1. Nature Medicine：利用人機協作識別皮膚癌
遠程醫療的迅猛發展，加上診斷人工智能（AI）的最新發展，必須考慮將基于AI的支持介入新的護理模式中的機遇和風險。有鑒于此，奧地利維也納醫科大學的Harald Kittler等研究人員，利用人機協作識別皮膚癌。1）研究人員基于在皮膚癌診斷中基于圖像的AI準確性方面的最新成就，來解決不同水平的臨床專業知識和多種臨床工作流程，對基于AI的支持的各種表示形式的影響。2）研究人員發現，高質量的基于AI的臨床決策支持比單獨使用AI或醫師可以提高診斷準確性，并且經驗最少的臨床醫生將從基于AI的支持中獲得最大收益。3）研究人員進一步發現，在移動技術環境中，基于AI的多類概率優于基于AI的基于內容的圖像檢索（CBIR）表示，并且基于AI的支持在模擬第二觀點和遠程醫療分類中具有實用性。4）除了在非專家臨床醫生手中證明與高質量AI相關的潛在好處外，研究人員還發現，錯誤的AI可能會誤導包括專家在內的整個臨床醫生。最后，他們證明了從AI類激活圖譜獲得的見解可以為人類診斷提供參考。總之，該研究的方法和發現為未來基于圖像診斷的各種研究提供了一個框架，以改善人機在臨床實踐中的協作。
Philipp Tschandl, et al. Human–computer collaboration for skin cancer recognition. Nature Medicine, 2020.DOI：10.1038/s41591-020-0942-0https://www.nature.com/articles/s41591-020-0942-0
2. Chem. Soc. Rev.: 利用表面結構以實現LIBs高性能正極材料
對高性能電池的不斷增長的需求推動了對插層式正極材料的晶體/表面結構和電化學性能的基本了解，在過去十年中，橄欖石型，尖晶石和層狀鋰過渡金屬氧化物材料受到了特別關注。雖然最新的研究集中在這些材料的宏觀和塊狀晶體結構上，但先前的工作表明，作為發生電荷轉移的受限區域，正極材料界面結構的電化學性能在很大程度上取決于正極的斷裂。從3D（本體）到2D（表面）的結構對稱性，導致在不同化學/電化學條件下的重建。北京大學深研院潘峰等人通過總結了該主題下的各種工作并提供自己的見解。1）將首次揭示表面結構與原子/分子尺度上的界面重構之間的相關性，及其對相應電化學性能的直接影響。2）通過擴展從這三個經過深入研究的系統中獲得的知識，相同的既定原理可以普遍應用于其他已成為新電池化學前沿的正極材料。
Luyi Yang, et al. Harnessing the surface structure to enable high-performance cathode materials for lithium-ion batteries, Chem. Soc. Rev., 2020https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/CS/D0CS00137F#!divAbstract
3. Nature Commun.：半導電微孔氫鍵有機膦酸骨架
金屬有機骨架材料（MOFs）是世紀初出現的一種革命性的微孔材料。已被廣泛應用于氣體儲存/分離、催化、電導率、質子導電性和藥物輸送等領域。此外，近年來一種被稱為氫鍵有機骨架（HOFs）的超分子結構，引起了人們的極大關注。在HOFs中，連接子的連接是通過氫鍵網絡而不是無機構建單元（IBUs）實現的。與MOFs的復雜分子、一維、二維和三維IBUs相比，氫鍵提供了更簡單的連接。因此，與MOFs相比，設計和合成穩定的氫鍵超分子網絡更容易實現。然而，迄今為止，還沒有關于半導體HOFs的研究報道。而具有熱穩定性和永久性微孔半導體HOFs可以徹底改變超級電容器和電極材料的設計。有鑒于此，柏林工業大學Gündo? Yücesan，土耳其蓋布澤科技大學Yunus Zorlu報道了一種由苯膦酸和5,10,15,20-四[對苯基膦酸]卟啉（GTUB5）衍生的半導體、質子導電、微孔氫鍵有機骨架（HOF）。1）研究人員利用單晶X射線衍射法對GTUB5的結構進行了表征。并從純GTUB5晶體的UV-Vis譜中提取了1.56 eV的窄帶隙，發現與密度泛函理論計算得到的1.65 eV的帶隙非常吻合。同時，在DMSO中也測量了GTUB5的相同帶隙。2）研究人員在75 °C、75%相對濕度下測得GTUB5的質子電導率為3.00×10-6 S cm-1。此外，采用巨正則蒙特卡羅模擬的GTUB5比表面積為422 m2g-1。XRD分析表明，在90 °C下相對濕度高達90%時，GTUB5具有較好的熱穩定性。這些發現為開發具有高比表面積和高熱穩定性的新型有機、微孔半導體材料鋪平了道路。
Tholen, P., Peeples, C.A., Schaper, R. et al. Semiconductive microporous hydrogen-bonded organophosphonic acid frameworks. Nat Commun 11, 3180 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-16977-0https://doi.org/10.1038/s41467-020-16977-0
4. Matter綜述：多功能金屬氧化物在相變材料中的智能應用
基于相變材料(PCMs)的高效儲能技術能夠在等溫相變過程中可逆地獲取巨大的熱能，因此在近年來受到了前所未有的關注，同時在開發最先進的多功能復合PCMs中已經取得了重要研究進展。在這方面，將多種金屬氧化物智能集成到相變材料中具有重要意義。然而，目前仍然沒有與多功能金屬氧化物在相變材料中的智能應用相關的全面綜述。基于此，北京師范大學Xiao Chen，王戈教授系統地總結了在相變材料中智能利用多功能金屬氧化物用于熱儲存、熱傳遞、能量轉換和先進的多功能應用方面的最新進展。1）封裝策略可以有效地調節相變材料的熱物理性質根據載體材料的大小，作者總結了相變材料的封裝策略并將其分為核殼封裝（0D）、縱向封裝（1D）、界面封裝（2D)和互穿多孔封裝（3D）。2）作者總結了近年來多功能金屬氧化物在相變材料中的智能應用，包括TiO2、Al2O3、Fe3O4、ZnO、MnO2、ZrO2、MgO、VO2、Co3O4、CuO、SnO2、Ti4O7和Ti2O3等。3）作者最后指出利用多功能金屬氧化物設計高性能多功能復合相變材料仍有幾個關鍵問題需要解決，主要包括以下幾點：1）金屬氧化物基或改性復合相變材料的熱性能仍需要通過共封裝或改性策略來進一步提高；2）金屬氧化物或改性相變微膠囊的合成過程通常比較復雜，不利于應用；3）關于芯腔尺寸和殼層厚度對相變材料的熱性能的影響機理尚不清楚；4）有必要通過引入合適的成核劑將更多的注意力集中在無機相變材料上；5）迫切需要更多的研究通過引入不同類型的磁性納米顆粒來提高轉換效率；6）對某些金屬氧化物（如MnO2、ZrO2、MgO、Co3O4、SnO2、Ti4O7和Ti2O3)的相關研究還很少。Chen et al., Smart Utilization of Multifunctional Metal Oxides in Phase Change Materials, Matter (2020)DOI：10.1016/j.matt.2020.05.016https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.05.016
5. Angew：酰亞胺連接的共價有機骨架的離子熱合成
共價有機框架（COFs）是一類被廣泛研究的多孔材料，COFs與其它多孔聚合物最大的區別是其具有結晶度和高度模塊化，具有廣泛的應用。COFs通常是通過溶劑熱方法合成的，這是一個耗時的過程，并且局限于易溶的前驅體分子。而溶劑熱條件下閉環反應的可逆性差，使聚酰亞胺連接的COFs（PI-COFs）的合成更加復雜。近日，馬克斯普朗克固體研究所Bettina V. Lotsch，慕尼黑大學Christian Ochsenfeld等報道了通過離子熱法在氯化鋅和共熔鹽混合物中合成晶體和多孔PI-COFs。1）與標準的溶劑熱合成方法相比，該離子熱合成方法不需要可溶的前驅體，并且反應時間顯著減少。2）作者不僅用該合成方法合成了先前已報道的酰亞胺連接的COFs，還合成了新的基于苝的COFs，這是使用傳統的溶劑熱方法無法獲得的。3）原位高溫XRPD分析表明，使用該方法合成COFs時，前驅體鹽加合物形成了結晶中間體，然后它們相互反應形成COFs。該工作報道的新的COFs合成方法有望極大地拓寬酰亞胺連接的COFs以及基于一般惰性連接基的COFs的范圍，這是傳統方法無法實現的，但對COFs的應用必不可少。
Johannes Maschita, et al. Ionothermal Synthesis of Imide‐Linked Covalent Organic Frameworks. Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202007372https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202007372
6. AM：石榴石型固體電解質基熔融鋰-鉬-鐵（II）氯化物電池
固體電解質基熔融金屬電池在網格規模的能量存儲方面引起了巨大的關注。盡管鈉-金屬氯化物電池（ZEBRA）被認為是有前途的候選電池之一，但由于金屬顆粒生長以及與β”-Al2O3電解質進行離子交換，因此仍存在潛在的安全隱患。近日，為解決上述問題，鄭州大學金陽副教授，清華大學伍暉副教授，斯坦福大學崔屹教授報道了一種基于Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12固體電解質的熔融鋰鉬鐵（II）氯化物電池（Li-Mo-FeCl2），其工作溫度為250 °C，包括鐵和LiCl正極材料混合物、鋰負極、石榴石型鋰離子陶瓷電解質和鉬添加劑。1）與傳統的電池反應機理不同，該電池革命性地將可逆的Fe-Mo合金化脫合金反應與脫硫化-鋰化過程同步，使得由Fe-Mo合金衍生的多孔Mo骨架同時抑制了純Fe顆粒的生長。2）采用鋰負極和鋰離子陶瓷電解質，克服了正極與固體電解質之間的腐蝕問題。在相同的電池成本（$12 kWh-1）下，Li-Mo-FeCl2電池的理論能量密度超過Na-FeCl2 ZEBRA電池的25%，達到576 Wh kg-1和2216 Wh L-1。實驗結果進一步證明，該電池具有優良的循環性能（循環300次后為472 mAh gLiCl-1，活性物質為50 mg），同時對過充電?過放電（3?1.6 V）和凍結?解凍（25?250 °C）具有很強的耐受性。Jing Xu, et al, A Garnet-Type Solid-Electrolyte-Based Molten Lithium?Molybdenum?Iron(II) Chloride Battery with Advanced Reaction Mechanism, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202000960https://doi.org/10.1002/adma.202000960
7. AM: Cs4PbI6穩定FA0.15Cs0.85PbI3鈣鈦礦太陽能電池
穩定性問題仍然是鈣鈦礦光伏產品商業化的主要限制之一。混合陽離子FAxCs1-xPbI3由于其改善的熱穩定性和濕氣穩定性而顯示出了廣闊的前景。但是，FAxCs1-xPbI3的研究集中在富含（FA）的鈣鈦礦上，而銫富集（Cs）的FAxCs1-xPbI3鈣鈦礦的研究很少，因為當Cs>30 mol％時不可避免的相分離。青島生物能源與生物加工技術研究所崔光磊, Shuping Pang等人開發了一種由Cs4PbI6介導的方法來合成富含Cs的FAxCs1-xPbI3鈣鈦礦。
1）已證明Cs4PbI6中間相具有較低的Cs陽離子擴散勢壘，因此可與預先形成的富FA鈣鈦礦相提供快速的離子交換，從而最終形成富Cs的FAxCs1-xPbI3鈣鈦礦。2）結果表明，與有機FA陽離子的≈15％的合金化可以充分穩定鈣鈦礦相，并具有出色的相和紫外線輻照穩定性。FA0.15Cs0.85PbI3鈣鈦礦太陽能電池可實現17.5％的最高功率轉換效率，顯示出基于Cs的鈣鈦礦對高效，穩定太陽能電池的巨大潛力。
Zhipeng Shao et al. Cs4PbI6-Mediated Synthesis of Thermodynamically Stable FA0.15Cs0.85PbI3 Perovskite Solar Cells, AM, 2020.https://doi.org/10.1002/adma.202001054
8. AM綜述：2D過渡金屬雙硫屬化合物：在電催化中的設計，調控和挑戰
氫氣因其可再生性和在所有化學燃料中最高的能量密度而被認為是化石能源的理想替代燃料。電化學產氫是最經濟，環保，高性能的產氫方法之一。最近，二維過渡金屬雙硫屬化合物（也稱為2D TMDs）顯示出在電解水領域作為具有成本效益的析氫反應（HER）催化劑的利用潛力。有鑒于此，哈爾濱工業大學Bo Song等對2D TMDs的最新代表性研究成果和系統進展進行了綜述，并討論了未來的機遇和挑戰。1）作者詳細介紹了合成2D TMDs材料的一般方法，并分析了一些特定方法的優缺點。作者介紹了幾個重要的調控策略，這些策略可創建更多的活性位點，雜原子摻雜，相工程，異質結構的構建和協同調控，它們能夠優化電導率，暴露更多的催化活性位點以及優化電極材料的反應能壘，從而增強HER動力學。2）在最后一部分中，作者提出了2D TMDs電催化劑開發的當前障礙和未來的機遇，以提供對制造高效HER電催化劑的見解和有價值的指南。
Qiang Fu, et al. 2D Transition Metal Dichalcogenides: Design, Modulation, and Challenges in Electrocatalysis. Adv. Mater., 2020DOI: 10.1002/adma.201907818https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907818
9. AM：利用形狀變形水凝膠引導細胞網絡組裝
細胞和細胞外基質(ECM)之間的作用力和相對運動對組織在發育過程中的自組織至關重要。然而，在工程方法中控制這些動力學的空間范圍是有限的，阻礙了大型結構成熟組織的構建。在此，美國賓夕法尼亞大學Alex J. Hughes等人描述了一種被稱為“kinomorphs”的形狀變形材料，它合理地控制多細胞網絡的形狀和大小。1）Kinomorphs是ECM薄片，根據細胞收縮的模式改變其形狀、大小和密度。研究表明，這些變化可以同時在許多空間位置操縱上皮細胞的結構形成行為。2）Kinomorphs是用一種新的光刻技術建立的，將單個細胞制成比之前描述的大10倍的ECM薄片。這些模式被設計成部分模仿胚胎腎上皮網絡的分支幾何結構。然后，使用折紙啟發的模擬來預測kinomorph形狀的變化。最后，kinomorph動力學被證明提供了一個厘米級的程序，該程序設置了特定的空間位置，在這些位置中，細胞合并和結構成熟形成直徑約為50μm的上皮小管。3）在新出現的模型系統(如類器官)中，kinomorphs可通過擴展細胞自組織的空間范圍，顯著促進器官尺度的組織構建。John M. Viola, et al. Guiding Cell Network Assembly using Shape‐Morphing Hydrogels, Adv. Mater., 2020.DOI: 10.1002/adma.202002195https://doi.org/10.1002/adma.202002195
10. AEM綜述：可變形和可拉伸電池
下一代可穿戴電子設備的應用離不開可變形的儲能設備來驅動，使得這些電子設備可以與人體皮膚緊密相連。目前，與剛性鋰離子存儲設備相比，可變形儲能設備表現出較差的性能，導致了可穿戴制造商需要采用笨重的電池以設計可穿戴設備。然而，在過去五年中，部件和設備級別可變性電池制造技術的突破，已經實現了對可拉伸電池的持續改進。有鑒于此，斯坦福大學David G. Mackanic，鮑哲南教授綜述了用于制造可穿戴電子設備的可變形電池的研究進展和挑戰。1）作者從電池內部的化學作用退后一步，分析了可用于實現多種電池化學性質可拉伸性的組件（集電器、電極和隔膜）和設備級（波浪形結構，折疊結構，纖維/棒狀結構和固有可拉伸結構）策略。重點介紹了每種策略的優缺點，并就未來的研究將在哪些方面取得最大進展提出了建議。2）作者總結了可變形能量存儲所面臨的嚴峻挑戰，即能量密度，封裝，分層，設備集成和制造。
David G. Mackanic, et al, Enabling Deformable and Stretchable Batteries, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202001424https://doi.org/10.1002/aenm.202001424
11. AEM綜述：用于鋰離子電池的鋰尖晶石正極材料
1983年，牛津大學John B. Goodenough教授首次報道了具有電化學活性的尖晶石型LiMn2O4。由于其便宜且環保，并具有3D Li+擴散通道的出色倍率率性能，因此是鋰離子電池的重要正極材料，受到了學術界和工業界的廣泛關注。然而，在極端電壓下和高溫操作期間，會導致正極嚴重的劣化。近日，麻省理工學院李巨教授綜述了尖晶石正極及其具有立方晶格對稱性的衍生物（LiNi0.5Mn1.5O4具有高電壓穩定性，富鋰尖晶石具有可逆的混合陰離子和陽離子氧化還原活性）的當前研究進展和未來趨勢。1）作者描述了尖晶石正極的基本原理及其與層狀和巖鹽結構的關系。3）作者探討了緩解正極退化和未來發展策略，包括體摻雜、控制摻雜劑分布（例如，陽離子有序和表面摻雜）、涂層以及新型液體和固體電解質的開發。4）作者討論了尖晶石結構的穩定性，并總結了在退化的層狀正極中觀察到的類尖晶石表面結構，此外討論了尖晶石結構作為結構穩定劑整合到層狀正極中的研究。5）作者討論了引起尖晶石結構中快速動力學的根本原因以及利用尖晶石結構設計新型高倍率正極的潛在應用。Yimeng Huang, et al, Lithium Manganese Spinel Cathodes for Lithium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202000997https://doi.org/10.1002/aenm.202000997
12. AEM綜述：鋰硫電池正極-電解質界面的固化
鋰硫（Li-S）電池以高能量輸出、低成本和環境友好等獨特優勢，被認為是近年來儲能應用最有前途的候選電池之一。然而，基于Li-S體系的儲能技術，即使在單電池水平上，也遠未實現商業化。而鋰硫電池電極-電解質界面，特別是正極-電解質界面電化學不穩定嚴重阻礙了其實際應用。通過在正極與電解質建立固液界面，S的放電中間體與液體電解質的溶劑分子之間的強烈相互作用會導致活性S物質由于電化學穿梭效應從正極連續流失到負極，并且嚴重阻礙了電池的循環性能。研究表明，通過固化正極-液體界面，可有效緩解多硫化物-溶劑的相互作用以改善鋰硫電池電化學性能。近日，中科院化學所郭玉國研究員綜述了近年來鋰硫電池固化正極-電解液界面的研究進展。并以此致敬諾貝爾獎得主John B. Goodenough教授。1）作者基于正極結構的發展以及界面處的電荷轉移和化學演化總結了液態鋰硫電池正極-電解質界面的固化。2）作者總結了準固態鋰硫電池的固化正極-電解質界面。主要包括：功能化凝膠聚合物電解質（GPE）的Li-S體系，電解質凝膠化策略、聚醚基準固態GPE、聚酯基準固態GPE等。3）基于復合型S正極的新設計以及S和SSEs之間的化學相互作用，作者總結了全固態鋰硫電池（ASSLSBs）的正極-電解液界面的固化。4）最后，作者闡明了通過合理的鋰硫電池界面設計，以達到最佳的儲存性能和耐久性。Wen-Peng Wang, et al, Solidifying Cathode–Electrolyte Interface for Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202000791https://doi.org/10.1002/aenm.202000791
