1. Nat. Rev. Mater.：自修復聚合物
自修復是材料從物理損壞中恢復的一種能力。近年來，許多物理和化學方法已被用于構建自修復聚合物，包括擴散和流動，形狀記憶效應，異質自我修復系統，共價鍵重整和改組，超分子化學動力學或其組合。近日，美國克萊姆森大學Marek W. Urban等對該領域進行了總結，概述了自修復聚合物的物理，化學和物理化學過程。1）作者討論了合成自修復聚合物的方法之間的異同，并在可能的情況下將此討論置于生物系統的背景下。2）作者特別強調了熱轉變，網絡異質性，局域化學反應等的作用使得聚合物材料實現的重建破壞和物理改組。3）最后對該領域的科技挑戰和機遇進行了展望，作者認為未來研究的最終目標應是開發具有編碼分子特征的類生物材料。
Siyang Wang, et al. Self-healing polymers. Nat. Rev. Mater., 2020DOI: 1038/s41578-020-0202-4https://www.nature.com/articles/s41578-020-0202-4
2. Nature Commun.：黑磷與Cu2+聯用作為有效光熱劑用于PET的引導腫瘤聯合治療
光熱劑(PTAs)在腫瘤光熱治療(PTT)中的應用已在臨床研究中顯示出良好的效果。PTAs的快速降解也許可以解決安全問題，但通常會限制有效治療所需的光熱穩定性。反之，光熱穩定性高的PTAs通常降解較慢。解決PTAs的高光熱穩定性和快速降解之間的平衡的方案并不多見。在此，日本國立放射線醫學綜合研究所Ming-Rong Zhang，暨南大學附屬第一醫院Lu Wang，哈佛醫學院Wei Tao、Steven H. Liang等人報道了黑磷(BP)固有的Cu2+捕獲能力可以加速BP的降解，同時也提高了光熱穩定性。1）在BP@Cu納米結構中摻入Cu2+進一步使化學動力學療法(CDT)增強的PTT成為可能。2）此外，通過使用64Cu2+，正電子發射斷層掃描(PET)成像可以實現體內實時定量跟蹤。因此，該研究不僅介紹了一種繞過PTAs局限性的“理想的”PTA，而且還為BP材料在PET引導下CDT增強的聯合癌癥治療中的應用提供了概念驗證。
Kuan Hu, et al. Marriage of black phosphorus and Cu2+ as effective photothermal agents for PET-guided combination cancer therapy, Nat. Commun., 2020.DOI: 10.1038/s41467-020-16513-0https://doi.org/10.1038/s41467-020-16513-0
3. Science Advances：W-Mo雙原子催化劑用于高效高穩定電催化HER
電化學析氫反應(HER)提供了一種低成本、可持續的高效制氫方法，是發展綠色能源技術的重要組成部分。迄今為止，鉑基貴金屬納米材料是一種有益的HER電催化劑。然而，高昂的成本和資源極度稀缺阻礙了其大規模應用。因此，設計和開發高效、耐用、可擴展的非Pt電解水HER催化劑具有重要意義。單原子催化劑（SACs）可最大限度地提高金屬原子的利用率，具有巨大的電催化HER應用潛力。但是，表面自由能的增加使得只有一種單一金屬位點的SACs傾向于團聚，從而導致性能顯著下降。研究發現，由于相鄰金屬原子之間的協同作用，雙金屬原子催化劑是一種極有效策略，可進一步提高超越SACs的固有HER活性。然而，由于在復雜合成條件下，缺乏原子尺度的控制技術以及很難精準確定非晶體結構和活性中心，雙核金屬團簇的合成和表征仍然是一個巨大的挑戰。有鑒于此，山西大學范修軍教授，張獻明教授報道了一種雙金屬原子催化劑（DAC），由嵌入N摻雜石墨烯（W1Mo1-NG）中的O配位W-Mo異二聚體組成，通過可控的自組裝和氮化過程合成。1）在W1Mo1-NG中，O橋聯的W-Mo原子通過W─O─Mo─O─C構型的氧原子錨定在NG空位上，形成穩定而細小的分布。2）實驗結果表明，W1Mo1-NG DAC催化劑在全pH范圍內具有類Pt的優異HER活性和超高穩定性。3）通過DFT計算表明，W-O-Mo-O-C構型的電子離域提供了H的最佳吸附強度并增強了HER動力學，從而顯著提高了內在活性。
Yang Yang, et al, O-coordinated W-Mo dual-atom catalyst for pH-universal electrocatalytic hydrogen evolution, Sci. Adv. 2020DOI：10.1126 / sciadv.aba6586https://advances.sciencemag.org/content/6/23/eaba6586
4. Acc. Chem. Res.：MOFs，COFs和相關復合材料的噴霧干燥合成
金屬有機框架（MOFs）和共價有機框架（COFs）是當今最具吸引力的多孔材料，它們具有高的孔隙率，可用于多種應用，例如儲氣，CO2捕集，氣體分離，傳感，藥物輸送和催化。此外，研究人員最近開始將MOFs或COFs與其它功能材料結合，以獲得具有每種成分的優點，并減輕各自缺點的復合材料，從而在許多上述應用中實現了增強的性能。因此，開發用于制造MOFs，COFs和相關復合材料的方法對促進這些材料在工業中的應用很重要。噴霧干燥是一種很有前途的合成技術，該技術已經很好地集成到各個行業的制造過程中。與傳統方法相比，它可以在一個步驟中快速，連續和可擴展地生產干燥的微球形粉末，從而降低了制造成本并縮短了生產時間。近日，西班牙CSIC和巴塞羅那科技學院Daniel Maspoch，Inhar Imaz等概述了他們有關結晶多孔MOFs，COFs和相關復合材料的噴霧干燥合成的工作。1）噴霧干燥法功能多樣且可調，可進行涉及配位和共價化學反應的反應，以合成微米級球形珠/ MOFs和COFs的超結構。2）可以通過將其它功能材料簡單地引入進料前體溶液或膠體中，使用與純MOFs或COFs相似的條件合成基于MOFs和COFs的復合材料。3) 噴霧干燥也可以在水中進行，為開展大規模綠色方法實現這些材料的工業制造提供了基礎。
Javier Troyano, et al. Spray-Drying Synthesis of MOFs, COFs, and Related Composites. Acc. Chem. Res., 2020DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00133https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.0c00133
5. JACS：Cu電極界面調控提高CO2電催化選擇性生成乙烯
含氧的Cu在CO2還原反應C-C偶聯反應中得以廣泛的研究，這種含氧Cu催化劑體系中存在著穩定性等問題，并且研究者對催化反應過程中催化劑的變化過程并不了解。華中師范大學邱明、余穎，休斯頓大學任志鋒等制備了一種具有多級孔道結構、納米晶界的含氧Cu催化劑，顯示出在電化學CO2制備乙烯的反應中非常高的活性，在中性電化學反應過程中，在44.7 mA cm-2的電流密度中實現了45 %的法拉第效率。對比結果顯示，生成乙烯部分的電流密度是不含氧Cu電極的26倍，是商業泡沫Cu電極的116倍。特別重要的一點是，作者對催化劑中的催化活性/結構之間的關系通過實驗和計算模擬進行理解，對CO2還原反應給出了更深的理解。作者通過相關表征發現，高活性催化劑表面上生成了Cu4O，這種結構在達到-1.00 V中仍然穩定。密度泛函理論研究結果顯示，這種含氧的電極對CO的吸附和二聚反應有促進作用，并促進了電化學生成乙烯的過程。本文中的研究結果為CO2電化學反應中從設計電極出發提高反應中乙烯的選擇性給出了相關經驗。1）電極制備。泡沫Cu在36 %的濃HCl中清洗1 min除去氧化物層，隨后在超聲氛圍中分別用丙酮/乙醇/去離子水分別清洗5 min。清洗干凈的泡沫Cu在5 ℃中的NaOH/(NH4)2S2O8溶液中浸泡30 min，隨后清洗得到表面上負載Cu(OH)2納米線的Cu電極。隨后在180 ℃空氣氛圍中加熱1 h，Cu(OH)2轉化為CuO，并在CO2飽和的0.5 M KHCO3溶液中電化學還原處理，得到深紅色的電極。2）作者發現在Cu表面引入亞穩態的Cu4O、Cu8O能夠在富氧環境中穩定存在，電極中的孔道結構能夠對將反應物限域并產生梯度性的擴散，并且在電化學反應過程中為CO2反應提供大量反應物。
Wei Zhang, et al. Atypical Oxygen-bearing Copper Boosts Ethylene Selectivity toward Electrocatalytic CO2 Reduction, J. Am. Chem. Soc. 2020https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c01562
6. Nano Letters：EDTA改性多孔空心銅微球的可控制合成可高效地將CO2轉化為多碳產品
用電化學方法將二氧化碳還原為增值產品是緩解環境和能源問題的有效策略。有鑒于此，南京大學姜立萍教授，華盛頓州立大學林躍河教授，Wenlei Zhu報道了結合乙二胺四乙酸鈉（EDTA-2Na）的螯合作用和自組裝特性，采用電沉積法創造性地制備了多種配體修飾的多孔空心銅微球(H-Cu MPs)。EDTA-2Na與Cu2+螯合，空間受限的Cu2+被電還原，EDTA陰離子吸附在新鮮的銅表面，不需要后處理。1）SEM圖像顯示，合成的H-Cu MPs具有多孔空心結構，呈球形，直徑為422±15 nm，均勻分散在碳紙上。同時，殼是由絮凝的銅納米線組成的多孔結構，多級孔徑從10 nm到50 nm。TEM圖像顯示出與SEM圖像相似的大小和形貌，并再次驗證了催化劑的多孔中空特征。STEM暗場圖像進一步顯示了由互連的超細Cu納米線形成的高密度多孔殼。HRTEM圖像顯示，電沉積的H-Cu MPs為多晶，分別對應于面心立方銅的{111}和{100}晶面。2）在CO2飽和的0.1 M KHCO3溶液中（pH=6.8），乙烯的法拉第效率從0.82 V時的23.3%提高到50.1%，比不加EDTA-2Na時提高了一倍，達到銅基電沉積催化劑的最高值之一。同時，乙烯、乙醇、正丙醇等多碳產物的總FE高達67.3%，CO2RR的總FE也超過86.4%。3）理論計算表明，吸附的EDTA陰離子除了受到EDTA-2Na形態調控的有利影響外，還能在銅表面形成局部帶電的銅表面，穩定過渡態和二聚體，并協同OCCO吸附物，起到輔助穩定的作用，從而使催化劑具有優異的催化性能。
Juan Liu, et al, Controlled Synthesis of EDTA Modified Porous Hollow Copper Microspheres for High-Efficiency Conversion of CO2 to Multi-Carbon Products, Nano Lett., 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00639https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c00639
7. Angew：在高性能鈉離子電池的高鈉含量P2型正極中實現完全固溶反應
P2型層狀氧化物具有有序的Na+/空位排列和P2→O2/OP4相變，導致它們在Na+脫嵌表現出多個電壓平穩狀態。 然而P2型正極中鈉的缺乏很容易在深脫氧狀態下導致較差的結構穩定性，并且在Na+脫嵌過程中會限制可逆容量。這些缺點導致大多數P2型層狀氧化物的倍率性能較差和以及快速的容量衰減。有鑒于此，馬里蘭大學王春生教授、南開大學焦麗芳教授首次報道了Na0.85Li0.12Ni0.22Mn0.66O2（P2-NLNMO）的高鈉含量P2型層狀氧化物。1）研究發現，Li +（76 pm），Ni2+（69 pm）和Mn4 +（53 pm）之間較小的離子半徑比，不僅可以有效地抑制將Li引入過渡金屬層后的Na+/空位有序和電荷有序，而且可以抑制TM層在深陷的結構中滑動（即：P2→O2轉變）。此外，高達0.85的Na含量為（脫）插層提供了足夠的鈉儲量，而不會犧牲比容量。作為比較，研究人員還研究了Na0.85Ni0.34Mn0.66O2（P2-NNMO）的無鋰化合物。2）研究人員通過密度泛函理論計算證實了P2-NLNMO（相對于O3-NLNMO）在高鈉含量（0.85）下的熱力學穩定性。P2-NLNMO的充放電曲線在很寬的2.0-4.3V電位范圍內是完全傾斜的，同時X射線吸收光譜（XAS）證實了Ni2+/Ni4+的氧化還原化學。此外，原位X射線衍射（XRD）表征證實了脫嵌前后的反應是絕對固溶體反應，體積變化很小。而恒流間歇滴定技術（GITT）和密度泛函理論（DFT）計算相結合的分析則表明，Na+在Na層內擴散速度快，遷移勢壘低。3）這種無相變的P2-NLNMO材料在0.1 C時具有123 mA h g-1的高比容量，平均電壓為3.5 V，出色的倍率性能（20 C時為79.3 mA h g-1）和超穩定循環能力（5 C下500次循環后容量保持率為85.4%）。
Ting Jin, et al, Realizing Complete Solid-Solution Reaction in a High Sodium-Content P2-Type Cathode for High-Performance Sodium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI：10.1002/anie.202003972https://doi.org/10.1002/anie.202003972
8. Angew：電化學原位生成苯炔用于合成烯取代的手性碳中心分子
苯炔的不對稱合成反應具有較高難度，這是由于苯炔中間體壽命較短、且苯炔分子是一種非極性分子，清華大學羅三中等通過電化學方法原位生成環己炔和苯炔，并和手性一級氨基酸催化劑配合，實現了首例烯胺和苯炔（環己炔）之間的偶聯反應，對苯炔實現了手性不對稱合成反應。作者發現該反應中醋酸鈷穩定了原位生成的苯炔，并促進了炔和烯胺的偶聯反應。本文中的烯胺-苯炔偶聯方法學為構建α-芳基取代/環己烯基取代的立體結構碳中心提供了新選擇。1）反應優化。通過2-氧代環己烷甲酸乙酯和1-氨基苯并三唑作為反應物，20 mol %的手性二胺/TfOH配體和20 mol %Co(OAc)2·2H2O作為催化劑體系，在0.1 M nBu4NBF6/CH3CN溶液中反應，以Pt作為電化學（+/-）電極，在2 mA電化學反應中于室溫中反應5 h，以71 %的收率和94 % ee值進行反應。對反應物的電化學研究結果顯示，1-氨基苯并三唑分子的氧化電位在0.84 V說明更容易被氧化（比手性有機胺的氧化電位更低（3a，Eox=1.54 V），同時低于烯胺中間體物種的氧化電位（Eox=1.15 V））。作者發現當反應中分別使用Zn(OAc)2·2H2O、Ni(OAc)2·2H2O，反應產率降低為40 %和35 %，同時產物的手性ee值稍微有所降低（89 %、90 %）。作者發現當反應中的正極電極更換為碳，產率降低為30 %。當反應電流更改為3 mA或1 mA，反應的產率分別降低為57 %或41 %。當反應溶劑更換為CH2Cl2或CH3OH，反應的產率分別降低為25 %和~0 %的trace量。Longji Li, et al. Catalytic AsymmetricElectrochemicalα‐Arylation of Cyclic β‐Ketocarbonyls with Anodic Benzyne Intermediates, Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI：10.1002/anie.202006016https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202006016
9. Angew：CsPbBr3鈣鈦礦納米晶水致熒光變色
水致變色材料（Hydrochromic material）在水處理過程中能進行可逆的變色作用，這個過程達到了廣泛關注，并導致其可能在多個領域中得以應用，目前蘇州大學Muhan Cao, Qiao Zhang等首次報道了空間限域的CsPbBr3納米晶體材料的水致變色現象，作者發現當CsPbBr3納米晶材料負載到多孔材料中，在通過和水相互反應在熒光相CsPbBr3/非熒光相CsPb2Br5之間轉變，這種限域在介孔SiO2中的CsPbBr3納米晶材料可能應用于防偽領域，并且這種較小的納米粒子和負電性的表面能夠有效的進行精確和高速激光噴射打印。作者發現這種水致變色過程在多次重復變化過程中未見褪色，該發現將為設計CsPbX3材料的應用提供經驗。1）這種水致變色體系中關鍵的作用通過將CsPbBr3組裝到多孔材料中，并限制接觸到水的數量，作者發現CsPbBr3和CsPb2Br5之間的轉變過程中通過CsBr剝離機理實現。CsBr在水中有較高的溶解性，并且溶解后的CsBr會限制在CsPb2Br5納米晶附近，當附近的水通過蒸發作用除去，CsPb2Br5得以重新生成CsPbBr3。
Xiaoya Yu, et al. Hydrochromic CsPbBr3 Nanocrystals for Anti‐Counterfeiting, Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI：10.1002/anie.202005120https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202005120
10. Angew：三苯基膦/三苯基胺復合有機分子體系磷光發光
長壽命、磷光顏色可調的有機材料在光學記錄、防偽、生物成像等領域中具有廣泛的應用前景，北京理工大學董宇平、Zhengxu Cai通過一系列新穎結構主客體有機磷光材料，這種有機磷光材料的顏色在502 nm（青色）~608 nm（橙紅色）范圍內可調，該材料體系中磷光顏色的調控通過對客體分子的調控得到，同時主體材料能產生協同作用，激發材料體系的磷光發射。這種主客體材料體系中磷光壽命達到0.7 s，并且最高磷光效率達到18.2 %。目前通過可見光區的染料能制備不同顏色的顏料，但是溶液處理的顏色隨溫度變化的防偽油墨是之前無法實現的。本文為下一代防偽技術的開發提供了相關經驗。1）墨水體系中主體材料分子是三苯基膦、三苯基砷；客體分子材料是二苯基氟聯苯胺、二苯基三氟甲基聯苯胺、二苯基氰基聯苯胺。作者發現主客體有機分子體系中，主體分子有抑制三重態在氧中的淬滅過程，同時和客體分子通過協同作用產生室溫磷光。作者測試了15~65 ℃范圍內復合材料體系的磷光變化情況，發現當溫度由15 ℃提高為65 ℃，磷光發生不同情況的衰減。當主客體復合材料加熱到85 ℃，轉變為熔融狀態（molten state），能夠輕松的進行負載到各種基底上。作者對加溫/降溫循環過程中熒光強度進行測試，發現在5次循環后，材料的熒光強度未見明顯降低。Yunxiang Lei, et al. Wide‐Range Color‐Tunable Ultralong Organic Phosphorescence Materials for Printable and Writable Security Inks, Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI：10.1002/anie.202003585https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202003585
11. Materials Horizons：水凝膠-彈性體雜化微管的動態起皺實現血管狀液壓傳感和流量調節
受血管獨特的層狀和褶皺形態用于傳感和控制血管阻力的啟發，上海東華大學的武培怡，Shengtong Sun等研究人員，報道了一種雙層的、高度可伸縮的、熱/近紅外響應的PNIPAM/粘土/MXene水凝膠@熱塑性彈性體(PCMH@TPE)雜化微管。1）刺激誘導的動態起皺、出色的彈性回復率和通道尺寸響應性使微管對拉伸應變、壓縮、溫度和遙遠的近紅外光具有超高的液壓敏感度，并且易于調節流量。2）本文展示了一種新的彈性體/水凝膠雜化策略，為具有表面起皺的智能管狀結構開辟了一種新的策略，這可能會激發新的研究，模擬血管在監測和反饋調節不斷變化的流壓中的迷人功能。Xuelian Wen, et al. Dynamic Wrinkling of Hydrogel-Elastomer Hybrid Microtube Enables Blood Vessel-like Hydraulic Pressure Sensing and Flow Regulation. Materials Horizons, 2020.https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh00089b#!divAbstract
