳香分子二元加合物的研究可以促進使用分子靜電學的簡單思想來解釋觀察到的晶體結構，并預測新的結構。近日，金斯頓大學Jeremy K. Cockcroft等報道了在全氟苯C6F6中溶解二茂鐵FeCp2形成的新型溶劑化物加合物的結構。
對該加合物的研究表明，FeCp2的五元芳環和C6F6的六元芳環之間的相互作用非常強。研究發現，FeCp2與C6F6的分子相互作用足夠強并且是各向異性的，將二茂鐵分子的有序-無序轉變溫度從約163 K變為RT。此外，苯和FeCp2之間不會形成溶劑加合物。該工作研究的相互作用是形成弱靜電相互作用主導的共晶體或溶劑化物的基礎，并且在晶體結構預測中至關重要。
JosephC. Bear, Jeremy K. Cockcroft*, et al. Influence of Solvent in CrystalEngineering: A Significant Change to the Order-Disorder Transition inFerrocene. J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI:10.1021/jacs.9b11895
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11895
5. Angew: 吡啶氮上金屬鈷能促進CO2電還原的分子證據
用可再生電力來電化學還原CO2在生產燃料和高附加值化學品同時減少碳排放方面研究引起了廣泛關注。目前已經開發了多種基于過渡金屬的電催化劑，可將CO2轉化為CO，CH4，CH3OH，HCOOH，C≥2的產物等。但是，CO2還原反應（CO2RR）緩慢的動力學仍然限制了產物的收率和對所需產物的選擇性。這些基本挑戰的解決方案取決于對真正活性位點和催化機制的理解。氮摻雜碳材料（N-Cs）作為電化學還原CO2還原反應（CO2RR）的低成本無金屬電催化劑的研究正在興起，盡管其活性仍不能令人滿意，其真正的活性位點仍有待商榷。
近日，中國科學院化學研究所胡勁松研究員等人證明了使用具有明確定義的N-C構型的酞菁（Pc）和卟啉作為分子模型催化劑時，CO2RR到CO優先發生在吡啶N而不是吡咯N上。系統實驗和理論計算進一步發現，通過原位生成的金屬Co納米粒子的電子調制可以顯著提高吡啶N的CO2RR性能。通過引入Co納米粒子，Co@Pc/C在-0.9 V時可實現84％的法拉第效率和28 mA cm-2的CO電流密度，分別是不使用Co的Pc/C的18倍和47倍。這些發現闡述了對N‐Cs上CO2RR新的見解，可為探索高效CO2RR的高性價比電催化劑提供指導。
ChaoHe, Yun Zhang, Yuefeng Zhang, Lu Zhao, Lu-Pan Yuan, Jianan Zhang, Jianmin Ma,Jinsong Hu, Molecular Evidences for Metallic Cobalt Boosting CO2Electroreduction on Pyridinic Nitrogen, Angew. Chem., Int. Ed.2020
DOI:10.1002/anie.201916520
https://doi.org/10.1002/anie.201916520
6. Angew：設計定制離子界面的COFs實現跨一維通道的離子傳輸
離子傳輸是許多生物和物理過程的基礎，在離子通道和與技術相關的設備（包括燃料電池，電池，顯示器和傳感器）中起著至關重要的作用。近日，新加坡國立大學Donglin Jiang等報道了一種基于共價有機框架（COFs）的策略，通過設計定制的離子界面介導離子運動來實現超快離子傳輸。
作者將電解質鏈整合到COF的一維通道的壁上，并通過孔表面工程構造離子骨架，使得可以按所需的組成和密度系統地調節離子界面。通過該策略可實現界面與離子遷移之間的定量關聯，并揭示控制離子界面以實現高速率離子遷移的全局圖。此外，作者研究了界面對離子遷移的影響，并首次揭示離子遷移率隨離子界面是以指數模式增加的。該工作為設計對能量轉換和存儲系統至關重要的離子界面提供了指導。
QingXu, Shanshan Tao, Donglin Jiang*, et al. Designing Covalent OrganicFrameworks with Tailored Ionic Interface for Ion Transport across One‐dimensional Channels. Angew. Chem. Int.Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201915234
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201915234
7. AM：調控形貌，缺陷和結構來提高鈉/鉀離子電池的倍率和循環性能
碳基材料由于其良好的化學穩定性，高電導率和環境友好性，被認為是鈉離子電池（SIB）和鉀離子電池（PIB）的最有前景的負極材料。然而，由于鈉和鉀離子的尺寸大，開發出具有高可逆容量，長循環壽命和高倍率能力的碳負極材料有著巨大的挑戰。為了應對這一挑戰，東華大學Wei Luo和中國科學技術大學余彥教授等人通過合理的設計，成功地合成了N摻雜的3D介孔碳納米片（N-CNS），可以實現SIB和PIB前所未有的電化學性能。
N-CNS具有超薄的納米片結構，分層的孔洞結構，超高水平的吡啶N/吡咯烷N比例和極大的層間距離，表現出了優異的Na/K離子嵌入/脫嵌動力學能力，具有縮短離子和電子的擴散距離以及適應體積變化等功能。因此，基于N-CNS的鈉電在5 A g-1循環10000次后時可提供239 mAh g-1的高容量，而在鉀電中5 A g-1下循環5000次后時可提供321 mAh g-1的高容量。第一性原理計算表明，吡啶N/吡咯N的超高摻雜比例可以調節碳表面的電荷密度分布，有助于增強鈉和鉀離子電池的性能。
Huijuan Huang, Rui Xu, Yuezhan Feng, SifanZeng, Yu Jiang, Huijuan Wang, Wei Luo, Yan Yu, Sodium/Potassium‐Ion Batteries: Boosting theRate Capability and Cycle Life by Combining Morphology, Defect and StructureEngineering, Adv. Mater.2020
DOI: 10.1002/adma.201904320
https://doi.org/10.1002/adma.201904320
8. AM：用于壓電和納米發電機的多層黑磷中的壓電性
近年來，壓電材料因其廣泛的應用前景成為二維材料研究的熱點。黑磷（BP）是一種具有高方向性和非中心對稱晶格結構的二維壓電材料。然而，由于缺乏離子極化，壓電性在單質材料中幾乎沒有報道，但是壓電性的產生與BP的非中心對稱結構是一致的。磷的理論計算能夠解釋P原子之間壓電極化的起源。但是，多層2D材料中壓電性的消失通常是由相鄰原子層的相反方向引起的，而這種效應在BP晶格中受到彈簧形空間結構的限制。
基于此，中國科學院北京納米能源與系統研究所潘曹峰等人報告了沿扶手椅方向的多層BP的平面內壓電效應的實驗研究。電流-電壓測量顯示了這種取向的壓電效應，在壓縮應變為-0.72%的情況下，BP薄片的循環壓縮和釋放顯示了高達4 pA的固有電流輸出。多層BP中壓電現象的發現可以讓人們進一步了解單元素材料中的這種機理。
WendaMa, Junfeng Lu, Bensong Wan, Dengfeng Peng, Qian Xu, Guofeng Hu, Yiyao Peng,Caofeng Pan, Zhong Lin Wang. Piezoelectricity in Multilayer Black Phosphorusfor Piezotronics and Nanogenerators. Advanced Materials. 2020
DOI: 10.1002/adma.201905795
https://doi.org/10.1002/adma.201905795
9. AM：單原子催化劑在催化生物醫學中的應用
納米粒子引發的催化在生物醫學應用中的固有缺陷促進了替代性、多功能的治療模式的快速發展。其中，催化性能和選擇性是生物條件下亟待強化和優化的關鍵問題。以原子分散的單金屬原子為特征的單原子催化劑(SACs)因其獨特的催化活性和優異的選擇性而成為近年來生物醫學領域研究最多的催化劑之一。在此，中科院上海硅酸鹽研究所陳雨、FengWei等人概述了SACs的關鍵意義和一些需要解決的潛在關鍵問題，并特別關注其在生物醫學上的廣泛應用。
同時簡要討論了其制備策略、表面工程和結構表征。特別是，討論了SACs在引發一些具有代表性的催化反應中的催化性能，為生物醫學應用提供了基礎。并總結了一系列具有代表性的成功構建SACs的范例，這些SACs可用于多種生物醫學應用，如癌癥治療、傷口消毒、生物傳感和氧化應激細胞保護等，重點揭示了其內在催化機制和理解其潛在的結構-性能關系。最后，討論并展望了SACs引發的生物醫學催化技術在未來發展中面臨的機遇和挑戰。
HuijingXiang, Wei Feng, Yu Chen. Single‐Atom Catalysts in Catalytic Biomedicine. Adv. Mater.,2020.
https://doi.org/10.1002/adma.201905994
10. ACS Nano：球形核酸的序列多重性
美國西北大學Chad A. Mirkin院士等人介紹了以編程比率合成兩類物理和化學性質不同的寡核苷酸（ODNs）的球形核酸（SNAs）的方法。這些SNAs是單一實體制劑，以規定的化學計量單位進入同一靶細胞，因此可以控制重要的細胞信號和調控過程。為了研究這些結構中的序列多樣性的影響，研究人員合成了由A類CpG和B類CpG組成的SNAs，它們是免疫刺激ODNs，以序列特異的方式激活兩種不同的toll樣受體9信號通路。
與線性ODN對應的混合物相比，這些雙CpG-SNAs表現出兩個ODNs的高細胞攝取和共傳遞，并且隨著時間的推移在細胞內保持高度相關。此外，與以線性或SNA形式遞送但彼此不結合的相同量的寡核苷酸相比，雙CpG SNA增強樹突細胞成熟。因此，這些結構為設計具有高度可裁剪活性的基于寡核苷酸的組合療法提供了平臺。
ZiyinN. Huang, Lisa E. Cole, Cassandra E. Callmann, Shuya Wang, and Chad A. Mirkin.Sequence Multiplicity within Spherical Nucleic Acids. ACS Nano 2020.
DOI:10.1021/acsnano.9b08750
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08750
11. Materials Today：堿性條件下析氫電催化劑的設計策略
近幾十年來，通過電/光催化方法生產清潔能源一直是科學界的首要任務之一。其中，堿性析氫反應（HER）在高pH環境中是最簡單的陰極反應，起著基本而重要的作用。僅通過水的解離和質子還原過程，堿性HER對于研究水分子在許多還原反應中的一般作用至關重要。例如，深入了解堿性HER反應機理，可以為二氧化碳還原反應（CRR）和氮還原反應（NRR）奠定堅實的基礎，而這兩種反應通常都涉及初始的水解離步驟。
堿性HER需要高活性、低成本的催化劑，它不僅具有工業價值，而且在研究陰極電極上發生的所有電催化反應方面都具有根本的重要性。然而，迄今為止，堿性HER的反應機理仍在爭論中，這使得催化劑的設計很大程度上是一個反復試驗的過程。為了解決這個問題，澳大利亞阿德萊德大學喬世璋等人從反應機理的角度出發，著重闡述了原子級材料工程與反應基礎之間的聯系，提出了堿性HER催化劑的設計策略。特別是，關注于改進材料固有的電子結構，以實現催化劑和反應中間體之間所需的相互作用。通過幾個成功的理論和實驗設計策略實例，旨在為堿性條件下HER催化劑的設計提供直接指導。
Xuesi Wang, Yao Zheng, Wenchao Sheng, ZhichuanJ. Xu, Mietek Jaroniec, Shi-Zhang Qiao. Strategies for design ofelectrocatalysts for hydrogen evolution under alkaline conditions. Materials Today 2020.
DOI: 10.1016/j.mattod.2019.12.003
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2019.12.003
