1. Science：Bryostatin 3的全合成
海洋天然產(chǎn)物中，Bryostatin family一類分子展現(xiàn)了廣泛的藥物活性類應(yīng)用，但是對(duì)其藥效來(lái)源的闡述仍具有難度。該類分子中含有三個(gè)6元小環(huán)組成的大環(huán)，其中bryostatin 3分子結(jié)構(gòu)及其特殊，因?yàn)槠渲蓄~外具有一個(gè)稠合內(nèi)酯環(huán)（fused lactone ring）。在21種不同的bryostatin分子中，目前有9種不同的路線合成bryostatin分子，但是目前bryostatin 3的合成方法只有一種，并且需要多達(dá)43步過(guò)程（總步驟達(dá)到88步）。
斯坦福大學(xué)Barry M. Trost等報(bào)道了對(duì)bryostatin 3分子的合成過(guò)程，通過(guò)炔烴偶聯(lián)連接三個(gè)主要組分，不對(duì)稱二羥基化反應(yīng)，炔丙基化反應(yīng)構(gòu)建了分子的立體結(jié)構(gòu)。通過(guò)22步過(guò)程（總共31步）實(shí)現(xiàn)了bryostatin 3的合成。該合成中炔烴的應(yīng)用是關(guān)鍵。
本文要點(diǎn)：
1）2-烯戊腈通過(guò)羥基化生成對(duì)應(yīng)的二醇，隨后和1，1-二甲氧基環(huán)戊烷反應(yīng)，對(duì)醇基進(jìn)行保護(hù)。隨后在-78 ℃的乙醚中反應(yīng)將腈轉(zhuǎn)化為醛基。隨后將醛基轉(zhuǎn)化為烯碘鍵。通過(guò)在PdCl2dppf催化中將烯碘上的C-I鍵轉(zhuǎn)化為烯炔。對(duì)烯官能團(tuán)進(jìn)行羥基化，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的二醇。
2）將異丙基乙炔作為反應(yīng)物，分別對(duì)炔基氫轉(zhuǎn)化為TES，在異丙基碳上引入醛基，隨后通過(guò)和溴乙烯乙基醚在-78 ℃的乙醚中反應(yīng)加成到醛基上。在NaHSO4中將其中的烯醇官能團(tuán)水解轉(zhuǎn)化為醛基，隨后和Bpin取代的炔在Cu(II)/LiOtBu催化體系中反應(yīng)，在分子中構(gòu)建炔基，形成雙炔分子4。隨后通過(guò)4和5分子中的烯、炔官能團(tuán)之間加成反應(yīng)（alkene-alkyne coupling）構(gòu)建氧雜六元環(huán)。隨后再PPTS的甲醇溶液中對(duì)分子中的羰基再次構(gòu)建6元氧雜環(huán)，得到雙氧雜六元環(huán)2分子。
3）2和3再Pd(OAc)2/TDMPP催化體系中進(jìn)行炔的偶聯(lián)反應(yīng)，隨后再AuCl(IPr)/AgSbF6催化體系中進(jìn)行分子內(nèi)的羥基對(duì)炔加成，構(gòu)建六元烯醇環(huán)結(jié)構(gòu)，隨后分別通過(guò)二醇脫保護(hù)/選擇性TBS羥基保護(hù)，將端基酯轉(zhuǎn)化為酸，隨后進(jìn)行分子內(nèi)酯化閉環(huán)反應(yīng)，生成大環(huán)結(jié)構(gòu)1分子。隨后對(duì)1分子中的烯醇六元環(huán)上的烯通過(guò)環(huán)氧化/環(huán)氧鍵開(kāi)環(huán)生成羥基/在羥基上轉(zhuǎn)化為酯/對(duì)分子中的OMe/OTBS脫保護(hù)，得到最終產(chǎn)物。
Barry M. Trost, et al. Total synthesis of bryostatin 3，Science 2020
DOI：10.1126/science.abb7271
https://science.sciencemag.org/content/368/6494/1007
2. Science：自動(dòng)化流動(dòng)化學(xué)合成蛋白質(zhì)，速度趕上核糖體！
化學(xué)蛋白質(zhì)合成可以在蛋白質(zhì)骨架的精確位置上系統(tǒng)整合一種或多種非天然氨基酸，從而可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)功能關(guān)系研究。但是，固相肽合成（SPPS）通常限于50個(gè)殘基的肽，因此，化學(xué)蛋白質(zhì)合成需要天然的化學(xué)連接（NCL）反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)未受保護(hù)肽片段在溶液中的化學(xué)選擇性偶聯(lián)。這種組合的多步驟方法通常需要至少三個(gè)肽片段的合成和順序連接才能獲得蛋白質(zhì)，這一過(guò)程仍然比較費(fèi)力。
有鑒于此，麻省理工學(xué)院B. L. Pentelute等人報(bào)道了一種高效的化學(xué)反應(yīng)，與一種自動(dòng)快速流動(dòng)儀器相匹配，用于直接制造長(zhǎng)達(dá)327個(gè)連續(xù)反應(yīng)的164個(gè)氨基酸的肽鏈。這臺(tái)機(jī)器很快：肽鏈的延伸在幾小時(shí)內(nèi)就完成了。
本文要點(diǎn)：
1）首先使用30個(gè)殘基的胰高血糖素樣肽1作為測(cè)試，為每種氨基酸摻入建立了特定的最佳條件集。然后，他們將優(yōu)化的程序應(yīng)用于9種不同蛋白質(zhì)的合成，從而建立了通過(guò)自動(dòng)化快速流肽合成（automated fast-flow peptide synthesis，AFPS）技術(shù)進(jìn)行總化學(xué)蛋白質(zhì)合成的通用方案。與通過(guò)生物表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)進(jìn)行的比較分析證實(shí)，在這項(xiàng)研究中獲得的合成蛋白質(zhì)表現(xiàn)出相似的結(jié)構(gòu)和功能。
2）除了其令人印象深刻的速度外，這項(xiàng)新技術(shù)還使AFPS技術(shù)可達(dá)到的肽大小極限提高了三倍。這一進(jìn)展將促進(jìn)未來(lái)蛋白質(zhì)合成的努力，并影響多個(gè)研究領(lǐng)域。將AFPS技術(shù)與現(xiàn)有的NCL方法結(jié)合使用，可以在單個(gè)連接反應(yīng)后遞送> 300個(gè)殘基的蛋白質(zhì)。
3）此外，不難想象，對(duì)各種各樣的非天然氨基酸殘基進(jìn)行了類似的優(yōu)化工作，將其效用范圍擴(kuò)展到目前的范圍之外，并可能產(chǎn)生生物方法無(wú)法獲得的全非天然蛋白質(zhì)模擬材料。在這方面，它不僅會(huì)趕上核糖體能力，而且會(huì)超越核糖體能力。
N. Hartrampf et al., Synthesis of proteins by automated flow chemistry. Science 368, 980 (2020).
DOI: 10.1126/science.abb2491
https://doi.org/10.1126/science.abb2491
3. Science：電信號(hào)控制細(xì)胞表達(dá)
細(xì)胞，組織和有機(jī)體等生物學(xué)分支中細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的遠(yuǎn)程調(diào)控在制藥和生物制造中有廣泛應(yīng)用，外部調(diào)節(jié)生物過(guò)程的方法通常需要對(duì)基因進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)正交平臺(tái)在光、磁、機(jī)械力學(xué)方法能遠(yuǎn)程調(diào)控細(xì)胞。一系列不同方式的技術(shù)被用于調(diào)控細(xì)胞信號(hào)，通過(guò)對(duì)細(xì)胞作用過(guò)程的深入研究并發(fā)展了相關(guān)治療技術(shù)，通過(guò)外部的刺激能對(duì)對(duì)單種/多種細(xì)胞過(guò)程進(jìn)行離子通道、生產(chǎn)蛋白質(zhì)、神經(jīng)回路調(diào)制進(jìn)行控制。
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Martin Fussenegger等最近在Science上報(bào)道了通過(guò)電化學(xué)方法通過(guò)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞的功能的控制，并制作了可穿戴設(shè)備，能夠從生物編輯后的細(xì)胞中釋放胰島素（insulin），控制體內(nèi)血糖濃度。倫斯勒理工學(xué)院Jonathan S. Dordick等對(duì)本工作在Science上進(jìn)行總結(jié)報(bào)道。
本文要點(diǎn)：
通過(guò)對(duì)細(xì)胞編輯，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞對(duì)電化學(xué)信號(hào)的響應(yīng)，受到電刺激后通過(guò)電壓控制的離子通道等受體（receptor）作用。Krawczyk等通過(guò)電壓控制的Ca通道（Cav1.2）和向內(nèi)糾正的鉀通道（Kir2.1）建立完整的電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)個(gè)體胚胎腎細(xì)胞的表達(dá)，通過(guò)控制方波脈沖電壓的電壓值、電壓脈沖時(shí)常實(shí)現(xiàn)。作者在1型糖尿病老鼠中成功進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)能夠?qū)鲜篌w內(nèi)的血糖濃度有效控制。此外作者構(gòu)建了有胰島素分泌功能的單克隆胰腺b細(xì)胞系（monoclonal pancreatic b cell line，Electroβ cells）與血糖脫離響應(yīng)關(guān)系的體系，并在該體系中通過(guò)電信號(hào)控制，該體系能夠持續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)數(shù)周。通過(guò)無(wú)線激發(fā)（通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，不管你在何處，當(dāng)監(jiān)測(cè)到生理信號(hào)異常）能夠控制電信號(hào)激發(fā)儲(chǔ)存的胰島素在數(shù)分鐘內(nèi)對(duì)血液中的葡萄糖濃度進(jìn)行控制。
1. Matthew I. Brier, et al. Remote activation of cellular signaling，Science 2020
DOI：10.1126/science.abb9122
https://science.sciencemag.org/content/368/6494/936
2. Krzysztof Krawczyk, et al. Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice，Science 2020
DOI：10.1126/science.aau7187
https://science.sciencemag.org/content/368/6494/993
4. Nature新聞：SrTiO3光催化劑分解水體系接近100 %量子效率
通過(guò)光能的應(yīng)用分解水從中獲取H2中難以應(yīng)用，這是由于催化劑的效率較低導(dǎo)致，目前的半導(dǎo)體光催化劑系統(tǒng)中的光轉(zhuǎn)化效率普遍低于10 %，這是因?yàn)楣獯呋到y(tǒng)較為復(fù)雜，并且光催化劑需要對(duì)多種性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化和協(xié)同（過(guò)程包括：吸光、電荷/空穴分離、電荷/空穴傳輸?shù)酱呋瘎?水界面上、分解水）。同時(shí)一些副反應(yīng)會(huì)抑制總體的轉(zhuǎn)換活性和效率。
目前Kazunari Domen教授等發(fā)現(xiàn)了一種光催化系統(tǒng)，催化劑實(shí)現(xiàn)了接近完美的催化反應(yīng)活性。薩爾茨堡大學(xué)Simone Pokrant對(duì)最近日本東京大學(xué)Domen教授在SrTiO3光催化劑的工作進(jìn)行總結(jié)和評(píng)述，并以新聞稿形式發(fā)表在最近的Nature上。
目前的半導(dǎo)體光催化劑系統(tǒng)中的光轉(zhuǎn)化效率普遍低于10 %，這是因?yàn)楣獯呋到y(tǒng)較為復(fù)雜，并且光催化劑需要對(duì)多種性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化和協(xié)同（過(guò)程包括：吸光、電荷/空穴分離、電荷/空穴傳輸?shù)酱呋瘎?水界面上、分解水）。同時(shí)一些副反應(yīng)會(huì)抑制總體的轉(zhuǎn)換活性和效率。
光催化劑的表征中關(guān)鍵因素是內(nèi)量子效率（internal quantum efficiency, IQE），理想條件是量子效率在催化反應(yīng)中達(dá)到100 %。實(shí)驗(yàn)中通常測(cè)試得到的數(shù)據(jù)是外量子效率（external quantum efficiency, EQE）：反應(yīng)得到的氫氣和反應(yīng)器接收到的光子之間的比值。
本文要點(diǎn)：
1）東京大學(xué)Domen教授對(duì)SrTiO3這種光催化劑進(jìn)行研究，這種材料是1977年首次發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于光催化分解水，雖然SrTiO3是一種只能夠用紫外光進(jìn)行催化的材料，但是其研究較深入，通過(guò)對(duì)其研究能夠?qū)α孔有实葥p失問(wèn)題進(jìn)行研究。
2）作者對(duì)材料中量子效率的損失過(guò)程進(jìn)行研究，特別通過(guò)提高催化劑的晶化抑制電荷空穴復(fù)合過(guò)程、對(duì)催化劑進(jìn)行Al摻雜從而降低材料中的缺陷濃度，特別是Ti3+。此外，作者通過(guò)晶面設(shè)計(jì)工程在合適的晶面上修飾Rh/Cr2O3共催化劑，提高生成H2的催化反應(yīng)效率，在高晶面負(fù)載CoOOH上改善催化生成O2的效率。并且通過(guò)在Rh催化劑上負(fù)載CrOx殼對(duì)氧還原等副反應(yīng)進(jìn)行抑制。通過(guò)熔鹽法處理?yè)诫sAl的SrTiO3提高晶化程度，改善載流子傳輸。以上的多種方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了利用350~360 nm的紫外光外量子效率達(dá)到96 %。
1. Simone Pokrant, An almost perfectly efficient light-activated catalyst for producing hydrogen from water，Nature 2020, 581, 386-388
DOI：10.1038/d41586-020-01455-w
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01455-w
2. Tsuyoshi Takata, et al. Photocatalytic water splitting with a quantum efficiency of almost unity， Nature 2020, 581, 411-414
DOI：10.1038/s41586-020-2278-9
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2278-9
5. Nature Materials: 柔性生物電子系統(tǒng)材料作為慢性神經(jīng)界面
可以用作長(zhǎng)期穩(wěn)定，高性能的電子記錄和刺激接口的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)其他部分的工程系統(tǒng)，具有跨宏觀區(qū)域的細(xì)胞水平分辨率，是神經(jīng)科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)界廣泛關(guān)注的問(wèn)題。用于這些目的的生物相容性材料的開(kāi)發(fā)和柔性植入物的設(shè)計(jì)仍然面臨挑戰(zhàn)，最終目標(biāo)是達(dá)到接近常規(guī)基于晶圓技術(shù)的性能屬性以及達(dá)到人類壽命的工作時(shí)間規(guī)模。美國(guó)西北大學(xué)John A. Rogers院士等人綜述了作為慢性神經(jīng)界面的柔性生物電子系統(tǒng)材料相關(guān)內(nèi)容。
本文要點(diǎn)：
1）這篇綜述總結(jié)了該領(lǐng)域的最新進(jìn)展，重點(diǎn)是主動(dòng)和被動(dòng)組成材料，設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)和集成方法，支持必要水平的生物相容性，電子功能，生物流體的長(zhǎng)期穩(wěn)定操作和體內(nèi)使用的可靠性。
2）對(duì)生物電子系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)查，該系統(tǒng)能夠以高時(shí)空分辨率在大面積上進(jìn)行多重電生理繪圖，特別關(guān)注那些在活體動(dòng)物模型中證明具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性和在人腦尺度上可擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)通道的系統(tǒng)。材料科學(xué)的研究將繼續(xù)為該研究領(lǐng)域的發(fā)展提供支持。
Song, E., et al. Materials for flexible bioelectronic systems as chronic neural interfaces. Nat. Mater. 19, 590–603 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0679-7
6. Nature Commun.：了解U3Si2燃料和SiC包覆層之間的界面相互作用
具有碳化硅（SiC）復(fù)合覆層的二硅化三鈾（U3Si2）燃料被認(rèn)為是輕水反應(yīng)堆的先進(jìn)概念/耐事故燃料，因此，了解其在運(yùn)行和事故條件下的化學(xué)相容性至關(guān)重要。有鑒于此，南卡羅來(lái)納大學(xué)Vancho Kocevski等人利用擴(kuò)散耦合實(shí)驗(yàn)支持的密度泛函理論計(jì)算，提供了U3Si2和SiC之間相互作用的全面理解。
本文要點(diǎn)：
1）從計(jì)算出的反應(yīng)能中，研究人員證明了五硅化三鈾（U3Si5）、碳化鈾（UC）、U20Si16C3和硅化鈾（USi）相可以在界面處形成。對(duì)產(chǎn)生界面相U20Si16C3、U3Si5和UC的平衡材料U3Si2和SiC缺陷形成能的詳細(xì)研究揭示了在燃料和包覆層中產(chǎn)生缺陷的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力。通過(guò)計(jì)算缺陷形成能，利用在U3Si2/SiC界面確定形成的平衡相，進(jìn)一步研究了U3Si2/SiC相互作用。
2）然而，無(wú)論是U3Si2還是SiC相的缺失，都會(huì)導(dǎo)致另一相的缺陷形成能為正，從而消除了其他界面反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力。考慮到相互作用是由缺陷形成的相互擴(kuò)散機(jī)制驅(qū)動(dòng)的，計(jì)算出的缺陷形成能為理解和預(yù)測(cè)原子尺度上的行為提供了一種方法。
3）對(duì)U3Si2和SiC相容性的研究包括將U3Si2燃料暴露在遠(yuǎn)高于可能工作溫度的SiC中，模擬嚴(yán)重的事故條件，確保相互作用，從而可以對(duì)界面區(qū)域進(jìn)行全面表征。關(guān)于溫度依賴性，所描述的相互作用需要在U3Si2和SiC中形成空位，而空位需要足夠的能量進(jìn)行擴(kuò)散，這解釋了在1000 °C時(shí)，在擴(kuò)散耦合中沒(méi)有觀察到任何相互作用。DFT分析表明，在1200 °C的較高溫度下，在界面處觀察到U3Si5、UC、U20Si16C3和USi相，這是相互擴(kuò)散受限的結(jié)果。由此導(dǎo)致的U3Si2和SiC之間缺乏持續(xù)的相互作用，反映了缺陷形成的驅(qū)動(dòng)力遞減，證明了這種燃料包覆層系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
Vancho Kocevski, et al. Understanding the interface interaction between U3Si2 fuel and SiC cladding. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 2621.
DOI: 10.1038/s41467-020-16435-x.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16435-x
7. Chem. Rev.：電催化N2還原制氨的研究進(jìn)展及面臨的挑戰(zhàn)
2016年，全球氨產(chǎn)量達(dá)到1.75億噸，其中90%由高純度N2和H2氣體在高溫高壓下通過(guò)Haber-Bosch工藝生產(chǎn)。依靠天然氣生產(chǎn)氫氣導(dǎo)致大量的能源消耗和二氧化碳排放。電催化N2還原制氨是一種很有吸引力的替代方法，它可以在較溫和的條件下實(shí)現(xiàn)氨的合成。有鑒于此，密歇根州立大學(xué)Milton R. Smith III與Thomas W. Hamann等人綜述了電化學(xué)固氮的理論和實(shí)驗(yàn)研究，重點(diǎn)介紹了電化學(xué)固氮的低選擇性。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員首先簡(jiǎn)要介紹了電化學(xué)N2還原的熱力學(xué)和機(jī)理。討論了電化學(xué)合成氨的選擇性、挑戰(zhàn)和提高選擇性的策略。介紹了測(cè)定氨生成量的各種分析方法，討論了痕量氨的測(cè)量難點(diǎn)和控制實(shí)驗(yàn)的重要性，為電化學(xué)合成氨的準(zhǔn)確、可靠測(cè)量提供了一種通用方法。
2）此外，還著重于討論了使用理論計(jì)算來(lái)篩選N2還原電催化劑，討論了利用密度泛函理論(DFT)計(jì)算來(lái)解釋從一種催化劑到另一種催化劑的催化活性的變化趨勢(shì)，以及設(shè)計(jì)提高活性和提高選擇性的新催化劑的方法。
3）同時(shí)，概述了使用介體（例如鋰）將N2還原為氨的實(shí)驗(yàn)研究。使用鋰作為介體可達(dá)到接近90％的法拉第效率，并且氨的生成速率不再受N2直接電子化和質(zhì)子化反應(yīng)的緩慢動(dòng)力學(xué)限制。
4）研究人員還介紹了電化學(xué)還原N2在低溫(T<100 ℃)、中溫(100 °C<T<500 °C)和高溫（500 °C<T）下的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，包括N2在水溶液(酸性、中性或堿性)、三相邊界和非水溶液中的電化學(xué)還原。通過(guò)提高反應(yīng)溫度可以實(shí)現(xiàn)更快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；然而，電化學(xué)產(chǎn)生的氨可能在高溫下分解，需要從反應(yīng)釜中快速去除氨產(chǎn)物。
Geletu Qing, et al. Recent Advances and Challenges of Electrocatalytic N2 Reduction to Ammonia. Chem. Rev. 2020.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00659.
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00659
8. Chem. Soc. Rev.: 生物質(zhì)衍生的糠醛和5-羥甲基糠醛制備最新催化路線
呋喃是在非食用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)物質(zhì)和燃料中最重要的中間體種類之一。目前，生物呋喃衍生物通常是通過(guò)生物質(zhì)的纖維素和半纖維素組分通過(guò)其相對(duì)的C6-C5糖的酸催化脫水而獲得的，然后轉(zhuǎn)化為多種產(chǎn)品。糠醛(FUR)和5-羥甲基糠醛(HMF)無(wú)疑是使用最多的呋喃基原料，因?yàn)樗鼈兊幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)允許制備各種高附加值的化學(xué)品。在幾種公認(rèn)的催化方法中，氫化和氧化過(guò)程已被有效地用于提純呋喃，然而這通常需要苛刻的反應(yīng)條件。
有鑒于此，地中海大學(xué)的F. Mauriello和科爾多瓦大學(xué)的R. Luque等人，討論了由非均相催化體系促進(jìn)的非常規(guī)（轉(zhuǎn)移氫化，光催化和電催化）催化過(guò)程中生物質(zhì)衍生的FUR和HMF的轉(zhuǎn)化。
本文要點(diǎn)：
1）重點(diǎn)介紹了FUR和HMF的制備及其非常規(guī)催化升級(jí)為增值化學(xué)品的最新進(jìn)展。分析并比較了各種非均相體系在提高催化活性和提高產(chǎn)物選擇性方面所采用的反應(yīng)條件、化學(xué)性質(zhì)和物化性質(zhì)。同時(shí)，還概述了以木質(zhì)纖維素和生物質(zhì)加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物和副產(chǎn)品為原料，采用新型環(huán)保工藝生產(chǎn)FUR和HMF的最新研究成果。
2）在還原和氧化升級(jí)方面，近年來(lái)非常規(guī)催化路線得到了探索，在轉(zhuǎn)移加氫(CTH)、電催化(ECR)和光催化(PCR)方面取得了巨大進(jìn)展。通過(guò)使用可再生的液態(tài)有機(jī)分子（短鏈脂族醇，甲酸和硅烷）作為綠色和良性的氫供體分子，F(xiàn)UR和HMF可以在單金屬和雙金屬多相非均相催化劑上還原成糠醇，2-甲基呋喃和2,5-二甲基呋喃。在這方面，使用廉價(jià)的氧化鋯基催化劑和非均質(zhì)沸石/金屬-有機(jī)骨架的非貴金屬體系也獲得了優(yōu)異的結(jié)果，表明在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下，F(xiàn)UR和HMF可直接轉(zhuǎn)化為g-戊內(nèi)酯（另一重要生物衍生的分子，具有許多實(shí)際應(yīng)用）和有價(jià)值的C8–C12燃料添加劑。
3）利用創(chuàng)新的和對(duì)環(huán)境影響小的技術(shù)，高效生產(chǎn)生物呋喃仍然需要科學(xué)界和工業(yè)界做出大量努力，以增加FUR和HMF的產(chǎn)量，同時(shí)也促進(jìn)其分離和純化。從生物質(zhì)的化學(xué)催化處理過(guò)程中獲得的廢物和副產(chǎn)物（例如腐殖質(zhì)）開(kāi)始，制備FUR和HMF無(wú)疑是一種有趣且可行的方法。迫切需要發(fā)現(xiàn)涉及非均相催化材料，適度的反應(yīng)條件和綠色溶劑系統(tǒng)的新穎方法。對(duì)MOF在這類反應(yīng)中的潛力的更深入了解，以及對(duì)光催化可能性的認(rèn)識(shí)，可能是未來(lái)幾年中重要的研究方向。
C. Xu et al. Recent catalytic routes for the preparation and the upgrading of biomass derived furfural and 5-hydroxymethylfurfural. Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/D0CS00041H
https://doi.org/10.1039/D0CS00041H
9. Acc. Chem. Res.：分子內(nèi)交聯(lián)聚合物結(jié)構(gòu)及其作為人造抗體和人造酶的應(yīng)用
聚合物的交聯(lián)會(huì)極大地改變它們的物理性質(zhì)，進(jìn)而拓展其應(yīng)用的范圍。在日常生活中，聚合物網(wǎng)絡(luò)也普遍存在于例如軟性的隱形眼鏡、汽車輪胎、搪瓷涂層和高性能粘合劑等材料中。伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校Steven C. Zimmerman教授對(duì)該團(tuán)隊(duì)發(fā)展的分子內(nèi)交聯(lián)大分子化學(xué)研究進(jìn)行了綜述介紹和回顧。
本文要點(diǎn)：
1）樹(shù)狀大分子是研究分子內(nèi)交聯(lián)的一個(gè)很好的起點(diǎn)，它們可以通過(guò)末端基團(tuán)的閉環(huán)反應(yīng)進(jìn)行交聯(lián)。而這種應(yīng)用于樹(shù)狀大分子的通用策略也可以用于星形聚合物和超支化聚甘油等，并且這一分子交聯(lián)的過(guò)程也十分類似于分子印跡聚合物的組裝過(guò)程。
2）有鑒于此，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始探索交聯(lián)的樹(shù)狀大分子的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，共價(jià)或非共價(jià)聚合物的交聯(lián)與蛋白質(zhì)折疊形成的三維結(jié)構(gòu)有相似之處，因此其有望作為一種人造抗體或人造酶。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列的研究證明這些聚合物人造酶在活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)擊反應(yīng)，并能與其他的生物催化劑進(jìn)行同步或串聯(lián)催化。最后，作者也對(duì)這類具有獨(dú)特功能的大分子的發(fā)展前景進(jìn)行了展望和討論。
Junfeng Chen. et al. Intramolecularly Cross-Linked Polymers: From Structure to Function with Applications as Artificial Antibodies and Artificial Enzymes. Accounts of Chemical Research. 2020
DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00178
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00178
10. Joule：高效聚噻吩：非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池的優(yōu)化要求
聚噻吩（PT）及其衍生物因其低成本和高合成規(guī)模而備受有機(jī)光伏界的長(zhǎng)期關(guān)注。但是，由于缺乏控制形態(tài)和匹配材料的合理指導(dǎo)方針，到目前為止，基于PT的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）通常低于10％。天津大學(xué)Long Ye和Miaomiao Li等人基于各種非富勒烯受體（ITIC-Th1，ITIC，IT4F，IDIC和Y6）和名為PDCBT-Cl的PT衍生物，首次建立了二元共混物的混溶性，形態(tài)和器件性能之間的關(guān)系。
本文要點(diǎn)：
1）得益于適當(dāng)退火的混合相，PDCBT-Cl：ITIC-Th1系統(tǒng)顯示出超過(guò)12％的最佳效率。相反，由于PDCBT-Cl和“明星”受體Y6的高混溶性，它們的混合物保持均質(zhì)狀態(tài)，PCE只有0.5％。
2）還提出了具體準(zhǔn)則來(lái)彌補(bǔ)PDCBT-Cl：Y6的性能，這對(duì)于提高其實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。強(qiáng)調(diào)了使用物理參數(shù)排除低性能對(duì)和篩選有前景的PT。這種方法將加速低成本，高效率的非富勒烯太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)，并將適用于更多的OPV系統(tǒng)。
Ziqi Liang et al. Optimization Requirements of Efficient Polythiophene: Nonfullerene Organic Solar Cells, Joule, 2020.
DOI: 10.1016/j.joule.2020.04.014.
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.04.014
11. AM: 基于瞬態(tài)結(jié)構(gòu)各向異性的水凝膠可編程可逆形狀轉(zhuǎn)化
刺激響應(yīng)的形狀轉(zhuǎn)換水凝膠已經(jīng)顯示出對(duì)各種工程應(yīng)用的巨大潛力，包括軟機(jī)器人和微流體。盡管在設(shè)計(jì)具有更復(fù)雜的形狀變形行為的水凝膠方面取得了重大進(jìn)展，但尚未實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)是可編程可逆形狀變換。于此，浙江大學(xué)潘鵬舉、趙騫等人報(bào)道可以將瞬態(tài)結(jié)構(gòu)各向異性編程到N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酸硬脂基酯的共聚物水凝膠中。
本文要點(diǎn)：
1）結(jié)構(gòu)各向異性是由熱機(jī)械編程后硬脂基基團(tuán)的變形疏水域引起的，該結(jié)構(gòu)域用作聚（N-異丙基丙烯酰胺）鏈的可逆球狀至線圈轉(zhuǎn)變的模板。
2）結(jié)構(gòu)各向異性是瞬態(tài)的，冷卻后可以消除。這允許重復(fù)編程以實(shí)現(xiàn)可逆的形狀轉(zhuǎn)換，這是當(dāng)前水凝膠的未知功能。可編程的可逆轉(zhuǎn)換有望大大擴(kuò)展基于水凝膠的設(shè)備的技術(shù)范圍。
Liu, K., et al., Programmable Reversible Shape Transformation of Hydrogels Based on Transient Structural Anisotropy. Adv. Mater. 2020, 2001693.
DOI:10.1002/adma.202001693
https://doi.org/10.1002/adma.202001693
12. AEM：準(zhǔn)固態(tài)鋰電池中正極/電解質(zhì)演變的動(dòng)態(tài)可視化
固態(tài)鋰硫電池(SSLSBs)以其高的理論能量密度成為電化學(xué)能源裝置的研究熱點(diǎn)。深入了解SSLS的界面行為對(duì)于獲得電池工作/失效機(jī)理的基礎(chǔ)知識(shí)和進(jìn)一步優(yōu)化先進(jìn)電池的設(shè)計(jì)具有重要意義。有鑒于此，中科院化學(xué)研究所文銳研究員報(bào)道了實(shí)時(shí)可視化工作的SSLS電池的組成和形態(tài)演變以及老化行為。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員通過(guò)巧妙地制造電化學(xué)電池，采用原位拉曼光譜法清楚地揭示了硫的形態(tài)與電位有關(guān)的演變。此外，實(shí)時(shí)光學(xué)顯微鏡觀察顯示，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，溶解的多硫化物(PSs)在固體電解質(zhì)(SSEs)內(nèi)部分解并產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)(SSEs)的不可逆結(jié)構(gòu)變形，并直接導(dǎo)致硫正極斷裂。
2）研究人員通過(guò)原子力顯微鏡的研究，在納米/微米尺度上直接捕捉到了SSE的演化結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為，進(jìn)一步闡明了PS穿梭效應(yīng)對(duì)電解質(zhì)穩(wěn)定性的影響。
通過(guò)實(shí)時(shí)可視化電池組成和形態(tài)演變，這有助于探索失效機(jī)制和界面反應(yīng)，以增強(qiáng)電池性能。
Yue-Xian Song, et al, Dynamic Visualization of Cathode/Electrolyte Evolution in Quasi-Solid-State Lithium Batteries, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202000465
https://doi.org/10.1002/aenm.202000465
