1. Science：渦旋微激光器超快速超低能耗全光切換
超高速通信的發(fā)展要求在芯片上集成結(jié)構(gòu)化光源，全光開關必須具有低能耗，高速度，強大的調(diào)制比，以及高度集成度的要求，如何在低能耗和高速度之間進行權(quán)衡長期以來是一個關鍵挑戰(zhàn)。有鑒于此，哈爾濱工業(yè)大學宋清海團隊聯(lián)合美國Li Ge、Yuri Kivshar等人，打破低能耗和高速之間的矛盾，實現(xiàn)了對渦旋微激光器超快速超低能耗調(diào)控。
本文要點：
1）提出連續(xù)體中束縛態(tài)的想法，基于鈣鈦礦設計了一種具有高定向輸出和單模操作的渦旋激光器。
2）實現(xiàn)室溫下超快全光切換，打破低能耗和高速之間的矛盾，有可能實現(xiàn)滿足現(xiàn)代經(jīng)典信息和量子信息所有要求的超快速光開關。
3）發(fā)現(xiàn)渦旋光束激光可以切換到線性偏振光束激光，反之亦然，切換時間為1到1.5皮秒，能耗比全光交換低了數(shù)量級。
Can Huang et al. Ultrafast control ofvortex microlasers. Science 2020, 367, 1018-1021
DOI：10.1126/science.aba4597
https://science.sciencemag.org/content/367/6481/1018
2. Nature Commun.: 通過實時觀察將定向附著生長的顆粒的熱力學與動力學連接起來
定向附著是一種非常重要的晶體生長機理。但是目前，定向附著（OA）機理控制的晶體生長過程中的晶體和溶劑結(jié)構(gòu)，粒子間作用力和整體粒子響應動力學之間的相互作用，仍缺乏定量的理解。因此，美國西北太平洋國家實驗室物理科學部的Jaehun Chun 和JamesJ. De Yoreo以ZnO作為模型系統(tǒng)，對單個粒子和整體組裝動力學的原位TEM觀察與粒子間力和響應的模擬相結(jié)合，以將實驗得出的粒子間電勢與潛在的相互作用相結(jié)合。
本文要點：
1) OA是受力和扭矩驅(qū)動的，這歸因于靜電離子-溶劑相互作用和偶極相互作用的結(jié)合，并且這些相互作用遠遠超過5 nm的間隔。
2) 顆粒在到達分離點之前就已經(jīng)實現(xiàn)共對準，在分離點處，強的相互吸引力驅(qū)動最終的接觸躍遷。觀察到的附著障礙可以忽略不計，而在TEM液體池的準2D約束中的耗散因素導致異常擴散，其旋轉(zhuǎn)時間尺度遠小于平移的時間尺度，因此使OA占主導地位。
3) 由于氧化物是天然和合成中普遍存在的一類材料，并且由于偶極矩是許多非金屬顆粒的特征，因此此處給出的ZnO系統(tǒng)的結(jié)果給以前對配體官能化金屬的研究提供了重要的對比，并且所得出的結(jié)論廣泛適用于自然和實驗室環(huán)境中的各種晶體系統(tǒng)。
LiliLiu et al. Connecting energetics to dynamics in particle growth byoriented attachment using real-time observations. Nat. Commun. 2020
DOI: 10.1038/s41467-020-14719-w
https://www.nature.com/articles/s41467-020-14719-w
3. Nature Commun.: 鎳基催化劑用于催化合成高分子量聚烯烴
聚烯烴在農(nóng)業(yè)、交通運輸、醫(yī)療等領域具有巨大的應用需求，過渡金屬催化的烯烴聚合一直是全球研究的熱點。在半個多世紀的時間里，金屬鎳最初以“毒化劑”進入該領域出現(xiàn)的。Ziegler等人報道了著名的“鎳效應”：在少量鎳鹽的存在下，使用烷基鋁將乙烯轉(zhuǎn)化為1-丁烯，這一發(fā)現(xiàn)標志著齊格勒催化劑研發(fā)的起點。從那以后，經(jīng)過數(shù)十年的研究，鎳催化劑的情況發(fā)生了巨大變化：當前，已經(jīng)報道了許多具有生成高分子量聚烯烴的能力的Ni（II）基催化劑。金屬鎳因為比較強的親電性因而容易被極性官能團所毒化，導致目前已知的能夠高效共聚烯烴與極性單體的鎳催化劑體系非常有限。最近，大量的研究工作集中在基于膦衍生的配體（V-VII）的鎳催化劑的設計和開發(fā)上，因為它們具有通過共聚生成極性官能化聚烯烴的潛力。
有鑒于此，中國科學技術大學陳昶樂教授等人合作設計制備了一種結(jié)構(gòu)非常簡單的酮亞胺配體及相應的鎳催化劑，可以用于超高分子量聚乙烯以及功能化聚烯烴材料的高效制備。
本文要點：
1）他們合成了一種簡單但用途廣泛的α-亞氨基酮鎳催化劑，這種類型的催化劑不僅易于合成和改性，并且在乙烯聚合過程中具有熱穩(wěn)定性和高活性，而無需添加任何助催化劑。催化乙烯聚合時具有非常高的活性，接近108g·mol-1·h-1，
2）盡管具有空間開放性質(zhì)，但這些催化劑仍可以產(chǎn)生支化的超高分子量聚乙烯，并使乙烯與一系列極性共聚單體共聚。為了進一步證明該催化劑的多功能性，設計了一種雙核配體，以利用金屬-金屬的協(xié)同作用，并引入了錨固部分，以促進均相鎳催化劑的異質(zhì)化。
3）負載型鎳催化劑Ni-OH@SiO2催化乙烯聚合可以制備超高分子量聚乙烯。而且， Ni-OH@SiO2催化劑具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，可以在100℃下保持高活性超過兩個小時。
總之，該催化劑具有許多優(yōu)越的性能，例如易于合成，高熱穩(wěn)定性，高分子量聚合物的生成以及異質(zhì)化和改性的簡便性，在未來的研究中極具潛力。
Liang,T., Goudari, S.B. & Chen, C. A simple and versatile nickel platform for thegeneration of branched high molecular weight polyolefins. Nat Commun 11, 372 (2020).
DOI:10.1038/s41467-019-14211-0
https://doi.org/10.1038/s41467-019-14211-0
4. Nature Commun.: 加點神經(jīng)細胞，即可加速肌肉功能的恢復
模擬天然骨骼肌的結(jié)構(gòu)和功能特征的生物工程骨骼肌構(gòu)建體，是治療廣泛肌肉缺損損傷的有希望的治療選擇。先前研究表明，生物打印的人類骨骼肌構(gòu)建體能夠形成具有對齊肌纖維的多層束。于此，美國維克森林醫(yī)學院Sang Jin Lee等人研究了神經(jīng)細胞整合到生物打印的骨骼肌構(gòu)建體中以加速體內(nèi)功能性肌肉再生的作用。
本文要點：
1）將神經(jīng)放到該生物打印的骨骼肌結(jié)構(gòu)中改善了體外肌纖維形成、長期存活和神經(jīng)肌肉接頭形成。
2）更重要的是，具有神經(jīng)細胞整合的生物打印構(gòu)建體促進快速神經(jīng)支配并成熟為有組織的肌肉組織，其在肌肉缺損損傷的嚙齒動物模型中恢復正常的肌肉重量和功能。
這些結(jié)果表明，3D生物打印的人神經(jīng)骨骼肌構(gòu)建體可以與宿主神經(jīng)網(wǎng)絡快速整合，從而加速肌肉功能恢復。
Kim,J.H., et al. Neural cell integration into 3D bioprinted skeletal muscleconstructs accelerates restoration of muscle function. Nat Commun 11, 1025(2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-14930-9
5. Chem. Soc.Rev.: 用于析氫的非金屬光催化劑研究進展
能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎。在環(huán)境污染日益嚴重的形勢下，清潔能源的開發(fā)與利用成了環(huán)保和可持續(xù)經(jīng)濟增長的重頭戲。氫能是公認的清潔能源，然而，在許多應用中，氫氣的提取缺乏穩(wěn)定、高效和廉價的催化劑。采用既經(jīng)濟、資源又豐富的無金屬（metal-free）光催化劑，如碳量子點、黑磷、石墨化碳氮化物，取代昂貴的Pt基催化劑，是研究人員不斷努力的方向。然而，非金屬光催化劑存在催化活性低、選擇性差、穩(wěn)定性差等問題，設計制備高活性、低成本的光催化劑仍然是一個較大的挑戰(zhàn)。
有鑒于此，德克薩斯大學奧斯汀分校的Charles Buddie Mullins和Mohammad Ziaur Rahman等人合作綜述了非金屬光催化劑在析氫反應中的研究進展。
本文要點：
1）該綜述著重討論了用于析氫反應的無金屬光催化劑的最新進展和面臨的挑戰(zhàn)。所討論的無金屬光催化劑的范圍僅限于不含金屬元素的光催化劑（即B，C，P，S，Si，Se等），二元光催化劑（即BC3，B4C，CxNy，h-BN等）及其異質(zhì)結(jié)，三元光催化劑（即BCN）及其異質(zhì)結(jié)，以及不同類型的有機光催化劑（即線性，共價有機骨架，微孔聚合物，共價三嗪骨架等）及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
2）在簡要描述了這些光催化劑用于析氫反應的最新進展之后，他們進而討論了獲得高量子效率和高太陽能制氫（STH）轉(zhuǎn)換效率所必需的潛在策略。還討論了可再現(xiàn)性問題和報告析氫速率的爭議，并提出了解決這些問題的建議。此外，他們還強調(diào)了一些可以促進光催化劑從微觀生產(chǎn)到大規(guī)模生產(chǎn)的可擴展性的關鍵因素，以滿足10％STH的目標。
3）該綜述最后還討論了關于高效光催化劑的基本材料方面的未來研究方向，以及可能需要組建全球氫氣工作組來將理論轉(zhuǎn)化為實踐的六個潛在問題。
總之，該綜述對于促進用于析氫反應的非金屬光催化劑的設計制備和光催化制氫技術的實際應用具有重要意義。
MohammadZiaur Rahman et al. Metal-free photocatalysts for hydrogen evolution. Chem.Soc. Rev., 2020.
DOI:10.1039/C9CS00313D
https://doi.org/10.1039/C9CS00313D
6. Chem. Soc. Rev.: 鋰離子電池中的陽離子和陰離子氧化還原
陰離子氧化還原機制能夠提高比容量，因此在基于過渡金屬氧化物的鋰離子電池正極中陽離子和陰離子的順序或同時氧化還原的出現(xiàn)已經(jīng)引起了廣泛的關注。但是，較高的能量密度受到與陰離子氧化還原不可逆性相關的問題困擾。人們已經(jīng)在尋找過渡金屬氧化物的合適組分方面付出了很多努力，其中一些課題組確定了陰離子可逆性和陽離子可逆性的基本特征和關系。阿貢實驗室陸俊和天津大學Cheng Zhong等人對最新相關進展進行回顧總結(jié)和討論。
本文要點：
1）討論引起陽離子和陰離子氧化還原的證據(jù)和潛在原因，重點在于陰離子氧化還原發(fā)現(xiàn)和驗證的機理和依據(jù)。
2）將過渡金屬和氧之間的鍵的本質(zhì)進行定義，對純陽離子氧化還原（CR），陽離子和陰離子混合氧化還原（CAR）和純陰離子混合氧化還原（AR）三者進行討論和分析，并探討了一些最相關的材料和設計。
MatthewLi, et al. Cationic and anionic redox in lithium-ion based batteries, Chem.Soc. Rev., 2020
DOI: 10.1039/C8CS00426A
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/c8cs00426a#!divAbstract
7. JACS: 仿生納米酶用做H2O2穩(wěn)態(tài)干擾物，顯著增強化學動力學治療效果
化學動力療法（CDT）的有限療效與腫瘤細胞中細胞內(nèi)過氧化氫量不足密切相關。盡管已經(jīng)付出了巨大的努力，但仍然缺乏具有直接和安全的H2O2供應能力的CDT試劑。有鑒于此，中國科學院長春應用化學研究所的曲曉剛和任勁松受癌細胞中H2O2生成和消除的平衡啟發(fā)，合成了一種基于仿生納米酶的H2O2動態(tài)平衡破壞劑，通過促進H2O2的產(chǎn)生和抑制H2O2的消除來提高細胞內(nèi)H2O2的水平，從而顯著增強CDT療效。
本文要點：
1）首先合成了ZIF-67納米顆粒，其次在ZIF-67納米顆粒上修飾小分子抑制劑3-氨基-1,2,4-三唑（3-AT），最后，在納米材料表面包裹PEG最終得到納米酶（PZIF67-AT）。
2）具有類超氧化物歧化酶活性的納米酶可以將O2.-轉(zhuǎn)化為H2O2，從而促進H2O2的產(chǎn)生。同時，納米酶可以消耗谷胱甘肽，3-AT可以抑制納米酶本身的過氧化氫酶活性，從而減少了H2O2向H2O的轉(zhuǎn)化。因此，精準設計的破壞劑擾亂了H2O2的平衡，并導致H2O2在癌細胞中的積累。升高的H2O2濃度最終將放大基于類Fenton 反應的CDT效果。此外，PZIF67-AT很容易在活體動物中代謝和清除，保證了其良好的生物相容性。
3）不僅為臨床設計了一種具有H2O2供給能力的具有增強CDT效果的CDT替代劑，而且為仿生材料的設計提供了新的靈感。
YanjuanSang et al. Bioinspired Construction of a Nanozyme-Based H2O2 HomeostasisDisruptor for Intensive Chemodynamic Therapy. J. Am. Chem. Soc., (2020)
DOI: 10.1021/jacs.9b12873
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b12873
8. JACS: 鹵素取代芐基銨對其層狀鹵化物鈣鈦礦的對稱性影響
具有非中心對稱晶體結(jié)構(gòu)的層狀雜化金屬鹵化物鈣鈦礦預計會顯示出自Rashba效應產(chǎn)生的自旋選擇帶分裂。因此，需要制造具有確定的晶體對稱性的金屬鹵化物鈣鈦礦，以控制其電子態(tài)的自旋分裂。劍橋大學Tanja Schmitt和Felix Deschler團隊報道了鹵素對位取代基對芐基銨碘化鉛鈣鈦礦（4-X C6H4CH2NH3）2PbI4（X = H，F(xiàn)，Cl，Br）晶體結(jié)構(gòu)的影響。
本文要點：
1）利用X射線衍射和二次諧波產(chǎn)生，研究了單晶和薄膜樣品的結(jié)構(gòu)和對稱性。研究發(fā)現(xiàn)，引入鹵素原子降低了晶體對稱性，使得氯和溴取代的結(jié)構(gòu)是非中心對稱的。該差異性可以歸因于有機分子之間的分子間相互作用的性質(zhì)。
2）并計算電子能帶結(jié)構(gòu)，找到了對Rashba分裂的良好控制。該研究結(jié)果提出了一種簡便的方法，可以定制具有自旋電子學和非線性光學應用潛力的混合層狀金屬鹵化物鈣鈦礦。
TanjaSchmitt et al. Control of crystal symmetry breaking with halogen substitutedbenzylammonium in layered hybrid metal-halide perovskites, J. Am. Chem. Soc.2020.
DOI:10.1021/jacs.9b11809.
https://doi.org/10.1021/jacs.9b11809
9. Chem：以Ti3AlC2為原料，在極性有機溶劑中進行無水蝕刻合成了2D Ti3C2Tz MXene
二維(2D)過渡金屬碳化物和氮化物(稱為MXenes)，通常是通過將母MAX相暴露于含氟離子的酸中自上而下地合成的。這種選擇性地酸處理能從MAX相中蝕刻出A-原子層，得到2DMXene片。迄今為止，這種酸處理最常用的溶劑是水，這使得在水敏應用中使用MXenes變得困難。在這項工作中，美國德雷塞爾大學的Michel W.Barsoum等人證明了可以在極性有機溶劑和二氟化氫銨溶液中蝕刻MAX相，并在不用水的情況下得到F(氟)端的MXenes。
本文要點：
1）用極性溶劑和NH4HF2溶液無水合成MXenes；
2）以碳酸丙烯酯為原料合成的MXene在鈉離子電池中表現(xiàn)出較好的性能；
3）如果在手套箱中合成，則MXenes的末端主要是氟。這為MXenes在許多水敏應用領域的應用開辟了道路，如能源儲存、聚合物復合材料、量子點支架等。
Natuet al., 2D Ti3C2Tz MXene Synthesized byWater-free Etching of Ti3AlC2 in Polar OrganicSolvents, Chem (2020),
DOI：10.1016/j.chempr.2020.01.019
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.01.019
10. AM綜述: 高熵合金的相工程
高熵合金（HEA）是基于五個或更多摩爾分數(shù)相等或幾乎相等的主要元素，與傳統(tǒng)合金相比具有許多顯著優(yōu)勢，包括高強度和硬度，出色的耐腐蝕性，熱穩(wěn)定性和耐輻照性。其中，相結(jié)構(gòu)在確定HEA的性質(zhì)中起著至關重要的作用。為了進一步增強HEA在各種應用領域中的性能，需要具有所需相的可控合成。因此，武漢大學付磊等人對HEA的相結(jié)構(gòu)進行詳細綜述。
本文要點：
1）介紹了HEA的不同相結(jié)構(gòu)及其相關特性。
2）著眼于促進HEA所需相結(jié)構(gòu)的替代調(diào)整策略，深入討論了HEA相位工程的屬性調(diào)控。
3）提供了對這一快速發(fā)展的研究領域中的挑戰(zhàn)和未來前景的一些見解。
XuejiaoChang, et al. Phase Engineering of High‐Entropy Alloys, Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.201907226
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201907226
11. Nano Lett. 樹枝狀金納米顆粒覆蓋的氧化鋁薄膜用作高效的離子整流和生物分析
離子在與生物離子通道類似的人造非對稱納米孔薄膜中的傳輸可以用于生物傳感。鑒于此，中國藥科大學的Chen Wang團隊與廈門大學夏興華教授和MIT李巨教授團隊合作利用樹枝狀的金納米顆粒（dendrimer-Aunanoparticles， DAN）在具有納米孔的陽極氧化鋁（anodic aluminium oxide， AAO）薄膜表面的原位組裝構(gòu)建了非對稱的DAN/AAO雜化薄膜用于離子整流和生物傳感。
本文要點：
1）由于DAN高的比表面積和陽離子選擇性，DAN/AAO雜化薄膜表現(xiàn)出對離子的選擇性傳輸。
2）在施加偏電壓的情況下，電流-電壓曲線表現(xiàn)出類二極管的整流性質(zhì)。
3）通過改變電解液的pH值和離子的價態(tài)，雜化薄膜的整流性質(zhì)可以進一步被調(diào)控。
4）整流性質(zhì)使備的DAN/AAO雜化薄膜具有更強的生物分析能力，其對循環(huán)腫瘤細胞的檢出限可達到80細胞每毫升，同時還表現(xiàn)出良好的重復利用性。
ChenWang et al. Dendrimer-Au Nanoparticles Network Covered Alumina Membrane for Ion Rectificationand Enhanced Bioanalysis. Nano. Letters, 2020,
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b05066
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b05066
