1. Acc. Chem. Res.: 濕化學合成法控制金納米材料的晶相
金（Au）是一種元素周期表中原子序數為79的過渡金屬，大約在公元前3000年被發現。由于超高的化學穩定性和燦爛的金黃色，長期以來人們一直認為金是一種最惰性的材料，并已廣泛用于藝術，珠寶和金融領域。然而，已經發現，當Au的尺寸縮小至納米級時，其作為催化劑變得異常活躍。在過去的幾十年中，隨著對催化應用的不斷探索，金納米材料在許多催化過程中顯示出至關重要的作用。除了催化作用以外，金納米材料還因其獨特的表面等離子體共振、有趣的生物相容性和優越的穩定性而在等離激子，傳感，生物和醫學等領域中也有廣闊的應用前景。不幸的是，由于Au納米材料的儲量稀少、價格昂貴，其實際應用受到了限制。因此，進一步探索Au納米材料的新型理化性質和功能，提高其在不同類型應用中的性能是十分必要的。近年來，涉及到晶胞中原子重新排列的納米材料相工程技術(PEN)作為一種調節納米材料內在物理化學性質的有效手段，已成為納米材料研究的熱點之一。有鑒于此，香港城市大學張華教授、范戰西教授等人，綜述了近年來利用濕化學合成技術控制Au納米材料晶相的研究進展。1）首先簡要介紹了研究背景和濕化學法合成金納米材料的發展歷史，重點介紹了其中的關鍵研究成果。隨后，介紹了典型的非傳統晶相和已觀察到的異相Au納米材料，例如2H，4H，體心相和晶相異質結構。重要的是，系統地描述了通過濕化學合成法控制金納米材料的晶相。之后，通過展示晶相對其物理化學性質（例如，電子和光學性質）和潛在應用（例如，催化作用）的顯著影響，突出了金納米材料中晶相控制的重要性。最后，在簡要總結了該新興研究領域的最新進展之后，就未來的挑戰，機遇和研究方向提出了看法。2）金納米材料的晶相可以顯著地調節其物理化學性質，如穩定性、光學和電子性質等。具有非傳統晶相的金納米材料在各種應用中（例如電催化CO2RR，有機反應和光催化反應）表現出優于其催化裂化反應的催化性能。因此，PEN的興起為開發具有獨特理化性質和潛在應用前景的高級金納米材料提供了新的機遇。盡管在金納米材料的晶相控制方面取得了顯著的進展，但這個新興的研究方向仍然存在許多挑戰和研究機會。首先，發現的金納米材料非常規相非常有限。通過微調濕化學合成中的實驗條件，有望獲得更多新穎的晶相。二是非常規金相的形成機理尚不清楚。先進的表征技術，如原位同步x射線衍射和吸收光譜可以揭示潛在的形成機制。第三，金納米材料不同晶相之間的相變非常有趣，需要進一步探索。第四，由于不同晶相之間的協同作用，新型異質金納米結構的制備（例如2H-4H-fcc，2H-fcc-4H，4H-2H-fcc，2H/4H/fcc，非晶/晶體）作為新的研究方向正在崛起。第五，非常規相和異相金納米材料可以用作生長具有非常規相和異相的其他金屬納米結構的模板。3）另外，元素周期表中金屬的晶體數據庫可以進一步豐富。除了催化作用之外，具有非常規相和異相的Au納米材料還可用于許多其他領域，如SERS、等離子體、波導、柔性電子、數據存儲、集成電路、傳感、機械工程、生物學、光熱療法、醫學等。通過對金納米材料和其他類型納米材料的晶體相的合理控制，可以發現更多有趣的性質和應用前景。預計通過金納米材料以及其他種類納米材料的合理晶相控制，將會發現更多有趣的特性和有前途的應用。它為調節納米材料的相變固有特性和擴展納米材料的相變應用提供了新的策略。Shiyao Lu et al. Crystal Phase Control of Gold Nanomaterials by Wet-Chemical Synthesis. Acc. Chem. Res., 2020.DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00487https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00487
2. Nature Commun.: 原位條件下的銅催化-彌合單個納米顆粒探測和催化床平均化之間的差距
在催化過程中，納米顆粒能夠進行化學轉化，其結構和化學指紋可控制活性。為了加深對這種指紋的理解，在原位條件下研究催化劑的方法已被證明是有效的。通常，這些方法要么以低空間分辨率探測催化劑床，從而平均出單個顆粒特征，要么僅探測極小部分，從而有效地忽略了大部分催化劑。有鑒于此，瑞典查爾姆斯理工大學的Christoph Langhammer等人，以CO在Cu上的氧化為例，揭示了催化劑狀態動力學中局部空間的高度變化如何導致與文獻中發現的催化劑活性相矛盾的信息，并確定了銅納米顆粒催化劑的表面和體氧化狀態動態地介導其活性。1）通過引入包含1000個納米顆粒的模型催化劑床的高多路復用單粒子等離子體納米成像技術來彌補這兩個極端之間的差距，該催化劑床已集成在能夠進行在線質譜活性測量的納米反應器平臺中。首先關注反應物濃度梯度的影響，然后著重于關注催化劑床中的1000個納米粒子的單個粒子反應。因此，揭示了單個顆粒的活性動力學通常取決于反應器的幾何形狀，即使在每個均包含100個納米顆粒的催化劑床子區域（補丁）內，它們的活性也大不相同，而且它們在任何一個反應器中都不能通過區域平均響應來解決。值得注意的是，盡管事實上，區域平均響應本身也揭示了活性動態，這取決于在催化劑床上的區域位置。2）該結果清楚地表明，無論是單點測量，還是對整個催化劑床的平均測量，甚至是對一小部分的測量，都不能給出催化劑在狀態和活性動力學方面的真實情況。通過這種方式，該工作的結果強調了實驗方法的重要性，這種方法能夠在整個催化劑床上進行多路同步單粒子探測催化劑狀態，這些催化劑床上有大量足夠大的粒子，足以構成一個相關的集合。為此，目前的方法局限于至少一維> 50nm大小的顆粒，以確保來自單一催化劑納米顆粒的可檢測的光學對比。3）由于這比技術上使用的催化劑納米顆粒要大一個數量級(通常在10納米以下)，因此實施諸如間接納米等離子體傳感等策略，以使在此尺寸范圍內的催化劑納米顆粒的研究成為可能。此外，該技術可以與具有原子分辨率（例如環境TEM）特征的方法并行實施，以（i）從大集合中識別出有趣的個體，并且（ii）驗證與其余多數個體相比有顯著差異的不正常粒子行為。
David Albinsson et al. Copper catalysis at operando conditions—bridging the gap between single nanoparticle probing and catalyst-bed-averaging. Nat Commun, 2020.DOI: 10.1038/s41467-020-18623-1https://doi.org/10.1038/s41467-020-18623-1
3. Nature Commun.：在AgNbO3反鐵電體中構建相界以同時獲得高能量密度和高效率
高儲能密度（Wrec）和高效率（η）的介質電容器在高/脈沖功率電子系統中具有巨大的需求，而最新的無鉛介質材料面臨著以犧牲一個參數為代價來增加另一個參數的嚴重挑戰。近日，廣西大學韋悅周教授，羅能能副教授，澳大利亞伍侖貢大學Shujun Zhang報道了在(1-x)AgNbO3-xAgTaO3（ANTx）固溶體體系中，通過構造室溫M2-M3相界，可以同時獲得6.3 J cm-3的高Wrec，η為90%。1）所設計的材料在20-150 °C的寬溫度范圍內具有很高的儲能穩定性，儲能密度和效率的最小變化分別小于5%和2%。同時，儲能密度和效率隨循環次數的變化最小，可達106次，表現出良好的循環可靠性。結果顯示，0.45AgNbO3-0.55AgTaO3陶瓷是一種很有前途的大功率儲能材料。值得注意的是，由于擊穿強度的顯著提高，ANTx多層陶瓷和薄膜電容器的儲能密度將進一步提高。2）掃描透射電鏡和同步輻射X射線衍射結果顯示，ANTx固溶體具有獨特的弛豫反鐵電特性（RAFEs），與局域結構不均勻性和反鐵電有序性有關。這開啟了需要弛豫特性的廣泛的應用領域，例如電熱固態制冷裝置和無磁滯執行器。這項工作為開發大功率儲能應用的新型無鉛介質提供了一個很好的范例。
Luo, N., Han, K., Cabral, M.J. et al. Constructing phase boundary in AgNbO3 antiferroelectrics: pathway simultaneously achieving high energy density and efficiency. Nat Commun 11, 4824 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-18665-5https://doi.org/10.1038/s41467-020-18665-5
4. Chem: 氧化鈦表面工程對光催化反應選擇性的控制
光催化為在溫和條件下將生物質選擇性轉化為高價值化學品或燃料提供了廣闊的機遇。盡管二氧化鈦已廣泛用于光催化污染物的降解，析氫反應和CO2的還原，但很少有研究致力于基于TiO2的生物質或生物質衍生的平臺化合物的光催化增值品轉化。有鑒于此，廈門大學王野教授、程俊教授、張慶紅教授等人，報道了通過二氧化鈦表面控制光催化對糠醛和香蘭素的選擇性轉化，這是木質纖維素衍生的關鍵平臺化合物。1）還原生物平臺的選擇性取決于TiO2的暴露面。通過操縱暴露面，可以將反應從醛基的加氫切換為C-C偶聯。可以高選擇性地生產呋喃和芳族醇或偶聯產物，它們是精細化學品或噴氣燃料的前體。2）研究表明，氧空位密度決定著被吸附物質的電子結構，表面氧空位在控制選擇性中起著關鍵作用。依賴暴露面的氧空位的密度決定了表面物種的電荷分布和吸附強度，從而控制了產物的選擇性。總之，該工作提供了一個通過對TiO2表面進行工程化來控制生物質衍生原料的選擇性轉化的新思路。
Xuejiao Wu et al. Selectivity Control in Photocatalytic Valorization of Biomass-Derived Platform Compounds by Surface Engineering of Titanium Oxide. Chem, 2020.DOI: 10.1016/j.chempr.2020.08.014https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.08.014
5. Matter：連續旋轉電沉積分離法制備金屬納米顆粒
目前金屬納米顆粒的合成方法大多是間歇過程，使用了大量的試劑和表面活性劑，產生了大量的固體和液體廢物。近日，清華大學伍暉副教授報道了一種旋轉電沉積和分離（REDS）技術，該技術需要將納米顆粒電化學沉積到連續旋轉的金屬箔上，然后通過機械分層來獲得它們。1）研究人員利用REDS技術合成了多種元素納米顆粒（如Ag、Au、Ni、Cu）、合金納米顆粒（如FeCoNi和FeCoNiW）和金屬氧化物納米材料（如Co3O4）。2）在電沉積過程中，研究人員進一步控制了金屬的生長方向，以制備更復雜的結構，如多面體、納米板狀、樹枝狀和花狀納米結構。3）在金屬納米顆粒的基礎上，研究人員制備了導電油墨，制作了近場通信標簽和觸摸屏。REDS技術為快速、可擴展和綠色制備低成本和高質量的納米粒子提供了一種新的方法，其中電沉積化學可以通過卷對卷系統進行控制。
Huang et al., Metal Nanoparticle Harvesting by Continuous Rotating Electrodeposition and Separation, Matter(2020)DOI：10.1016/j.matt.2020.08.019https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.08.019
6. Angew：利用弱溶性電解質調節鋰離子電池的界面化學
鋰離子電池（LIBs）的性能很大程度上依賴于其界面化學，而界面化學受電解質的調節。傳統的電解質通常含有極性溶劑來解離鋰鹽。陰離子衍生界面化學的一個更重要的方法是調節溶劑的本征溶劑化能力。由于溶劑和陰離子競相進入Li+的溶劑化鞘層，降低溶劑的溶劑化能力理論上可以允許更多的陰離子與Li+配位。理想情況下，一種弱溶劑化電解質(WSE)，可以在低鹽濃度下產生大量的離子對或聚集體。然而，WSE通常甚至不能溶解足夠的Li鹽。因此，這一矛盾造成了這一領域的研究空白。有鑒于此，清華大學張強教授報道了成功地制備了弱溶劑型電解質（WSE），并系統地研究了其溶劑化結構和電極上的界面化學。1）光譜結果顯示，WSE形成了一種特殊的溶劑化結構，在1.0 M的低鹽濃度下，離子對和聚集體占優勢。重要的是，WSE的溶劑化結構在石墨電極上形成獨特的陰離子衍生的中間相，表現出快速充電和長期循環的特性。2）研究人員利用第一性原理計算揭示了一個普遍規律，即陰離子和溶劑對鋰離子的競爭配位是不同界面化學的根源。這為未來電池電解質的精確設計開辟了一條新的途徑。
Yu-Xing Yao, et al, Regulating Interfacial Chemistry in Lithium-Ion Batteries by a Weakly-Solvating Electrolyte, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI：10.1002/anie.202011482https://doi.org/10.1002/anie.202011482
7. Angew：金屬納米顆粒/多孔納米材料的擇形催化
擇形催化因其在化學合成中的重要作用而備受關注。多孔納米材料具有均勻的孔結構，已被證明是金屬納米顆粒（MNPs）具有高效擇形催化性能的理想載體。然而，由于缺乏分子篩分結構，許多應用廣泛的不規則多孔納米材料往往面臨著較差形狀選擇性的挑戰。近日，南京工業大學霍峰蔚教授，張偉娜研究員報道了一種簡單的方法，通過匹配多孔納米材料的孔徑和修飾劑分子的尺寸，在一系列MNPs/多孔納米材料中構建擇形催化。1）采用不同的改性劑對固定孔徑的MNPs/多孔納米材料進行鈍化處理，對不同粒徑的烯烴選擇加氫表現出優異的擇形催化性能。此外，研究人員成功地將這一策略擴展到具有不規則多孔結構(活性炭)和分級多孔金屬氧化物(二氧化鈦)的MNPs/多孔納米材料。2）在一系列MNPs/多孔納米材料中，形狀選擇性的形成機理與合適大小的毒劑密切相關，這種毒劑能唯一地鈍化多孔納米材料外表面或基質內部的催化位置，且空間尺寸大于改性劑。與傳統方法相比，該策略可以實現形狀選擇性催化，其中MNPs的分散可以位于基質的外部，多孔納米材料可以具有規則或不規則的孔徑。
該策略有望靈活地設計MNPs/多孔納米材料的擇形催化劑，在不飽和醛、烯烴、二元醇等多功能選擇性催化領域具有廣闊的應用前景。
Chuanzhen Fang, et al, Modifiers VS. Channels: Creating Shape-Selective Catalysis of Metal Nanoparticles/Porous-Nanomaterials, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202011866https://doi.org/10.1002/anie.202011866
8. AM：利用雙響應性Pt(IV)/Ru(II)雙金屬聚合物對抗耐藥腫瘤
耐藥是癌癥治療所面臨的一個主要問題。中科大吳思教授和國家納米科學中心梁興杰研究員構建了一種雙響應性Pt(IV)/Ru(II)雙金屬聚合物(PolyPt/Ru)，并將其用于對患者源性異種移植瘤(PDX)模型中的順鉑耐藥腫瘤進行治療。1）PolyPt/Ru是一種兩親性ABA型三嵌段共聚物。親水性A塊由具有良好生物相容性的聚乙二醇(PEG)組成。疏水B塊包含還原響應型的Pt(IV)和紅光響應型的Ru(II)兩部分。PolyPt/Ru可自組裝成納米顆粒，進而被耐順鉑藥物的癌細胞有效攝取。在紅光照射下，含有PolyPt/Ru納米顆粒的癌細胞會產生1O2，誘導聚合物發生降解，并觸發釋放Ru(II)抗癌藥物。2）同時，順鉑抗癌藥物可通過還原Pt(IV)組分而在細胞內環境中被釋放。釋放的Ru(II)抗癌試劑，順鉑和生成的1O2具有不同的抗癌機制，它們可以通過發揮協同作用以有效地抑制耐藥癌細胞的生長。研究表明，PolyPt/Ru納米顆粒可在PDX小鼠模型中顯著地抑制腫瘤生長，并且表現出良好的生物相容性，不會引起毒副作用。綜上所述，該刺激響應型多金屬聚合物可以為克服腫瘤耐藥提供新的策略。
Xiaolong Zeng. et al. Fighting against Drug-Resistant Tumors using a Dual-Responsive Pt(IV)/Ru(II) Bimetallic Polymer. Advanced Materials. 2020DOI: 10.1002/adma.202004766https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202004766
9. AM綜述：鋰金屬負極三維結構電極材料設計的研究進展
雖然鋰金屬負極在≈3.040 V（與標準氫電極相比）的低氧化還原電位下具有高達3860 mAh g-1的理論容量，但由于鋰枝晶生長帶來的庫侖效率低和安全性問題，阻礙了其在二次電池中的應用。為此，人們通過精準的電極設計、電解質工程、固體電解質界面控制、引入保護層等策略以解決上述問題。值得注意的是，三維結構電極材料具有巨大的潛力，其具有高活性比表面積和具有大量親鋰位點的立體結構，因此即使在高局部電流密度下，也可以通過動力學控制金屬沉積來促進快速鋰離子熔劑和金屬形核，并減緩鋰枝晶的生長。有鑒于此，韓國高麗大學Young Soo Yun綜述了用于LMA的3D結構電極材料的設計，包括：金屬基材料，碳基材料和金屬-碳雜化材料。并概述了從商用集電器的使用到最先進的納米結構的方法的多樣化。1）金屬基電極材料（包括導電或非導電金屬化合物及其合金）可以通過多種方式引導均勻的Li金屬沉積，例如，通過高度Li離子導電層的形成，親硫化合物的形成，活性成核位點的誘導和納米孔的形成結構和有效表面積擴展。作者總結了塊狀3D集電器和納米結構材料等金屬基電極材料的研究進展。2）碳基材料具有低密度，高表面積，高電導率，可調節的特性，廉價且普遍存在的前體以及眾所周知簡單的化學方法等優點，可用于生產具有可調物理化學性能的適用于LMA的最新結構。作者總結了各種碳基電極材料的最新設計策略，并重點總結了這些材料的三維結構和表面化學性質對其可逆鋰金屬儲存的電化學性能的關鍵作用。3）作者總結了含親鋰金屬基納米顆粒的三維碳骨架，金屬襯底上的三維碳骨架以及金屬-碳雜化電極材料的發展前景三個方面總結了金屬-碳雜化電極材料的研究進展。4）作者最后指出了用于LMA的3D結構電極材料的未來研究方向，包括：1）綜合實驗條件下的系統性研究；2）對于同一實驗體系，需要比較不同結構、不同表面性質、不同活性表面積的三維電極材料的電化學性能；3）不同電極體系中金屬形核和生長機理的研究；4）3D電極材料表面保護層的開發，以降低鋰和電解質的消耗；5）基于3D電極的LMA的無負極或負極最小化的全電池測試；6）雙雜原子(O/S、O/B或N/S)摻雜等參數對三維碳基電極性能的影響。
Sunwoo Park, et al, Advances in the Design of 3D-Structured Electrode Materials for Lithium–Metal Anodes, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202002193https://doi.org/10.1002/adma.202002193
10. AM：超越基材：鐵電膜的應變工程
鈣鈦礦氧化物中的應變工程可實現對材料結構、物相和性能的控制，但受到可用的高質量襯底產生的離散應變狀態的嚴重限制。近日，美國加州大學伯克利分校Lane W. Martin，David Pesquera報道了使用鐵電BaTiO3，通過外延剝離工藝生產精確應變工程的襯底納米薄膜，進而實現了在襯底上生長高結晶質量的薄膜。反過來，利用層間應力在由所釋放的膜制備的對稱的三層氧化物-金屬/鐵電/氧化物-金屬結構中實現了精細的結構調整。1）在硅集成器件中，層間應力提供了排序溫度的精確控制（從75到425 ℃)，同時，釋放襯底鉗位被證明可以極大地影響鐵電開關和疇動態（包括將矯頑場降低到<10 kV cm-1，并將直徑20 μm的100 nm厚薄膜中的電容器的開關時間提高到<5 ns）。2）在集成在柔性聚合物上的器件中，增強的室溫介電常數具有很大的機械可調性（施加±0.1%應變時變化90%）。這種方法為制造超快CMOS兼容的鐵電存儲器和超靈敏的柔性納米傳感器器件鋪平了道路，并且它還可以用于穩定新的相和不能通過直接外延生長實現的功能。
David Pesquera, et al, Beyond Substrates: Strain Engineering of Ferroelectric Membranes, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202003780https://doi.org/10.1002/adma.202003780
11. AM綜述：形狀記憶聚合物及其復合材料的研究進展：機理、材料和應用
在過去的幾十年里，人們對形狀記憶聚合物（SMPS）的興趣與日俱增，并致力于開發形狀記憶聚合物及其多功能復合材料。作為一類刺激響應型聚合物，SMPS在光、熱、磁、電等外界刺激的作用下，可以從程序化的臨時形狀恢復到初始形狀。功能材料和納米結構的引入使得形狀記憶聚合物復合材料（SMPC）具有較大的可恢復性變形、較高的力學性能和可控的驅動。由于這些獨特的特性，SMPC在航空航天工程、生物醫學設備、柔性電子、軟機器人、形狀記憶陣列和4D打印等領域具有廣闊的應用前景。近日，哈爾濱工業大學冷勁松教授，劉彥菊教授綜述了SMPS和SMPC的形狀恢復機理、多功能、應用和最新進展。1）作者首先從形狀記憶效應的一些基本概念入手，解釋了關于形狀記憶效應的定義進行了解釋，并對不同形狀記憶機制和SMP設計策略進行了總結。洞察分子鏈的動力學對于理解相變過程和整體調節形狀記憶行為至關重要。因此，總結的聚合物模型，化學結構和合成策略將具有重要價值。2）作者闡述了構建具有改善性能和可控活化能力的形狀記憶聚合物復合材料（SMPC）的策略。提出了形狀記憶刺激響應，包括電，磁場，光和水。強調了形狀記憶應用的最新進展。3）作者最后指出了設計新型SMPs的未來前景和面臨的挑戰。以期對形狀記憶聚合物材料的發展有更多的了解。
Yuliang Xia, et al, A Review of Shape Memory Polymers and Composites: Mechanisms, Materials, and Applications, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202000713https://doi.org/10.1002/adma.202000713
12. ACS Nano：超低溫形狀記憶多孔海綿用于智能液體滲透
近年來，智能液體滲透引起了人們的廣泛關注。然而，現有的實現這一目標的策略往往是基于對靜態多孔結構的疏水性/親水性進行可逆控制，這不適用于具有低表面張力的石油，同時由于孔徑大小恒定，因此無法對滲透通量進行調節。近日，哈爾濱工業大學成中軍副教授報道了一種將1，4-聚異戊二烯（TPI）和親液性聚多巴胺/聚乙烯亞胺（PDA/PEI）簡單包覆在PU海綿上的智能超低溫形狀記憶多孔海綿（SSMS）。1）由于形狀記憶效應，SSMS的孔徑可以在大約28 nm到900 μm之間靈活地調節。2）基于孔徑的可控性，SSMS不僅可以實現對水和油的開/關滲透，而且可以獲得精確的滲透通量。這種智能滲透性能可以歸因于SSMS的形狀記憶效應，其具有SSMS記憶和顯示不同的孔徑，從而最終提供不同的FC和助熔劑。3）研究人員將SSMS用作滲透膜，實現了小分子的精確釋放。這項工作報道了一種SSMS，為液體滲透控制提供了一種新的思路。鑒于其良好的液體滲透可控性，SSMS還可以應用于藥物釋放可控、精確微反應等諸多領域。同時，這一概念可以很容易地擴展到許多其他形狀記憶多孔材料，這些材料具有光、電響應。
Pengchang Liu, et al, Superlyophilic Shape Memory Porous Sponge for Smart Liquid Permeation, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c06673https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c06673
