1. Nature：雙層魔角石墨烯中的絕緣態/超導態
超導和相關絕緣態共存的魔角扭轉雙層石墨烯中，這些態之間的關系有重要意義，分別對其中對這種相進行控制的微觀機制加深了對其中錯綜復雜的相互作用的理解。巴塞羅那科學技術學院Dmitri K. Efetov等報道了這種扭曲雙層石墨烯中的電子相互作用的調控，通過在低于15 nm（Wannier軌道的大?。┖透淖兊氖┡そ牵Ы歉浇?.10±0.05°）的過程中，調節石墨烯和金屬屏蔽層之間的距離，通過這種作用消除了絕緣態同時生成超導態。此外，作者發現這種半填充的絕緣態在外加0.4 T的磁場作用中重新產生，并生成Chern數為2的霍爾態。該研究為理解雙層魔角石墨烯中的絕緣態和超導態之間的關系提供了經驗，并為理解具備強相互作用的超導體系的微觀機制提供了方案。
作者發現Coulomb相互作用是形成相稱絕緣子（commensurate insulator）的原因，而超導現象是通過更加傳統的機理得到。雙層魔角石墨烯中超導態的反常特征產生了超低的載流子濃度，暗示了電子-聲子之間相互作用的原理。在實驗中發現的弱磁場誘導產生的半填充絕緣態重新出現說明在這種系統中的強相互作用。
Petr Stepanov, et al. Untying the insulating and superconducting orders in magic-angle graphene, Nature 2020DOI：10.1038/s41586-020-2459-6https://www.nature.com/articles/s41586-020-2459-6
2. Nature Nanotechnology: 雙極殼表面修復，用于基于藍色鈣鈦礦量子點LED
膠體量子點（QD）固體是新興的半導體，已在基礎研究中積極探索電荷傳輸和在光電學中的應用。形成器件制造所必需的高質量QD固體，需要替換長有機配體用于合成短配體，可增加QD耦合和改進的電荷傳輸。但是，在鈣鈦礦量子點，用于進行配體的極性溶劑交換會分解離子型鈣鈦礦。多倫多大學Zheng-Hong Lu 和Edward H. Sargent等人報道鈣鈦礦QD“換膚”技術以實現雙極殼由一個內部陰離子殼和一個外部殼組成陽離子和極性溶劑分子。1）外殼靜電吸附到帶負電的內殼上。這種方法可生產出具有嚴格限制的鈣鈦礦QD固體，并具有改善的載流子遷移率（≥0.01cm2 V-1 s-1）相對于先前報道的陷阱密度降低低維鈣鈦礦。發出藍光的QD膜展示光致發光量子產率超過90％。2）通過利用提高的移動性，已經能夠制造出基于CsPbBr3 QD的高效藍色和綠色發光體二極管。陷阱密度降低的藍色器件的外部量子效率為12.3％；綠色設備實現了外部量子效率為22％。Yitong Dong，Bipolar-shell resurfacing for blue LEDs based on strongly confined perovskite quantum dots，Nature Nanotechnology，2020https://doi.org/10.1038/s41565-020-0714-5
3. Nature Chemistry：極低溫度下MOFs支桿中分子轉子的快速運動
通常情況下，固體狀態不太適合維持快速的分子運動，但是近年來，人們已經成功地在多孔晶體內和表面上設計了各種分子機器，開關和轉子。近日，米蘭比可卡大學Piero Sozzani，Angiolina Comotti等報道了一個基于鋅的金屬有機框架（MOFs），該MOF以雙環戊烷-二羧酸鹽為支柱，錨定在金屬簇上的羧酸鹽基團充當軸，而雙環戊烷可自由旋轉。1）該MOF中轉子的三重雙錐體對稱性與其立方晶胞內支柱的四重對稱性沖突。這阻礙了穩定構象的形成，使得雙環戊烷單元連續，單向，超快速旋轉，能量壘為6.2 cal mol-1，即使在非常低的溫度（10 Hz低于2 K）下也能持續旋轉幾圈。2）作者進一步使用鋯代替金屬鋅，發現這會導致該MOF中的金屬簇-羧酸鹽配位結構變化，并且雙環單元的旋轉要慢得多。該工作的報道表明在非常低的溫度下存在動態材料的可能，這意味著未來的旋轉電動機和轉子的常規陣列有望在低熱微擾條件下得到性能的提高。
Jacopo Perego, et al. Fast motion of molecular rotors in metal–organic framework struts at very low temperatures. Nat. Chem., 2020DOI: 10.1038/s41557-020-0495-3https://www.nature.com/articles/s41557-020-0495-3
4. Nature Catalysis：克服催化劑失活導致的雙重光氧化還原/鎳催化C-N交叉偶聯的局限性
鈀催化的C-H鍵的形成是合成化學中應用最廣泛的反應之一。鎳的豐度較高，是一種很有吸引力的鈀的替代物，但對空氣敏感的Ni(0)配合物、復雜的配體、強還原劑和形成C-N鍵的堿的要求阻礙了其應用。目前已開發出空氣穩定的鎳預催化劑，但仍需要強大的烷氧基堿和絡合物配體。電和光化學介導的方法依賴于Ni(II)催化劑最初還原為低價(Ni0或NiI)物種，然后是氧化加成，這對于富含電子的芳基鹵化物來說是緩慢的。這一瓶頸潛在地造成鎳(0)物種的積累，這些物種聚集在一起，導致催化劑失活。有鑒于此，德國柏林自由大學Bartholom?us Pieber報道了通過使用氮化碳光催化劑可以避免催化劑失活。1）當富電子的芳基溴化物用于雙重光氧化還原/鎳催化的C-N交叉偶聯時，催化劑通過鎳黑形成的失活是導致產率較低的原因。同時，低價鎳物種的沉積進一步使多相光催化劑失活，阻礙了其可回收性。2）研究發現，可以通過減速光介導的還原消除（RE）、加強氧化加成或穩定低價鎳中間體來避免鎳黑的形成。3）通過用合適的添加劑穩定低價鎳中間體，伯胺可以與富含電子的芳基鹵化物偶聯，親核性較低。該策略使得富電子、中性和貧芳基溴化物與伯胺和環仲胺的C-N交叉偶聯可重復進行，甚至可用于貧電子芳基氯化物的高效反應。Gisbertz, S., Reischauer, S. & Pieber, B. Overcoming limitations in dual photoredox/nickel-catalysed C–N cross-couplings due to catalyst deactivation. Nat Catal (2020)DOI：10.1038/s41929-020-0473-6https://doi.org/10.1038/s41929-020-0473-6
5. Nature Commun.：聚合物在水溶液中的流動誘導結晶
眾所周知，聚氧化乙烯(PEO)分子在水溶液中被類似于蛋白質的水化層包圍。此外，最近的分子動力學(MD)模擬表明，低聚物PEO鏈在水中的伸展引發鏈間聚集，最終導致PEO溶液的相分離，形成高度定向的纖維狀納米結構。聚集體的形成與PEO構象的變化有關，使特定的氫鍵誘導的PEO在水中的溶劑化反應不利，破壞了水合層。在這方面，先前假設是由PEO和水相分離驅動的在強流下從水溶液中觀察到的PEO纖顫，可以用這些最近的MD模擬來解釋。理論結果表明，PEO在水溶液中的固化可以通過拉伸來觸發，類似于蠶絲蛋白摻雜。近日，英國謝菲爾德大學O. Mykhaylyk報道了利用蠶絲蛋白原纖化優于傳統的聚合物加工，不僅實現了材料優異的物理性能，如較高的抗拉強度和韌性，而且提高了工藝能效。1）自然絲通過依賴構象的分子間相互作用使蛋白質鏈脫溶(變性)，以響應液體的流動而凝固。然后在聚氧乙烯(PEO)水溶液再次發現該現象，當受到流動時，它在環境條件下固化。2）這種轉變要求流動條件超出能量閾值，這會破壞聚合物分子周圍的保護性水合殼，將其從亞穩態釋放為熱力學上有利的結晶態。這種機理只需低能量輸入，可用于替代傳統聚合物加工工藝。
Dunderdale, G.J., Davidson, S.J., Ryan, A.J. et al. Flow-induced crystallisation of polymers from aqueous solution. Nat Commun 11, 3372 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17167-8https://doi.org/10.1038/s41467-020-17167-8
6. Nature Commun.：相對透射率超過100％的超薄金屬膜基透明電極
柔性透明電極在太陽能電池、發光二極管和觸摸板等應用中的具有巨大需求量。然而，高光學透明度和高電導率的結合對基于金屬材料的電極提出了嚴格的要求。為了獲得實用的薄層電阻，先前研究中電極的可見光透射率通常低于構建有電極結構的透明基板，即相對于基板的透射率＜100％。近日，密歇根大學L. Jay Guo，南京理工大學劉東報道了一種基于DMD的透明電極，在聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）聚合物襯底上的整個可見光譜（400-700 nm）內，平均透射率約為?88.4％，超過了襯底本身的透射率（?88.1％），導致相對透射率超過100％。1）通過將一種新型的Cu摻雜的Ag薄膜集成到優化的DMD結構中，獲得了大于100%的相對透射率。2）該摻銅銀薄膜具有超薄(~6.5 nm厚)、超光滑(粗糙度<1 nm)、低光學損耗和高電導率(薄層電阻~18.6 Ω sq-1)等特點，采用室溫沉積方法制備。3）這種非同尋常的性能是通過利用優化的介質-金屬-介質結構來實現的，該結構遵循分析和定量原理，并歸因于摻雜銅銀膜。
Ji, C., Liu, D., Zhang, C. et al. Ultrathin-metal-film-based transparent electrodes with relative transmittance surpassing 100%. Nat Commun 11, 3367 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17107-6https://doi.org/10.1038/s41467-020-17107-6
7. Nature Commun.：磷酸為穩定劑用于無金屬粉末光催化H2O2分解
過氧化氫（H2O2）作為一種能量載體受到越來越多的關注。為了實現可持續能源社會，光催化H2O2分解（H2O2（l）→H2（l）+O2（g）；ΔG°=+131 kJ mol-1）是現場制氫的理想反應。然而，傳統的光催化H2O2分解是通過歧化反應（H2O2（l）→H2O（l）+1/2O2（g）；ΔG°=?117 kJ mol-1）和促進H2O2還原而不是通過H+還原來實現，后者反應尚未見報道。近日，日本大阪大學Yasuhiro Shiraishi報道了成功通過H+還原反應進行光催化H2O2分解。1）在含有磷酸（H3PO4）的H2O2溶液中，負載石墨烯量子點的石墨氮化碳（GQDs/g-C3N4）在可見光照射下可產生H2。2）研究發現，H3PO4與H2O2以氫鍵結合，H2O2的這種穩定作用抑制了H3PO4的還原，從而促進了H+的還原。以H3PO4為穩定劑的全有機光體系可為光催化H2O2分解提供新的途徑。Shiraishi, Y., Ueda, Y., Soramoto, A. et al. Photocatalytic hydrogen peroxide splitting on metal-free powders assisted by phosphoric acid as a stabilizer. Nat Commun 11, 3386 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17216-2https://doi.org/10.1038/s41467-020-17216-2
8. Science Advances：可編程納米線對β-內酰胺耐藥革蘭陰性菌的機械穿透作用
β-內酰胺耐藥（BLR）革蘭氏陰性菌是一種很難或不可能治療的細菌，正在對全球健康造成威脅。然而，由于對BLR革蘭陰性菌物理性質變化的認識不足，限制了有效納米抗生素的開發。于此，西北農林科技大學王建龍教授和中科院化學所王鐵研究員等人系統地研究了一系列革蘭氏陰性菌（沙門氏菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌和肺炎克雷伯菌）的納米力學特性。1）觀察表明，BLR細菌的細胞剛度值比β-內酰胺敏感細菌低近10倍，這是由于肽聚糖生物合成減少所致。2）借助于數值模擬和實驗測量，研究人員證明了這些剛度的發現可以用來開發可編程的，剛度介導的抗菌納米線，機械地穿透BLR細菌細胞膜。預期這些與硬度相關的發現將有助于發現和開發治療BLR革蘭陰性細菌感染的新策略。Lizhi Liu, et al., Mechanical penetration of β-lactam–resistant Gram-negative bacteria by programmable nanowires. Science Advances 2020.DOI: 10.1126/sciadv.abb9593https://advances.sciencemag.org/content/6/27/eabb95939. Joule：通過近紅外吸收水分阻擋層提高鈣鈦礦太陽能電池性能在鈣鈦礦太陽能電池（PSC）研究中，同時提高器件效率和穩定性是最重要的問題。馬薩諸塞大學Thomas P. Russell，上海交通大學的劉烽，北京大學朱瑞，南方科技大學的何祝兵等人在器件中引入了多功能界面層（MFIL）。1）MFIL集成作用包括：（1）電子傳輸，（2）防潮層，（3）近紅外光電流增強，（4）陷阱鈍化和（5）抑制離子遷移，以增強器件性能。篩選出窄帶隙非富勒烯受體Y6，以替代倒置PSC中最常用的PCBM。2）在各種外部刺激（光，熱和濕氣）下不封裝的情況下，實現了21.0％的顯著改善的功率轉換效率以及出色的穩定性（長達1,700 h）。3）此外，提出了鈣鈦礦與MFIL界面上分子取向或鈍化以及電荷載流子動力學的系統研究。這些結果為設計高級中間層提供了深刻的見識，并建立了分子取向，界面分子鍵，陷阱態密度，非輻射復合和器件性能之間的相關性。
Qin Hu et al. Improving Efficiency and Stability of Perovskite Solar Cells Enabled by A Near-Infrared-Absorbing Moisture Barrier，Joule，2020.DOI: 10.1016/j.joule.2020.06.007https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435120302440
10. Chem. Soc. Rev.: 界面局域生長策略合成共價有機框架材料
由于其模塊化合成、獨特的結構特征和豐富的功能，結構有序的共價有機骨架(COFs)和共價單層材料在催化、分子分離、儲能、光采集等領域顯示出巨大的應用潛力。有鑒于此，科羅拉多大學波德分校張偉教授等人，綜述了近年來COF薄膜和共價單層膜的設計、合成及其性質的研究進展。介紹了不同表面和界面聚合的基本工作機理，以及這一快速發展的領域目前面臨的挑戰和機遇。1）COF薄膜和共價單層的合成主要利用動態共價化學(DCvC)，它依賴于在某些外部刺激下分子內相當強的共價鍵的可逆形成和斷裂。這種可逆的反應條件實現了自我校正機制，該機制可以在熱力學控制下選擇性解決缺陷位點，從而導致形成高度有序的COF膜。2）獲得單層共價納米薄片的新技術最近報道的有很多。新興的界面聚合技術(如空氣-水、液-液、液-固等)已被成功地應用于從各種初始構建塊合成結晶COF薄膜。盡管有序框架在界面處的局域生長是一個快速發展的領域，但適用于薄膜或單層合成的可逆反應仍然非常有限。新的動態反應和界面聚合條件的確定和開發對于COF薄膜和共價單分子層材料的進一步發展至關重要。3）需要更多關于不同金屬表面催化活性機理的實驗和理論信息，如活性位點的幾何形狀、吸附的中間體、活化能等。這些信息對于控制COF單分子層在金屬基體表面的生長以及研究其結構-性能關系具有重要意義。隨著合成策略和表征技術的進一步發展，界面聚合將在COF基薄膜或膜制備中發揮更重要的作用。總之，這種自下而上設計的這種可定制的有序框架材料將在分子分離、水凈化、電子、儲能、傳感等多個領域具有巨大應用潛力。
Yinghua Jin et al. Confined growth of ordered organic frameworks at an interface. Chem. Soc. Rev., 2020.https://doi.org/10.1039/C9CS00879A
11. Angew：壓力抑制載流子捕獲導致二維鈣鈦礦(HA)2(GA)Pb2I7的發射增強
通過靜水壓力進行晶格壓縮是調節二維（2D）鹵化物鈣鈦礦的結構和光學特性的有效方法。但是，很少有實例表明壓縮后2D鈣鈦礦的光致發光（PL）性能得到改善。壓力引起的結構變化如何影響載流子俘獲也仍然不清楚，而這對于鹵化物鈣鈦礦的光電性能至關重要。近日，上海高壓科學與技術先進研究中心Xujie Lü，Wenge Yang等報道了通過壓力調節2D鈣鈦礦(HA)2(GA)Pb2I7（HA = n‐hexylammonium, GA = guanidinium）的結構，使得其PL提高了12倍。1）該材料具有超大型籠結構，這提供了難得的機會來了解其結構與性質的關系，并探索鹵化物鈣鈦礦中的新興現象。2）原位結構，光譜和理論分析表明，在1.6 GPa以內的適度壓力下，晶格壓縮會大大抑制載流子的捕獲，從而顯著增強發射。進一步加壓會產生不發光的無定形黃色相，令人驚訝的是，該相可以保留并在減壓過程中帶隙不斷增加。3）有趣的是，當壓力釋放到1.5 GPa時，帶隙以上的激光輻照會觸發發射，同時顏色會從黃色變為橙色。所獲得的橙色相可以在環境條件下保留，并且與原始(HA)2(GA)Pb2I7相比，其PL發射要高出兩倍。該工作不僅揭示了2D鹵化鈣鈦礦中壓力引起的異常變化及其潛在機理，而且還證明了在環境條件下形成具有增強性能的新相。Songhao Guo, et al. Pressure‐Suppressed Carrier Trapping Leads to Enhanced Emission in Two‐Dimensional Perovskite (HA)2(GA)Pb2I7. Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202001635https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.20200163512. Angew：串聯光氧化還原催化用于芳基和烷基鹵化物羰基化酰胺化酰胺鍵的形成是化學和生命科學研究的基礎。酰胺部分普遍存在于天然和合成蛋白質中，并在多種分子中具有顯著特征，包括藥物、合成聚合物和農用化學品。由于酰胺類化合物的重要性，傳統的酰胺鍵合成方法受到挑戰?，F代合成方法通常使用化學計量偶聯劑來調節羧酸和胺的縮合。這些合成方法會釋放出相當于有毒副產物的物質，并且通常與空間密集的酰胺不相容。鑒于酰胺官能團在制藥和農用化學品中的應用，與高分子量偶聯試劑相關的成本和超化學計量比廢流對環境的影響嚴重阻礙了其規?；?。隨著研究和工業實驗室越來越多地采用綠色化學原理，迫切需要開發一種高效、操作簡單、可擴展的催化酰胺鍵形成工藝，并且減少或消除對化學計量試劑的需求。近日，澳大利亞墨爾本大學Anastasios Polyzos報道了一種新的可見光介導的芳基，雜芳基和烷基鹵化物的羰基酰胺化反應。1）在N、 N-二異丙基乙胺（DIPEA）存在下，[Ir(Ppy)2(dtb-bpy)]+的串聯催化循環通過第二催化循環生成有效的銥光還原劑，該催化循環可以有效地使用芳基溴化物、碘化物甚至氯化物以及伯烷、仲烷和叔烷碘。2）原位生成的催化劑與脂肪胺和芳香胺的相容性、對官能團的高耐受性以及復雜天然產物的后期酰胺化都表明了該催化劑的多功能性。
José A. Forni, et al, Tandem Photoredox Catalysis: Enabling Carbonylative Amidation of Aryl and Alkylhalides, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI：10.1002/anie.202006720https://doi.org/10.1002/anie.202006720
