1. Nature Materials：了解有機自由基的發光性質，以獲得高效純紅色發光二極管
自由基發射體的雙自旋性質有利于有機發光二極管的應用，因為它避免了限制非自由基發射體電致發光效率的三重態激子的形成。然而，自由基通常表現出較低的光吸收和光致發光產率。劍橋大學Emrys W. Evans、Richard H. Friend和吉林大學李峰教授等人在本文解釋了交替烴基自由基光學性質差的原因，建立了提高給受體型自由基吸收和發光效率的設計準則。
本文要點：
1）研究人員證明了非交替系統對于提高最低能量軌道激發的簡并是必要的；此外，通過低能電荷轉移激發從高強度躍遷中借用的強度增強了發射極的振子強度。
2）研究人員應用這些規則設計了三（2，4，6-三氯苯基）甲基-吡啶并吲哚基衍生物，其光致發光量子產率高（>90%）。基于這些分子的有機發光二極管顯示出純紅色的發光，其外部量子效率超過12%。這些見解可能有助于高發光雙光子發射器的合理設計和發現。
Abdurahman, A., et al. Understanding the luminescent nature of organic radicals for efficient doublet emitters and pure-red light-emitting diodes. Nat. Mater. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0705-9
2. Nature Materials：空間受限的電荷轉移發射器的高效發光
由電子從供體轉移到受體形成的電荷轉移（CT）配合物在有機半導體中起著至關重要的作用。激發態CT復合物（稱為激基復合物）利用單重態和三重態激子來發光，因此可用于有機發光二極管（OLED）。然而，由于對供體和受體亞基的相對取向、電子耦合和非輻射重組通道的有限控制，當前的激基復合物發射體常常受到較低的光致發光量子效率（PLQEs）的影響。于此，蘇州大學廖良生、蔣佐權和劍橋大學Richard H. Friend、Lin-Song Cui等人使用剛性連接體來控制供體和受體亞基的間隔和相對方向，如一系列基于10-苯基-9,10-二氫吖啶和2,4,6-三苯基- 1,3,5-三嗪。
本文要點：
1）采用這些發射器之一的天藍色OLED在67 cd m-2時達到27.4％的外部量子效率（EQE），而在1,000 cd m-2的較高發光強度下只有很小的效率衰減（EQE = 24.4％）。
2）作為對照實驗，使用化學和結構相關但剛性較小的發射器的設備達到的EQE大大降低。這些設計規則可以轉移到其他供體/受體組合，這將允許進一步調整發射顏色和其他關鍵的光電特性。
Tang, X., et al. Highly efficient luminescence from space-confined charge-transfer emitters. Nat. Mater. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0710-z
3. Nature Materials：具有神經遞質介導的可塑性的生物混合突觸
大腦啟發的計算范式通過模擬生物系統的分布式信息處理，在視覺和語言任務的自動化方面取得了實質性進展。人工神經網絡（ANNs）與生物系統之間的相似性啟發了ANN在生物醫學界面（包括假肢接口和腦機接口）中的實現。雖然前景看好，但這些實現依賴于運行ANN算法的軟件。最終，需要構建既可以與活組織直接接口又可以基于生物反饋進行適應的硬件ANN。邁向生物整合神經形態系統的第一步是基于生化信號傳導活性實現突觸調節。
于此，意大利技術研究院Francesca Santoro、荷蘭埃因霍芬理工大學Yoeri van de Burgt和美國斯坦福大學Alberto Salleo等人直接將一個有機的神經形態裝置與多巴胺能細胞結合，形成一個具有神經遞質介導的突觸可塑性的生物雜交突觸。通過模擬突觸間隙的多巴胺循環機制，證明了突觸權重的長期調節和恢復，為將人工神經形態系統與生物神經網絡相結合鋪平了道路。
Keene, S.T., et al. A biohybrid synapse with neurotransmitter-mediated plasticity. Nat. Mater. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0703-y
4. Nature Materials：具有彈性但完全可降解的基于明膠的生物凝膠，適用于軟機器人和電子產品
用于軟機器人、組織工程或可拉伸電子產品的可生物降解和生物兼容的彈性材料具有良好的機械性能、可調性、可修改性或愈合性能，推動了技術進步，但它們在環境條件下并不耐用，并且不能將所有屬性組合在單個平臺中。有鑒于此，奧地利約翰開普勒林茨大學的Martin Kaltenbrunner等研究人員，開發了一種通用的明膠基生物凝膠，它具有很高的彈性和突出的彈性特征，但在處理時會完全降解。
本文要點：
1）這種明膠基生物凝膠能自我粘附，能快速愈合，完全來源于天然和對食物安全的成分。
2）研究人員將所有的優點融合在一種材料中，該材料易于復制和可擴展，并且在環境條件下具有低成本的生產。
這種生物凝膠是邁向耐用、逼真的軟機器人和電子系統的一步，這種系統是可持續的，并且非常接近它們的自然原型。
Melanie Baumgartner, et al. Resilient yet entirely degradable gelatin-based biogels for soft robots and electronics.Nature Materials, 2020.
DOI：10.1038/s41563-020-0699-3
https://www.nature.com/articles/s41563-020-0699-3
5. Nature Catalysis：Fe催化β位點選擇硼氫化反應
在有機分子中活性較低的位置上選擇性的安裝硼官能團為構建生物活性分子中關鍵結構提供了方便的手段，但是該過程具有較大的挑戰性。新加坡國立大學Ming Joo Koh等報道了一種通過高豐度的Fe(II)催化劑，成功的應用于臨近的β-C位點上進行反應，作者發現該方法能夠在合成藥物類似分子和大量具有β-C烯烴原料底物進行區域選擇性的構建Cβ-H立體中心，該反應中通過連續的烯烴異構/ 氫硼化過程實現，該過程中通過原位生成Fe-H、Fe-B物種進行催化過程。作者發現通過調控烯烴反應過程和氫硼化過程（通過加入不同量tBuOH），分別控制合成了在1，2，3-硼化的多種異構體產物。該方法可能對烷烴上非活化位點上的官能團上提供經驗和范例。
本文要點：
1）反應優化。將對甲苯丁烯作為反應物，1.5倍量B2Pin2作為硼化試劑，加入1.5倍LiOtBu，在5 mol % FeBr2和三聯吡啶三齒配體的催化體系中進行反應，對β-硼化產物實現了86 %的選擇性。作者發現在反應中加入不同量的tBuOH能影響反應位點的選擇性。并且作者發現對反應條件進一步調控，在反應溶劑為DMA/甲苯（1:2）該反應的產率少量提升為89 %，對β位點的選擇性同樣有少量提高（88:7:5）。
2）反應機理研究顯示，本反應中通過兩個催化循環協同進行，分別為FeH-催化的烯烴異構和FeB(pin)催化的氫硼化過程。
Xiaolong Yu, et al. Site-selective alkene borylation enabled by synergistic hydrometallation and borometallation，Nature Catalysis 2020
DOI：10.1038/s41929-020-0470-9
https://www.nature.com/articles/s41929-020-0470-9
6. Nature Chemistry：Ir催化烯丙基C-H/C-N官能團化反應區域選擇性
C-H鍵活化反應為化學工作者在開發逆合成路線和對傳統有機反應路線的精簡提供了可能性。目前，在C-H鍵活化反應中長期的挑戰在于對電子性能/位阻相似的C-H鍵區分。雖然大量的反應中通過過渡金屬催化劑和導向螯合配體分子配合能夠在一定程度上對不同的C-H鍵進行區分，但是非導向區域選擇的C-H鍵區分還存在較大的困難。哥倫比亞大學Tomislav Rovis等報道了一種區域選擇性對不對稱的雙烷基取代烯烴分子的C-H鍵活化/胺基化反應，該反應中的區域選擇性通過烯丙基的電子作用實現，并且作者發現其和1JCH耦合常數相關，作者通過研究給出了兩個烯丙基C-H鍵和他們活化能壘之間的線性關系。
本文要點：
反應情況。通過一系列不同Cp配體的Cp*IrCl2基催化劑對3-正己烯進行C-H鍵活化/修飾NHTs官能團，發現了當Cp環戊二烯配體中被C6F5、PhCF3、Ph、iPr、TMS、CH3修飾時，展現了不同的區域位點選擇性。并且對1JCH耦合常數和反應區域選擇性、C-H鍵活化能壘之間的關系進行研究，結果顯示1JCH耦合常數和對映的烯丙基C-H鍵活化能之間有線性關系。
Honghui Lei, et al. A site-selective amination catalyst discriminates between nearly identical C–H bonds of unsymmetrical disubstituted alkenes，Nature Chem 2020
DOI：10.1038/s41557-020-0470-z
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0470-z
7. Nature Commun.：逆向途徑利用強金屬-載體相互作用
強金屬-載體相互作用(SMSI)工程是調整負載型金屬催化劑結構和性能的有效策略，但同時會導致活性中心暴露不足。有鑒于此，美國橡樹嶺國家實驗室Huiyuan Zhu，Sheng Dai，江蘇大學朱文帥教授報道了從SMSI（完全封裝的核殼結構）的最終形態出發，通過反向路徑（SMSIR）研究了強金屬-載體相互作用，以獲得具有最佳的金屬位置暴露的中間態。
本文要點：
1）研究人員以核-殼納米粒子（NPs）為構建塊，在經過還原性氣氛下處理后，Pd-FeOxNPs隨著SMSIR的形成而轉變為具有多孔的蛋黃-殼結構。最終結構為Pd-Fe3O4-H，在80 °C下對乙炔半加氫表現出優異的催化性能，具有100%的轉化率和85.1%的乙烯選擇性。
2）基于詳細的電子顯微鏡和光譜實驗以及計算模型研究表明，有益的催化性能源于SMSIR，有利于在Pd上形成氫而不是氫化物。
Wu, P., Tan, S., Moon, J. et al. Harnessing strong metal–support interactions via a reverse route. Nat Commun 11, 3042 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-16674-y
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16674-y
8. Nature Commun.：提高氧還原活性的非對稱配位Cu-S1N3單原子催化劑
原子界面調節被認為是調節單原子催化劑性能的有效方法。有鑒于此，北京理工大學張加濤教授，陳文星副研究員，清華大學深圳國際研究生院李佳副教授，清華大學王定勝副教授報道了一種合理設計的金屬-有機骨架層狀多孔碳（S-Cu-ISA/SNC）中硫和氮原子配位的銅原子催化劑的實用策略。
本文要點：
1）研究人員采用三步法制備出S-Cu-ISA/SNC。首先，用分子篩咪唑骨架(ZIF-8)作為分子籠來吸附和包裹銅前驅體，Cu(acac)2與ZIF-8的前體（Zn2+和2-甲基咪唑）混合，并通過自組裝過程將Cu(acac)2連接到ZIF-8籠子（Cu-ZIF-8）上。其次，將Cu-ZIF-8和硫粉共同分散在四氯化碳(CCl4)中（S-Cu-ZIF-8），攪拌干燥，保證了硫在Cu-ZIF-8粉末表面的吸附。最后，S-Cu-ZIF-8在Ar氣氛下于950 °C經過熱解得到S-Cu-ISA/SNC。此外，作為對比，還制備了Cu-ISA/SNC（S與Cu分離）、Cu-ISA/NC（無S）、SNC（S，N改性碳）和NC（N-改性碳）。
2）研究發現，S-Cu-ISA/SNC中銅位的原子界面構型為不對稱排列的Cu-S1N3。該催化劑表現出優異的氧還原反應活性，相對于RHE的半波電勢為0.918 V。此外，通過原位X射線吸收精細結構測試，研究人員發現低價亞Cu-S1N3在氧還原過程中充當了活性中心。
該研究為金屬單原子催化劑的可控合成和性能調節提供了通用策略。
Shang, H., Zhou, X., Dong, J. et al. Engineering unsymmetrically coordinated Cu-S1N3 single atom sites with enhanced oxygen reduction activity. Nat Commun 11, 3049 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-16848-8
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16848-8
9. Sci. Adv.：表面增強Raman研究單分子變化過程
單個分子的結構變化過程在科學領域中是重要問題，光譜學研究是追蹤單個分子的物理學、化學特征變化過程的關鍵手段，并且在表面化學領域、生物學領域中得到了廣泛應用。特別是Raman測試方法在對反應中間體物種的檢測中和揭示反應機理的過程中受到了廣泛關注，但是單分子拉曼實驗中突出的缺點在于拉曼信號的強度較低，并且存在著信號衰減等問題。
廈門大學李劍鋒等開發了一種plasmonic納米腔（nanocavity）材料，實現了同時收集拉曼信號和熒光信號，并且這兩組信號是相互關聯的。通過這個系統，作者對羅丹明B分子中呫噸和芳基官能團中光引發的鍵斷裂過程進行分析，作者認為這種測試系統為光和物質之間相互作用的檢測提供了新穎測試方法，并實現了從單個分子級別分析化學反應。
本文要點：
測試系統。在2.5×2.5 cm2的Si(111)基底上電子束方法沉積~200 nm厚的Ag薄膜，隨后通過原子層沉積方法在Ag薄膜上修飾~2 nm厚的Ag。隨后將羅丹明B異硫氰酸酯（RITC）分子修飾在納米材料上（分子濃度為~3×10-5和14×10-5 分子/nm2）。最后通過在Ag/SiO2/分子表面滴加Ag納米球的乙醇溶液。通過532 nm激光進行Raman信號測試。通過Raman信號的變化過程對分子的反應過程進行分析，通過模擬計算方法對反應機理驗證反應機理。
Chao-Yu Li, et al. Real-time detection of single-molecule reaction by plasmon-enhanced spectroscopy, Science Advances 2020
DOI：10.1126/sciadv.aba6012
https://advances.sciencemag.org/content/6/24/eaba6012
10. EES：500 ℃下具有13 W功率的多尺度結構低溫固體氧化物燃料電池
低溫固體氧化物燃料電池（LT-SOFC）作為下一代燃料電池已經引起了人們的關注。雖然已經進行了大量研究來開發這種燃料電池，但要滿足所有保證實際操作的要求，如功率輸出和耐久性，仍然是具有挑戰性的。
近日，韓國首爾大學Mansoo Choi，韓國科學技術院Hyoungchul Kim采用大面積陶瓷微圖案化和多層薄膜沉積技術，研制了一種具有3D微納界面結構的高性能LT-SOFC。
本文要點：
1）所開發的陶瓷微圖案化工藝，通過聚合物到陶瓷基體的轉變，可以制造各種3D陶瓷多層結構。無論材料或電池配置如何變化，都可以使用此過程。
2）通過大面積陶瓷微圖案化和薄膜沉積，研究人員制備了4 cmⅹ4 cm多尺度結構LT-SOFC在低溫操作下具有創紀錄的電化學性能（功率輸出和穩定性）。
3）研究人員采用互補層析成像、顯微和電化學阻抗譜(EIS)技術對多尺度結構SOFC的電化學特性進行了定量分析，研究了三維界面結構對多尺度結構SOFC性能的積極作用。定量微結構和電化學分析結果表明，與參考平面電池相比，該電池的歐姆損耗和極化損耗都得到顯著降低。
4）研究人員闡明了采用大面積陶瓷微圖案化和薄膜沉積制備的多尺度結構LT-SOFC具有很高的可重復性。
Sung Soo Shin, et al, Multiscale structured low-temperature solid oxide fuel cells with 13 W power at 500 ℃, Energy Environ. Sci., 2020
DOI: 10.1039/d0ee00870b
https://doi.org/10.1039/D0EE00870B
11. ACS Energy Letters綜述：錫基鹵素鈣鈦礦光電研究進展
近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦型太陽能電池發展迅猛，其認證效率和器件工作穩定性已分別突破25%和10,000小時，并憑借較晶體硅電池更低廉的原料成本和簡便的制備工藝成為第三代薄膜太陽能電池中的佼佼者。現階段其工業化生產的最大障礙為其鉛（Pb）組分的毒性。在多種鈣鈦礦衍生結構中，錫（Sn）基鈣鈦礦憑借其媲美Pb基鈣鈦礦的光電性質脫穎而出，然而該材料受限于Sn2+較差的熱力學穩定性和前驅體成膜不可控性，器件制備重復性和效能均面臨挑戰。因此，目前多數工作聚焦于優化Sn基鈣鈦礦薄膜/器件制備工藝，以及改善其環境穩定性，而缺乏對薄膜形成動力學、界面工程和器件性能之間構效關系的梳理與總結。
基于非鉛鈣鈦礦光電領域的發展歷程，復旦大學材料系梁子騏教授及博士研究生嚴亞杰，與瑞典隆德大學T?nu Pullerits院士、丹麥科技大學鄭凱波副教授合作，近日在ACS Energy Letters上發表了關于錫基鹵素鈣鈦礦光電研究的進展綜述。
本文要點：
1）首先闡述了Sn基鈣鈦礦的組成分類及基本光電特性；隨后著重論述了其電子結構、光物理和老化降解過程的微觀機制，闡明了影響Sn基鈣鈦礦穩定性和器件性能的關鍵因素；
2） 結合上述機理，歸納并討論了提高各類Sn基光電器件效能和穩定性的策略，主要包括：1）論述了鹵化亞錫型、路易斯酸堿型和抗氧化劑型添加劑的生效模式及其對Sn基鈣鈦礦成膜過程和結構穩定性的影響（圖a）；2）歸納了ABX3型Sn基鈣鈦礦不同離子組分的選擇對其本征結構、光電性質和穩定性的調節作用（圖b）；3）明晰了多種良（反）溶劑在調控Sn基鈣鈦礦結晶動力學過程中的重要作用（圖c）；4）指明了相工程/結構設計是提高Sn基鈣鈦礦光電器件穩定性和性能的重要發展方向（圖d）；5）強調了界面工程在改善Sn基鈣鈦礦光生激子拆分和載流子輸運過程中的重要地位（圖e）；6）介紹了當前各類高精度、重復性和可控性的先進Sn基鈣鈦礦制備策略（圖f）。
3） 進一步，對比了不同策略所對應的光伏器件效率效率與穩定性（圖g），直觀地展示了其發展潛力和提升空間。最后，自下而上從本征組分/結構調控、合成/制備工藝和器件界面優化角度展望了Sn基鈣鈦礦光電器件的未來發展趨勢，為該領域的發展提供了科學指導和依據。
Yajie Yan, To?nu Pullerits, Kaibo Zheng*, Ziqi Liang*, Advancing Tin Halide Perovskites: Strategies toward the ASnX3 Paradigm for Efficient and Durable Optoelectronics. ACS Energy Lett. 2020, 5, 2052–2086.
DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00577.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00577?ref=pdf
