1. Nature Materials綜述：電化學(xué)電容器及相關(guān)器件
電化學(xué)電容器可以存儲從間歇性來源收集的電能并快速傳遞能量，但是對于柔性和可穿戴電子設(shè)備以及更大的設(shè)備，則需要增加其能量密度。近日，法國圖盧茲第三大學(xué)Patrice Simon，美國德雷塞爾大學(xué)Yury Gogotsi綜述了近十年來電化學(xué)電容器材料領(lǐng)域的研究進(jìn)展，并對未來的主要研究方向進(jìn)行了展望。
本文要點(diǎn)：
1）作者概述了基于高比表面積碳的雙電層電容器，氧化物和二維無機(jī)化合物MXenes等贗電容材料，以及新興的物聯(lián)網(wǎng)微器件。
2）作者指出需要新的納米結(jié)構(gòu)電極材料和匹配的電解質(zhì)來最大化能量和傳輸速度，并且需要不同的制造方法來滿足下一代電子器件的要求。
3）基于各類電化學(xué)電容器的測試、比較和優(yōu)化，作者提供了科學(xué)合理的指標(biāo)，并進(jìn)行了詳細(xì)說明。
Simon, P., Gogotsi, Y. Perspectives for electrochemical capacitors and related devices. Nat. Mater. (2020)
DOI：10.1038/s41563-020-0747-z
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0747-z
2. Nature Chemistry：具有等電線性[N≡U≡N]核的鈾酰陽離子配合物
鈾的水化學(xué)主要由線性的鈾酰陽離子[UO2]2+決定，但是到目前為止，這種普遍存在的陽離子分子[UN2]的基于等電氮的類似物僅在氬氣基質(zhì)中觀察到。近日，馬爾堡大學(xué)Florian Kraus等通過五鹵化鈾UCl5或UBr5與無水液態(tài)氨反應(yīng)獲得了三種不同的[UN2]配合物。
本文要點(diǎn)：
1）[UN2]是線性的，U原子由五個另外的配體（氨，氯或溴化物）配位，形成了一個五角形雙錐體配位球，該配位模式常見于其它鈾酰陽離子[UO2（L）5]2+（L，配體）。
2）在這三種[UN2]配合物中，亞硝基配體通過其孤對電子進(jìn)一步路易斯酸配體[U（NH3）8]4+配位，形成幾乎線性的三核陽離子配合物。
3）作者使用單晶X射線衍射，拉曼光譜和紅外光譜，14N/15N同位素研究和量子化學(xué)計(jì)算對這些[UN2]配合物的特征進(jìn)行了研究，得到的結(jié)果顯示，[UN2]中存在兩個U≡N三鍵。
Stefan S. Rudel, et al. Complexes featuring a linear [N≡U≡N] core isoelectronic to the uranyl cation. Nat. Chem., 2020
DOI: 10.1038/s41557-020-0505-5
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0505-5
3. Nature Chemistry：打結(jié)分子鏈可以逆轉(zhuǎn)手性的宏觀效應(yīng)
將結(jié)構(gòu)信息從納米尺度轉(zhuǎn)移到宏觀尺度是開發(fā)自適應(yīng)和動態(tài)材料的有前途的策略。于此，英國曼徹斯特大學(xué)David A. Leigh和荷蘭特文特大學(xué)Nathalie Katsonis等人證明分子鏈的打結(jié)和未打結(jié)可用于控制，甚至反轉(zhuǎn)液晶中螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋性。
本文要點(diǎn)：
1）在各向同性溶液和液晶中，具有六個點(diǎn)手性中心的寡齒狀三（2,6-吡啶二甲酰胺）鏈在與鑭系元素離子配位時折疊成單手性的單結(jié)（overhand knot）。在非手性液晶中，摻雜的打結(jié)和未打結(jié)的鏈條會誘導(dǎo)出反手性的超分子螺旋結(jié)構(gòu)，并通過原位打結(jié)和未打結(jié)的事件實(shí)現(xiàn)動態(tài)切換。
2）捆扎分子結(jié)可在整個長度范圍內(nèi)傳遞有關(guān)不對稱性的信息，從歐氏點(diǎn)手性（結(jié)構(gòu)手性）到分子纏結(jié)（構(gòu)象）再到液晶（厘米級）手性。通過打結(jié)分子所引起的效果的大小類似于眾所周知的通過合成分子馬達(dá)旋轉(zhuǎn)玻璃棒在液晶表面上的效果。
Katsonis, N., et al. Knotting a molecular strand can invert macroscopic effects of chirality. Nat. Chem. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41557-020-0517-1
4. Chem. Soc. Rev.綜述：生物質(zhì)衍生的雙酚A化學(xué)替代品：催化合成的最新進(jìn)展
雙酚A（BPA）是一種源自石油的大批量化學(xué)品，在塑料，粘合劑和熱敏紙中具有廣泛的應(yīng)用。但是，BPA由于其內(nèi)分泌干擾特性和生殖毒性而存在安全隱患。因此，科研人員開發(fā)了許多化學(xué)物質(zhì)作為BPA的替代品，其中一些可從植物生物質(zhì)衍生物中獲得。
近日，意大利國家研究委員會有機(jī)金屬化合物化學(xué)研究所Pierluigi Barbaro回顧了過去五年文獻(xiàn)報(bào)道中BPA的最重要的研究成果，總結(jié)了由生物質(zhì)或生物質(zhì)衍生的化合物合成的BPA的功能性單體替代物的催化合成進(jìn)展。
本文要點(diǎn)：
1）作者首先概述了BPA，包括其性質(zhì)和用途以及對人體健康和環(huán)境的影響。
2）作者總結(jié)了生物質(zhì)中雙酚A的化學(xué)替代物。包括，i）其化學(xué)替代原則（“替換或減少產(chǎn)品中有害物質(zhì)，或通過技術(shù)或組織措施實(shí)現(xiàn)同等功能”）；ii）潛在的BPA化學(xué)替代物。
3）作者總結(jié)了纖維素解聚鏈上的BPA替代物。包括：i）異山梨醇（山梨糖醇脫水、葡萄糖轉(zhuǎn)換和纖維素轉(zhuǎn)化）；ii）5-羥甲基糠醛（HMF）（通過葡萄糖(或果糖)的三次酸催化脫水反應(yīng)從纖維素解聚中獲得，其還原提供了一系列剛性環(huán)二醇，即2，5-雙(羥甲基)呋喃（BHMF）和2，5-雙(羥甲基)四氫呋喃（BHMTHF），被用于BPA的替代品）；iii）其他替代化合物。
4）作者總結(jié)了木質(zhì)素解聚鏈上的BPA替代物。包括：i）松柏醇衍生化合物替代物（香蘭素衍生、阿魏酸、4-n-丙基愈創(chuàng)木酚、丁子香酚）；ii）芥子酰基衍生化合物替代物（丁香醛和4-n-正丙基丁香醇）
5）作者總結(jié)了半纖維素解聚鏈和其他生物質(zhì)衍生的BPA替代物。
6）作者最后對生物質(zhì)替代雙酚A的合成策略和雙酚A單體替代物及其衍生聚合物的性能進(jìn)行了討論和對未來的展望。
Francesca Liguori, et al, Biomass-derived chemical substitutes for bisphenol A: recent advancements in catalytic synthesis, Chem. Soc. Rev., 2020
DOI: 10.1039/d0cs00179a
https://doi.org/10.1039/D0CS00179A
5. Chem. Soc. Rev.綜述：功能性金屬有機(jī)骨架用于氣體和揮發(fā)性化合物的有效傳感器
開發(fā)具有優(yōu)異材料選擇性、快速和靈敏地檢測氣體和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的高效傳感器以監(jiān)測室內(nèi)和室外空氣污染、管理工業(yè)過程、控制食品質(zhì)量和輔助疾病的早期診斷對于人類健康和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。金屬有機(jī)骨架(MOF)是由金屬（金屬離子或簇）和功能性有機(jī)配體構(gòu)成的一種獨(dú)特的晶體和多孔固體材料。近年來，由于它們具有大的比表面積、可調(diào)的孔徑、可功能化的位點(diǎn)和獨(dú)特的導(dǎo)電性、磁性、鐵電性、發(fā)光和色性等特性，被廣泛研究作為高性能的傳感器來檢測各種不同的氣體和VOCs。MOF的高孔隙率使它們能夠與各種分析物(包括氣體和VOCs)發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，從而對不同的物理化學(xué)參數(shù)產(chǎn)生容易測量的響應(yīng)。
近日，鄭州大學(xué)臧雙全教授，美國羅格斯大學(xué)Jing Li重點(diǎn)綜述了基于MOF的傳感和開關(guān)材料的最新進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了基于電、磁、鐵電和色性的傳感機(jī)制。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員全面分析了MOF與分析物的相互作用，這些相互作用對于開發(fā)MOF傳感器和傳感性能具有關(guān)鍵作用。
2）研究人員詳細(xì)討論了基于MOF的傳感和開關(guān)材料在檢測氧、水蒸氣、有毒工業(yè)氣體（如硫化氫、氨、二氧化硫、一氧化二氮、碳氧化物和二硫化碳）和VOCs（如芳香族和脂肪族烴、酮、醇、醛、氯代烴和N，N0-二甲基甲酰胺）方面的潛在應(yīng)用。
該綜述為先進(jìn)的MOF材料用于下一代氣體和VOCs傳感器的未來發(fā)展提供了指導(dǎo)。
Hai-Yang Li, et al, Functional metal–organic frameworks as effective sensors of gases and volatile compounds, Chem. Soc. Rev., 2020
DOI：10.1039/C9CS00778D
https://doi.org/10.1039/C9CS00778D
6. Matter：可替代塑料的超強(qiáng)，超韌，透明和可持續(xù)的納米復(fù)合薄膜
塑料在日常生活中起著至關(guān)重要的作用，但已經(jīng)對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生了重大負(fù)面影響。因此迫切需要制造具有可替代塑料的可生物降解和環(huán)保的替代品。
近日，中科大俞書宏院士報(bào)道了受珍珠層的分層結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過氣溶膠輔助生物合成工藝結(jié)合熱壓技術(shù)開發(fā)了一種高性能，由珍珠層激發(fā)的復(fù)合材料。
本文要點(diǎn)：
1）該制造過程利用了微生物發(fā)酵在纖維素納米纖維的原位生長過程中將納米材料沉積和納米級組裝相結(jié)合的優(yōu)勢，從而使納米材料均勻地糾纏在細(xì)菌纖維素（BC）的堅(jiān)固的三維（3D）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。得益于這種結(jié)構(gòu)，珍珠質(zhì)復(fù)合材料中的連續(xù)BC纖維可以通過納米粘土薄片分離，從而通過隨后的單向熱壓減小BC纖維直徑和“磚和纖維”結(jié)構(gòu)。
2）珍珠質(zhì)復(fù)合材料具有高透射率（在550 nm下為83.4％）和高霧度（在550 nm下為88.8％）。同時，珍珠質(zhì)復(fù)合膜結(jié)合了更高的強(qiáng)度（482 MPa）和韌性（17.71 MJ m-3），可以折疊成各種形狀，展開后不會出現(xiàn)明顯的損壞。此外，與大多數(shù)商用塑料薄膜相比，它除了具有更好的力學(xué)性能外，還具有較低的熱膨脹系數(shù)（~3 ppm K-1）和較高的最高使用溫度，在許多技術(shù)領(lǐng)域都是一種極有前途的塑料替代品。
Guan et al., Ultra-Strong, Ultra-Tough, Transparent, and Sustainable Nanocomposite Films for Plastic Substi-tute, Matter (2020)
DOI：10.1016/j.matt.2020.07.014
https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.07.014
7. Angew：超臨界水沒有氫鍵
氫鍵和由此產(chǎn)生的三維網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫撬臉?biāo)志，為許多所謂的異?，F(xiàn)象提供機(jī)理基礎(chǔ)。對水的思考與氫鍵有著千絲萬縷的聯(lián)系，氫鍵具有高度的方向性并決定了水的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，尤其是其四面體氫鍵網(wǎng)絡(luò)。近年來，作為化學(xué)合成和催化過程中的“可調(diào)溶劑環(huán)境”，超臨界流體和超臨界水（SCW）引起了跨學(xué)科的關(guān)注。本文中，波鴻魯爾大學(xué)Philipp Schienbein等將問（并回答）一個簡單的問題，在超臨界水是否存在氫鍵。
本文要點(diǎn)：
1）作者使用大量的從頭算分子動力學(xué)模擬來系統(tǒng)地監(jiān)測水的H鍵網(wǎng)絡(luò)模式從室溫（這是其波動的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的標(biāo)志）到超臨界條件的演變。
2）作者的模擬表明，發(fā)生氫鍵振動所需的振蕩周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了超臨界水中氫鍵的壽命。相反，作者發(fā)現(xiàn)在超臨界水中觀察到的水對的相應(yīng)的低頻分子間振動由各向同性范德華相互作用就可以很好地表示。
基于這些發(fā)現(xiàn)，作者得出結(jié)論，處于超臨界狀態(tài)的水不是氫鍵流體。
Philipp Schienbein, et al. Supercritical Water is not Hydrogen Bonded. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202009640
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202009640
8. Angew: 表面聲波促進(jìn)催化反應(yīng)的研究
表面聲波(SAW)可以操縱表面，在催化、傳感器和納米技術(shù)方面有潛在的應(yīng)用。已有研究顯示，在金屬和氧化催化劑上的許多氧化和分解反應(yīng)中，表面聲波會大大提高催化活性和選擇性，然而，催化促進(jìn)機(jī)制尚未明確。有鑒于此，萊布尼茨-漢諾威大學(xué)的R. Imbihl等人，研究發(fā)現(xiàn)可逆的表面結(jié)構(gòu)變化被認(rèn)為是促進(jìn)催化作用的主要原因。
本文要點(diǎn)：
1）使用頻閃X射線光電子能譜顯微鏡，研究了在9 nm厚的鉑膜上傳播500 MHz的表面聲波時亞納秒功函數(shù)的變化。將功函數(shù)變化量化為455 μeV，如此小的變化可以排除由于彈性變形（應(yīng)變）引起的電子效應(yīng)在表面聲波誘導(dǎo)的催化促進(jìn)中起主要作用。
2）SAW的催化促進(jìn)作用是由多種因素共同產(chǎn)生的。在第二組實(shí)驗(yàn)中，使用層狀雙金屬Rh/Pt膜，發(fā)現(xiàn)SAW表面結(jié)構(gòu)基本完好無損，它們通常不會導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)變化。
3）SAW誘導(dǎo)了在多晶鉑頂部上五層單層厚Rh膜的混合，這是由于當(dāng)激發(fā)SAW時表面溫度升高約75 K導(dǎo)致熱擴(kuò)散增強(qiáng)。
總之，該工作能夠引發(fā)其他定量研究，有望揭示表面聲波催化控制作用的潛在機(jī)理。
Bernhard von Boehn et al. On the Promotion of Catalytic Reactions by Surface Acoustic Waves. Angew., 2020.
DOI: 10.1002/anie.202005883
https://doi.org/10.1002/anie.202005883
9. AM：Stone–Wales缺陷導(dǎo)致單層石墨烯的高質(zhì)子滲透性和同位素選擇性
石墨烯膜在環(huán)境條件下具有同位素依賴的氫滲透性已被證明，但在過去的五年中一直在討論其潛在機(jī)理。石墨烯膜報(bào)道的室溫質(zhì)子-氘-氫（H+-D+）選擇性為10，遠(yuǎn)高于其它的競爭方法。然而，質(zhì)子如何穿透石墨烯膜還尚未了解，人們提出的假設(shè)包括原子缺陷和局部氫化。但是，這都不能解釋原子薄膜的高滲透性和高選擇性。近日，萊比錫研究中心Thomas Heine等計(jì)算了石墨烯膜和最常見的石墨烯缺陷位點(diǎn)的質(zhì)子及其同位素的流量，從理論上對該問題進(jìn)行了理解。
本文要點(diǎn)：
1）作者研究發(fā)現(xiàn)，理想的石墨烯對質(zhì)子是準(zhǔn)不可滲透的，但sp2碳中最常見的缺陷，即Stone-Wales拓?fù)淙毕?，在室溫下的滲透勢壘低于1 eV，H+-D+選擇性為7，從而解釋了迄今為止獲得的關(guān)于石墨烯膜的所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2）關(guān)于局部氫化，作者認(rèn)為它也降低了滲透屏障，但顯示出較低的同位素選擇性。
Yun An, et al. Stone–Wales Defects Cause High Proton Permeability and Isotope Selectivity of Single‐Layer Graphene. Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202002442
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002442
10. AM綜述：分子相互作用的功能肽-金雜化納米材料的合理設(shè)計(jì)
金納米顆粒（AuNPs）具有出色的光學(xué)性能，已在生物傳感相關(guān)領(lǐng)域中廣泛使用了數(shù)十年。作為新近實(shí)現(xiàn)的功能性生物分子，肽是替代抗體，受體和特定分子相互作用底物的有前途的候選者。肽和AuNPs都較穩(wěn)定，并且可以以較低的成本輕松合成。因此，基于肽-AuNP的生物納米技術(shù)方法引起了越來越多的興趣，尤其是在分子靶向，細(xì)胞成像，藥物遞送和治療領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域有許多出色的工作被報(bào)道：展示新穎的思想，探索新的目標(biāo)以及促進(jìn)先進(jìn)的診斷和治療技術(shù)。更重要的是，其中一些已被用來解決實(shí)際的實(shí)際問題。近日，溫州醫(yī)科大學(xué)Yi Wang，奧地利技術(shù)學(xué)院Wolfgang Knoll，新加坡南洋理工大學(xué)Bo Liedberg等對該領(lǐng)域進(jìn)行了總結(jié)。
本文要點(diǎn)：
1）作者致力于肽-金雜化納米材料在各種分子相互作用中的應(yīng)用，尤其是在生物傳感/診斷和細(xì)胞靶向/成像中，以及在開發(fā)高活性抗菌/防污涂層策略方面。
2）此外，作者還討論了合理設(shè)計(jì)的具有功能特性的肽-金納米材料，并提出了該領(lǐng)域未來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
Xiaohu Liu, et al. Rational Design of Functional Peptide‐Gold Hybrid Nanomaterials for Molecular Interactions. Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202000866
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000866
11. AM：壓延兼容的大孔結(jié)構(gòu)的硅石墨復(fù)合材料用于高能鋰離子電池
基于納米工程的多孔策略成功地緩解了與合金負(fù)極體積膨脹有關(guān)的若干問題。然而，由于諸如壓延不相容性，低質(zhì)量負(fù)載和過度使用非活性材料等局限性，多孔合金負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用充滿挑戰(zhàn)性，與常規(guī)石墨負(fù)極相比，這些缺點(diǎn)都導(dǎo)致合金負(fù)極較低的體積能量密度。特別地，在壓延期間，合金基復(fù)合材料中的多孔結(jié)構(gòu)在高壓下容易塌陷，從而削弱了多孔性。近日，國立蔚山科學(xué)技術(shù)院（UNIST）Jaephil Cho報(bào)道了一種適合硅-石墨負(fù)極的壓延兼容大孔結(jié)構(gòu)，以最大程度地提高體積能量密度。
本文要點(diǎn)：
1）負(fù)極材料由彈性最外層的碳膜、無填充的多孔結(jié)構(gòu)和石墨芯組成。由于彈性碳覆蓋層的潤滑特性，脆性Si納米層覆蓋的大孔結(jié)構(gòu)在電極壓延過程中可以承受高壓并保持其多孔結(jié)構(gòu)。同時，采用了可擴(kuò)展的機(jī)械攪拌和化學(xué)氣相沉積法。
2）所制備的負(fù)極復(fù)合材料具有超過3.6 mAh cm-2的優(yōu)異電化學(xué)穩(wěn)定性，電極體積膨脹程度較小。此外，全電池性能評估結(jié)果表明，與以前的研究報(bào)道相比，該復(fù)合材料具有更高的能量密度（932Wh L-1）和更高的比能量（333Wh/kg-1），并且具有循環(huán)穩(wěn)定性。
Yeonguk Son, et al, Calendering-Compatible Macroporous Architecture for Silicon–Graphite Composite toward High-Energy Lithium-Ion Batteries, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202003286
https://doi.org/10.1002/adma.202003286
12. AM：MoTe2/坡莫合金異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的自旋軌道轉(zhuǎn)矩磁化轉(zhuǎn)換
通過自旋軌道感應(yīng)的扭矩切換磁性元件的能力最近引起了人們的關(guān)注，因?yàn)檫@是一條通往低功耗的高性能，非易失性存儲器的道路。要實(shí)現(xiàn)基于自旋軌道的有效切換，需要利用新材料和新穎的物理學(xué)手段來獲得高的電荷到自旋轉(zhuǎn)換效率，因此自旋源的選擇至關(guān)重要。近日，新加坡國立大學(xué)Hyunsoo Yang等報(bào)道了與坡莫合金相鄰的雙層由1T'-MoTe2半金屬膜組成的雙層中自旋軌道轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換。
本文要點(diǎn)：
1）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該材料在室溫下無需外部磁場即可實(shí)現(xiàn)確定性切換，并且切換時的電流比使用最佳性能重金屬的設(shè)備中的典型電流還要小一個數(shù)量級。
2）如果除了整體自旋霍爾效應(yīng)之外還考慮界面自旋軌道的貢獻(xiàn)，則可以理解其具有厚度依賴性的原因。
3）借助于啞鈴形磁性元件，作者將開關(guān)電流進(jìn)一步降低了三倍。
該工作的發(fā)現(xiàn)表明，將MoTe2在低功率半金屬材料自旋器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
Shiheng Liang, et al. Spin‐Orbit Torque Magnetization Switching in MoTe2/Permalloy Heterostructures. Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202002799
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002799
