1. Nature Chemistry（News & Views）: 20 nm超分子六方體系構建
在金屬/大分子體系中，10~100 nm范圍內的聚合物體系的構建具有較高難度，南佛羅里達大學Li Xiaopeng等通過構建了在溶液中通過分子內/分子間配位驅動自組裝過程構建了一系列六方結構超分子，并通過隧道電子顯微鏡實現原子級別的測試。北京大學王永鋒等在Nature Chemistry上對本工作刊發了新聞稿。該工作中使用絡合的釕-三吡啶分子組裝過程，形成了~20 nm寬的超分子六方體系（體系的分子量達到65 kDa）。
該體系中關鍵之處在于通過限制二維組裝過程實現，通過分子上有Br的配體通過Suzuki偶聯反應，實現了生成另一種結構的Ru金屬/有機組裝體系（Ru-N）。作者發現在該體系中加入Fe原子通過Fe-N進行分子間組裝，能夠得到六方結構。通過這種分步組裝實現了對結構的調控。
文章要點：
通常，使用STM方法對超分子材料進行表征有較高難度，通過電噴霧電離方法將超分子材料轉移到超高真空的過程中會導致大量的雜質，本工作得到了非常干凈的樣品，說明該方法得到的樣品有較高純度。
Ruoning Li, et al. Mesoscale coordination constructs. Nature Chem 2020, 12, 431-432
DOI：10.1038/s41557-020-0461-0
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0461-0
2. Nature Commun.：在碳材料上構建可識別的高活性含氧基團用于氧還原合成H2O2
過氧化氫被廣泛用作消毒劑、漂白劑、消毒劑、化工合成中的綠色氧化劑，甚至可作為潛在的能量載體。目前，大約99%的H2O2是使用多步蒽醌工藝生產的。然而，這一過程屬于能源密集型，并且只能在集中式工廠中進行。蒽醌工藝固有的復雜性使得許多研究人員開始研究一步法以實現用一個簡單的裝置在現場小規模地連續生產過氧化氫，而電化學合成是一種有效策略。無金屬氧化碳材料可以結合各種含氧官能團，具有廣泛調整性能和優化活性位點的潛力。目前的開創性的研究都采用苛刻的氧化條件來裂解強sp2C-C鍵，并加入氧官能團，這反過來又使得碳材料難以使其具有目標基團的官能化。由于普通表征方法的分辨率不足以區分相似的官能團，準確識別最活躍的官能團本身就變得困難。
有鑒于此，韓國蔚山科學技術院Feng Li，Jong-Beom Baek，加拿大卡爾加里大學Samira Siahrostami報道了一種簡便的合成方法，將醌官能團結合到碳納米結構中。為了進行比較，同時采用預活化方法制備了富羰基和醚環富集型石墨納米片(分別記為GNPC=O和GNPC-O-C)。
文章要點：
1）研究人員采用兩步法制備了邊緣氧化石墨納米片。首先是通過機械力化學同時粉碎和剝離石墨而產生自由邊緣位置。然后，用溫和的CO2氧化劑或稀釋的O2飽和反應邊緣位置。研究人員發現，當使用CO2作為氧化劑時，很容易形成羰基相關的基團。在這種情況下，所制備的產物被標為GNPC=O。即使是稀釋的O2也可以選擇作為氧化劑。在稀氧氣氛中制備了醚環(C-O-C)功能化石墨納米片(GNPC-O-C)。使用精細的表征方法，如軟XANES、XPS、FTIR和CV，證明了每個樣品都具有可識別和所需的官能團(醚環、羧基和醌)。
2）電化學測試表明，富含醌官能團(GNPC=O,1)的樣品具有較高的選擇性，0.75 V電壓時，H2O2的產率為97.8%，優于已報道的醚環和羧酸基團。
3）通過研究獨立的醌分子系統進一步證明了醌官能團的活性。最后，利用密度泛函理論(DFT)計算來模擬不同可能的醌官能團，并考察它們對ORHP的活性。結果表明，醌基團表現出很高的活性，過電位可以忽略不計。
Han, G., Li, F., Zou, W. et al. Building and identifying highly active oxygenated groups in carbon materials for oxygen reduction to H2O2. Nat Commun 11, 2209 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-15782-z
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15782-z
3. Sci. Adv.：高性能n型有機半導體合成和表征
有機半導體材料是下一代有機電子學中最重要的材料，但是n型有機半導體材料的發展比p型半導體的發展更慢，這是由于n型半導體的載流子遷移率和環境穩定性較低所導致的，并且目前符合這種穩定性和足夠遷移率的材料還沒有結果。東京大學Toshihiro Okamoto等對n型半導體的設計進行研究，發現通過引入比較特別的含有富電子N原子的π電子體系官能團，得到了高性能n型半導體有機材料。此外，這種特別的π電子結構體系對電子學性能/結構穩定性都有幫助，并且展現了較高的載流子遷移率、較好的大氣環境和熱穩定性，比目前的n型有機半導體的性能更高。
本文要點：
1）作者制作了一種BQQDI（PDI結構類似物分子），但是相對于PDI結構，BQQDI分子的能級更合適，LUMO能級由-3.81 eV降低至-4.17 eV，改善了材料的穩定性。BQQDI材料中的富電性N 原子改善了材料中電負型位點分布，改善了材料主體結構的相互作用關系。
2）對比了烷基鏈和芳基鏈對分子的影響，分別將鏈狀烷基n-C8H17和C2H4Ph芳基組裝到分子中，結果顯示材料具有較好的熱穩定性和晶體穩定性。通過計算模擬對材料的堆疊和電荷傳輸性能進行分析。結果顯示修飾C8H17的分子（7.97 kcal mol-1）比PDI本征分子（5.4 kcal mol-1）之間的相互作用更強，修飾PhC2H4-的分子（8.48 kcal mol-1）相互作用更高（因為苯環提供了另外的作用）。
3）器件的穩定性測試。對器件在長時間穩定測試結果顯示，儲存在大氣氛圍半年以上性能沒有衰減。在180 ℃中測試結果顯示，器件同樣能夠保持穩定，μe和Vth沒有改變。
Toshihiro Okamoto, et al, Robust, high-performance n-type organic semiconductors，Science Advances 2020, 6 (18), eaaz0632
DOI：10.1126/sciadv.aaz0632
https://advances.sciencemag.org/content/6/18/eaaz0632
4. Sci. Adv.：傳感器輔助排尿系統
傳感器系統能夠有效的改善失去知覺、肌肉難以控制的膀胱的排尿過程，新加坡國立大學F. Arab Hassani，N. V. Thakor等報道了提高膀胱排尿效率的傳感器系統，通過將柔性薄膜記憶合金材料的傳感器進行組裝。在該傳感系統中，傳感器能夠實時的對膀胱進行監測，并通過強排空力的執行器進行排尿。在此之前由于膀胱的體積變化作用明顯，這種傳感系統難以實現應用。
本工作中，傳感器和執行器分別工作，并互不打擾，實現了實時的膀胱管理。該系統對小鼠的膀胱儲存71 %和100 %時的排尿作用顯示敏感度達到0.7 μF/liter。該系統實現了高效的控制排尿方案，對膀胱的治療提供了一種方案。
本文要點：
1）傳感器-執行器組成結構。該傳感控制系統由柔性SMA-執行器和電容式叉指傳感器組成，傳感器中使用125 μm聚酰亞胺（PI）基底和180 μm厚的聚氯乙烯（PVC）執行器基底間使用70 μm卡普頓膠帶（Kapton tape）連接，PVC基底上負載SMA執行器，傳感器負載在PI層內部。
2）傳感器-執行器作用方式。通過連續兩次的電壓輸出刺激膀胱，首次刺激后大部分的體積得以排出，如果傳感器檢測到少量體積，會激發執行器進行二次刺激，并檢測體積變化。如果兩次檢測到的體積相似，說明發生了尿道梗阻。傳感器對壓力/張力都有響應性，對尿液的體積變化有更加精確的檢測能力。其中包裹材料的厚度對體系的工作性能起到關鍵的作用，提高組裝層厚度能提高體系的流速，但是與此同時降低了傳感器的敏感度。該體系的連續多次工作會明顯降低有效性并導致傳感器變形，但是每天4~5次的工作能夠使傳感器恢復正常狀態。對0.2~0.7 mL范圍內的膀胱工作情況進行測試，都能夠穩定工作。該系統能夠通過系統性的操作，實現對膀胱高排尿效率。這種傳感-執行系統可能應用于對血壓、心臟等器官的監測和控制。
F. Arab Hassani, et al. Soft sensors for a sensing-actuation system with high bladder voiding efficiency，Science Advances 2020, 6 (18), eaba04112
DOI：10.1126/sciadv.aba0412
https://advances.sciencemag.org/content/6/18/eaba0412
5. Chem. Rev.：費-托合成過程中以鈷催化劑為主的載體金屬的化學和熱燒結
載體金屬作為催化劑在經濟上具有重要意義的工業如汽車、化學、天然氣、石油和環境中，得到了廣泛的應用。載體金屬的燒結被定義為金屬納米晶(NCs)在熱或化學驅動力作用下的生長，同時伴隨著金屬表面積的損失。在一些相對低溫的反應中，如鈷催化劑的費托合成（FTS），燒結是催化劑失活的重要原因。有鑒于此，楊百翰大學Calvin H. Bartholomew等人綜述了納米級表面化學、表面科學、DFT、吸附量熱法、原位XRD和TEM等方面的最新進展，為催化劑燒結提供了新的見解。
本文要點：
1）研究人員提供了定性和定量估計燒結的程度和速率作為NCs的大小、溫度和氣氛的函數。除了總結以前研究中的重要，有用的數據之外，還通過添加（i）改進的模型或新模型，（ii）原始表格和數據中總結的新數據以及（iii）新的基礎知識來推動該領域的發展。
2）研究人員還證明了兩個被廣泛接受的燒結機制是如何在很大程度上相互依存，具有一定的重疊性和高度依賴于NC尺寸的，即通常情況下，小的NC燒結是通過奧斯特瓦爾德熟化快速燒結的，而較大的NC則是由于晶粒遷移和聚結而緩慢燒結的。
3）此外，還演示了在這篇綜述中討論的知識、原理和最近的進展如何應用于耐燒結金屬納米碳管的設計，并提出了改進燒結試驗設計和新研究的建議。
Mahmood Rahmati, et al. Chemical and Thermal Sintering of Supported Metals with Emphasis on Cobalt Catalysts During Fischer–Tropsch Synthesis. Chem. Rev. 2020.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00417.
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00417
6. Chem. Soc. Rev. 綜述：用于電化學儲能和轉換的塊狀COFs和COF納米片
共價有機骨架(COFs)作為一類新興的晶態多孔材料，因其孔隙率可調、骨架可修飾、原子結構精確而備受關注。此外，COFs還可以提供多種高速載流子傳輸(電子、空穴和離子)路徑，包括共軛骨架、疊層之間重疊的p電子云和具有可變化學環境的開放通道。因此，在電化學儲能(EES)和電化學轉換(EEC)方面顯示出巨大的潛力。然而，在塊狀COFs中，缺陷總是阻礙載流子導電，電子或離子很難到達深埋的活性位，因此限制了導致性能。為了解決這些問題，已經進行了大量的研究以獲得COF納米片(NSs)。
有鑒于此，北京理工大學王博教授，馮霄教授介紹了COF的最新研究進展，強調了制備2D COF納米片用于電化學應用的重要性，重點介紹了COF中電子和離子的輸運途徑，建立了COF的功能與其應用之間的聯系，并從結構設計方面對其性能進行了評價。
本文要點：
1）作者總結了COF、NSS和薄膜的合成方法，并將其分為自下而上和自上而下兩種方法。自下而上策略是制備COF NSS和薄膜的一種重要方法，其關鍵是前驅體的預組裝和限制單體之間在光滑襯底表面或兩相界面等受限空間內的縮合反應。主要包括制備單層共價有機骨架(SCOFs)；COF多層納米薄片和薄膜。自上而下的方法可以通過直接破壞相鄰COF層之間的相互作用來制備多層/單層COF NSs，是一種簡便有效的獲得NSs的方法。迄今為止，應用于COFs的剝離方法可分為四類，包括機械剝離、液體輔助剝離、自剝離和化學剝離。
2）作者總結了COFs在EES和EEC應用方面的發展，包括：（1）充電電池（作為一種高度多孔的結晶聚合物，COFs能夠儲存大量的離子，其內表面可以通過氧化還原活性中心進行定量修飾。因此，COF是一種很有潛力的電池電極材料。此外，COFS的電絕緣特性和開放的溝道使其成為固體電解質和分離器的一個有吸引力的選擇）；（2）超級電容器（COF作為電極在SCs中的應用有三種方式：(1)通過直接引入可逆氧化還原響應單元或與可逆氧化還原響應單元進行后合成來合成氧化還原活性骨架；(2)通過在導電材料的納米通道中夾雜或原位聚合導電聚合物來構建COF基復合材料，以提高其導電性和加工性；(3)將COF熱裂解形成多孔碳材料，以提高導電性和電容）；（3）電催化（氧還原反應(ORR)、析氫反應(HER)、析氧反應(OER)和CO2還原反應(CO2RR)）。
3）最后作者總結了COFs仍然存在的挑戰，并提供了一些建議。首先，作者提出了COF NSs和薄膜的合成面臨的挑戰及解決方案包括質量 、多樣性、電化學穩定性以及產率低和長生長周期等。此外，COF薄膜和NSs的結構-功能關系仍有待深入研究。其次，總結了基于COF的電化學儲能的未來研究方向。針對用于電催化的COFs提出了一些建議包括：(1)通過精確的分子設計深入研究它們的結構-功能關系；(2)仔細調節活性中心周圍環境對吸附、鍵的斷裂和形成以及脫附過程的影響；(3)通過實驗和理論計算探索反應途徑及其影響因素；4)制備周期性高、缺陷少、取向度高的COFs及其NSs，以促進其質量傳遞和電荷轉移過程；(5)增加活性中心的負載量和可及性；(6)驗證其在電化學過程后的結構演變；(7)提高它們在電催化條件下的穩定性；(8)開發可擴展的生產方法，以降低它們的成本。
Jie Li, et al, Bulk COFs and COF nanosheets for electrochemical energy storage and conversion, Chem. Soc. Rev., 2020
DOI: 10.1039/d0cs00017e
https://doi.org/10.1039/D0CS00017E
7. Adv. Sci.：快速微波退火工藝，助力高性能鈣鈦礦光伏器件
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的快速加工技術可以有效提高生產率。微波處理技術已被應用到無機和有機合成中，具有特定優勢，例如快速加熱，均勻加熱，體積加熱，節省功耗，形態優化和機械性能提高。通過使用這種新一代的加熱技術，電磁場通過偶極極化和離子傳導將能量直接傳遞給材料，從而顯著加快了反應持續時間。最近，微波合成已擴展到制備用于發光二極管的全無機鈣鈦礦納米晶體和用作光電器件電子傳輸層的金屬氧化物納米晶體。但是，通過微波輻射制備鈣鈦礦薄膜仍鮮有報道。鑒于此，西北工業大學黃維院士和南京工業大學秦天石等人報道了一種快速的微波退火工藝（MAP）代替了傳統的熱板退火工藝（HAP），鈣鈦礦的加工時間縮短至不到1分鐘。
本文要點：
1）MAP方法得益于微波輻射的穿透性和同時性，可以有效消除雜相，從而在鈣鈦礦薄膜中獲得大于1 μm的大晶粒。這些經過MAP處理的鈣鈦礦薄膜表現出純的晶相，長的電荷載流子壽命和低的缺陷密度，可在不需額外的增強劑/鈍化層的情況下大大提高PSC效率。倒置的平面PSC的功率轉換效率從18.33％（HAP）提高到21.59％（MAP），并且在環境條件下不封裝的情況下，使用壽命長達1000小時以上，具有良好的穩定性。
2） 此外，MAP可以應用于大尺寸（10 cm×10 cm）鈣鈦礦薄膜的制造，以及在環境溫度和前體濃度方面的寬容度，使其成為可重復實際制造鈣鈦礦光伏產品的可靠方法，獲得了15.1%效率。
Qing Chen et al. Rapid Microwave‐Annealing Process of Hybrid Perovskites to Eliminate Miscellaneous Phase for High Performance Photovoltaics，Adv. Sci. 2020.
DOI: 10.1002/advs.202000480
Https://doi.org/10.1002/advs.202000480
8. Angew：乙酸甲銨實現高效，穩定全無機鈣鈦礦光伏器件
具有潛在穩定性改善的全無機鹵化鉛鈣鈦礦有望成為光電應用的候選材料。但是，由于最常用的N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亞砜（DMSO）溶劑的局限性，鈣鈦礦前體溶液中的組分相互作用仍然存在基本問題。南京工業大學黃維院士，陳永華和Yingdong Xia等人報道了一種通過涉及離子液體溶劑乙酸甲銨（MAAc）的簡單而非常有效的相互作用定制策略，用于全無機CsPbI3-xBrx鈣鈦礦。
本文要點：
1）研究發現C=O與Pb2+有很強的相互作用，并且觀察到N-H…I氫鍵形成。這種相互作用可以提供穩定的鈣鈦礦前體溶液，并可以通過控制結晶而高質量生產無針孔，大晶粒和平坦的全無機鈣鈦礦薄膜。
2）在環境條件下，可以一步涂覆，無需進行反溶劑制備CsPbI3-xBrx薄膜。相應的光伏電池在連續光照下在1500 h內即可表現出17.10％的效率以及長時間的運行穩定性。
Xiaojuan Wang et al. Tailoring Component Interaction for Air‐Processed Efficient and Stable All‐Inorganic Perovskite Photovoltaic，Angew, 2020.
https://doi.org/10.1002/anie.202004256
9. AEM：擺動式摩擦納米發電機助力高效收集藍色能源
海洋波浪能是一種有前途的可再生能源，但是由于技術局限性，收集這種不規則的，“隨機的”且主要是超低頻的能源頗具挑戰性。摩擦納米發電機(TENGs)是一種潛在的、有效的收集波浪能的技術。有鑒于此，中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林等人報道了一種用于超低頻水波浪能收集的具有高能量轉換效率的高穩定性擺動結構摩擦納米發電機(SS‐TENG)。
本文要點：
1）研究人員在摩擦電介質層和電極之間設計了空氣間隙及柔性電介質電刷，以減少摩擦阻力并保持可持續的摩擦電荷，從而增強了TENG的魯棒性和耐久性。系統地揭示了SS‐TENG在各種機械觸發條件下的輸出特性，重點研究了阻尼輸出特性。
2）在此基礎上，對單觸發條件下的能量轉換效率和耐久性進行了評價。TENG的性能由外部觸發條件控制，具有88s的較長擺動時間和高能量轉換效率，并且在連續觸發400000個周期后仍保持良好的性能。此外，在應用水波觸發時，詳細研究了SS-TENG對波頻和波高的性能依賴性。
3）最終，SS-TENG設備被成功應用于數字溫度計和無線發射器，用于自供電溫度傳感和環境監測，從而證明了TENG在藍色能源方面的廣泛應用。
Tao Jiang, et al. Robust Swing-Structured Triboelectric Nanogenerator for Efficient Blue Energy Harvesting. Adv. Energy Mater. 2020, 2000064.
DOI: 10.1002/aenm.202000064.
https://doi.org/10.1002/aenm.202000064
10. AFM：具多種變形能力的磁液體微機器人
由于缺乏在微尺度上足夠柔軟的材料以及無法在制造后重新配置，因此開發具有多種變形能力的微型機器人變得極具挑戰性。有鑒于此，哈爾濱工業大學謝暉等人證明了由磁流體液滴組成的液體微機器人具有固有的可變形性，它們可以單獨控制，也可以集體控制，具有多種可編程變形能力。
本文要點：
1）液體微機器人單體(LRM)可以通過延伸穿過狹窄的通道，并通過分裂和聚結實現結垢。
2）LRMs還可以重新組裝成各種功能性的液體機器人聚合體，如微棒、微型派、微型火車、微型橡皮艇和微型滾軸。因此，他們可以對多種地形表面響應或執行各種復雜的任務。
3）基于物理的理論模型展示了多重LRM系統的動態自組裝和群體行為，有助于研究其背后的機制。
這些磁液體機器人為一些潛在的應用提供了新的解決方案，如無栓微操作和靶向藥物遞送等。
Xinjian Fan, et al. Ferrofluid Droplets as Liquid Microrobots with Multiple Deformabilities. Adv. Funct. Mater., 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202000138
https://doi.org/10.1002/adfm.202000138
11. Biomaterials：可被APN激活的近紅外光敏劑用于腫瘤光動力治療和熒光成像
光動力療法是近年來發展起來的一種有效的癌癥治療策略。然而，傳統的光敏劑對腫瘤缺乏特異性的識別能力，因此會對正常組織產生嚴重的副作用，而可被酶激活的光敏劑由于能夠實現對腫瘤的高選擇性而有望解決這一難題。APN (Aminopeptidase N, APN/CD13)是一種腫瘤標志物，由于其在多種腫瘤細胞膜表面會高表達，因此已成為一種重要的研發抗腫瘤藥物和熒光探針的靶點。大連理工大學龍颯然老師和彭孝軍院士首次開發出一種用于腫瘤成像和光動力治療的近紅外(NIR)光敏劑APN-CyI，并將其在體內外進行了成功的應用。
本文要點：
1）研究表明，APN-CyI可被腫瘤細胞中的APN激活，進而水解生成熒光CyI-OH。在近紅外光的照射下，存在于癌細胞線粒體中的CyI-OH具有較高的單態氧產率，可有效誘導癌細胞發生凋亡。
2）實驗結果表明， APN-CyI能夠在體內實現近紅外熒光成像 (λem=717nm)，并且在近紅外光照射下也具有高效的腫瘤抑制效果。
Xiao Zhou. et al. An APN-activated NIR photosensitizer for cancer photodynamic therapy and fluorescence imaging. Biomaterials. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220303355
