1. Science：聚乙二醇鏈中連續組裝環狀聚輪烷
機械型互鎖分子能應用于設計人工分子機器，同時對合成特定數目的環聚輪烷（polyrotaxanes）分子仍然具有較大難度。美國西北大學J. Fraser Stoddart、南佛羅里達大學李霄鵬、緬因大學R. Dean Astumian等報道了一種線性環聚輪烷分子的組裝，該分子通過周期性氧化還原驅動的過程進行機械運動。該合成過程中能分別合成具有2，4，6，8，10個環（分別攜帶+8，+16，+24，+32，+40電荷）的分子。該合成過程實現了通過化學/電化學方法對還原反應過程進行控制。
本文要點：
1）通過鏈狀的聚乙二醇作為儲存環聚輪烷CBPQT4+的分子，聚乙二醇分子在乙腈溶液中與環聚輪烷之間存在共價相互作用。該反應中首先應用Mn=2000的聚乙二醇作為原料，并在聚乙二醇分子的兩端修飾疊氮基，隨后將疊氮基轉化為AMP基團（AMP是由聯吡啶(BIPY)、2,6-二甲基吡啶(PY)、異丙苯(IPP)三部分組成：其中異丙苯起到立體位阻作用，2,6-二甲基吡啶起到電荷位阻作用）。
2）裝載環聚輪烷方法。通過還原作用，聯吡啶部分被還原成自由基陽離子狀態，隨后環聚輪烷能夠結合到聚合物上的聯吡啶自由基陽離子上，隨后通過氧化產生較強的庫倫電荷排斥作用，環聚輪環靠近高位阻的異丙苯，隨后通過加熱處理得以跨越位阻結合到聚乙二醇上。隨后通過類似的過程進行循環，實現了將多個環聚輪烷裝載到聚乙二醇鏈上。
Yunyan Qiu, et al. A precise polyrotaxane synthesizer, Science 2020
DOI：10.1126/science.abb3962
https://science.sciencemag.org/content/368/6496/1247
2. Nature：酶/光協同烯烴氫烷基化不對稱反應
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校Huimin Zhao等報道了烯還原酶（ene-reductase）催化作用中的分子間自由基加氫烷基化（hydroalkylation）反應，該反應中通過端烯分子和α-鹵化羰基分子之間的反應，這個反應中以達到99 %的產率和99 % ee值實現了γ-位點上對映中心結構的羰基產物分子。并且這個反應是通過化學催化方法難以實現的過程。反應機理研究結果顯示，底物通過和烯還原酶配合，在酶催化活性位點上通過光催化進行對映選擇性的自由基反應。本工作的意義在于擴展了光催化和生物酶催化配合進行手性催化反應。
本文要點：
1）反應優化。將烯還原酶（OYE1中間體）作為酶催化劑，黃素單核苷酸氫醌（flavin mononucleotide hydroquinone, FMN）作為光催化劑，酶通過His191和Asn194起到和反應物分子間形成氫鍵作用，Tyr196作為供氫物。
2）反應機理。首先，GDH將NADP+還原為NADPH，同時將葡萄糖氧化為葡萄糖酸。隨后，NADPH將氫遞送給烯還原酶上的FMN，生成FMNH-。α-鹵代羰基化合物通過氫鍵作用結合在酶的位點上，并和FMNH-發生作用生成電子供體-受體EDA復合物（electron donor-acceptor）。這種EDA復合物受光激發，通過單電子轉移過程進行反應，同時脫除羰基α-碳上的鹵原子，生成FMNH·和α-羰基自由基，隨后α-羰基自由基和烯烴分子進行加成反應，并在烯還原酶的立體控制作用中對FMNH·的抓氫反應，生成FMN和手性產物。
Xiaoqiang Huang, et al. Photoenzymatic enantioselective intermolecular radical hydroalkylation, Nature 2020
DOI：10.1038/s41586-020-2406-6
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2406-6
3. Nature：基于MLCT的長壽命Fe基吸光分子
對分子激發態的控制有助于將光轉化為化學能的相關研究和應用，特別是對于廣泛應用于太陽能應用/催化反應中的FeII基生色團分子（高豐度元素）。但是FeII分子的金屬-配體電荷轉移（MLCT）壽命一般低于200 fs，這抑制了FeII基復合物分子的應用，密歇根州立大學James K. McCusker等報道了FeII分子中MLCT壽命通過激發態的量子干涉作用提升。作者通過一種振動相干（vibronic coherence）（通過振動和電子自由度之間的耦合）可調的分子作為研究主體，測試了飛秒時間分辨的分子MLCT激發態。通過設計分子的結構，實現了20倍壽命的提升，本文的結果為設計分子調節激發態分子激發態壽命的可能性并提供相關經驗。
本文要點：
分子體系結構。制備了含有三聯吡啶基（tris-bipyridine）的三維結構配體。對分子可見光中（λ > 650 nm）的壽命顯示長達ps級別的MLCT壽命，光擬合結果顯示了雙相動力學（biphase kinetics）結果，其中的時間常數分別為τ1=440±50 fs和τ2=2.6±0.1 ps。作者對τ1的來源并沒有完全弄清，作者認為其可能是由溶劑平動運動（solvent librational motion）產生的。壽命較長的τ2和bpy-相關，對應于MLCT的衰減過程。
Bryan C. Paulus, et al. Leveraging excited-state coherence for synthetic control of ultrafast dynamics, Nature 2020
DOI：10.1038/s41586-020-2353-2
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2353-2
4. Sci. Adv.：高壓中首次發現黑磷結構二維氮
V族元素的晶體結構中黑磷異構體分子展現出獨特的二維褶皺層狀結構，并且具有獨特的物理和化學性質，但是V族元素中N元素未見黑磷的類似結構。最近北京高壓科學研究中心毛河光、Huiyang Gou，薩斯喀徹溫大學Yansun Yao等報道了在146 GPa和2200 K條件中得到黑磷結構的N異構體。這種介穩態的氮異構體處于高壓時在室溫中穩定，通過Raman測試方法和X射線中子衍射方法驗證了其會在降壓到48 GPa后分解。作者發現通過構象的轉變將分子N2轉變為單鍵連接的黑磷結構氮異構體。
本文要點：
通過Raman測試驗證了這種層狀氮異構體中通過單鍵構成，并且這個發現為合成含有層狀二維結構氮的高含能材料提供了可能性。
Cheng Ji, et al. Nitrogen in black phosphorus structure, Science Advances 2020
DOI：10.1126/sciadv.aba9206
https://advances.sciencemag.org/content/6/23/eaba9206
5. Sci. Adv.：界面鈍化[Hf2S]2+·2e-穩定電子晶體催化分解水
電子晶體目前展現出突出的給電子能力，但是電子晶體由于具有額外的電子導致其穩定性較弱，阻礙了其進一步應用。韓國成均館大學Sung Wng Kim等報道了一種[Hf2S]2+·2e-硫化物材料，由于具有無定形層，在酸性水溶液中展現出高穩定性。界面上的無定形層通過Hf2S和O2反應中生成~10 nm厚的無定形層得到，并且[Hf2S]2+·2e-中多余的電子在電壓作用中會穿過界面上的Hf2S并傳遞到水溶液中，因此能夠在長時間穩定工作。這種自鈍化機理為開發穩定的具有節能作用的電子晶體提供了經驗。
本文要點：
1）材料合成方法。將Hf和S以2:1的質量比混合均勻，并在Ar氣氛中在500 ℃中煅燒5天，得到HfS2，HfS，HfS3，Hf2S混合物。隨后在2000 ℃中煅燒，得到[HfS2]2+·2e-電子晶體。
2）電化學測試。在0.5 M H2SO4溶液中進行電催化反應，界面鈍化的[HfS2]2+·2e-電材料的Tafel斜率為130 mV degree-1，同時HER的過電勢在10 mA cm-2的電流密度中達到355 mV。
Se Hwang Kang, et al. Water- and acid-stable self-passivated dihafnium sulfide electride and its persistent electrocatalytic reaction，Science Advances 2020
DOI：10.1126/sciadv.aba7416
https://advances.sciencemag.org/content/6/23/eaba7416
6. Sci. Adv.：模仿人類味蕾，基于水凝膠的人造舌頭可感知澀味
對于五種基本口味的感知，人造舌頭已受到越來越多的關注。但是，要完全模仿人的舌頭般的口感（如澀味）仍然是一項挑戰。模仿人類舌頭上的澀味感知機制，韓國蔚山國立科學技術學院Hyunhyub Ko等人使用唾液樣化學抗性離子水凝膠錨定在的柔性基質上，作為柔軟的人造舌頭，。
本文要點：
1）當暴露于澀味化合物時，疏水性聚集體會在微孔網絡內部形成并將其轉變為具有增強的離子電導率的微/納米孔結構。這種獨特的類似于人類舌頭的性能使單寧酸的檢測靈敏度高（0.292 wt％?1）且響應時間短（?10 s），可在寬范圍（0.0005至1 wt％）中進行檢測。
2）作為概念證明，該傳感器可以使用簡單的擦拭和檢測方法檢測飲料和水果中的澀味程度，為將來涉及人形機器人和味覺監測設備的應用提供了強大的平臺。
Jeonghee Yeom, et al., Soft and ion-conducting hydrogel artificial tongue for astringency perception 2020.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aba5785
7. Sci. Adv.：介體原子在二維材料中的直接觀察和催化作用
通過像差校正的透射電子顯微鏡（AC-TEM）和理論計算，已經對石墨烯缺陷的結構轉變進行了廣泛的研究。長期以來，揭示石墨烯缺陷結構演化的一個核心概念是Stone-Thrower-Wales（）(STW）型鍵旋轉。近日，首爾大學Gun-Do Lee，牛津大學Alex W. Robertson，南特大學Christopher P. Ewels報道了配位不足的原子誘導鍵的形成和斷裂，其能壘比STW型鍵旋轉低得多。由于它們在鍵的斷裂和形成中起中介作用，因此稱其為介體原子。
本文要點：
研究人員使用AC-TEM和環狀暗場掃描TEM(ADF-STEM)直接觀察到石墨烯缺陷結構中的介體原子，并用緊束縛分子動力學(TBMD)模擬法和基于密度泛函理論(DFT)的圖像模擬解釋了它們的催化作用。
介體原子的研究將為理解二維材料中的缺陷轉變和生長機制提供新的途徑。
Gun-Do Lee, et al, Direct observation and catalytic role of mediator atom in 2D materials, Sci. Adv. 2020
DOI: 10.1126/sciadv.aba4942
https://advances.sciencemag.org/content/6/24/eaba4942
8. Sci. Adv.：無創、可穿戴、可調節的電磁多傳感系統，用于連續血糖監測
為了提高糖尿病患者的生活質量，需要無痛、無針、連續的血糖監測傳感器。有鑒于此，美國的貝魯特美國大學的Assaad A. Eid、Rouwaida Kanj、Joseph Costantine等研究人員，首次提出了一種高靈敏度、無創連續血糖監測的可穿戴式多傳感器系統。
本文要點：
1）所提出的傳感器在血清、動物組織和糖尿病動物模型上以及在臨床環境中得到了驗證。
2）人體試驗期間的無創測量結果表明，系統的物理參數與血糖水平之間具有高度相關性（> 0.9），沒有任何時間滯后。
3）傳感器的準確實時響應歸功于其獨特的血管解剖學啟發的可調電磁拓撲。
4）這些可穿戴的服裝可以高保真地無線感知低血糖到高血糖的變化。
該傳感器旨在同時針對多個身體部位，這為開發閉環人造胰腺打開了大門。
Jessica Hanna, et al. Noninvasive, wearable, and tunable electromagnetic multisensing system for continuous glucose monitoring, mimicking vasculature anatomy. Science Advances, 2020.
DOI：10.1126/sciadv.aba5320
https://advances.sciencemag.org/content/6/24/eaba5320
9. Chem綜述：高性能n型聚合物半導體：應用、最新進展和挑戰
n型有機半導體是幾種有機光電子器件所必需的，因為p-n結、互補的金屬氧化物半導體電路和電子傳輸中間層在這些器件中無處不在。為此，人們發明了大量的n型有機半導體，包括基于小分子和聚合物的有機半導體，每一種都有其優缺點。與小分子相比，聚合物可以提供成膜性能更好的配方，更好的形態穩健性，以及更好的機械柔韌性和延伸性的薄膜和器件。此外，由于相應的溶液具有更廣泛的流變特性，聚合物更容易采用基于溶液的加工技術，因此可以實現高通量、高性價比的大面積器件制造。這些特點可以推動新的電子產品的發展，如柔性和可伸縮顯示器、可穿戴電子產品和一次性傳感器。因此，開發高性能的n型聚合物對推動有機電子領域起著至關重要的作用。其關鍵在于開發具有優異的增溶性能、良好的幾何構型和優化的電子結構的高度缺電子(雜)芳烴結構單元。
有鑒于此，基于用于設計關鍵缺電子結構單元的關鍵吸電子基團（EWGs）單元，特別是酰亞胺，酰胺，B←N單元和CN組，南方科技大學郭旭崗教授，美國西北大學Antonio Facchetti總結了最重要的和最新開發的電子傳輸聚合物及其在各種器件中的n型性能。此外，還提供有關其設計和綜合策略面臨的挑戰和機遇的見解。除了以上四類以外，其他一些結構上新穎的電子不足的構建基塊，例如噻吩喹啉，9,10噻二唑并苯并三唑11和噻二唑并喹喔啉12也可以使n型傳輸聚合物。然而，由于它們相對較弱的吸電子能力，相應的聚合物顯示出有限的n型性能或相當大的雙極性特性。
本文要點：
1）作者簡要總結了討論的器件的基本結構、關鍵性能參數的定義以及用于根據實驗數據計算這些參數的基本方程。
2）作者總結了酰亞胺功能化n型聚合物，酰胺功能化n型聚合物，B←N嵌合聚合物和氰基功能化聚合物四種關鍵高性能n型聚合物。
3）在材料多樣性和相應的器件性能方面，n型聚合物的開發都取得了顯著的進展。然而，與p型(空穴傳輸)類似物相比，n型聚合物仍然表現出很大的結構多樣性和性能差距。作者認為進一步的研究進展將主要由兩個途徑推動：(1)設計新的高度缺乏電子的構建塊；(2)合成主鏈上增加受體單元負載的聚合物，以改善相對于競爭性p型的n型特性。此外，側鏈結構、給體共單元上的官能團以及聚合物重復單元的對稱性也起著重要作用。此外，由于與其它電子材料一樣，也取決于特定的應用，并且對于相同類型的器件，取決于器件的結構。因此，提供一套用于開發n型聚合物的嚴格且通用的指南是具有挑戰性且不可預期。
4）作者展望高性能的n型聚合物應該具有以下理想的特性：可廣泛調節的FMO（特別是最低空分子軌道（LUMO））能級、高電子遷移率、方便的合成手段、在關鍵設備界面有效地注入和收集電子的能力、以及在材料加工和設備操作條件下的強大穩定性。因此，設計和開發n型聚合物仍然是有機電子領域最重要的研究課題之一。
Huiliang Sun, et al, High-Performance n-Type Polymer Semiconductors: Applications, Recent Development, and Challenges, Chem, 2020
DOI：10.1016/j.chempr.2020.05.012.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929420302357
10. Chem. Rev.綜述：永久性微孔金屬-有機多面體
與金屬有機骨架、共價有機骨架、多孔芳香骨架和沸石等多孔固體材料相比，多孔分子材料的研究相對較少。此外，在過去的十年中，在多孔分子空間中，多孔有機籠子(POCs)的報道最為廣泛。然而，最近，多孔雜化金屬?有機分子配合物受到了相當大的關注，在過去的三年里報道了這些配位籠具有很大的比表面積。
有鑒于此，特拉華大學Eric D. Bloch就這一領域的研究進展進行綜述。重點介紹了最近在永久性微孔金屬?有機多面體（MOPs）方面的研究進展。
本文要點：
1）與MOFs領域中的早期研究工作類似，表面積最大的MOPs都是基于槳輪構建單元和羧酸酯配體。
2）作者總結了多孔籠的合成，并重點介紹了基于單金屬，雙金屬，三金屬，四金屬和更高核簇的多孔籠。
3）作者最后總結了已被用于儲存和分離小分子的MOPs的孔隙率，以及將這些多孔籠和潛在的多孔籠并入膜中的應用。
Eric J. Gosselin, et al, Permanently Microporous Metal–Organic Polyhedra, Chem. Rev., 2020
DOI：10.1021/acs.chemrev.9b00803
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00803
11. AM: 具有接近零驅動力的高效鈣鈦礦量子點混合非富勒烯有機太陽能電池
為了利用CsPbI3鈣鈦礦量子點（PQD）的強吸收、熒光、高電荷遷移率和高介電常數的優勢，北大Yifan Wang、Xiaowei Zhan等人制造了PQD混合非富勒烯有機太陽能電池（OSC）。
本文要點：
1）PQD的引入可同時提高開路電壓（VOC），短路電流密度（J SC）和填充系數（FF）；PTB7-Th：FOIC共混物的功率轉換效率從11.6％提高到13.2％，而PM6：Y6共混物的功率轉換效率從15.4％提高到16.6％。
2）PQD的引入會極大地增加電荷轉移狀態的能量，導致驅動力接近零，從而改善了VOC。在接近零的驅動力下，PQD混合OSC的電荷產生比沒有PQD的對照組器件更有效，這是由于級聯能帶結構的形成和分子序的增加而導致J SC的提高。
3）PQD的強熒光增強了有源層電致發光的外部量子效率，從而可以減少非輻射復合電壓損失。PQD的高介電常數屏蔽了庫侖相互作用，并減少了電荷復合，這對于增加FF很有好處。
Yifan Wang, et al. High‐Efficiency Perovskite Quantum Dot Hybrid Nonfullerene Organic Solar Cells with Near‐Zero Driving Force. AM 2020.
DOI:10.1002/adma.202002066
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002066
