1. Nature Commun.：嵌入在石墨氮化碳中的Mn-N3單原子催化劑用于高效CO2電還原
張鎖江院士Nature Communications：嵌入在石墨氮化碳中的Mn-N3單原子催化劑用于高效CO2電還原。電化學CO2還原反應（CO2RR）是CO2減排的最有希望的策略之一。然而，CO2RR過程涉及多個質(zhì)子-電子轉(zhuǎn)移反應，并且HER反應總是與之競爭。因此迫切需要開發(fā)新型催化劑以同時獲得目標產(chǎn)品的高法拉第效率（FE）和高電流密度。據(jù)報道，基于錳（地殼中第三大過渡金屬）的電催化劑可作為CO2RR的催化劑，包括Mn氧化物，Mn配合物，Mn單原子催化劑（SACs）等。其中，Mn SAC引起了極大的關(guān)注。然而，Mn SACs通常以石墨烯作為基質(zhì)形成Mn–N4結(jié)構(gòu)，其CO2RR的性能受到很大限制。
有鑒于此，中科院過程工程研究所張鎖江院士，張香平教授報道了在碳納米管(CNTs)上制備具有Mn-N3活性位的嵌入在石墨氮化碳(g-C3N4)的Mn SACs（Mn-C3N4/CNT）用于高效的CO2RR。
本文要點：
1）以醋酸錳、碳納米管和雙氰胺（DCD）為原料，在873K下的N2氛圍中熱解，然后鹽酸洗滌制備了Mn-C3N4/CNT，碳納米管的加入改善了g-C3N4的導電性。
2）掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)圖像表明，Mn-C3N4/CNT保持了碳納米管的形貌，沒有形成明顯的顆粒。能量色散X射線能譜(EDS)圖像顯示Mn、N和C均勻分布在Mn-C3N4/CNT的整個表面。像差校正的HAADF-STEM圖像顯示，Mn-C3N4/CNT中存在原子分散的Mn，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測得Mn的含量為0.17wt%。
3）在0.44 V的低過電位下，制備的Mn-C3N4/CNT催化劑在水溶液中表現(xiàn)出98.8%的CO FE，jCO為14.0 mA cm-2，表現(xiàn)出優(yōu)于文獻報道的所有Mn SACs的性能。有趣的是，jCO在離子液體(IL)電解質(zhì)中得到了進一步的改善。
4）利用原位X射線吸收光譜和密度泛函理論（DFT）的計算，以研究Mn–C3N4/CNT上的CO2吸附，活化和轉(zhuǎn)化過程，結(jié)果表明，在g-C3N4中與Mn中心配位的三個N原子可以大大改善Mn SACs在CO2RR中的性能。
Feng, J., Gao, H., Zheng, L. et al. A Mn-N3 single-atom catalyst embedded in graphitic carbon nitride for efficient CO2 electroreduction. Nat Commun 11, 4341 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-18143-y
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18143-y
2. Nature Commun.: 基于有機鹵化錳的x射線閃爍體
由于閃爍體具有將電離輻射轉(zhuǎn)換為可見光子的能力，近年來受到了廣泛的關(guān)注，被應用于安全和醫(yī)療等各個領(lǐng)域。盡管X射線閃爍體材料種類繁多，但現(xiàn)有的有機和無機閃爍體材料仍存在許多問題和局限性。有鑒于此，佛羅里達州立大學的Ma Biwu教授等成功合成出一種有機金屬鹵化物——雙苯基磷酸乙烯溴化錳(II) ((C38H34P2)MnBr4），該化合物可以作為高效的X射線閃爍體材料。該研究大力推動了尋找低成本、高性能的閃爍材料的進程，為后續(xù)深入研究提供了新的方向。
本文要點：
1）在室溫下使用簡單的溶液生長方法，成功制備出英寸大小的單晶，該單晶結(jié)構(gòu)為雙苯基磷酸乙烯溴化錳(II) ((C38H34P2)MnBr4），該化合物可以作為高效的X射線閃爍體材料。
2）這種有機金屬鹵化物能被激發(fā)產(chǎn)生綠光，峰位置為517nm，光致發(fā)光量子效率約為95%。
3）它的X射線閃爍特性與X射線劑量率呈現(xiàn)出良好的線性響應，光產(chǎn)率高達80000，檢出限低至72.8 nGy s?1。
4）X射線成像實驗表明，通過將(C38H34P2)MnBr4粉末與聚二甲基硅氧烷混合，可以制備出高分辨率的柔性閃爍體。
Xu, L., Lin, X., He, Q. et al. Highly efficient eco-friendly X-ray scintillators based on an organic manganese halide. Nat Commun 11, 4329 (2020).
DOI: 10.1038/s41467-020-18119-y
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18119-y
3. Nature Commun.: AlN單晶可以產(chǎn)生超長的本征磷光（>20000秒）
磷光是稀土摻雜無機晶體和有機分子晶體中常見的一種光電現(xiàn)象，在光信息存儲、彩色顯示和生物劑量學等方面具有巨大的潛力。然而，針對外源稀土元素和有機組分的磷光發(fā)光時間依舊是當前面臨的一個障礙。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，由無機材料中固有缺陷或形成的激子產(chǎn)生的本征發(fā)光可以顯示出更大的穩(wěn)定和超長磷光發(fā)射的潛力。有鑒于此，中山大學的黃豐和Wei Zheng等人發(fā)現(xiàn)在AlN單晶閃爍體中通過X射線激發(fā)可以產(chǎn)生超長的本征磷光（>20000秒）。該研究對于了解無機材料的磷光機理，實現(xiàn)高能射線劑量學的實際應用具有重要意義。
本文要點：
1）發(fā)現(xiàn)了在AlN單晶閃爍體中通過X射線激發(fā)可以產(chǎn)生超長本征磷光，（>20000秒）。
2）發(fā)光機理研究表明，長余輝發(fā)射可能源于與AlN單晶閃爍體中的氮空位有關(guān)的帶內(nèi)躍遷。
3）吸收X射線光子形成的某些激發(fā)態(tài)不能滿足躍遷選律所要求的初始態(tài)和終態(tài)之間的奇偶性差，因此它們不能直接通過輻射躍遷回到基態(tài)，而是通過幾個聲子輔助的帶內(nèi)躍遷。在這一過程中，就形成了長壽命的寬光譜磷光發(fā)射。
Lin, R., Zheng, W., Chen, L. et al. X-ray radiation excited ultralong (>20,000 seconds) intrinsic phosphorescence in aluminum nitride single-crystal scintillators. Nat Commun 11, 4351 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-18221-1
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18221-1
4. PNAS：多價弱相互作用增強膠體顆粒間結(jié)合的選擇性
如何與膠體顆粒高選擇性的結(jié)合是靶向給藥領(lǐng)域的一個重要研究課題。針對該課題，目前已經(jīng)進行了大量的理論，研究表明利用多價弱相互作用可以獲得高選擇性的結(jié)合。有鑒于此，埃因霍芬理工大學的M. W. J. Prins教授等以一個基于多價弱相互作用的表面覆蓋有DNA的粒子作為模型，深入研究了粒子和細胞之間的配體-受體相互作用。該研究對設(shè)計新型靶向納米藥物傳遞系統(tǒng)具有重要意義。
本文要點：
1）以一個基于多價弱相互作用的表面覆蓋有DNA的粒子作為模型，深入研究了粒子和細胞之間的配體-受體相互作用。
2）研究發(fā)現(xiàn)，配體-受體的親和力可以通過改變互補堿基的數(shù)量而發(fā)生變化，這表明較少的互補堿基可以產(chǎn)生更高的結(jié)合選擇性。
3）通過測量粒子聚集率與配體和受體密度的函數(shù)關(guān)系，證實了對于較短的DNA配體-受體對，結(jié)合變得更具選擇性，該研究充分證明了多價弱相互作用導致粒子間結(jié)合的選擇性增強。
M. R. W. Scheepers, L. J. van IJzendoorn, and M. W. J. Prins. Multivalent weak interactions enhance selectivity of interparticle binding. PNAS.2020
DOI: 10.1073/pnas.2003968117
https://doi.org/10.1073/pnas.2003968117
5. Angew：具有高吸附C2烴和CO2能力的孔分割型MOF
對于氣體儲存和分離的應用，結(jié)合位點的密度通常與結(jié)合強度一樣重要。對于后者，創(chuàng)建開放式金屬位點（OMS）是最有效的方法之一。然而，優(yōu)化結(jié)合位點的密度將不僅僅涉及金屬位點，還要關(guān)注配體和孔幾何等其他重要因素。調(diào)節(jié)結(jié)合位點和主客體相互作用密度的一個強有力的策略是孔空間分割(PSP)。研究發(fā)現(xiàn)，在MIL-88型（acs拓撲）的六角形通道中引入分孔劑，可以使材料具有較高的氣體吸附可調(diào)性。
近日，加州大學河濱分校馮萍云教授，加州州立大學長灘分校卜賢輝報道了一種將acs骨架分割為pacs（分割的acs）結(jié)晶多孔材料（CPM）的策略。該策略基于插入原位合成的4,4'-二吡啶硫醚（dps）配體。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，acs網(wǎng)絡(luò)中三分之一的開放金屬位點保留在pacs MOF中；三分之二用于孔隙空間分割。在MOFs中，Co2V-pacs MOFs對C2H2，C2H4，C2H6和CO2的吸附能力接近或達到創(chuàng)紀錄值。
2）一個大氣壓下，CPM-733-dps（Co2V-BDC形式，BDC = 1,4-苯二甲酸），對C2H2的儲存容量為234 cm3 g-1（298 K）和330 cm3 g-1（273 K）。此外，可以通過低吸附熱即可實現(xiàn)高吸附能力。同時，CPM-733-dps性能穩(wěn)定，經(jīng)多次吸附-脫附循環(huán)后，C2H2吸附量無損失。
Yong Wang, et al, A Strategy for Constructing Pore-Space-Partitioned MOFs with High Uptake Capacity for C2 Hydrocarbons and CO2, Angew. Chem. Int. Ed. 2020
DOI：10.1002/anie.202008696
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202008696
6. Angew：Jahn-Teller歧化誘導剝落晶胞尺度的ε-MnO2
由于非層狀塊體材料中的晶格中存在較強的化學鍵，而不是層狀塊體材料中弱的范德華（vdW）相互作用，因此從非層狀塊體材料中剝離納米薄片極具挑戰(zhàn)性。近日，吉林大學黃科科副教授，復旦大學李曄飛教授報道了利用Mn3+的JahnTeller歧化效應和鍵合強度的差異，提出了一種自上而下剝離La1-xAExMnO3（AE=Ca，Sr，Ba）鈣鈦礦以制備ε-MnO2納米片的策略。
本文要點：
1）XAS和溶解離子的定量分析準確地揭示了La0.5Sr0.5MnO3 （LSMO）的反應過程。LSMO大塊晶體中La3+和Sr2+發(fā)生選擇性析出，然后發(fā)生Mn3+的Jahn-Teller歧化。同時，將共享角點的MnO6八面體的重構(gòu)轉(zhuǎn)化為邊共享網(wǎng)絡(luò)。此外，能量和相變的隨機勢能面行走（SSW）路徑計算結(jié)果顯示，通過質(zhì)子交換鈣鈦礦到水鈉錳礦的路徑，然后由鈣鈦礦骨架局部重構(gòu)MnO6，并進一步轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>ε-MnO2。
2）剝離后的ε-MnO2為空位有序，具有雙晶胞厚度(0.91 nm)，表現(xiàn)出熱力學亞穩(wěn)性和良好的水氧化反應（WOR）性能，TOF為0.375 mmolO2 mol Mn-1 s-1，比其他錳氧化物高得多。
這一發(fā)現(xiàn)不僅為制備金屬氧化物納米片狀材料提供了一種新的化學合成策略，而且可以追溯起始非層狀塊體材料的內(nèi)部電荷順序信息。此外，該合成方法有望推廣到其他具有非層狀晶體結(jié)構(gòu)的二維納米片狀材料的剝離。
Yilan Jiang, et al, Jahn-Teller Disproportionation Induced Exfoliation of Unit-Cell Scale ε-MnO2, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202010246
https://doi.org/10.1002/anie.202010246
7. Angew：分子金屬氧化物的結(jié)構(gòu)相變
金屬氧化物的結(jié)構(gòu)相隨溫度和壓力的變化而變化。在相變過程中，組分離子在多維金屬-氧網(wǎng)絡(luò)中移動。固態(tài)特性也隨相變而變化，包括超導和絕緣，鐵電和順電以及低自旋和高自旋狀態(tài)等。近日，日本山口大學Ryo Tsunashima等通過晶體X射線衍射分析，研究了約2 nm的單分子金屬氧化物[Na@(SO3)2(n-BuPO3)4MoV4MoVI14O49]5-（分子1）的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，包裹在離散的金屬氧化物陰離子中的Na+表現(xiàn)出可逆的有序-無序轉(zhuǎn)變，并伴隨著溫度引起的Mo-O分子骨架變形。
2）通過除去單晶態(tài)的結(jié)晶溶劑分子或用抗衡陽離子改變分子堆積來誘導的化學壓力也可觸發(fā)類似的有序無序轉(zhuǎn)變。
該工作報道的這些機制對應于鈣鈦礦鐵電體中的介電躍遷，如尺寸為10-20 nm的納米粒子中所觀察到的，而該分子中，躍遷發(fā)生的分子尺度為?2 nm。表現(xiàn)為動態(tài)和宏觀結(jié)構(gòu)變化的金屬氧化物分子顆粒。
Masaru Fujibayashi, et al. Structural Phase Transitions of a Molecular Metal Oxide. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202010748
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202010748
8. AM：有機基磁體V(TCNE)x中的自旋波激發(fā)，檢測和利用
量化為磁振子的自旋波具有低能量損耗和低磁阻尼，這對信息處理設(shè)備所需的基于自旋波傳播的設(shè)備而言至關(guān)重要。近日，猶他大學Z. Valy Vardeny等研究發(fā)現(xiàn)可以分別通過微波輻照和熱加熱在V(TCNE)x（TCNE =四氰基乙烯；x≈2）膜中產(chǎn)生相干和非相干自旋波。
本文要點：
1）實驗表明，有機磁體V(TCNE)x具有極低的磁阻尼，可與例如釔鐵石榴石（YIG）相比。
2）作者演示了V(TCNE)x中各種模式下相干和非相干自旋波的激發(fā)，檢測和利用，并表明V(TCNE)x膜中微波激發(fā)的相干自旋波所攜帶的角動量可以通過自旋泵轉(zhuǎn)移到相鄰的Pt層中，并使用逆自旋霍爾效應進行檢測。可以通過選擇不同的激發(fā)自旋波模式來調(diào)整V(TCNE)x膜的自旋泵浦效率。
3）此外，通過自旋塞貝克效應受熱激發(fā)的V(TCNE)x膜中的非相干自旋波也可以用作自旋泵浦源。
該工作表明，將相干和非相干自旋波檢測相結(jié)合，可以對自旋泵浦效率進行熱控制，并獲得有機基磁體中的自旋電子學應用的新見識。
Haoliang Liu, et al. Spin Wave Excitation, Detection, and Utilization in the Organic‐Based Magnet, V(TCNE)x (TCNE = Tetracyanoethylene). Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202002663
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002663
9. AM：添加自聚合離子液體用于制備空氣穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池
盡管鈣鈦礦太陽能電池在實驗室規(guī)模上具有出色的光伏性能，但混合鈣鈦礦在空氣中會分解，尤其是在高溫和潮濕的環(huán)境中。因此，通常在干燥/惰性環(huán)境中制備高效率的鈣鈦礦，其具有昂貴的成本且不利于實際應用。近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院Paul J. Dyson，Cristina Roldán-Carmona，Zhaofu Fei報道了引入1，3-雙(4-乙烯基芐基)咪唑氯([bvbim]Cl)作為多功能鈍化劑，成功在潮濕的環(huán)境條件下制備了高效鈣鈦礦太陽能電池。
本文要點：
1）[bvbim]Cl將鈣鈦礦前體保留在溶液中，同時在結(jié)晶過程中進行自聚合，從而原位形成不溶且高度疏水的交聯(lián)聚合物。
2）通過在鈣鈦礦溶液中添加這種離子液體鈍化劑，可以有效降低電池制造過程中對水分的敏感性，對于在≈50％相對濕度（RH）下制造的FAMAPbI3電池，其PCE值可達到19.9％。
3）FAMAPbI3電池具有優(yōu)異的特性，包括：i）高疏水性，ii）高配位能力，iii）交聯(lián)能力在單個分子中的一體化組合，保護了鈣鈦礦與水的相互作用，有利于更容易的制造和形成更堅固的材料。
Rui Xia, et al, An Efficient Approach to Fabricate Air-Stable Perovskite Solar Cells via Addition of a Self-Polymerizing Ionic Liquid, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202003801
https://doi.org/10.1002/adma.202003801
10. AM：大規(guī)模有序石墨烯夾心腔陣列用于定量液相電子顯微鏡
液相透射電子顯微鏡（TEM）可提供納米級的實時顯微觀察，對了解膠體納米顆粒的生長，蝕刻和相互作用的潛在機理等至關(guān)重要。盡管在分析化學的各個領(lǐng)域具有如此獨特的功能和潛在的應用，但液相TEM研究仍依賴于從數(shù)量有限的觀測事件中獲得的信息。近日，韓國漢陽大學Won Chul Lee，首爾國立大學Jungwon Park等報道了將陽極氧化鋁膜夾在石墨烯片之間，構(gòu)造了具有大量高度有序的納米腔的新型液體池。
本文要點：
1）作者通過制備的納米腔陣列，對分散在液體中的膠體金納米顆粒進行TEM分析，以證明納米腔陣列在定量液相TEM中的潛力。
2）在多個納米腔室中進行的獨立TEM觀察證實，盡管單個納米顆粒遵循不同的生長軌跡，但單體附著和聚結(jié)過程普遍控制著納米顆粒的整體生長。
該工作表明，膠體納米顆粒的擴散動力學和生長途徑可以在液體池的多個腔室中進行研究，并同時保持了石墨烯液體池TEM的高分辨率。
Kitaek Lim, et al. A Large‐Scale Array of Ordered Graphene‐Sandwiched Chambers for Quantitative Liquid‐Phase Transmission Electron Microscopy. Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202002889
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002889
11. AM：時間門控FRET納米探針用于對斑馬魚進行體內(nèi)無自發(fā)熒光成像
斑馬魚是疾病研究、藥物發(fā)現(xiàn)、毒性研究、胚胎發(fā)生和神經(jīng)科學等領(lǐng)域常用的一種重要脊椎動物模型。熒光蛋白(FPs)是目前用于斑馬魚成像的主要工具。然而，F(xiàn)Ps也有著亮度低、易被光漂白、發(fā)射光譜寬和樣品自身熒光等難以解決的缺點。巴黎薩克雷大學Marcelina Cardoso Dos Santos和Niko Hildebrandt制備了一種基于福斯特共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)、具有狹窄且可調(diào)諧發(fā)光譜、對光穩(wěn)定的Tb-量子點(QD)納米探針，并將其用于細胞內(nèi)的活體成像。
本文要點：
1）長光致發(fā)光(PL)壽命使得該探針可以實現(xiàn)無自發(fā)熒光背景的時間門控(TG)檢測。實驗也在體內(nèi)證明了該TG- FRET納米探針的多功能性。
2）在單細胞階段進行注射后，該FRET納米探針可以對斑馬魚的胚胎發(fā)育過程進行7天的成像，其毒性也很低，并且與非TG成像相比可以顯著提高成像的信號-背景比。因此這一工作也為設(shè)計優(yōu)于FPs的體內(nèi)熒光成像探針提供了新的策略。
Marcelina Cardoso Dos Santos. et al. Time-Gated FRET Nanoprobes for Autofluorescence-Free Long-Term In Vivo Imaging of Developing Zebrafish. Advanced Materials. 2020
DOI: 10.1002/adma.202003912
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003912
12. NSR：層次化多孔材料：合成策略及其在儲能中的應用
為了滿足可持續(xù)發(fā)展日益增長的能源需求，開發(fā)能夠提高儲能系統(tǒng)效率的新材料至關(guān)重要。層次化多孔材料具有可利用空間大、比表面積大、密度低、隨體積和溫度變化具有良好的吸熱能力、化學成分可變、層次化孔隙率在不同長度尺度上可控且相互連通等優(yōu)點，在儲能領(lǐng)域顯示出巨大的應用潛力。多孔結(jié)構(gòu)有利于電子和離子的傳輸以及質(zhì)量擴散和交換。層狀多孔材料的電化學行為隨孔參數(shù)的不同而不同。揭示它們之間的關(guān)系可以精準設(shè)計高效分層結(jié)構(gòu)多孔材料以進一步提高它們的儲能性能。
近日，武漢理工大學蘇寶連教授，傅正義教授，李昱教授以層次化孔隙的特征參數(shù)為研究對象，綜述了層次化多孔儲能材料的研究進展。首次從不同的多孔特性來總結(jié)分級結(jié)構(gòu)多孔材料的性能。
本文要點：
1）作者首先對層次化多孔材料的一系列獨特的合成策略進行了簡要的綜述。有利于那些想要快速獲得關(guān)于新型分層結(jié)構(gòu)多孔材料合成策略的有用參考信息，以提高其儲能性能。
2）作者深入總結(jié)了多孔體系的不同組織、結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)對其電化學行為的影響。
3）作者概述了在可再生能源應用中需要解決的分層結(jié)構(gòu)多孔材料存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)。
Liang Wu, Yu Li, Zhengyi Fu, Bao-Lian Su, Hierarchically structured porous materials: synthesis strategies and applications in energy storage, National Science Review, nwaa183
DOI：10.1093/nsr/nwaa183
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa183
