1. Nature Commun.：一種直接耦合的電化學體系用于海水中CO2的捕獲和轉(zhuǎn)化
捕獲和轉(zhuǎn)化海水中的CO2可導致凈負排放，同時每年可為合成燃料和化學原料提供數(shù)十億噸的碳源。迄今為止，已經(jīng)報道了兩種類型的電滲析設(shè)計用于從海水中捕獲CO2。電滲析捕集CO2的基本工作原理是通過酸化海水將CO2/碳酸氫鹽平衡推向溶解的CO2。然后，酸化的氣流通過液-氣膜接觸器，該接觸器從水溶液中溶解的CO2中捕獲氣態(tài)CO2。在先前報道的裝置中，意外的水分解反應，即陰極的氫分解反應（HER）和陽極的氧分解反應（OER），通常會導致額外的電壓損失和額外的電化學能量消耗，以去除CO2。
近日，加州理工學院Chengxiang Xiang，Harry A. Atwater，南方科技大學林蒙助理教授報道了一種直接耦合的電化學體系，通過使用雙極膜電滲析（BPMED）電池和蒸汽補給的CO2還原（CO2R）電池來捕獲和轉(zhuǎn)化海水中的CO2。
本文要點：
1）在BPMED電池的電極通過單電子可逆氧化還原電偶代替了以往的水裂解反應，用于CO2捕獲的電化學能耗為155.4 kJ mol-1或0.98 kWh kg-1，同時BPMED電池還顯示出高的CO2捕獲率，占總?cè)芙鉄o機碳（DIC）的71%。
2）研究人員展示了通過BPMED從海水中捕獲CO2與電化學CO2還原（CO2R）轉(zhuǎn)化為燃料和化學品之間的直接耦合。直接耦合的蒸氣供給的CO2R電池使用銅電催化劑可以將CO2從海水轉(zhuǎn)化為燃料和化學品，如一氧化碳、乙烯、乙醇和丙醇，在電流密度為58 mA cm-2時，總法拉第效率（FE）高達73%；使用Ag電催化劑，在電流密度為11.15 mA cm-2時，CO轉(zhuǎn)化量高達95％。
該概念體系提供了一條獨特的技術(shù)途徑，僅通過電化學過程就可以從海水中捕獲和轉(zhuǎn)化CO2。
Digdaya, I.A., Sullivan, I., Lin, M. et al. A direct coupled electrochemical system for capture and conversion of CO2 from oceanwater. Nat Commun 11, 4412 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-18232-y
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18232-y
2. Angew: 酞菁鈷和鋅-氮-碳串聯(lián)催化劑使二氧化碳電還原成甲烷
對于電化學CO2還原反應（CO2RR），非常需要開發(fā)用于將CO2轉(zhuǎn)化為碳氫化合物和含氧化合物的無銅催化劑。有鑒于此，中國科學院大連化學物理研究所汪國雄研究員等人，設(shè)計制備了一種鈷酞菁（CoPc）和鋅-氮-碳（Zn-N-C）串聯(lián)催化劑用于將CO2RR轉(zhuǎn)化為CH4。
本文要點：
1）與單獨使用CoPc或Zn‐N‐C相比，這種串聯(lián)催化劑在CH4/CO的產(chǎn)率比上提高了100倍以上。
2）密度泛函理論計算和電化學CO還原反應結(jié)果表明，CO2首先在CoPc上還原為CO，然后擴散到Zn-N-C上以在Zn-N4位點進一步轉(zhuǎn)化為CH4，將復雜的CO2RR途徑分離在單個活性位點上進行兩步串聯(lián)反應。
3）此外，機理分析表明，CoPc不僅產(chǎn)生CO，還提高了Zn‐N4中相鄰N位點上的*H可用性，這是實現(xiàn)高CH4產(chǎn)率和理解銅基串聯(lián)催化劑獨特電催化行為的關(guān)鍵。
總之，該工作不僅展示了CO2RR串聯(lián)催化的新實例，也為提高CH4產(chǎn)量提供了一種新的策略。
Long Lin et al. Enhancing CO2 Electroreduction to Methane with Cobalt Phthalocyanine and Zinc‐Nitrogen‐Carbon Tandem Catalyst. Angew., 2020.
DOI: 10.1002/anie.202009191
https://doi.org/10.1002/anie.202009191
3. Angew：電致變色氫鍵有機框架膜
氫鍵有機框架（HOFs）具有諸多優(yōu)點，例如高孔隙率，可調(diào)的結(jié)構(gòu)，易修飾和易再生等優(yōu)點，但是，功能性HOFs新材料的研究開發(fā)還較少。近日，中科院福建物構(gòu)所Rong Cao，Tian-Fu Liu等首次報道了電致變色HOFs膜。
本文要點：
1）作者應用的電泳沉積（EPD）方法在室溫下僅需2分鐘即可生成透明HOFs膜，該方法簡便，高效，成本低廉，并適用于其它HOFs。
2）實驗表明，所得的HOFs膜表現(xiàn)出可逆的電致變色特性，且具有長循環(huán)壽命（> 500次循環(huán)）的優(yōu)點。
3）此外，這種全有機膜可以很容易地再生（通過DMF沖洗并重新沉積），并顯示出可調(diào)的電致變色行為（通過低成本的合成后改性），能夠連續(xù)進行變色，這是傳統(tǒng)的電致變色材料很難實現(xiàn)的。
4）基于上述優(yōu)點，作者制備了電致變色器件以進一步證明其應用潛力。
該工作的報道有可能為HOFs膜用于廣泛的實際應用開辟新的途徑。
Ji-fei Feng, et al. An Electrochromic Hydrogen‐Bonded Organic Framework Film. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202006926
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202006926
4. Angew: 熱穩(wěn)定和高活性的單Rh原子催化劑
NO是主要的大氣污染物之一,會引起霧霾、酸雨和光化學煙霧等一系列環(huán)境問題。CO是一種危害人體健康的有毒氣體,同時也是一種優(yōu)良的還原劑。利用CO催化還原NO可以同時消除這兩種有害氣體的高效方法,意義重大。在過渡金屬元素中，銠對NO的解離活性最高，是目前汽車三效催化劑中最為重要的還原性活性組分。
有鑒于此，美國西北太平洋國家實驗室的Konstantin Khivantsev等人，首次證明了通過高溫原子俘獲合成制備的在二氧化鈰上原子分散的Rh陽離子是(CO+NO)反應的活性物種。
本文要點：
1）這提供了與有機金屬均相Rh(I)配合物的直接聯(lián)系，該絡(luò)合物能夠催化干式（CO+NO）反應，但不考慮穩(wěn)定性。特別是，在0.1wt％Rh1/CeO2中的熱穩(wěn)定Rh陽離子在120?C下可實現(xiàn)完全NO轉(zhuǎn)化，每個Rh原子的TOF為?330 hr-1。在干燥條件下，100?C以上的主要產(chǎn)物為N2，次要產(chǎn)物為N2O。
2）水的存在促進了從50?C開始的0.1wt％Rh1/CeO2的低溫活性，在?120oC具有完全的NO轉(zhuǎn)化。然而，在濕流情況下，氨和氮是主要產(chǎn)物，只有少量的N2O。在如此低的溫度下形成NH3極具潛力，因為它有可能將其用作被動式SCR系統(tǒng)。由于載體上Rh離子的均勻性，可以通過對沸石和二氧化鈰上Rh離子的紅外測量來觀察(CO+NO)反應的中間體。
3）此外，研究表明氨的形成與材料的WGS活性相關(guān)，因此，因此，氫化銠Rh-H物種參與了該反應：使用同位素IR測量檢測氧化鈰上的Rh（CO）Hx物種。
總之，該工作為TWC催化中的催化活性物種提供了新的機理理解，并為合成具有100%原子經(jīng)濟性的貴金屬(如Rh)基新型排放控制催化劑開辟了新途徑。
Konstantin Khivantsev et al. Pushing the limits of precious metal atom economy for three‐way‐catalysts (TWC): thermally stable and highly active single Rh atom catalysts (Rh1/ceria) for NO abatement. Angew., 2020.
DOI: 10.1002/anie.202010815
https://doi.org/10.1002/anie.202010815
5. Angew：具有出色活性和耐久性的導電性和彈性TiO2納米纖維氣凝膠用于自支撐電催化劑
最近，由于出色的電化學性能，各種二氧化鈦（TiO2）納米結(jié)構(gòu)在能量轉(zhuǎn)換和存儲領(lǐng)域中受到越來越多的關(guān)注。然而，這些顆粒納米材料僅以粉末形式存在，這導致潛在的健康風險和環(huán)境危害。近日，東華大學丁彬教授，劉一濤研究員報道了一種新穎的，高彈性的TiO2散裝形式，可安全使用且易于回收。
本文要點：
1）研究人員構(gòu)建了由彈性結(jié)合的柔性TiO2納米纖維組成的TiO2納米纖維氣凝膠（NAs），具有超低的堆積密度，超高的孔隙率和出色的彈性。
2）為了進一步促進電荷轉(zhuǎn)移，研究人員對TiO2 NAs進行鋰還原以產(chǎn)生大量的氧空位，這些空位可以調(diào)節(jié)TiO2的電子結(jié)構(gòu)，從而導致電導率高達38.2 mS cm-1。密度泛函理論（DFT）計算表明，這些OVs可以促進氮氣的吸附和活化，從而有助于提高電催化活性。
3）作為概念驗證，研究人員將導電彈性的TiO2 NAs作為一種新型的自支撐電催化劑用于環(huán)境固氮。吲哚酚藍法的測試結(jié)果顯示，氨產(chǎn)量為4.19×10-10 mol s-1 cm-2，法拉第效率為20.3％。
除了在電催化領(lǐng)域的應用外，導電彈性TiO2 NAs在儲能、光催化、柔性電子器件等領(lǐng)域也有著廣闊的應用前景。
Meng Zhang, et al, Conductive and Elastic TiO2 Nanofibrous Aerogels: A New Concept toward Self-Supported Electrocatalysts with Superior Activity and Durability, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202010110
https://doi.org/10.1002/anie.202010110
6. Angew：界面形態(tài)決定界面化學：X射線誘導固體表面鹽包水電解質(zhì)生成氟化鋰
超濃“鹽包水”電解質(zhì)最近重新激發(fā)了人們對高能量密度水系鋰離子電池的興趣。高濃度下的熱力學穩(wěn)定和界面水電解的動力學勢壘極大地擴展了電化學穩(wěn)定性窗口，從而促進了高壓水系電池的發(fā)展。近日，美國SLAC國家加速器實驗室Hans-Georg Steinrück報道了利用同步輻射X射線研究了LiTFSi/H2O電解質(zhì)在“鹽包水”和“水包鹽”兩種狀態(tài)下的界面分解途徑，同時，X射線在固體-電解質(zhì)界面產(chǎn)生電子，模擬還原環(huán)境，并利用X射線衍射探測表面薄膜的結(jié)構(gòu)。
本文要點：
1）研究人員觀察到過高濃度下，TFSI-在表面的還原，形成了氟化鋰（LiF）界面，同時沒有觀察到氫氧化鋰（LiOH）的析出。
2）這種光電子誘導還原的機理被揭示為依賴于濃度的界面化學，這種界面化學只發(fā)生在緊密接觸的離子對之間，這成為利用“鹽包水”概念的理論基礎(chǔ)。
該研究不僅提供了更好的水性中間相的合理設(shè)計，而且揭示了在使用高強度電離同步輻射分析表面結(jié)構(gòu)和組成時，避免光電子誘導的還原反應產(chǎn)生偽影的重要性。
Hans-Georg Steinrück, et al, Interfacial Speciation Determines Interfacial Chemistry: X-ray-Induced Lithium Fluoride Formation from Water-n in- salt Electrolytes on Solid Surfaces, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202007745
https://doi.org/10.1002/anie.202007745
7. Nano Letters：自推進式主動光熱納米游泳器，用于清除體內(nèi)深層生物膜
增加抗菌藥物對生物膜的滲透性是提高治療效果、減緩抗生素耐藥性的有效策略。在此，中國科學院長春應用化學研究所曲曉剛等人設(shè)計了一種近紅外(NIR)光驅(qū)動的納米級游泳器(HSMV)來應對這一挑戰(zhàn)。
本文要點：
1）在近紅外光照射下，由于非對稱分布的AuNPs的光熱轉(zhuǎn)化作用，HSMV能夠在5min內(nèi)高效地自我推進并穿透到生物膜中。
2）萬古霉素(Van)的局部熱(～45℃)和熱觸發(fā)釋放可將光熱治療和化療有效地結(jié)合在一個系統(tǒng)中。
3）HSMV的主動運動增加了光熱治療(PTT)的有效距離，提高了抗生素的治療指數(shù)，使體外生物膜去除率達到90%以上。值得注意的是，HSMV可以在10分鐘的激光照射下消除體內(nèi)生長的金黃色葡萄球菌生物膜，而不會對健康組織造成損害。
綜上所述，這項工作可能會為體內(nèi)治療生物膜相關(guān)感染的治療策略提供幫助。
Tingting Cui, et al. Self-Propelled Active Photothermal Nanoswimmer for Deep-Layered Elimination of Biofilm In Vivo. Nano Lett., 2020.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02767
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c02767
8. Nano Letters: 具有高靈敏性、強定量和尺寸選擇檢測能力的SERS器件平臺
當前，表面增強拉曼散射(SERS)傳感器件的靈敏性與定量檢測能力之間存在矛盾，這是因為靈敏性需要超靈敏的SERS熱點（“hottest spots”，通常存在于貴金屬納米結(jié)構(gòu)間< 10 nm的間隙中），處于圖a中“hottest spots”區(qū)域1的單個分子貢獻的SERS信號可能是其它區(qū)域（如2）的數(shù)萬倍，因此該分子就會被誤算為數(shù)萬個分子，導致差的定量檢測能力。要想完美解決該矛盾，除非能夠精準的將所有待檢測分子輸運到具有相同“熱度”的“hottest spots”區(qū)域，這顯然幾乎是不可能實現(xiàn)的。
與現(xiàn)在追求制備高靈敏性 富含“hottest spots” SERS器件的研究不同，浙江大學楊士寬課題組將“hottest spots”從SERS器件中移除，從而能夠大幅度提高SERS器件的定量檢測能力（如圖b中位于點I和點II分子貢獻的SERS信號差異相較于圖a中的點1和點2大幅度降低）。由于“hottest spots”缺失導致的靈敏性下降將通過超滑富集表面對待檢測分子濃縮富集進行彌補，即待檢測液滴在超滑富集表面上揮發(fā)，待檢測分子濃度逐漸提高并最終濃縮成一個小點。
本文要點：
1）具體來講，通過采用近百納米厚的含有亞納米孔道的金屬有機框架（MOF）材料包裹住金納米棒，然后將MOF包裹的金納米棒引入待檢測溶液中，將該溶液放置于單層聚二甲基硅氧烷（PDMS）分子刷超滑表面上，隨著溶液的揮發(fā)，MOF包裹金納米棒和待檢測分子將會聚集在一個很小的區(qū)域，MOF殼層避免近鄰金納米棒靠近形成“hottest spots”（圖c）。
2）對含有復雜成份的現(xiàn)實樣品而言，無選擇性濃縮富集會使SERS信號極其復雜，挑戰(zhàn)SERS技術(shù)對未知成份樣品的鑒別能力。MOF殼層可以發(fā)揮分子篩功能提高SERS技術(shù)對復雜樣品的鑒別能力，即通過設(shè)計MOF孔道大小，僅允許感興趣的分子和更小的分子穿過MOF殼層抵達金納米棒表面貢獻SERS信號，從而大大簡化SERS譜圖的復雜性。
總之，我們構(gòu)建了一個兼有高靈敏性、高定量檢測能力和尺寸選擇性檢測功能的SERS器件平臺。
Shikuan Yang, et al. Quantitative and Sensitive SERS Platform with Analyte Enrichment and Filtration Function.Nano Lett. 2020
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c02683
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02683
9. Nano. Today：無金屬納米酶激活的前藥用于靶向腫瘤的催化治療
酶介導的腫瘤細胞前藥激活是一種很有吸引力的靶向治療策略。已有研究表明，天然過氧化物酶和吲哚-3-乙酸(IAA)是一種有效的酶-前藥組合。然而，由于內(nèi)源性過氧化物酶活性不足以及難以在腫瘤細胞中選擇性表達外源性過氧化物酶，因此該策略的抗腫瘤效率也被嚴重限制。開發(fā)具有類過氧化物酶活性的納米材料(納米酶)，特別是設(shè)計具有高穩(wěn)定性和良好生物相容性的無金屬納米酶為克服這些難題提供了新的途徑。在理論計算的指導下，中科院生物物理研究所閻錫蘊院士、范克龍研究員和高利增研究員開發(fā)了一種在酸性環(huán)境下具有類過氧化物酶活性的無金屬磷氮雙摻雜多孔空心碳球納米酶(PNCNzyme)。
本文要點：
1）基于這種無金屬納米酶，實驗開發(fā)了一種納米酶-IAA激活策略，即利用該納米酶激活I(lǐng)AA以產(chǎn)生大量ROS，觸發(fā)腫瘤細胞發(fā)生凋亡。實驗也將葉酸(FA)引入到該納米酶中，以增強其腫瘤靶向性和腫瘤細胞的內(nèi)吞作用。
2）結(jié)果表明， FA-PNCNzymes@IAA可以在異種移植宮頸癌腫瘤中有效積累，催化產(chǎn)生ROS并誘導細胞凋亡。綜上所述，這一研究表明，納米酶-IAA組合是一種有效的酶激活前藥策略，可用于實現(xiàn)靶向腫瘤的催化治療。
Qian Liang. et al. A metal-free nanozyme-activated prodrug strategy for targeted tumor catalytic therapy. Nano Taday. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013220301043
10. Nano. Today：血液接觸氧化石墨烯可能會導致非人靈長類動物的過敏性死亡
氧化石墨烯(GO)的毒理學評估一直在積極進行中。然而，氧化石墨烯的安全性在目前仍然存在著很大的爭議，特別是在高等哺乳動物中缺乏對其毒理學特性的研究。中科院上海高等研究院諸穎研究員和上海交通大學樊春海院士研究發(fā)現(xiàn)，當血液暴露在低于最大安全起始劑量的GO下，哺乳動物可能會發(fā)生意外死亡，包括非人類靈長類動物(1 / 5的獼猴和7 / 121只小鼠)，而在其他動物中仍然普遍適用。
本文要點：
1）實驗在死亡動物中發(fā)現(xiàn)免疫球蛋白E水平升高以及嚴重的肺損傷，表明氧化石墨烯會引起急性的過敏反應。
2）值得注意的是，實驗并沒有觀察到其他兩種碳納米材料（單壁碳納米管和納米金剛石）會引發(fā)過敏反應和死亡。這種差異可能是由于二維氧化石墨烯材料在體內(nèi)的循環(huán)時間較長所致。因此，這一研究也充分凸顯了評估石墨烯和其他納米材料過敏性風險的緊迫性。
Yunfeng Lin. et al. Blood exposure to graphene oxide may cause anaphylactic death in non-human primates. Nano Taday. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013220300918
11. AEM：具有綠色溶劑空穴傳輸層的高效穩(wěn)定的膠體量子點太陽能電池
綠色溶劑有望用于下一代溶液處理太陽能電池，同時兼具高性能與操作穩(wěn)定性。膠體量子點/聚合物混合太陽能電池因其可吸收可見光和近紅外光而備受關(guān)注。然而，由于聚合物p型材料對聚合物的強烈吸引，導致有限的溶解度，使得目前最好的聚合物空穴傳輸層（HTL）嚴重依賴于危險溶劑（如氯苯）的處理。
近日，韓國浦項科技大學Taiho Park，加拿大多倫多大學Edward H. Sargent報道了一種新的聚合物HTL（asy-ranPBTBDT），其可以溶于2-甲基茴香醚等綠色溶劑，而不會影響最終的器件功率轉(zhuǎn)換效率。
本文要點：
1）與對比的asy-PBTBDT相比，這種新的聚合物結(jié)構(gòu)誘導了較強的π-π堆積面向取向和較少的橫向晶粒生長，從而減少了電荷復合，提高了器件的穩(wěn)定性。
2）所得器件的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）為13.2%，在最大功率點連續(xù)工作120 h后仍保持其初始效率的89%，而對照器件的PCE分別下降了11.4%和71%。
Hong Il Kim, et al, Efficient and Stable Colloidal Quantum Dot Solar Cells with a Green-Solvent Hole-T ransport Layer, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202002084
https://doi.org/10.1002/aenm.202002084
12. ACS Nano：單個微電極的原位研究揭示層狀高倍率負極中氧網(wǎng)絡(luò)畸變
緩慢的轉(zhuǎn)化反應嚴重降低了鋰儲存的倍率性能，這是轉(zhuǎn)化型負極材料的主要缺點。
近日，德國萊布尼茨固態(tài)與材料研究所Oliver G. Schmidt院士，Minshen Zhu報道了所設(shè)計的微平臺同時實現(xiàn)了層狀負極材料的原位合成和對充放電過程中化學變化的基本解釋。在這種納米技術(shù)中，應變層材料（納米膜）被沉積在基板表面，當觸發(fā)從基板分層時，這些材料卷起成“瑞士卷”微管。
本文要點：
1）通過這種方式，微技術(shù)精準控制原料的數(shù)量和幾何形狀。結(jié)果，研究人員靈活地合成了ZnxGeOy微管，并通過將x值從2調(diào)整到1來控制ZnxGeOy從尖晶石到層狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。同時，避免了功能性添加劑。
2）原位光譜演化表明，非化學計量比ZnxGeOy中氧網(wǎng)絡(luò)的畸變對相變起著調(diào)節(jié)作用。此外，反應活性高的Li2O2產(chǎn)物顯著加快了氧化還原反應的動力學，從而提高了催化劑的高倍率性能。更重要的是，現(xiàn)場制造策略直接指導了高性能納米材料的普遍和大規(guī)模合成。
3）研究人員成功地制造出了具有高倍率性能的Zn1.5GeOy微管和納米棒，在10 A g-1的高倍率下表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，分別為268 mAh g-1和574 mAh g-1。
這項工作揭示了層狀負極中氧網(wǎng)絡(luò)畸變對循環(huán)轉(zhuǎn)化反應的有利影響，從而為提高轉(zhuǎn)換型鋰儲存負極的倍率性能提供了一種有效替代策略。
Lixiang Liu, et al, Decoding of Oxygen Network Distortion in a Layered High-Rate Anode by In Situ Investigation of a Single Microelectrode, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c04483
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04483
