1. Nature Biotech. ：變形電子器件進行神經調節——更好地適應組織生長
用于調節神經系統的生物電子器件已顯示出在治療神經系統疾病方面的前景。然而，它們固定的尺寸不能適應組織的快速生長并且可能損害發育。對于嬰兒，兒童和青少年來說，一旦植入的設備不可用了，通常需要進行額外的手術來更換設備，從而導致反復的干預和并發癥。于此，斯坦福大學鮑哲南教授和Paul M. George等人通過變形電子器件解決了這一局限，變形電子器件能以最小的機械約束適應體內神經組織的生長。
本文要點：
1）研究人員設計和制造多層變形電子器件，該器件由粘塑性電極和應變傳感器組成，可消除電子器件與生長組織之間的界面處的應力。植入手術中使電子設備變形以自我修復的能力可實現可重構且無縫的神經接口。
2）在大鼠最快的生長期間，大鼠神經直徑增長了2.4倍，但變形電子設備對大鼠神經造成的損害也很小，并允許長期電刺激和監測2個月，而不會中斷功能行為。變形電子器件為適應兒科電子醫學提供了一條途徑。
Liu, Y., et al. Morphing electronics enable neuromodulation in growing tissue. Nat Biotechnol (2020).
https://doi.org/10.1038/s41587-020-0495-2
2. Nature Energy：設計電解質以構筑富含LiF的固體-電解質界面，助力高性能微米顆粒合金負極
具有Si，Al或Bi微米（超過10 μm）微粒負極的鋰電池具有高容量，易于生產，低成本和低環境影響的優點，但它們也具有快速降解和庫侖效率低的缺點。
有鑒于此，馬里蘭大學王春生教授，美國陸軍研究實驗室Oleg Borodin報道了通過合理設計的電解質（在四氫呋喃和2-甲基四氫呋喃的1：1 v/v混合物中的2.0 M LiPF6）可以進行100次充滿完整電池的循環，該電池由帶有商用LiFePO4和LiNi0.8的超細Si，Al及Bi負極和Co0.15Al0.05O正極組成。
文章要點：
1）與合金材料接觸的SEI內層是純無機材料，與鋰化合金的界面能高，機械強度高，以適應合金負極的大體積變化。同時，該電解質能夠在微型合金負極上選擇性地形成這樣的LiF-有機雙層SEI，從而使SiMPs，AlMPs和BiMPs在SEI殼內進行彈性和塑性變形。
2）電解質中的SiMPs在400多個循環中具有2800 mAh g-1和5.6 mAh cm-2的高容量，初始CE為91％，循環CE超過 99.9％。SiMP//LFP全電池在大于2.0 mAh cm-2的實際容量下，具有接近100％的高循環CE，循環壽命超過 100次。AlMP//LFP，BiMP//LFP和SiMP//NCA全電池的初始循環也顯示出穩定且優異的性能。
3）通過形成高模量的LiF-有機雙層界面，可以促進電極材料性能，其中LiF與合金負極具有很高的界面能，以適應鋰合金在循環過程中的塑性變形。
這項工作為當前的電池技術提供了一種簡單而實用的解決方案，而無需任何粘合劑的修改或特殊的制造方法。
Chen, J., Fan, X., Li, Q. et al. Electrolyte design for LiF-rich solid–electrolyte interfaces to enable high-performance microsized alloy anodes for batteries. Nat Energy (2020).
DOI：10.1038/s41560-020-0601-1
https://doi.org/10.1038/s41560-020-0601-1
3. Nature Catalysis：在氟修飾的銅上通過氫輔助的C-C鍵偶聯將CO2電催化還原為乙烯和乙醇！
將二氧化碳轉化為燃料和化學物質具有巨大的潛力，可以減輕化石資源的消耗并減少碳排放量。由二氧化碳合成多碳（C2+）產品（例如乙烯和乙醇）具有很大的吸引力，因為這些產品在化學和能源行業中具有多功能性。電催化將CO2還原為多碳（C2+）產品是利用CO2的極具希望的途徑。但是，由于在高CO2轉化率下C2+選擇性有限，C2+產品的收率仍然很低。
有鑒于此，廈門大學的王野教授，程俊教授以及張慶紅教授開發了一種氟修飾的銅催化劑，該催化劑在電催化CO2還原成C2+（主要是乙醇和乙烯）產物中表現出優異的性能。
本文要點：
1）通過溶劑熱法合成的Cu(OH)F前驅體，隨后通過電還原法制備了氟修飾的銅催化劑，XPS表征確定催化劑表面氟的含量為~6mol%。
2）使用氣體擴散電極的流通池對氟修飾的銅催化劑進行電催化CO2RR性能測試，主要由產物為乙烯和乙醇組成的C2+產物。F-Cu催化劑在-0.54 V vs.RHE下的電流密度為800 mA cm-2時，C2+產物的FE為84％。ECE達到55％。在?0.89 V vs.RHE下，0.75 M KOH中，電流密度達到1600 mA cm-2，C2+ FE為80％，C2+生成速率為4,013 μmol h-1 cm-2，這是迄今為止的最高值。此外，基于摩爾碳的C2+選擇性達到了85.8％（乙烯為65.2％，乙醇為15％），單程C2+收率為16.5％。
3）對鹵素改性的銅催化劑如何將CO2RR電催化生成C2+，提出了氫輔助的C-C耦合機理，吸附的CO和CHO物種是關鍵的反應中間體，H2O活化為特別的氫物種也是很重要的一步。鹵素促進了H2O的活化，CO的吸附和鹵素在銅表面的吸附也促進了CO的氫化。吸附的CHO物種的耦合可以很容易地在銅表面上進行。
4）此發現為設計具有實際應用潛力的高活性和選擇性CO2電還原催化劑提供了機會。
Wenchao Ma et al， Electrocatalytic reduction of CO2 to ethylene and ethanol through hydrogen-assisted C–C coupling over fluorine-modified copper. Nat. Catal. (2020)
DOI: 10.1038/s41929-020-0450-0
https://doi.org/10.1038/s41929-020-0450-0
4. Nature Chemistry：室溫下穩定的硅羰基配合物
具有高能級供體軌道和低能級受體軌道的主族元素化合物可以模擬過渡金屬化學中的化學鍵基序和反應模式，包括小分子活化和催化反應。一價的第13族化合物和二價的第14族化合物，特別是硅烯，被證明是用于此目的的極好的候選物。然而，過渡金屬配合物最常見的反應之一是與一氧化碳的直接反應生成室溫下可分離的羰基配合物，這在主族元素化學中是未見報道的。近日，德國杜伊斯堡-埃森大學Stephan Schulz，吉森大學Peter R. Schreiner等報道了一種室溫穩定的硅羰基配合物[L(Br)Ga]2Si:–CO（L = HC [C(Me) N(2,6-iPr2-C6H3)] 2）的合成， X射線單晶結構和密度泛函理論計算。
本文要點：
1）作者將LGa與SiBr4反應生成L(Br)GaSiBr3，L(Br)GaSiBr3 進一步與等當量LGa 反應生成[L(Br)Ga]2SiBr2，[L(Br)Ga]2SiBr2在C6H6中，60℃下，與LGa反應生成[L(Br)Ga]2Si:，再對[L(Br)Ga]2Si:直接進行羰基化生成了室溫下穩定的硅羰基配合物[L(Br)Ga]2Si:–CO。
2）作者培養出了[L(Br)Ga]2Si:–CO的單晶，得到了該化合物的X射線單晶結構。
3）研究發現，[L(Br)Ga]2Si:–CO與H2和PBr3可進行鍵活化反應，而與環己基異氰化物的反應則通過CO取代進行。
Chelladurai Ganesamoorthy, et al. A silicon–carbonyl complex stable at room temperature. Nat. Chem., 2020,
DOI: 10.1038/s41557-020-0456-x
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0456-x
5. Nature Commun.：Au單原子與納米多孔Au的動態共催化甲烷熱解
納米催化劑和單原子催化劑對于非均相催化都是至關重要的。它們被認為是兩種不同類別的催化劑。然而，最近的理論工作表明，Au納米顆粒/團簇在CO氧化中釋放Au單原子，并且它們共同催化氧化。然而，迄今為止，既沒有報道過助催化的實驗證據，也沒有直接觀察到單原子催化劑的任何非均相催化過程。
有鑒于此，天津理工大學丁軼教授，羅俊教授，云南大學Guangzhi Hu報道了通過具有高時空分辨率的原位透射電子顯微鏡研究納米多孔金催化甲烷熱解的動力學過程。
文章要點：
1）在直流等離子增強化學氣相沉積（dc-PECVD）中，使用NPG作為催化劑，在580°C下進行異位催化CH4熱解反應。CH4，Ar和H2的流速分別為50、200和20 sccm（sccm是標準立方厘米每分鐘），其腔室壓力為5 mbar。
2）通過常規掃描電子顯微鏡（SEM）和TEM技術（包括掃描TEM（STEM）的高角度環形暗場（HAADF）成像）研究異位反應前后NPG的結構。NPG樣品通過脫合金制備，具有雙連續孔隙通道和韌帶，樣品的平均韌帶尺寸約為50 nm。HRTEM圖像 表明NPG樣品具有標準的Au晶體結構，其韌帶表面清潔。反應后，大多數孔變大，一些韌帶變細，另一些則變粗，所有韌帶的表面都產生了無定形碳，而韌帶仍為金物種。
3）使用原位HRTEM表征了346°C下NPG上CH4熱解反應的動態過程。原位表征發現，在兩種類型的表面區域中，無定形碳的厚度均不斷增加，這表明催化CH4熱解反應在表面連續發生。同時，兩個NPG韌帶的直徑連續減小，表明它們的表面連續崩解，而殘留韌帶中的晶體結構仍為Au。變薄的NPG韌帶的直徑減小表明Au SAs的大量出現，是由于大量的Au原子從變薄的韌帶表面釋放出來，然后作為SAs分散在不定型碳層中。同時，粗化韌帶的直徑增加表明一些Au SAs回到了韌帶上。
4）密度泛函理論（DFT）計算結果表明無定形碳中的C原子可以吸附在Au晶體的表面上，并且它們與晶體表面的相互作用將Au原子拉出了表面，從而導致Au SAs的形成。
Xi, W., Wang, K., Shen, Y. et al. Dynamic co-catalysis of Au single atoms and nanoporous Au for methane pyrolysis. Nat Commun 11, 1919 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-15806-8
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15806-8
6. Chem. Soc. Rev.：人造微納米機器的協同行為: 從相互作用到與環境的作用
自然界中生物體的協同行為啟發了人造微納米機器的設計，這種人造微納米機器通常模仿生物群體運動的方法和對環境的響應。設計和開發微納米機器的協同行為將帶來同步操作、多任務處理和對各種環境適應性等多種優勢。類似于生物系統中的宏觀組織，可以假設個體之間的相互作用遵循簡單的規則，并且它們感知和響應環境的能力對于實現微納米機器之間的協同行為至關重要。有鑒于此，中國礦業大學王虹教授等人，著重從個體-個體和個體-環境相互作用兩個方面來綜述了微納米機器的協同行為。
本文要點：
1）首先從個體-個體和個體-環境相互作用兩方面介紹了微納米機器的協同行為的研究進展。然后對可能有助于在微納米機器之間誘導協同行為的相互作用進行了分類和說明。
2）經過十多年的研究，微納米機器的發展已經到了需要強調群體層面行為而不僅僅是個體層面性能的地步。協同行為相對于個體行為具有多種優勢，例如群體的協同并行操作可以高效完成單個微納米機器難以勝任的任務。群體的協同行為來自于微納米機器與其同伴以及它們所處的環境的相互作用。
3）盡管在群體行為方面做出了相當大的努力，但對微納米機器協同行為的研究仍處于萌芽階段。為了設計一種具有精確控制的微納米機器群，群體中的每個單元都應該具有傳感、信息處理、運動和通信的能力。受當前的微納米加工技術的限制，微納米機器的結構僅限于具有簡單幾何形狀和部件的微納米物體。為實現群體級層次行為，許多方面都有待進一步改進。在同伴交互方面，現有的微納米機器之間的簡化交互已經不能滿足協同行為的要求。相互作用過程中的隨機性對群體的精確控制提出了挑戰。
總之，通過強調在設計和相互作用方面取得的進展，該工作有望促進以協同方式工作的人工微納米機器的設計。
Hong Wang et al. Coordinated behaviors of artificial micro/nanomachines: from mutual interactions to interactions with the environment. Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/C9CS00877B
https://doi.org/10.1039/C9CS00877B
7. Chem. Soc. Rev.：用于電化學水分解的低尺寸金屬納米結構
低尺寸（一維和二維）的金屬納米結構具有獨特的結構特征以及獨特的電子和物理化學特性，包括高縱橫比，高比表面積，高表面不飽和原子密度和高電子遷移率。這些獨特的特性使其在表面相關應用（例如電化學水分解）方面具有顯著優勢。有鑒于此，蘇州大學黃小青教授綜述了用于電化學水分解的低維金屬納米結構的最新研究進展，包括氫析出反應（HER）和氧析出反應（OER）。
文章要點：
1）研究人員總結了包括HER和OER在內的水分解的電化學。還從催化機制和活性方面闡述了對HER和OER的基本理解。
2）研究人員概述了通過不同方法合成1D和2D金屬納米結構的進展，包括（1）有機配體輔助合成（多樣化的納米結構，操作簡便；通常需要昂貴的有機前體）；（2）水熱/溶劑熱合成（設置簡單，操作簡便，大規模合成；通常需要影響催化性能的表面活性劑；受限產品（非金屬））；（3）一氧化碳（CO）限制生長（容易獲得高質量的二維納米片；但僅限于二維納米結構及釋放有毒的一氧化碳）；（4）全能還原和模板化生長（易于產生二維納米結構陣列，大規模合成 限于二維納米結構；主要在非貴金屬納米結構上，僅限于堿性電解液）。
3）基于目前的研究進展，研究人員重點介紹了用于改善一維和二維金屬納米結構（包括純金屬和金屬基納米材料）的HER和OER的策略包括：（1）合金化（增強和優化催化劑電化學性能的常用方法）；（2）結構設計（特殊的結構設計也是構造高效電催化劑的有效策略。特殊結構通常可以固有地改變催化劑的電子結構，從而顯著提高電化學性能）；（3）表面工程（催化劑的表面狀態（例如表面吸附物）將直接且顯著影響催化劑與水分子之間的相互作用，從而決定了催化劑的電化學性能）；（4）界面工程（通過構建異質納米結構，可以在雜化催化劑的大量納米級界面上產生協同效應）；（5）應變工程（調整表面電子結構和化學反應性來增強材料電化學性能）每種策略都展示了潛在的結構-特性相關性，旨在提供對工作機理的深入了解，從而指導用于水分解的更有效的金屬電催化劑的設計。
4）研究人員提出了電化學水分解和1D/2D金屬電催化劑發展的挑戰和前景包括，材料合成，機理研究，性能提升以及催化劑成本等。
Leigang Li, et al, Metallic nanostructures with low dimensionality for electrochemical water splitting, Chem. Soc. Rev., 2020
DOI：10.1039/D0CS00013B
https://doi.org/10.1039/D0CS00013B
8. JACS：一種合成亞2 nm顆粒的新型方法
美國西北大學Chad A. Mirkin院士等人描述了一種在基板上合成均勻的亞2 nm顆粒陣列的新方法。
本文要點：
1）通過使用蘸筆納米光刻法制備這樣的顆粒，以制備由金屬配位的聚合物組成的納米反應器；設計每個聚合物鏈上只有一個金屬原子的聚合物；有系統地將納米反應器的體積控制在yoctoliter規模以下；通過熱退火將每個納米反應器轉變成金屬納米顆粒。
2）這項研究中的聚合物設計至關重要，因為它允許通過調節聚合物反應器的體積來嚴格控制納米顆粒的大小，這與聚合物鏈的數量以及金屬原子的數量有關。不同金屬官能化聚合物的混合物用于合成超小合金顆粒。
本文所描述的技術和結果為利用這些新型聚合物系統地探索這類重要納米材料在許多領域的性能和用途指明了方向。
Peng-Cheng Chen, et al. Chain-End Functionalized Polymers for the Controlled Synthesis of Sub-2 nm Particles. Journal of the American Chemical Society 2020.
DOI: 10.1021/jacs.0c02244
https://doi.org/10.1021/jacs.0c02244
9. JACS: 精確調控M6L12和M12L24納米球邊緣的電子轉移速率
在超分子籠等限域空間內的催化作用正迅速得到發展。除了經典方法（如精確調節配位體的空間和電子性質）以外，還可以使用第二配體球策略來控制過渡金屬催化劑的選擇性和活性。目前僅報道了超分子籠中的一些電催化反應，而沒有關于封裝在超分子籠中的氧化還原活性物質的電子轉移動力學和熱力學的相關研究。
有鑒于此，阿姆斯特丹大學的Joost N. H. Reek教授等人，證明了封裝在M6L12和M12L24超分子組裝物中的氧化還原活性物質電子轉移的可行性。
本文要點：
1）制備了M6L12和更大的M12L24（M = Pd或Pt）納米球，并被包裹在其空腔中的不同數量的氧化還原活性探針功能化，可以通過不同類型的連接劑(靈活、剛性和共軛或剛性和非共軛)以共價方式或通過超分子氫鍵相互作用存在。
2）可以通過納米球邊緣的電化學電子轉移來解決氧化還原探針，并描述了該過程的熱力學和動力學。
3）研究表明，超分子籠中的連接劑類型和氧化還原探針的數量是精確調節電子傳輸速率的有效策略。隨著納米層中氧化還原物質的增多，氧化還原速率呈指數下降趨勢。另一方面，電子傳輸熱力學不受氧化還原探針封裝的影響。
總之，該工作對電活性催化劑的封裝和此類超分子組裝體的電催化應用具有重要的借鑒意義。
Riccardo Zaffaroni et al. How to Control the Rate of Heterogeneous Electron Transfer Across the Rim of M6L12 and M12L24 Nanospheres. J. Am. Chem. Soc., 2020.
DOI: 10.1021/jacs.0c01869
https://doi.org/10.1021/jacs.0c01869
10. iScience：多孔生物模板氧化石墨烯/MgMn層狀雙氫氧化物復合材料綠色處理廢水中的磷酸鹽
由于工業，農業和家庭活動，磷酸鹽通常存在于廢水中，并可能導致水富營養化并危害水生生物。在各種去除廢水中的磷酸鹽策略中，吸附法被認為是最實用的技術之一，其具有高效，簡便，成本效益高且不產生其他有害廢物的優點。由二價（M2+）和部分取代的三價（M3+）陽離子的層狀氫氧化物組成的LDH作為綠色可持續的材料，在去除環境物質，有機分子降解和能源生產等領域的應用受到了廣泛的關注。
然而，仍然需要開發一種經濟的LDH合成方法，以高表面積，高選擇性和高吸附能力吸收磷酸鹽。有鑒于此，臺灣清華大學戴念華教授，杜克大學Po-Chun Hsu報道了采用藤黃葉子作為天然生物模板制備了一種磷酸鹽選擇性可持續的新型吸附劑。
文章要點：
1）原位生長MgMn層狀雙氫氧化物（MgMn-LDH）在以葉子為模板的氧化石墨烯（GO），以獲得L-GO/MgMn-LDH。煅燒后，該復合材料（L-GO/MgMn-LDH-300）顯示出分層的多孔結構和對磷酸鹽的選擇性識別，這實現了顯著高且可回收的選擇性磷酸鹽吸附容量和解吸速率，分別為244.08 mg-P g-1和85.8％。
2）通過原位透射電子顯微鏡（TEM）觀察到了煅燒過程中LDHs的詳細變化。
3）研究人員還研究了在藤黃葉，雙黃酮類和三萜類化合物中促進磷酸鹽吸附和化學成分抗菌能力的作用。這些結果表明，所提出的生物模板吸附劑對于商業廢水處理中的磷可持續性是實用且環保的。
Yi-Ting Lai, et al, Green Treatment of Phosphate from Wastewater Using a Porous Bio-templated Graphene Oxide/MgMn-Layered Double Hydroxide Composite, ISCIENCE (2020),
DOI：10.1016/j.isci.2020.101065
https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101065
11. AM：新興智能電子用纖維素基柔性功能材料
目前，人們對個性化移動設備、人機界面單元、可穿戴醫療保健系統和仿生智能機器人等柔性電子產品的需求量巨大且不斷增長。纖維素是一種眾所周知的天然生物高聚物，具有低成本、可再生性、易加工性和生物降解性，以及誘人的機械性能、介電性、壓電性和可兌換性。由于纖維素具有多種優點，它常被用作柔性電子器件的基板、粘合劑、介電層、凝膠電解質和衍生碳材料。利用纖維素的優勢設計先進的功能材料將對便攜式智能電子產品產生重大影響。
近日，東北林業大學于海鵬教授和中南林業科技大學吳義強教授在Advanced Materials上合作發表綜述文章，介紹了近年來在便攜式智能電子中利用各種納米結構和形式的纖維素作為柔性功能材料的研究進展。
本文要點：
1）闡述了纖維素獨特的分子結構和納米結構（納米晶、納米纖維、納米片等），綜述了纖維素材料的結構-性能-應用關系，并思考了纖維素基柔性電子器件的制備工藝。
2）介紹了纖維素基功能材料在新興智能電子設備領域的最新研究進展，包括柔性傳感器、光電設備、場效應晶體管、納米發電機、電化學儲能設備、仿生電子皮膚和生物檢測設備。
3）展望了纖維素基可穿戴器件和生物電子系統的潛在挑戰和發展前景。
Dawei Zhao, et al. Cellulose‐Based Flexible Functional Materials for Emerging Intelligent Electronics. Advanced Materials, 2020.
DOI：10.1002/adma.202000619
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000619
