1. Nature Commun.：異相fcc-2H-fcc金納米棒貴金屬納米材料的晶相異質結構在等離子體、催化等領域具有廣泛的應用前景。然而，貴金屬特殊晶相的合成仍然是一個巨大的挑戰，這使得構建異相貴金屬納米結構變得困難。有鑒于此，香港城市大學張華教授，勞倫斯伯克利國家實驗室鄭海梅教授等人在溫和的條件下，通過一鍋濕化學法合成了具有精準結構的異相fcc-2H-fcc金納米棒（fcc：面心立方；2H：緊密堆積的六邊形，堆積順序為“AB”）。1）像差校正的HAADF-STEM圖像顯示，制備的Au-NRs的晶相沿其長軸顯示了不同類型的原子排列。Au NRs兩端的選區快速傅立葉變換（FFT）花樣與fcc相典型的[101]f區軸衍射花樣匹配良好，具有(020)f和(11ˉ1)f面的衍射點。相比之下，Au NRs中間的選定區域FFT花樣與2H相的特征[110]h區軸衍射一致，具有(1ˉ10)h和(002)h面的衍射點。兩個不同的相之間存在清晰的界面，并且沿著[111]f/[001]的密排方向清晰顯示了fcc-2H-fcc異相夾心結構的形成。2）單粒子實驗和理論研究表明，與傳統的面心立方金納米棒相比，異相金納米棒具有獨特的光學性質。3）在常溫條件下，異相金納米棒對二氧化碳還原反應具有比fcc納米棒更好的電催化活性。4）第一性原理計算表明，催化性能的提高源于金納米棒獨特的異相特性賦予反應中間體能量有利的吸附。Zhanxi Fan, et al, Heterophase fcc-2H-fcc gold nanorods, Nat. Commun., 2020DOI：10.1038/s41467-020-17068-whttps://doi.org/10.1038/s41467-020-17068-w
2. Nature Commun.：利用離子浸出效應實現具有自優化行為的雜化納米復合材料的高析氧性能
純相析氧電催化劑普遍存在離子浸出現象，導致催化劑晶格崩塌和損失。有鑒于此，不同于以往純相鈣鈦礦的設計方法，南京工業大學周嵬教授，邵宗平教授報道了報道了通過自組裝過程將可溶性BaCl2和SrCl2引入到鈣鈦礦中，目的是同時調節雙正離子/陰離子的浸出效果，優化鈣鈦礦中的離子匹配，以保護晶體基質。1）作為概念驗證，自組裝雜化Ba0.35Sr0.65Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）納米復合材料（BaCl2和SrCl2）在10 mA cm-2，0.1 M KOH中表現出260 mV的低過電位。2）多重Operando光譜技術表明，可溶性化合物的預浸出降低了界面離子濃度的差異，從而使雜化BSCF中的主體相具有充足的時間和空間，形成穩定的邊/面共享表面結構。這些自優化的晶體結構顯示出穩定的晶格氧活性位和Co-Co/Fe金屬活性位之間的短反應路徑，從而觸發了對OH-物種的有利吸附。Guan, D., Ryu, G., Hu, Z. et al. Utilizing ion leaching effects for achieving high oxygen-evolving performance on hybrid nanocomposite with self-optimized behaviors. Nat Commun 11, 3376 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17108-5https://doi.org/10.1038/s41467-020-17108-53. Nature Commun.：控制鎳八面體位點的間隙碳原子，以實現炔烴的高效加氫研究發現，在反應物分子的高化學勢下，過渡金屬催化劑的中間位被離解原子占據。最后，間隙原子可以改變表面原子的電子/幾何性質，這直接影響到它的費米能級和態密度。從而調整了催化劑的行為。有趣的是，研究發現間隙原子可直接參與反應，并提供了與表面吸附原子不同的反應途徑。因此，其導致了不同的產物、反應動力學和反應機理。而間隙原子具有亞穩態，具有很強的環境依賴性，這無疑對多相催化的可控造成了巨大的挑戰。近日，中科院金屬所張炳森研究員，吉林大學Wei Zhang，北京化工大學衛敏教授報道了可以在Ni晶格內控制所需的碳原子，以提高乙炔加氫反應的選擇性。Ni的八面體空間半徑通過Ni3Zn的形成從0.517擴展到0.524 ?，使解離的碳原子在溫和的溫度下易溶解和擴散。這種結合的碳原子與周圍的Ni原子配位生成Ni3ZnC0.7，從而抑制亞表面氫結構的形成。由于能夠抑制乙烯加氫途徑，抑制碳物種在表面的積累。因此，選擇性和穩定性大大提高。該研究工作為控制多相金屬催化劑中的間隙位置提供了概念驗證。此外，這種新策略可以提高乙炔加氫的選擇性和穩定性。
Niu, Y., Huang, X., Wang, Y. et al. Manipulating interstitial carbon atoms in the nickel octahedral site for highly efficient hydrogenation of alkyne. Nat Commun 11, 3324 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17188-3https://doi.org/10.1038/s41467-020-17188-3
4. Nature Commun.：具有嵌套柏拉圖多面體和阿基米德多面體的Ag90納米團簇
多面體在化學，生物學，數學和其它學科中無處不在。配位驅動的自組裝可以生產類似柏拉圖多面體，阿基米德多面體，甚至戈德堡多面體分子，但是，將多個多面體嵌套在一個簇中不僅對合成而且對確定多面體的排列都具有挑戰性。近日，山東大學Di Sun，加州大學洛杉磯分校Stan Schein等報道了在溶劑熱條件下合成的嵌套Ag90納米團簇。1）該偽-Th對稱的Ag90球包含三個同心的Ag多面體，具有明顯不兼容對稱性。具體來講就是，其內殼（Ag6）和中間殼（Ag24）是八面體（Oh），一個八面體（具有六個3.3.3.3頂點的柏拉圖多面體）和截角八面體（具有二十四個4.6.6頂點的阿基米德多面體）， 而外殼（Ag60）為二十面體（Ih），菱形十二面體（具有60個3.4.5.4頂點的阿基米德多面體）。2）Ag90納米團簇解決了2重和3重旋轉軸排列不兼容問題，與數學家John Conway設計的開普勒Kosmos模型中的排列相似。Yan-Min Su, et al. A Keplerian Ag90 nest of Platonic and Archimedean polyhedra in different symmetry groups. Nat. Commun., 2020DOI: 10.1038/s41467-020-17198-1https://www.nature.com/articles/s41467-020-17198-1
5. Nature Commun.：鹵鍵中的π共價
鹵鍵（XB）是一種很強的分子間相互作用，通常與氫鍵（HB）相比。兩種相互作用都是親核試劑（HB或XB受體）和吸電子基團（分別為HB或XB供體）結合的氫或鹵素原子末端上的親電位點之間的近線性吸引。然而，在任何已知模型中都沒有考慮到鹵鍵中π共價的可能性。近日，不列顛哥倫比亞大學Curtis P. Berlinguette等提供了在氯化物和鹵代三苯胺基自由基陽離子之間形成的鹵鍵中π共價作用的證據。1）作者通過對這些鹵鍵對上記錄的氯K邊X射線吸收光譜的計算分析得出此結論。2）根據該結果，作者認為把鹵素鍵的描述為金屬配位鍵更好，而不是氫鍵。該工作更新了人們對鹵素鍵的認識，這意味著鹵素鍵之間的相互作用可用于以獨特方式影響共軛分子的電子性能。Cameron W. Kellett, et al. π covalency in the halogen bond. Nat. Commun., 2020DOI: 10.1038/s41467-020-17122-7https://www.nature.com/articles/s41467-020-17122-7
6. Chem. Soc. Rev.：可在復雜介質中應用的醫用微納米機器人
加州理工學院高偉教授對可在復雜介質中應用的醫學微納米機器人相關研究進行了綜述。1）在過去的幾十年里，醫用微納米機器人受到了研究人員的極大關注。這類微納米機器人可以進入難以被觸及的組織中，因此可以用于藥物和基因的靶向遞送、生物分離和納米外科手術等一系列生物醫學領域。盡管其應用前景廣闊，但過去的大多數實驗主要都是在體外條件下進行的。而生物體內的環境則復雜得多。因此要實現其臨床轉化，微納米機器人克服幾個主要的難題，例如如何通過復雜的生物介質(如血液、粘液和玻璃體)以及實現對體內深層組織的成像等。2）作者在文中綜述了近年來復雜的生物環境對微納米機器人的影響，并重點介紹了可增強納米機器人在復雜環境中的運動能力的新興技術方法；隨后，作者也介紹這類微納米機器人在體內成像、控制和醫療應用方面的最新進展，并對其未來發展進行了展望。Zhiguang Wu. et al. Medical micro/nanorobots in complex media. Chemical Society Reviews. 2020https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/d0cs00309c#!divAbstract
7. Angew：通過電荷轉移實現鉑氧雙催化中心的高效析氫
多組分催化界面，特別是雙催化位（雙位界面）的設計，已成為實現高效催化的一種有效策略。因此，針對特定催化反應的雙位點催化劑的合理界面工程策略具有重要意義。然而，這一領域仍然存在兩個主要挑戰：（i）設計足夠高的界面豐度，以在保持催化微單元穩定性的同時創建雙催化位點；（ii）深入了解雙位點催化的機理。近日，北京交通大學王熙教授，中科院化學研究所姚建年院士報道了一種靜電錨定策略，以在陽離子缺陷的單層Ti1-xO2納米薄片上制備原子分散的Pt-TiO2催化劑（Pt1O1/Ti1-xO2）。1）通過固有的電荷轉移，引入的Pt增強了OPt對氫吸附的親和力，從而形成了雙位Pt-OPt催化復合物。2）Pt1O1/Ti1-xO2中的雙Pt-OPt中心具有100%的分散性和利用率，對電化學析氫反應(HER)表現出高效的催化活性。Pt1O1/Ti1-xO2催化劑的質量活性比商用Pt/C催化劑提高了50倍以上。3）operando XAFS和DRIFT研究和密度泛函理論計算結果進一步證明，電荷轉移觸發了OPt的活化，同時雙Pt-OPt中心內的聯合電子云促進了協同Hads偶聯（Pt-Hads和OPt-Hads）以實現Volmer-Tafel催化。因此實現了Pt1O1/Ti1-xO2優異的催化性能。此外，嵌入在耐用TiO2中的共價Pt-O結構確保了催化劑的持久穩定性。Fei Lu, et al, Engineering Platinum-Oxygen Dual Catalytic Sites via Charge Transfer towards High-Efficient Hydrogen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI：10.1002/anie.202008117https://doi.org/10.1002/anie.202008117
8. Angew：亞表層間隙氫的原子成像及對鈀氫化物表面反應性的認識
解析表面和界面上的間隙氫原子對于理解金屬氫化物的機理和物理化學特性至關重要。盡管鈀氫化物在儲氫和電催化中有著重要的應用，但間隙Pd氫化物在表面附近的間隙氫原子位置仍然不確定。近日，清華大學Lin Gan，Jia Li，南方科技大學Lin Xie等報道了通過使用球差校正掃描透射電子顯微鏡的微分和積分微分相位差(dDPC和iDPC)技術，首次對Pd納米顆粒中吸附的亞表層氫原子進行了直接成像。1）實驗發現，與在體相中氫原子占據的八面體間隙位置相反，亞表層氫原子被直接確定為占據四面體間隙。2）亞表面間隙氫的量取決于NPs上表面的類型，其中NP角比平坦的{111}表面吸收更多的氫，這是由于其更具有開放的結構，并具有更高的氫吸收能。3）密度泛函理論計算表明，亞表層氫原子的數量和占據類型在微調Pd表面的電子結構和相關的化學反應性方面起著不可或缺的作用。Bingqing Lin, et al. Atomic Imaging of Subsurface Interstitial Hydrogen and Insights into Surface Reactivity of Palladium Hydrides. Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202006562https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2020065629. Angew：具有不同晶內通道維數的PST-24沸石沸石及其相關的微孔材料是一類極其重要的工業催化劑和吸附劑。近日，韓國浦項科技大學（POSTECH）Suk Bong Hong，瑞典斯德哥爾摩大學Xiaodong Zou教授報道了一種新型孔道型中孔沸石PST-24的合成、結構和催化性能。1）以五甲基咪唑離子為有機結構導向劑，采用過量氟化法（HF/PMIOH=3）成功合成了PST-24沸石。2）三維電子衍射和高分辨透射電子顯微鏡表征顯示，其結構是由雙5環（d5r）柱連接的復合cas-zigzag （cas-zz）構造鏈構成的。雖然cas-zz構造鏈是在PST-24骨架中排序的，但d5r柱采用兩種可能的布置之一；兩個相鄰的d5r柱要么處于相同高度，要么位于不同高度，表示為布置S和D，其視為分別連接通道的打開和關閉的“閥門”。3）具有布置D的骨架僅具有2D 10環通道，而具有布置S的骨架僅包含3D通道。在實際的PST-24晶體中，打開和關閉的閥門幾乎隨機分散，以產生沸石骨架，其中通道尺寸從2D到3D發生局部變化。4）研究發現，獨特的孔結構使PST-24對1,3-丁二醇脫水具有高度選擇性。
Donghui Jo, et al, PST-24: A Zeolite with Varying Intracrystalline Channel Dimensionality, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI：10.1002/anie.202007804https://doi.org/10.1002/anie.202007804
10. Nano Letters: 發現雙層石墨烯中不同類型疇界截然不同的電輸運特性
加州大學伯克利分校王楓課題組發現了雙層石墨烯中不同類型疇界具有截然不同的電輸運特性。本文結合紅外掃描近場顯微鏡和掃描電勢顯微鏡，原位研究了雙層石墨烯中不同類型疇界的電輸運特性。1）實驗中測量了在不同門電壓下電子穿過兩種極限類型的疇界（tensile和shear）的電子透射率。2）研究發現tensile疇界對低能入射電子具有較高的反射率，而隨著電子密度和費米能的增大，tensile疇界對電子的透射率則會增大。然而shear疇界在不同的門電壓下一直表現出較高的電子透射率。這種依賴于疇界類型的電輸運特性為構筑基于雙層石墨烯中拓撲缺陷的納米電子學器件提供了新的思路。Lili Jiang, Sheng Wang, Sihan Zhao, Michael F. Crommie, and Feng Wang. Soliton-dependent Electronic Transport across Bilayer Graphene Domain Wall. Nano letters. 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01911https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c01911
11. Adv. Sci.：22％效率！離子摻雜板鈦礦TiO2緩沖層助力倒置鈣鈦礦光伏器件
同時實現鈣鈦礦型太陽能電池的高效率和高耐久性是該技術商業化的關鍵一步。倒置的鈣鈦礦光伏（IP-PV）電池結合了堅固且低級的能源成本（LCOE）緩沖層，有望實現該目標。但是，用于背電極緩沖層的材料不足，極大地限制了IP-PV的發展。賓夕法尼亞州立大學Kai Wang，弗吉尼亞大學Sen Zhang和華南師范大學Xiaowen Hu, Guofu Zhou等人 研究了由一維陽離子摻雜的TiO2板鈦礦納米棒（NR）嵌入0D富勒烯制成的復合材料，作為IP-PV的最佳改性緩沖層。1）通過引入富勒烯以填充TiO2 NR基體的間隙空間來構造緩沖層。同時，將過渡金屬Co或Fe的陽離子摻雜到TiO2 NR中，以進一步調節電子性能。這樣的頂部緩沖層具有多重優點，包括改善的膜均勻性，增強的電子提取和轉移能力，與鈣鈦礦更好的能級匹配以及更強的耐濕性。2）相應地，最終的IP-PV的效率超過22％，使用壽命延長了22倍。該策略不僅通過引入0D：1D復合概念為頂部電子緩沖層的材料庫提供了必要的補充，而且還開辟了一條新途徑來優化具有理想性能的鈣鈦礦PV。Shun‐Xin Li et al. 22% Efficiency Inverted Perovskite Photovoltaic Cell Using Cation‐Doped Brookite TiO2 Top Buffer，Advanced Science, 2020.https://doi.org/10.1002/advs.202001285
12. ACS Nano：光激活H2納米發生器在膀胱癌化療中的應用
氫氣可以減輕許多疾病中的氧化應激，被認為是安全的，沒有副作用。受到多種微生物中的金屬酶的啟發，深圳大學吳松、蘇州大學劉莊等人提出了一種光激活的H2納米發生器，它包括氟化殼聚糖(FCS)、化療藥物(吉西他濱，GEM)和H2產生催化劑([FeFe]TPP)，可以形成自組裝的[FeFe]TPP/GEM/FCS納米顆粒(NPs)。1）經膀胱灌注后，[FeFe]TPP/GEM/FCS NPs表現出良好的穿透粘膜和腫瘤細胞的能力，并能在660 nm激光照射下原位高效產生H2氣體，顯著提高了體內外腫瘤氫化療的療效。2）此外，還發現氫化療中的H2氣體可以抑制線粒體功能，阻礙ATP合成，導致P-gp外排泵功能降低，最終使癌細胞中P-gp蛋白的藥物轉運能力減弱。這種通過光激活原位產氫技術提高膀胱癌化療的療效，可能為腫瘤治療提供一種有效的氫化療策略。
Rui Sun, et al. Photoactivated H2 Nanogenerator for Enhanced Chemotherapy of Bladder Cancer, ACS Nano, 2020.DOI: 10.1021/acsnano.0c01300https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01300
