1. Science：棘輪效應助力二極管高頻整流！
傳統二極管通過兩不同半導體形成的結從而實現整流，具有肖特基勢壘的金屬-半導體二極管就是一個典例。在這類器件中，電容阻礙了工作頻率的進一步提升。
棘輪效應是指事物的變化具有不可逆性，即易于向某一方向調整，而難于向相反方向調整。例如，消費者易于隨收入的提高增加消費，但不易于因收入降低而減少消費。實際上，棘輪效應在自然界和人類的生產生活中是真實可見的，比如生物學里的馬達蛋白和人們使用的棘輪套筒扳手。利用棘輪效應的原理，人們可將波動且無擇優方向的某一變化轉化為同向的變化，達到“力往一個方向使”的效果。
有鑒于此，北卡羅來納大學教堂山分校James F. Cahoon等人報道了一種完全由鋸齒形硅納米線構成的二極管，實現了室溫下高頻整流。
本文要點：
1）作者將半導體硅納米線調控為圓柱鋸齒狀，使其中心對稱性破壞，具有非對稱結構。
2）在兩端器件測試中，這種特殊的棘輪結構二極管能實現整流功能，原因在于準彈道電子在納米線表面的鏡面反射。由于棘輪效應，室溫下的二極管能在高達40 GHz的頻率下進行整流。
作者認為，本文報道的鋸齒形納米線二極管有望用于高速數據處理和長波能量捕捉。
圖1. 示意圖：（a）準彈道電子的棘輪效應；（b）肖特基二極管能帶圖；（c）鋸齒幾何狀二極管。
圖2. 鋸齒狀Si納米線的設計。
JamesP. Custer Jr. et al. Ratcheting quasi-ballistic electrons in silicon geometricdiodes at room temperature. Science, 2020.
DOI:10.1126/science.aay8663
https://science.sciencemag.org/content/368/6487/177
2. Chem. Rev.：導電金屬有機框架
金屬有機框架（MOF）是由有機配體與金屬離子或簇之間的配位鍵形成的多孔固體。高電導率在MOF中很少見，但它在電催化、電荷存儲和化學傳感器等方面具有多種應用。有鑒于此，麻省理工學院Mircea Dinc?等人綜述了到目前為止為實現MOFs中有效的電荷傳輸所做的努力，重點介紹了設計原理、實驗材料的發現和傳輸特性的表征。
本文要點：
1）研究人員主要關注了四種常見的高導電性策略。在“通過鍵”方法中，金屬中心和配體官能團之間的連續的配位鍵鏈形成了電荷傳遞途徑。在“擴展共軛”方法中，金屬和整個配體形成大型離域系統。“通過空間”方法利用有機部分之間的π–π堆積相互作用。“客體促進”方法利用了MOFs的固有孔隙度和主-客體相互作用。對于每種方法，研究人員都對相關材料的結構和輸運特性進行了系統的概述。
2）研究人員從現有的研究中建立了導電MOFs的結構、組成和物理性質之間的關系，還討論了到目前為止所發展的策略的優勢和局限性，并概述了導電MOFs中所面臨的突出挑戰：（1）解釋MOFs中電荷載流子的性質，對高電導率背后的機理進行更深入的研究，將比創造出更高電導率值的材料更有意義；（2）進一步闡明了在選定的2D MOFs中，特別是Ni3(HITP)2中，導致優異的體電導率的傳輸機制；（3）單層二維MOFs的分離與表征，這種材料的實現可以為研究處于實驗物理研究前沿的輸運現象提供新的平臺；（4）擴大具有貫穿空間電荷傳輸路徑MOFs的配體庫；（5）對MOFs中的主客體相互作用進行更詳細的結構研究。
創新的合成方法、優化的生長技術和改進的設備制造都可以繼續提高多孔、晶體框架材料的傳輸性能上限。然而，同樣重要的是對設計原則的不斷改進和對MOFs中電荷傳輸的更詳細的力學研究。
LiliaS. Xie, et al. Electrically Conductive Metal–OrganicFrameworks. Chem. Rev. 2020.
DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00766.
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00766
3. Science Advances：獨特的多能CD24a+干細胞誘導牙髓-牙本質復合體再生
牙髓是保持牙齒活力的關鍵。牙髓-牙本質復合體的再生對牙髓炎和牙髓壞死的治療具有重要意義。在此，四川大學李中瀚、田衛東，電子科技大學陳國慶等人通過三維球體培養，從小鼠牙乳頭中鑒定出一組獨特的多能干細胞，稱為多能牙髓再生干細胞(MDPSCs)。
本文要點：
1）MDPSCs表現出增強的成骨/成牙分化能力，可以在體內形成再生的牙本質和神經血管樣結構，模仿天然牙齒。
2）進一步分析表明，CD24a是MDPSCs的真正標志物，其擴增高度依賴于關鍵轉錄因子Sp7的表達。
3）最后，在小鼠和人的原代牙乳頭中均可檢測到CD24a+細胞，提示MDPSCs存在于其天然的龕中。總而言之，該研究已經確定了一組以前未鑒定的多能牙髓再生干細胞，它們具有明確的分子標志物，可用于牙髓炎和牙髓壞死的潛在治療。
HongChen, et al. Regeneration of pulpo-dentinal–like complex by a group of unique multipotentCD24a+ stem cells, Science Advances, 2020.
DOI:10.1126/sciadv.aay1514
https://advances.sciencemag.org/content/6/15/eaay1514
4. iScience：空間受限的二元金屬中心的選擇性C-C耦合
以CO2為主要的溫室氣體，同時又是豐富的碳源，將其催化轉化生產液體燃料被認為是解決能源危機和環境危機的一種有前途的策略，但同時也面臨著巨大的挑戰。近年來，分散在含氮多孔碳納米材料上的過渡金屬原子成為一類很有效果的CO2還原電催化劑，其具有原子效率高、導電性好、耐久性好等優點，可以在實驗室方便地合成。一種策略是將兩個相鄰的金屬原子作為獨特的活性中心被空間限制在N摻雜碳材料的孔中，不僅能夠同時固定兩個CO2分子，而且在空間上限制了可能有利于C-C向C2或C2+產物耦合的反應路徑。
此外，金屬二聚體和碳基質的不同組合為調節催化性能提供了高度的自由度。然而，這類多相催化劑的原子機理和組成尚不清楚，導致了很難合理設計以及合成此類催化劑。有鑒于此，大連理工大學周思研究員，趙紀軍教授報道了固定在不同含氮多孔碳板上的三維過渡金屬二聚體對CO2選擇性還原以生產高能燃料和高價值化學產品。
文章要點：
1）通過系統的第一性原理計算，首次闡明了空間受限雙金屬中心上詳細的C-C耦合機制。含氮多孔碳材料不僅可以作為穩定小金屬團簇的模板，而且還可以控制其電子結構。同時，控制金屬-基底耦合強度可以有效地調節活性和產物選擇性。因此，碳基質中空間受限的雙反應中心表現出以下有利的催化行為：（1）同時固定兩個CO2分子，（2）禁止CO解吸，（3）高活性C-C偶聯的唯一途徑。
2）篩選出對C2H5OH和C2H4具有高活性和高選擇性的過渡金屬元素和碳基質，揭示了它們之間潛在的電子結構-活性關系。例如，嵌入C2N單層膜中的Fe2二聚體對C2H5OH和 其他C1、C2產物以及HER具有顯著的選擇性。
總之，研究發現為亞納米金屬團簇將溫室氣體轉化為高能燃料和高價值化學品的設計提供了重要的理論依據，同時，還需要更多的實驗和理論研究，以推進成分和結構可控的原子分散催化劑的精確合成技術。
YanyanZhao, et al, Selective C?C Coupling by Spatially Confined Dimeric Metal Centers, iScience,2020
DOI：10.1016/j.isci.2020.101051.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004220302364
5. Nano Lett.：納米結構金屬晶格的機械和結構特性的無損測量
金屬晶格是人造的三維固體，在亞100 nm的長度尺度上具有周期性，可以調整材料的功能特性。然而，由于其復雜的結構，預測和表征其性質具有一定的挑戰性。在此，科羅拉多大學Bego?a Abad等人首次對特征尺寸小于14nm的金屬晶格的機械和結構性能進行無損測量。
本文要點：
1）使用超快激光脈沖加熱一組換能器光柵，這些光柵將在金屬網格中脈沖發射表面聲波（SAW）。通過改變換能器光柵的周期，可以調節SAW的波長，從而改變SAW對金屬晶格和硅襯底的穿透深度。然后，通過監測在極紫外（EUV）光從光柵衍射后隨時間變化的聲表面波頻率，即可提取出金屬晶格的聲散、楊氏模量、填充率和厚度。
2）這一測量與宏觀預測和潛在的破壞性技術，如納米壓痕和掃描電子顯微鏡非常一致，且在更大的范圍內提高了準確性。此外，這是迄今為止無損驗證亞納米級金屬晶格填充率的唯一方法。這一方法與破壞性電子成像相比，可以探測大面積的區域，而且不會受到材料對比度問題的困擾。
這些結果能夠實現精確地制造、表征和理解具有特定機械和運輸特性的材料。
Bego?aAbad, et al. Nondestructive Measurements of the Mechanical and StructuralProperties of Nanostructured Metalattices. Nano Lett. 2020.
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c00167.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00167
6. Nano Lett.：一種全陶瓷、各向異性、柔性氣凝膠隔熱材料
為了開發各向異性熱管理材料的高溫超絕熱潛力，陶瓷氣凝膠在定向結構網絡中的摻入是必不可少的。然而，開發超輕超絕緣陶瓷氣凝膠的瓶頸問題是無法獲得其機械彈性、穩定性和各向異性隔熱性能。有鑒于此，紐約州立大學的Shenqiang Ren等研究人員，報道了一種可恢復的、具有各向異性層狀結構的柔性陶瓷纖維-氣凝膠復合材料，其中陶瓷纖維與氣凝膠之間的界面交聯對其超隔熱性能起著重要的作用。
本文要點：
1）超輕氣凝膠復合材料的密度為0.05 g/cm3，應變恢復率大于50%，熱導率較低(0.0224 W m-1 K-1)，疏水性是通過水接觸角為135°的三氯硅烷原位包覆來實現的。
2）這種氣凝膠復合材料的吸濕性測試表明，它具有可逆的隔熱性能。各向異性復合材料的機械彈性和穩定性，以及其隔音性能，為低成本、可伸縮的超彈性氣凝膠的節能建筑應用提供了新的思路。
LuAn, et al. An All-Ceramic, Anisotropic, and Flexible Aerogel InsulationMaterial. Nano Letters, 2020.
DOI：10.1021/acs.nanolett.0c00917
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c00917
7. Angew：光催化C-H鍵活化的高取代烯丙醇異構化反應
烯丙醇異構化以制備相應羰基化合物是一種重要的有機合成化學反應。在過去幾十年中，在一鍋氧化還原中性過程中，金屬催化烯丙醇異構化制備相應羰基化合物方面取得了相當大的進展。然而，隨著雙鍵上取代基數目的增加，異構化變得更加困難，特別是對于仲烯丙基取代醇。近年來，光催化鍵活化作為一種氧化還原中性的方法已成為有機合成領域的前沿研究。因此，有關高取代烯丙醇在氫原子轉移（HAT）催化劑的存在下，通過C-H鍵活化反應生成相應羰基化合物的光誘導異構化反應引起了研究人員的興趣。
有鑒于此，北京大學深圳研究生院楊震教授，黃俊報道了首次通過C-H鍵活化實現了光催化γ-羰基取代烯丙醇異構化制備相應的羰基化合物。
文章要點：
1）該催化氧化還原中性法為合成1，4-二羰基化合物提供了一條新途徑。值得注意的是，含有四取代烯烴的烯丙醇也可以轉移到相應的羰基化合物中。
2）密度泛函理論計算表明，烯丙醇γ位的羰基有利于其相應的烯丙醇自由基的形成，并具有較高的垂直電子親和力，有助于光催化循環的完成。
ZhenYang, et al, Photoredox-Catalyzed Isomerization of Highly-Substituted AllylicAlcohols via C-H bond activation, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202000743
https://doi.org/10.1002/anie.202000743
8. Adv Sci.: NiO空穴層/鈣鈦礦之間的CsBr緩沖層
鈣鈦礦太陽能電池中界面穩定性是制約太陽能電池穩定的主要因素，壓力界面工程（strain engineering）能顯著改善界面問題。西安電子科技大學郝躍院士、常晶晶、林珍華等報道了在NiOx空穴傳輸層和鈣鈦礦層之間引入一層CsBr緩沖層，實現了消除晶格不匹配，在界面上引入應力實現了高度方向性的生長。實驗發現，CsBr緩沖層顯著緩解了界面上的陷阱和缺陷濃度，并改善了空穴傳輸性能，通過引入界面緩沖層，電池的效率提升至19.7 %，同時電池的穩定性得以改善。這種緩沖層策略為鈣鈦礦電池提供了一種新策略。
本文要點：
1）制備了基于(ITO)/NiOx/CsBr/MA1?xFAxPbI3?yCly/phenyl‐C61‐butyric acid methylester/bathocuproine/Ag結構的電池，分別通過配制0，1，2.5，5 mg mL-1的CsBr溶液在電池中引入不同的CsBr緩沖層（CsBr-0, CsBr-1, CsBr-2.5, CsBr-5）。太陽能電池性能顯示，2.5 mg mL-1的CsBr對應的電池有最好的效果，電流密度23.5 mA cm-2，開路電壓1.09 V，填充因子75 %，電池效率19.2 %。對照電池的電流密度22.7 mA cm-2，開路電壓1.07 V，填充因子74 %，電池效率17.7 %。
2）通過瞬態光電流和光電壓方法進行了測試，給出了電荷抽取壽命變化。光電流壽命顯示，CsBr緩沖層的電池有更快的衰減速度，CsBr-0：0.98 μs, CsBr-1：0.68μs, CsBr-2.5：0.64 μs, CsBr-5：0.70 μs。說明CsBr修飾層電池有更好的電荷抽取性能。在開路過程中，發現CsBr修飾層電池的電荷空穴復合過程更慢，說明CsBr能夠抑制電荷空穴的復合，并降低了界面上的缺陷濃度。XPS對電池中Ni的化學環境進行表征，發現NiO的結合能降低了0.1 eV，說明CsBr影響了Ni的給電子能力。并且CsBr降低了NiO中的NiOOH含量。通過SCLC空間電荷限制電流測試顯示，載流子濃度由9.94 × 10?3提高為1.31× 10?2 cm2 V?1 s?1。作者猜測Cs+可能摻雜到NiO中。
密度泛函結果顯示，CsBr修飾后，電池界面上的電荷差分密度提高了，并且鈣鈦礦層界面上電荷轉移由0.66 e提高為0.89 e。
BingjuanZhang, et al. NiO/Perovskite Heterojunction Contact Engineering for HighlyEfficient and Stable Perovskite Solar Cells. Adv. Sci. 2020, 1903044.
DOI：10.1002/advs.201903044
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201903044
9. AFM：梯度鈉化Alucone以穩定固態鈉金屬電池界面
全固態金屬電池(ASSMBs)因其高成本效益、高安全性、良好的室溫性能和高理論比容量等優點而備受關注，然而，堿金屬負極(如Li和Na)的高活性足以使其與大多數固態電解質(SSEs)反應，從而導致金屬-SSE界面處會發生有害反應。
有鑒于此，西安大略大學孫學良院士、Tsun-Kong Sham教授報道了通過分子層沉積法(MLD)制備出alucone薄膜，然后將其涂覆在鈉箔上，以此穩定ASSMBs中的鈉負極/電解質界面。
文章要點：
1）優化后的alucone薄膜能有效穩定Na3SbS4和Na金屬界面，有效限制了硫化物電解質(Na3SbS4和Na3PS4)的分解和Na枝晶的生長，提高了室溫全電池性能，同時，Na–Na對稱電池中的循環穩定性超過475 h。
2）利用XPS深度剖面分析，闡明了鈉/硫化物界面涂層的保護機理：在電化學循環過程中，絕緣alucone薄膜（Al-C-O）部分被鈉化，這種鈉化alucone（Na-Al-C-O）層有利于Na的沉積和Na枝晶生長的抑制。這種耦合層在抑制枝晶生長的同時，協同穩定了金屬鈉與硫化物的界面，成功地實現了具有優異電化學性能的ASSSMBs。
研究工作表明，alucone是一種有效的雙功能涂層材料，其衍生物能夠穩定固態電池的金屬/電解質界面，為快速開發高能器件和廣泛應用鋪平了道路。
ShuminZhang, et al, Gradiently Sodiated Alucone as an Interfacial StabilizingStrategy for Solid-State Na Metal Batteries. Adv. Funct. Mater., 2020
DOI:10.1002/adfm.202001118
https://doi.org/10.1002/adfm.202001118
10. Anal. Chem.：近紅外熒光探針用于對卵巢癌細胞中的溶酶體β牛乳糖進行超快成像
響應型熒光探針作為一種強有力的非侵入性疾病診斷工具，在近年來被廣泛地研究。作為一種典型的溶酶體糖苷酶，β-牛乳糖(β-gal)也是重要的原發性卵巢癌細胞的生物標志物。新加坡國立大學劉斌教授設計了一種靶向溶酶體的近紅外熒光探針Lyso-Gal用于對卵巢癌細胞(SKOV-3細胞)中的溶酶體β-gal進行成像。
本文要點：
1）Lyso-Gal在水溶液中的熒光很弱，但在與β-gal反應后會在725 nm處產生明亮的近紅外熒光。因此，Lyso-Gal可用于對卵巢癌細胞進行高選擇性成像，并且所需的檢測時間也極短。
2）與沒有溶酶體靶向能力的Hx-Gal相比， Lyso-Gal可以對SKOV-3細胞溶酶體中的β-gal進行可視化成像，并產生比Hx-Gal更加明亮的熒光。因此，這一研究工作所制備的Lyso-Gal也為檢測原發性卵巢癌細胞中的β-gal提供了一個新型的高效檢測工具。
XueqiLi. et al. Specific Near-Infrared Probe for Ultrafast Imaging ofLysosomal β?Galactosidasein Ovarian Cancer Cells. Analytical Chemistry. 2020
DOI:10.1021/acs.analchem.9b05121
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b05121
