1. Chem. Rev.: 分級結構沸石：從設計到應用
分級結構沸石結合了微孔沸石的固有催化性能以及介孔和/或大孔體系的優(yōu)異的物質(zhì)輸運性能。這些材料是工業(yè)上最理想的催化劑和吸附劑，并成為當前一個高度發(fā)展的重要領域。除了增強的傳質(zhì)能力導致高活性，高選擇性和高循環(huán)時間外，沸石材料分級結構的另一個基本優(yōu)點是，它可以顯著提高沸石材料的利用率，從而將能源、時間和原材料消耗降至最低。分級沸石的合成、表征和應用已經(jīng)取得了實質(zhì)性進展。有鑒于此，武漢理工大學蘇寶連教授、陳麗華研究員和上海石油化工研究院謝在庫院士、楊為民教授等人，概述了該領域的最新成就，重點介紹了過去十年來在沸石中創(chuàng)建額外孔隙系統(tǒng)的新策略的重大進展。1）根據(jù)原理、通用性、有效性和現(xiàn)實程度，介紹了最具創(chuàng)新性的合成方法，同時建立了合成路線和沸石中所形成的分層孔隙質(zhì)量之間的緊密聯(lián)系。2）對具有不同層次多孔結構的沸石，即微-中孔結構、微-大孔結構和微-中-大孔結構進行了詳細的分析，并舉例說明其優(yōu)點和制備方法。3）通過一系列具有代表性的案例討論了由于質(zhì)量輸運性能增強而在催化、環(huán)境和生物應用中顯著改善的性能。最后，展望了基于“廣義默里定律”的“物質(zhì)-屬性-定量和真正理性設計”的出現(xiàn)，該定律使生物啟發(fā)的分層結構沸石的可預測和可控制的制備成為可能。總之，該工作有助于促進分級結構沸石材料在催化、分離、環(huán)境、先進材料、化學工程以及人工器官和藥物輸送系統(tǒng)等生物醫(yī)學領域的發(fā)展。
Li-Hua Chen et al. Hierarchically Structured Zeolites: From Design to Application. Chem. Rev., 2020.DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00016https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00016
2. Chem. Soc. Rev.綜述：邁向商業(yè)化：鈣鈦礦太陽能電池的運行穩(wěn)定性
近來，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）由于其高功率轉換效率（25.2％）和低制造成本而備受關注。低壽命短嚴重阻礙了其商業(yè)化。在PSC研究人員的共同努力下，在改善PSCs運行穩(wěn)定性方面已經(jīng)取得了巨大進步。有鑒于此，北京大學周歡萍特聘研究員總結了在改善PSCs運行穩(wěn)定性，提高其壽命方面取得的研究進展。1）作者首先闡明了PSCs運行穩(wěn)定性的概念，意義以及PSC中的國際電工委員會（IEC）穩(wěn)定性標準。2）作者總結并討論了用于改善PSC運行穩(wěn)定性的有效策略，包括鈣鈦礦吸收劑的改性，例如缺陷鈍化，形態(tài)改性，相穩(wěn)定，組分工程和表面鈍化。討論了材料篩選，例如化學上穩(wěn)定的電荷傳輸層和電極。此外，簡要介紹了封裝技術，這是提高水分穩(wěn)定性的最有效方法。與此同時，在總結這些策略時，重點對深入的機制進行回顧，以激發(fā)用于器件制造的更有效策略的未來研究。3）最后，作者提出了PSCs運行穩(wěn)定性的標準化參數(shù)，以就穩(wěn)定性測量協(xié)議達成共識，這對于從不同研究小組的標準測試結果中獲取有用信息具有建設性意義，以推動整個PSCs領域研究取得更大的進步。
Nengxu Li, et al, Towards commercialization: the operational stability of perovskite solar cells, Chem. Soc. Rev., 2020https://doi.org/10.1039/d0cs00573h
3. Joule：PCE接近16%！基于高結晶度受體三元策略的全小分子有機太陽能電池
有機太陽能電池（OSCs）在制造輕質(zhì)、低成本、柔性太陽能電池方面具有巨大的潛力，在過去的幾年里引起了人們的極大關注。近年來，單結聚合物基有機半導體（P-OSCs）的功率轉換效率（PCE）已接近18%。然而，小分子OSCs（SM-OSCs）的進展比聚合物OSCs慢得多，最高的PCE為15.34%(認證為14.7%)，而大多數(shù)報道的效率仍在13%至14%之間。近日，華南師范大學輦理副教授，美國華盛頓大學Alex K.-Y. Jen，Ke Gao，上海交通大學劉峰副研究員報道了通過使用高結晶受體（4TIC）作為附加受體，在兩種卟啉：6TIC混合物中分別獲得了高達15.88%（認證為15.5%）和14.73%的SM-OSCs。1）4TIC是一種高度結晶的低帶隙稠環(huán)非富勒烯受體(NFA)，其分子結構與宿主二元共混物中使用的受體6TIC的分子結構相似。而4TIC的加入顯著提高了共混膜的結晶度，同時保持了所需的面對面取向和適當?shù)亩嚅L度尺度形貌，顯著優(yōu)化了三元器件中的電荷提取/復合。2）光譜研究進一步表明，三元共混物中結晶度的提高非常有利于電荷產(chǎn)生和復合。高結晶度和合適的多長度尺度形貌有利于激子更快地傳輸?shù)焦w-受體界面，導致初始光激發(fā)通過界面上的電子和空穴轉移更快地猝滅。3）瞬態(tài)吸收（TA）譜中觀察到的帶電物種衰減的延遲開始及其延長的壽命表明，減少朗之萬（Langevin）復合中，可以使得單分子（陷阱和雙分子CT）和雙分子復合都得到顯著地緩解，從而提高了器件的FF和光電流提取。4）結果顯示，添加4TIC后，基于ZnP-TBO:6TIC的NFSM-OSC的PCE從12.11％增加到14.73％。對于基于ZnP-TSEH:6TIC的SM-OSC，添加4TIC后，PCE從13.54％增至15.88％（經(jīng)認證為15.5％），同時具有較高的Jsc（25.95 mA cm-2）和FF（75.57％）。
Nian et al., Approaching 16% Efficiency in All-Small-Molecule Organic Solar Cells Based on Ternary Strategy with a Highly Crystalline Acceptor, Joule (2020)DOI：10.1016/j.joule.2020.08.011https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.08.011
4. Nature Commun.: 闡明金屬離子在碳酸酐酶催化中的作用
為什么金屬酶在受到化學性質(zhì)相似但非天然金屬取代的作用時，其催化活性經(jīng)常發(fā)生劇烈變化，這是一個長期以來的難題。有鑒于此，蔚山科學技術大學校的Chae Un Kim等人，報道金屬離子在模型金屬酶系統(tǒng)，人類碳酸酐酶II（CA II）中的催化作用。1）為了研究金屬離子在CA II中的作用，選擇了4種二價過渡金屬離子（Zn2+，Co2+，Ni2+和Cu2+）來誘導CA II活性發(fā)生劇烈變化（100％，?50％，?2％和分別為0％）。通過在CO2壓力下從0(無CO2加壓)到20 atm的低溫冷卻蛋白質(zhì)晶體，制備了無金屬(apo，作為對照)和4個金屬結合CAIIs的催化中間態(tài)。2）通過對鋅結合的天然CA II和非天然金屬取代的CA II的中間狀態(tài)的比較研究，證明了特征性的金屬離子配位幾何形狀（Zn2+為四面體，Co2+為四面體到八面體的轉化，Ni2+為八面體，以及對于Cu2+的三角雙錐體），直接調(diào)節(jié)催化效率。3）特征金屬離子配位幾何形狀直接調(diào)節(jié)催化過程，包括底物結合，其轉化為產(chǎn)物，和產(chǎn)物結合。此外，還揭示了金屬離子對活性位點的水網(wǎng)絡重構具有長程（?10?）靜電作用，影響產(chǎn)物位移和質(zhì)子轉移過程。總之，該工作表明金屬酶中的金屬離子除了其主要化學性質(zhì)外，還對催化機理具有至關重要的影響。
Jin Kyun Kim et al. Elucidating the role of metal ions in carbonic anhydrase catalysis. Nat Commun, 2020.DOI: 10.1038/s41467-020-18425-5https://doi.org/10.1038/s41467-020-18425-5
5. Nature Commun.：通過Au38團簇對映體的動態(tài)轉化來擴增對映體過量
對稱性破缺和放大過程可能在地球同手性的發(fā)展中起了根本作用。而對于納米級的無機物，人們尚未對此類過程進行太多研究。近日，日內(nèi)瓦大學Thomas Bürgi等研究表明，金屬團簇左手和右手固有手性之間的平衡可以通過在其配體殼中吸附少量手性分子來打破。1）作者研究了Au38（2-PET）24團簇（2-PET = 2-苯乙基硫醇）的對映體過量的擴增。作者用手性R-1,1'-聯(lián)萘基-2,2'-二硫醇（R-BINAS）交換一小部分非手性2-PET配體，獲得了逆時針（A）和順時針（C）的Au38（2-PET）24和Au38（2-PET）22（R-BINAS）1。2）在70°C時，體系朝著逆時針方向轉化，犧牲順時針方向的對映體。3）結果表明，非對映體特異性配體交換之間的相互作用具有選擇性，但不會改變A/C比率，但是Au38（2-PET）24會快速消旋。
Zhifang Liu, et al. Amplification of enantiomeric excess by dynamic inversion of enantiomers in deracemization of Au38 clusters. Nat. Commun., 2020DOI: 10.1038/s41467-020-18357-0https://www.nature.com/articles/s41467-020-18357-0
6. Nature Commun.：高能離子輻照下的缺陷和結構演變用于極端環(huán)境下的電池材料設計
揭示缺陷的演變和結構轉變是最終控制先進電池材料的電化學性能的重要研究領域。近日，美國弗吉尼亞理工大學Feng Lin，Xian-Ming Bai報道了在高能Kr離子輻照下具有3d過渡金屬（AxTMO2，其中A為堿性離子，TM為過渡金屬離子，x≤1）的層狀正極的缺陷和結構演變。1）Kr離子輻照可以在短時間內(nèi)引起正極明顯的損傷。在反應堆中，Kr離子輻照產(chǎn)生的級聯(lián)損傷分布類似于中子輻照。因此，在實驗室的實驗時間范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)在極端環(huán)境下的整個實際使用壽命內(nèi)有效地反映正極缺陷和結構演變。2）研究人員采用層狀P2-Na2/3Fe1/2Mn1/2O2(空間群：P63/mmc)和O3-LiNiO2（空間群：Rˉ3M）作為模型材料。P2-Na2/3Fe1/2Mn1/2O2因其只含有富含稀土的元素而具有較高的放電容量而受到廣泛關注。LiNiO2最近得到了關注，因為其可在動力學上消除正極上的高成本和密集的Co。3）在原位TEM成像中，基于電子衍射和密度泛函理論（DFT）的計算顯示，鋰層氧化物比鈉層氧化物更能抵抗輻射誘導的結構轉變（例如，非晶化）。對被輻照材料的明場雙光束圖像進行的綜合數(shù)學分析表明，缺陷簇傾向于沿著被輻照材料的a–b平面優(yōu)先聚集。此外，電化學循環(huán)的正極也表現(xiàn)出相似的行為，如輻照的LiNiO2和去鋰的LiNiO2。該研究為設計用于極端輻照環(huán)境的電池材料和揭示層狀氧化物的基本缺陷動力學提供了重要的見解。
Rahman, M.M., Chen, W., Mu, L. et al. Defect and structural evolution under high-energy ion irradiation informs battery materials design for extreme environments. Nat Commun 11, 4548 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-18345-4https://doi.org/10.1038/s41467-020-18345-4
7. Nature Commun.：定點電沉積實現(xiàn)原子分散金屬催化劑的自終止生長
由于熱力學驅(qū)動的原子聚集，抑制原子分散的金屬催化劑（ADMCs）的生長仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。近日，南京大學夏興華教授報道了一種表面受限的電沉積技術，該技術通過使用特定位置的底物來實現(xiàn)ADMCs的快速和室溫合成。1）通過將非貴重的單原子金屬在過渡金屬二硫?qū)倩锏牧蜃逶卦由系那冯娢怀练e以及隨后用更貴重的單原子金屬進行電流置換，從而獲得了ADMCs。2）定點電沉積可形成能量上有利的金屬-載體鍵，然后自動終止金屬鍵的順序形成。因此，自終止效應成功將金屬沉積限制在原子尺度上。3）與最先進的單原子電催化劑相比，調(diào)控后的ADMCs在析氫反應中顯示出優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。4）研究人員證明了該策略可以擴展到多種ADMCs（Pt，Pd，Rh，Cu，Pb，Bi和Sn）的合成，顯示了其在非均相催化中制備功能性ADMC的通用性。
Shi, Y., Huang, W., Li, J. et al. Site-specific electrodeposition enables self-terminating growth of atomically dispersed metal catalysts. Nat Commun 11, 4558 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-18430-8https://doi.org/10.1038/s41467-020-18430-8
8. Angew綜述：電催化制氫三部曲
電解水分解制氫在清潔能源生產(chǎn)中具有重要意義，但是，其往往受制于陽極析氧反應（OER）的緩慢動力學。此外，極低價值的陽極產(chǎn)物O2可能會導致危險的爆炸并產(chǎn)生可膜降解的活性氧。有鑒于此，為了解決上述電催化制氫的問題，華東師范大學施劍林院士，陳立松副教授根據(jù)效益的增加和不同的電子給體途徑，將最新的進展總結為三個階段，包括：1）傳統(tǒng)OER提供電子：使用電催化劑來增強水的氧化性能，以促進制氫（WOHP）；（2）通過犧牲劑氧化反應（SAOR）提供電子：犧牲劑被氧化，有助于制氫（SAHP）；（3）通過電化學合成反應（ESR）提供電子：通過陽極氧化進行化學物質(zhì)的電合成與陰極制氫（ESHP）并行。同時，總結了其各自獨特的優(yōu)勢。1）由于陽極氧化反應在陰極電催化制氫過程中起著關鍵甚至決定性的作用，因此，作者重點將集中在各種陽極氧化反應的設計和不同工作介質(zhì)（包括電解液的pH值和化學藥劑的添加量）下相應的電催化劑的制備。2）作者最后指出了目前電催化制氫面臨的挑戰(zhàn)，并展望了未來的發(fā)展方向，以期對今后電催化制氫技術的進一步發(fā)展有所指導。該綜述為節(jié)能、低成本、高效率電催化制氫系統(tǒng)的設計和優(yōu)化提供指導，從而促進未來氫能的利用。
Yan Li, et al, Electrocatalytic Hydrogen Production Trilogy, Angew. Chem. Int. Ed.DOI：10.1002/anie.202009854https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202009854
9. Angew：顏色/壽命可調(diào)的鑭系配位聚合物的宿主差異敏化作用用作光多路復用技術
基于顏色/壽命可調(diào)的發(fā)光材料的光多路復用技術在信息存儲和安全性方面具有潛在的應用前景。然而，迄今為止報道的可調(diào)發(fā)光材料仍然具有效率低或穩(wěn)定性差等缺點，因此限制了它們的進一步應用。近日，中山大學Hongbin Liang等報道了一種開發(fā)具有可調(diào)發(fā)光功能的高效，穩(wěn)定的鑭系配位聚合物（LCPs）的策略。1）作者通過宿主差異敏化作用和鑭系元素離子之間的能量轉移來控制LCPs從綠色到紅色的多色發(fā)射，其中肉眼敏感的綠色發(fā)射具有可調(diào)的壽命（從300到?600μs）。2）實驗表明，該策略獲得的樣品的量子效率范圍從?20％到?46％，并且發(fā)光強度/壽命在極性溶劑中十分穩(wěn)定，長達10周。3）此外，借助噴墨打印以及發(fā)光壽命成像和時間門控成像的概念，作者還說明了它們在信息存儲與安全領域的啟發(fā)和應用。該工作為具有可調(diào)發(fā)光性質(zhì)的高效，穩(wěn)定的LCPs用于光多路復用技術開辟了新的道路。
Yiyi Ou, et al. Host Differential Sensitization toward Color/Lifetime‐Tuned Lanthanide Coordination Polymers for Optical Multiplexing. Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202011559https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202011559
10. AM綜述：先進鈉離子電池混合金屬硫化物的最新研究進展
由于鈉儲量資源豐富，并且成本低，鈉離子電池（SIBs）在過去幾年中引起了學術界和工業(yè)電池界的極大關注。在各種SIBs電極材料中，混合金屬硫化物（MMSs）由于其優(yōu)越的結構和組成優(yōu)勢（如電化學可逆性，高電子電導率和豐富的氧化還原反應）而成為SIBs的有希望的負極材料。近日，南洋理工大學樓雄文教授綜述了合理設計的MMSs的最新研究進展，這些MMSs具有可定制的體系結構，結構/組成復雜性，可控的形態(tài)以及增強的鈉存儲特性。1）作者首先重點總結了具有簡單組成的MMSs作為SIBs陽極材料的應用進展。2）為了進一步增強MMSs的結構穩(wěn)定性和鈉儲存性能，人們已進行了大量努力來調(diào)整MMSs的結構。作者然后對具有復雜成分的MMSs進行了詳盡的概述，包括與碳質(zhì)材料整合以及在MMSs中摻雜金屬。3）作者最后對MMSs的發(fā)展提出了一些簡短的結論和觀點，以激發(fā)對用于儲能的復雜MMSs的合理設計和制造進行更多創(chuàng)新研究。
Yongjin Fang, et al, Recent Advances on Mixed Metal Sulfides for Advanced Sodium-Ion Batteries, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202002976https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202002976
11. Anal. Chem.：利用熒光探針對活細胞中的HClO動態(tài)變化進行定量分析
活性氧(ROS)的生物學作用在很大程度上取決于它們的動態(tài)變化情況。然而，如何測量細胞內(nèi)ROS的動態(tài)變化一直是一個很大的研究挑戰(zhàn)。山東大學韓克利教授設計了一種能夠快速響應氧化還原的熒光探針Fl-Se，并將其用于監(jiān)測ROS的動態(tài)變化情況。1）研究表明，Fl-Se及其氧化產(chǎn)物Fl-SeO對ROS家族中的重要成員HClO和谷胱甘肽(GSH)響應迅速。2）實驗結果表明，Fl-Se可以對H2O2刺激的 HL-60細胞中的HClO的動態(tài)變化進行研究，并且也可以對RAW264.7細胞的免疫反應和HL 60細胞凋亡過程中的HClO波動情況進行了監(jiān)測。
Peng Li. et al. Quantifying the Fast Dynamics of HClO in Living Cells by a Fluorescence Probe Capable of Responding to Oxidation and Reduction Events within the Time Scale of Milliseconds. Analytical Chemistry. 2020DOI: 10.1021/acs.analchem.0c01703https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c01703
