1. NatureChemistry：打造更智能納米載體
包含邏輯門的刺激響應(yīng)性生物材料具有巨大的潛力，可作為臨床療法的一部分來(lái)檢測(cè)和響應(yīng)病理標(biāo)記。但到目前為止，沒(méi)有一個(gè)通用系統(tǒng)能像樂(lè)高積木一樣，將多個(gè)響應(yīng)單元合理地組裝成具有邏輯門和層次結(jié)構(gòu)的程序化設(shè)備，使系統(tǒng)能夠自由地接收信號(hào)并產(chǎn)生輸出，用于體內(nèi)生物計(jì)算和多療法的特定部位遞送。
有鑒于此，湖南大學(xué)譚蔚泓院士、西安交通大學(xué)徐峰教授和南京大學(xué)朱俊杰教授等人構(gòu)建了具有標(biāo)準(zhǔn)化單體和藥物嵌段的可編程聚合物庫(kù)，以設(shè)計(jì)具有層次結(jié)構(gòu)和邏輯門的智能納米載體（SNC），用于組合腫瘤治療。
本文要點(diǎn)：
1）首先合成了一系列對(duì)紫外光、可見(jiàn)光、過(guò)氧化氫、谷胱甘肽（GSH）、酸性pH值（pH=5.0）、酯酶和磷酸酶有反應(yīng)的單體。利用自降解（self-immolative）化學(xué)方法將單體設(shè)計(jì)成具有相似結(jié)構(gòu)和反應(yīng)活性的反應(yīng)塊。
2）制備了一個(gè)自降解聚合物（self-immolativepolymers, SIPs）庫(kù)，該庫(kù)由一個(gè)pH可切割的PEG頭、一個(gè)可編程的疏水體和一個(gè)帶正電的聚乙烯亞胺（PEI）尾組成，并通過(guò)靜電誘導(dǎo)疏水組裝（EIHA）將其組裝成具有邏輯門和層次結(jié)構(gòu)的程序化SNCs，以期實(shí)現(xiàn)生物計(jì)算能力并順序釋放多種療法。
3）通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，研究人員利用腫瘤微環(huán)境中的病理線索，通過(guò)質(zhì)子化、腫脹和降解來(lái)調(diào)控納米載體的體內(nèi)行為，從而更精確地控制靶向性和藥物釋放。
Zhang,P., et al. Aprogrammable polymer library that enables the construction ofstimuli-responsivenanocarriers containing logic gates. Nat. Chem. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41557-020-0426-3
2. PNAS: 納米氧化硅中的缺陷催化CO2轉(zhuǎn)化為甲烷
降低地球大氣中的CO2水平是阻止環(huán)境進(jìn)一步惡化的關(guān)鍵。利用可再生氫將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷(綠色燃料)被認(rèn)為是同時(shí)解決能源和環(huán)境挑戰(zhàn)的極具潛力的最佳選擇之一，盡管利用可再生資源生產(chǎn)氫也需要具有經(jīng)濟(jì)可行性。然而，這一過(guò)程需要昂貴的金屬或復(fù)雜的有機(jī)金屬，而且大多數(shù)金屬不穩(wěn)定，對(duì)甲烷的選擇性差。
有鑒于此，塔塔基礎(chǔ)研究所(TIFR)的Vivek Polshettiwar等人合作，利用缺陷工程方法，設(shè)計(jì)制備了一種不含金屬配體的納米催化劑，它能以優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性催化二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。
本文要點(diǎn)：
1）他們證明了納米氧化硅中的缺陷(E'中心、氧空位和非橋聯(lián)氧空穴中心)可以以優(yōu)異的產(chǎn)率和選擇性將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。既不需要金屬配體，也不需要復(fù)雜的有機(jī)配體，僅缺陷作為二氧化碳活化和氫解的催化位點(diǎn)，其協(xié)同作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。
2）與隨時(shí)間失活的金屬催化劑不同，含有缺陷的納米氧化硅具有更好的穩(wěn)定性。值得注意的是，催化劑可以通過(guò)簡(jiǎn)單的空氣加熱再生，而不需要?dú)錃狻Ａ钊梭@訝的是，每個(gè)再生循環(huán)后，甲烷生產(chǎn)的催化活性顯著增加，8個(gè)再生循環(huán)后甲烷產(chǎn)量達(dá)到最初的兩倍多。這個(gè)活化的催化劑在200小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)定。
3）另外，還詳細(xì)了解了不同缺陷位點(diǎn)的作用，包括它們的濃度，以及它們?cè)诨罨疌O2和氫解離生成甲烷方面的協(xié)同性。
Amit K. Mishra et al. Defectsin nanosilica catalytically convert CO2 to methane without anymetal and ligand. PNAS, 2020.
DOI: 10.1073/pnas.1917237117
https://doi.org/10.1073/pnas.1917237117
3. NatureCommun.: Ru固定在碳納米管電催化劑上實(shí)現(xiàn)高法拉第效率產(chǎn)氫
開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定的電催化劑對(duì)電化學(xué)生產(chǎn)純凈和清潔的氫氣至關(guān)重要。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，發(fā)展一種經(jīng)濟(jì)且簡(jiǎn)便的生產(chǎn)析氫反應(yīng)（HER）的催化劑的方法至關(guān)重要。近日，韓國(guó)國(guó)立蔚山科學(xué)技術(shù)院Jong-Beom Baek，Javeed Mahmood等報(bào)道了一種釕（Ru）納米顆粒均勻沉積在多壁碳納米管（MWCNTs）上的高效HER催化劑(Ru@MWCNT)。
本文要點(diǎn)：
1）實(shí)驗(yàn)表明，該催化劑在0.5 M的硫酸溶液和和1.0M的 KOH溶液中，達(dá)到10 mA cm-2的電流密度，過(guò)電位分別為13 mV和17 mV，超過(guò)了商用Pt/C催化劑（16 mV和33 mV）。此外，該催化劑在兩種介質(zhì)中均具有出色的穩(wěn)定性，在循環(huán)過(guò)程中幾乎表現(xiàn)出“零損失”。
2）在實(shí)際的水分解設(shè)備中，Ru@MWCNT單位能耗產(chǎn)生的氫氣比商用Pt/C多出15.4％，且法拉第效率（92.28％）高于Pt/C（85.97％）。
3）DFT計(jì)算表明，Ru-C鍵是HER最可能的活性位點(diǎn)。含有Ru-C位點(diǎn)的Ru@MWCNT催化劑具有適當(dāng)?shù)臍浣Y(jié)合能，而強(qiáng)的Ru-C鍵則使該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。
Do Hyung Kweon, et al.Ruthenium anchored on carbon nanotube electrocatalyst for hydrogen productionwith enhanced Faradaic efficiency. Nat.Commun. 2020,
DOI: 10.1038/s41467-020-15069-3
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15069-3
4. Chem. Soc.Rev.: 儲(chǔ)能晶態(tài)多孔材料中的電化學(xué)活性位點(diǎn)
包括金屬有機(jī)框架以及共價(jià)有機(jī)框架在內(nèi)的晶態(tài)多孔材料憑借其規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)以及明確的孔結(jié)構(gòu)而逐漸吸引人們的關(guān)注。近年來(lái)有大量的研究表明晶態(tài)多孔材料可以作為犧牲模板來(lái)制備具有電化學(xué)功能的活性材料。晶態(tài)多孔材料中存在豐富的電化學(xué)活性位點(diǎn)可以被應(yīng)用到多個(gè)電化學(xué)領(lǐng)域。近日，南開(kāi)大學(xué)卜顯和教授等對(duì)晶態(tài)多孔材料中的電化學(xué)活性位點(diǎn)的相關(guān)研究工作進(jìn)行了概括總結(jié)。
本文要點(diǎn)：
1) 文章首先對(duì)晶態(tài)多孔材料的功能性結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能與轉(zhuǎn)化器件的性能影響進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。
2) 文章隨后從功能導(dǎo)向的電化學(xué)活性位點(diǎn)的設(shè)計(jì)角度出發(fā)，從金屬離子/金屬團(tuán)簇、氧化還原活性的有機(jī)配體、活性位點(diǎn)周圍的空間（如形貌、孔穴以及晶體結(jié)構(gòu)）等方面對(duì)晶態(tài)多孔材料中的電化學(xué)活性位點(diǎn)在金屬離子電池、金屬空氣電池。燃料電池以及水的催化分解等領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)梳理與總結(jié)。
3) 作者在最后對(duì)富含電化學(xué)活性位點(diǎn)的晶態(tài)多孔聚合物在未來(lái)所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)，其中包括：晶態(tài)多孔聚合物的本身特性對(duì)電化學(xué)性能的影響不明確、穩(wěn)定性對(duì)特定應(yīng)用的影響不明確、電化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制不明確、進(jìn)行合理定向設(shè)計(jì)存在一定難度等。
Lingjun Kong et al,Electrochemically active sites inside crystalline porous materials for energystorage and conversion, Chem. Soc. Rev., 2020
DOI: 10.1039/C9CS00880B
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/cs/c9cs00880b
5. JACS：兩步節(jié)氧策略，克服光療缺陷！
腫瘤缺氧已被證明是光動(dòng)力療法(PDT)向臨床轉(zhuǎn)化的主要瓶頸。與傳統(tǒng)的氧氣輸送方式不同，這里大連理工大學(xué)彭孝軍院士、高麗大學(xué)Jong Seung Kim等人描述了一種創(chuàng)新的二元光動(dòng)力節(jié)氧器(PDOE)策略，通過(guò)設(shè)計(jì)一種以線粒體呼吸為靶點(diǎn)的超氧化物自由基（O2?–）發(fā)生器，稱為SORgenTAM，來(lái)逆轉(zhuǎn)缺氧驅(qū)動(dòng)的阻力。
本文要點(diǎn)：
1）該P(yáng)DOE系統(tǒng)能夠阻斷細(xì)胞內(nèi)氧的消耗，下調(diào)HIF-1α的表達(dá)，成功地挽救了腫瘤細(xì)胞的缺氧狀態(tài)，減輕了體內(nèi)腫瘤固有的缺氧負(fù)擔(dān)，從而為PDT過(guò)程預(yù)留了足夠的內(nèi)源性氧氣。
2）光敏化機(jī)理研究表明，SORgenTAM具有理想的系統(tǒng)間交叉率和三重態(tài)激發(fā)態(tài)壽命，通過(guò)Ⅰ型光化學(xué)產(chǎn)生O2?–，生成的O2?–可以進(jìn)一步觸發(fā)生物級(jí)聯(lián)，以O(shè)2可回收的方式降低PDT對(duì)O2的需求。此外，SORgenTAM還激活A(yù)MPK代謝信號(hào)通路，抑制細(xì)胞修復(fù)，促進(jìn)細(xì)胞死亡。因此，使用這種兩步節(jié)氧策略，在相對(duì)較低的光照劑量下，對(duì)缺氧腫瘤取得了良好的治療效果。這項(xiàng)研究為克服光療的缺陷提供了一個(gè)概念性的、實(shí)用的范例。
Mingle Li, et al. UnimolecularPhotodynamic O2-Economizer To Overcome Hypoxia Resistance inPhototherapeutics, J. Am. Chem. Soc., 2020.
DOI: 10.1021/jacs.0c00734
https://doi.org/10.1021/jacs.0c00734
6. JACS:“結(jié)構(gòu)化電子”新概念—基于氧化還原電位雙向轉(zhuǎn)化的電子儲(chǔ)存體系！
從分子水平上進(jìn)行多電子操控是實(shí)現(xiàn)高效太陽(yáng)能捕集的有效手段。最近，法國(guó)巴黎大學(xué)的HyacintheRandriamahazaka和Philippe P. Lainé、捷克科學(xué)院的Lubomír Pospí?il與Magdaléna Hromadová以及法國(guó)巴黎化學(xué)大學(xué)的Ilaria Ciofini等共同報(bào)道可以利用化學(xué)鍵作為新型電子存儲(chǔ)器，并據(jù)此提出了一種叫做“結(jié)構(gòu)化電子”（structronics）的新概念。
本文要點(diǎn)：
1) 研究人員利用“結(jié)構(gòu)化電子”這一概念構(gòu)建、合成并系統(tǒng)地研究了兩種多電子組分的“超級(jí)電泳孔”：1，8-二吡啶亞萘及其N，N-橋環(huán)丙烷類似物。在這兩種材料中都可以形成共價(jià)鍵并可以發(fā)生電化學(xué)破裂。這兩種超級(jí)電泳孔中都含有兩個(gè)在萘支架上空間排布的電泳單元（吡啶）。他們的共同特點(diǎn)是都擁有能夠在空間中延伸的LUMO軌道，因此電泳單元支架能夠發(fā)生緊密的相互作用。
2) 從電子存儲(chǔ)的角度來(lái)說(shuō)，上面提到的超級(jí)LUMO軌道能夠可以作為空容器來(lái)通過(guò)兩電子的還原反應(yīng)將其填滿電子，從而產(chǎn)生一個(gè)伸長(zhǎng)的C-C鍵或者超級(jí)HOMO軌道。由于這種化學(xué)鍵作用比較弱，因而能夠在更高的陽(yáng)極電位下發(fā)生電化學(xué)驅(qū)動(dòng)的化學(xué)鍵斷裂從而將電子對(duì)釋放出來(lái)。研究人員通過(guò)對(duì)N，N-橋環(huán)丙烷類似物的研究證實(shí)了化學(xué)鍵的形成與斷裂過(guò)程中會(huì)發(fā)生兩電子的電勢(shì)反轉(zhuǎn)。
Alexis Gosset et al, ElectronStorage System Based on a Two-Way Inversion of Redox Potentials, JACS, 2020
DOI: 10.1021/jacs.9b12762
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b12762
7. JACS: 在MOF中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模原子精確地合成石墨烯納米帶
石墨烯納米帶（GNRs）因其優(yōu)異的電子和磁性能而備受關(guān)注。到目前為止，還沒(méi)有一種制造方法可以大規(guī)模制備原子級(jí)精度的GNRs，但這對(duì)于基礎(chǔ)研究和未來(lái)技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。近日，東京大學(xué)Takashi Uemura等報(bào)道了一種利用金屬有機(jī)骨框架（MOF）以原子精度進(jìn)行GNRs大規(guī)模合成的方法。
本文要點(diǎn)：
1）作者發(fā)展了一種以MOF為模板，在MOF（[ZrO(biphenyl-4,4’-dicarboxylate)]n）的納米通道內(nèi)通過(guò)苝（PER）或其衍生物的聚合來(lái)合成GNRs的方法。
2）分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，PER通過(guò)宿主-客體相互作用沿MOF的納米通道單軸排列，從而可以調(diào)節(jié)納米帶的生長(zhǎng)。
3）對(duì)合成的GNR的一系列表征（包括NMR，UV/vis/NIR和拉曼光譜測(cè)量）表明制備的GNR具有可控的邊緣結(jié)構(gòu)和寬度。
該工作表明，MOFs納米通道對(duì)GNR的納米約束不僅有助于先進(jìn)的納米雜化材料的制備，而且還有助于理解GNR的性質(zhì)。
Takashi Kitao, et al. Scalableand Precise Synthesis of Armchair-Edge Graphene Nanoribbon in Metal–Organic Framework. J. Am.Chem. Soc. 2020,
DOI: 10.1021/jacs.0c00467
https://doi.org/10.1021/jacs.0c00467
8. JACS: 氯化物插入固定，藍(lán)光鈣鈦礦LED更穩(wěn)、更亮！
光譜穩(wěn)定性、光譜寬化和器件穩(wěn)定性是藍(lán)色鈣鈦礦LED急需解決的問(wèn)題。鑒于此，近日，多倫多大學(xué)Edward H. Sargent等人通過(guò)氯化物插入固定的方法實(shí)現(xiàn)了具有窄帶（線寬18 nm）和光譜穩(wěn)定（無(wú)波長(zhǎng)偏移）的藍(lán)色鈣鈦礦LED。
本文要點(diǎn):
1）在溴基鈣鈦礦的基礎(chǔ)上，采用有機(jī)氯化物進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，將氯化物插入并原位固定以使藍(lán)移并穩(wěn)定光譜。
2）天藍(lán)色LED （489 nm）的亮度超過(guò)5100 cd / m2，在1500 cd / m2條件下的半衰期為51分鐘。
3）通過(guò)器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，479 nm處的EQE提升到了5.2％，在100 cd / m2時(shí)的半衰期為90分鐘。
Dongxin Ma, etal. Chloride Insertion–Immobilization EnablesBright, Narrowband, and Stable Blue-Emitting Perovskite Diodes. JACS2020.
DOI:10.1021/jacs.9b12323
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12323
9. Nano Energy：摩擦納米發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電沉積制備三功能電催化劑：NiFe-LDH納米片負(fù)載Pt納米團(tuán)簇
設(shè)計(jì)在電化學(xué)水分解和可充電金屬空氣電池上具有優(yōu)異性能的高效電催化劑是一項(xiàng)緊迫而富挑戰(zhàn)性的任務(wù)。有鑒于此，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所孫春文研究員和王中林院士等人合作，利用層狀摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）產(chǎn)生的高壓脈沖直流電提供了一種新型電源，可在沒(méi)有任何封端劑的情況下將亞2 nmPt納米團(tuán)簇電沉積到NiFe-LDH納米片上，以提高析氫反應(yīng)（HER）的活性，并將NiFe-LDH晶格中的部分Fe3+陽(yáng)離子還原為Fe2+，以增強(qiáng)析氧反應(yīng)（OER）活性。
本文要點(diǎn)：
1）通過(guò)改變層狀TENG的工作頻率，可以很容易地將Pt納米簇的粒徑在0.8 nm和1.2 nm之間調(diào)節(jié)。通過(guò)將粒徑低于2 nm的Pt納米簇負(fù)載到NiFe-LDH（Pt-NiFe-LDH）上，堿性電解液中的電流密度為50 mA cm-2時(shí)，HER過(guò)電位從345 mV下降到86mV。
2）Pt納米團(tuán)簇與NiFe-LDH納米片之間的協(xié)同作用增強(qiáng)了HO-H鍵的裂解和氫中間體的重組以形成分子氫，從而顯著提高了HER活性。同時(shí)，受益于通過(guò)將Fe3+還原為Fe2+來(lái)調(diào)節(jié)局部原子結(jié)構(gòu)和晶體缺陷，NiFe-LDH納米片具有增強(qiáng)的OER活性。沉積的亞2納米Pt納米簇也提高了氧還原反應(yīng)（ORR）活性，半波電勢(shì)為0.84 V（vsRHE）。因此，所制備的Pt-NiFe-LDH催化劑表現(xiàn)出對(duì)HER，ORR和OER的三功能催化活性，并且可以用作整體電催化水分解和可充電鋅-空氣電池的電極催化劑。
3）使用最佳催化劑（Pt-NiFe-LDH-0.5-12）作為全水分解電極，在50 mA cm-2的電流密度下，OER和HER之間的電勢(shì)差降至1.63V，遠(yuǎn)低于混合的貴金屬催化劑（Pt/C和RuO2，1.98 V）。作為可充電鋅空氣電池的空氣電極，Pt-NiFe-LDH-0.5-12比裸NiFe-LDH表現(xiàn)出更高的開(kāi)路電壓和更加優(yōu)異的耐用性。
Junxing Han et al.Triboelectric Nanogenerators Powered Electrodepositing Tri-FunctionalElectrocatalysts for Water Splitting and Rechargeable Zinc-Air Battery: A Caseof Pt Nanoclusters on NiFe-LDH Nanosheets. Nano Energy, 2020.
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104669
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104669
10. ACS Catal.:MTO丙烯單次選擇性達(dá)到77.3%新紀(jì)錄，甲醇制烯烴反應(yīng)取得新突破！
甲醇制備烯烴（methanolto olefins, MTO）在使用非油原料用于制備乙烯、丙烯產(chǎn)品是個(gè)非常好的選擇，小孔結(jié)構(gòu)的硅酸鋁（silicoaluminophosphate，SAPO）分子篩，尤其是SAPO-34和SAPO-18在甲醇制備烯烴的反應(yīng)中體現(xiàn)了非常高的反應(yīng)活性，并且在工業(yè)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)流動(dòng)床催化過(guò)程利用SAPO-34（CHA）用于甲醇制備烯烴。分子篩的框架結(jié)構(gòu)，框架組成元素（分子篩的酸性），反應(yīng)條件等影響了催化反應(yīng)中間體的結(jié)構(gòu)和組成、反應(yīng)路徑、產(chǎn)物的選擇性。
有鑒于此，中科院大連物理化學(xué)研究所的Tian Peng和劉中民等合成了超小型籠結(jié)構(gòu)的催化劑SAPO-14，該催化劑具有AFN型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，催化劑籠之間的孔道由8元環(huán)結(jié)構(gòu)組成，利用該催化劑用于MTO反應(yīng)，丙烯選擇性高達(dá)77.3 %。這個(gè)選擇性在有記錄的單次丙烯生成選擇性（one-pass propylene selectivity）中是最高的。
本文要點(diǎn)：
1）大連化學(xué)物理研究所合成了超小型籠結(jié)構(gòu)的催化劑SAPO-14，該催化劑具有AFN型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，籠之間的孔道由8元環(huán)結(jié)構(gòu)組成，利用該催化劑用于MTO反應(yīng)，丙烯選擇性高達(dá)77.3 %。這個(gè)選擇性在有記錄的單次丙烯生成選擇性（one-passpropylene selectivity）中是最高的。
2） 作者研究了該催化反應(yīng)隨反應(yīng)條件的變化情況，使用同位素標(biāo)記方法對(duì)催化反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究。該反應(yīng)對(duì)研究催化劑的活性和催化劑的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系給出了方案。作者認(rèn)為8元環(huán)孔道對(duì)反應(yīng)中間體的擴(kuò)散限制作用實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物選擇性的調(diào)控。
Miao Yang,et al. High Propylene Selectivity in Methanol Conversion over aSmall-Pore SAPO Molecular Sieve with Ultra-Small Cage. ACS Catal. 2020,10, XXX, 3741-3749，
DOI: 10.1021/acscatal.9b04703
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.9b04703
