1. Chem. Soc. Rev.綜述：有機半導體化學摻雜用于熱電應用
摻雜對于控制熱電（TE）材料和有機半導體（OSCs）的電性能至關重要。盡管有機熱電（OTE）材料在過去十年中經歷了快速發展，但用于TE應用的OSCs的化學摻雜仍然落后，這限制了該前沿領域的進一步突破。最近，人們加大了對能量匹配的主體和摻雜劑分子的研究力度，探索了新穎的摻雜方法并揭示了摻雜機理。有鑒于此，中科院化學研究所朱道本院士，狄重安研究員，Ye Zou綜述了用于TE應用的OSCs中化學摻雜的基本機制，基本要求，最新進展和尚存的挑戰。1）作者首先概述了TE材料的基本知識及其對摻雜OSCs的關鍵要求，然后簡要總結了OSCs和摻雜劑分子設計的最新進展。2）作者對現有的摻雜機制和方法進行了概述，重點總結了最新的OTE材料的摻雜策略。3）作者最后提出了OSCs化學摻雜面臨的挑戰和展望，并指出了OTE材料發展前景中值得關注的研究方向。
Wenrui Zhao, et al, Chemical doping of organic semiconductors for thermoelectric applications, Chem. Soc. Rev., 2020https://doi.org/10.1039/d0cs00204f
2. Acc. Chem. Res.綜述：高性能有機電池的設計
有機高分子材料作為一種潛在的替代材料，具有柔性好、性能可通過分子設計調節、潛在的高比容量、豐富的自然資源和可回收利用等優點。然而，迄今為止，在商品化的鋰離子電池中采用無機材料作為電極的還很少。盡管近10年來羰基材料的發展使有機電池重新煥發生機，并激發了大量的有機材料作為電池材料，盡管與其先驅（如導電聚合物）相比，有機電池具有更高的理論容量和更長的循環性能，但有機電池仍然面臨著許多挑戰。因此，深入了解有機電池的基本原理(如分子內和分子間相互作用)，以及從材料設計到操作其他組分(如通過控制分子內和分子間相互作用以及操縱離子傳輸來控制導電添加劑、粘結劑、電解質和隔膜)的構造策略，對于提高有機電池的性能具有重要意義。近日，華中科技大學王成亮教授從分子設計和其他組分的操縱兩個方面綜述了課題組在高性能有機電池設計方面的研究進展。揭示高性能有機電池的基本原理，洞察分子內和分子間的相互作用，并對下一代充電電池有機材料的未來發展進行了展望。1）受有機電子學經驗的啟發，研究人員提出擴展π共軛體系有助于穩定+1/?1充放電態，改善電荷輸運，促進層狀堆積(有利于離子擴散)，從而有利于倍率能力和循環性。而π?d共軛能有效提高電導率，提供穩定快速的離子存儲，豐富了高性能電池材料，進一步加深了對共軛配位聚合物（CCP）的認識。2）與無機材料不同，有機材料是由分子（小分子、高分子或聚合物分子）組成，分子間相互作用弱。因此，通過控制分子間相互作用來操縱活性分子或添加劑（導電劑、粘結劑和其他特殊添加劑）對于提高有機電池的電化學性能至關重要。3）考慮到活性物質的溶解，通過添加選擇性滲透膜作為離子篩對分離器進行改性是最有效和最普遍的策略，以減輕溶解分子的穿梭，但允許較小尺寸的陽離子通過，從而能夠提高循環性。4）作者最后指出，有機電池的實際應用還面臨著許多挑戰，不僅包括容量、低電導率、低溶解性、低密度和低輸出電壓，而且還包括批量生產和成本。而選擇天然材料或從生態友好的生物質中大量生產高性能電極材料、粘合劑或電解質將是下一代有機電池最有希望的方向之一。
Yuan Chen and Chengliang Wang, et al, Designing High Performance Organic Batteries, Acc. Chem. Res., 2020DOI：10.1021/acs.accounts.0c00465https://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00465
3. Nat. Rev. Mater.：合成的非晶態二氧化硅納米顆粒的毒性、生物醫學應用和對環境的影響
新墨西哥大學Jeffrey Brinker教授對合成的非晶態二氧化硅納米顆粒的毒性、生物醫學應用和對環境產生的影響的相關研究進行了綜述。1）天然二氧化硅和硅酸鹽主要是晶態的，而人工合成的二氧化硅（SASNs）則通常是無定形的，能夠以噸計的數量被生產進而用于商業和新興的醫療領域。目前，人們關于二氧化硅是什么及其對醫學和環境的影響仍然存在很多誤解。人們通常認為，無論其來源如何，納米二氧化硅顆粒都是有毒的。但是作者認為，納米二氧化硅顆粒的組成、合成、加工和環境暴露對其毒性都有影響。盡管具有相似的大小、形狀和成分，但通過熱解或膠體過程制備的SASNs往往具有截然不同的毒性，然而這一點迄今尚未得到研究團體的普遍認可。2）作者首先綜述了合成方法與材料結構之間的關系以及結構-毒性之間的聯系。接下來，作者探討了SASNs對環境的影響，并對SASNs在治療、成像和診療一體化等新興生物醫學領域中的應用進行了介紹；最后，作者也對該領域的發展前景進行了展望。
Jonas G. Croissant. et al. Synthetic amorphous silica nanoparticles: toxicity, biomedical and environmental implications. Nature Reviews Materials. 2020https://www.nature.com/articles/s41578-020-0230-0
4. Science Advances: 納米多孔層狀氮化碳中類似水通道蛋白的水輸運
設計下一代燃料電池和過濾設備需要開發納米多孔材料，這種材料能夠快速、可逆地吸收和定向運輸水分子。有鑒于此，倫敦大學學院的Paul F. McMillan等人，結合中子光譜學和第一性原理計算來證明分子水通過具有聚三嗪酰亞胺結構的結晶氮化碳層內有序排列的納米級空隙快速傳輸。1）當中性分子穿過層間間隙并通過層內空隙時，該遷移機理涉及一系列由氫鍵相互作用引導的分子取向逆轉，該層間空隙顯示出與水通過生物系統中的跨膜水通道蛋白通道的傳輸相似。結果表明，納米孔層狀碳氮化物可用于開發高性能膜。2）研究結果表明，準一維H2O擴散在具有PTI層狀結構的結晶碳氮化物中，通過一系列排列堆疊的C12N12H3環納米孔進行。通過GO納米片和自然AQP通道，擴散的速率可與在亞納米CNT中觀察到的速率相當。當分子H2O物質穿過層間間距并穿過層內孔時，擴散機制包括一個協調的方向逆轉序列，這類似于水分子通過AQP通道的頸部區域的傳輸機制。天然跨膜AQP通道通常對分子H2O的運輸具有高度選擇性。3）PTI層中的C12N12H3納米孔僅稍大（10至12?），但是從結構研究中知道，這些孔可以容納Cl-離子，但不能容納Br-或更大的物種，而小陽離子（如Li+）可以保持鍵合圍繞孔內部的N?H氫的位置。尚不知道這些其他物種在PTI層結構內和通過PTI層結構的相對擴散率或滲透率，因此尚無法估計此類PTI膜的離子選擇性與分子選擇性。但是，超快水的擴散率和滲透率與在亞納米CNT和GO組件中觀察到的速率相似，并且超過了在自然AQP通道中觀察到的速率，這意味著這些PTI層的納米多孔材料代表了極好的候選材料，可用于能源和納濾裝置的膜系統應用中。
Fabrizia Foglia et al. Aquaporin-like water transport in nanoporous crystalline layered carbon nitride. Science Advances, 2020.DOI: 10.1126/sciadv.abb6011http://doi.org/10.1126/sciadv.abb6011
5. Science Advances：功能梯度液晶彈性體的三維打印
液晶彈性體（LCE）作為一種很有前途的驅動材料，在構建各種有源結構和器件方面得到了廣泛的研究。近年來，直接墨水寫入技術（DIW）已被開發用于打印具有各種幾何形狀和驅動行為的LCE結構。盡管在打印LCE方面已經取得了突破性進展，但打印具有分級屬性的三維（3D）LCE結構仍然具有挑戰性。近日，加州大學圣地亞哥分校Shengqiang Cai報道了一種簡單的DIW打印策略，可以在單個結構中打印具有功能梯度的LCE。1）以丙烯酸酯基團為端基的擴鏈劑2，2‘-(乙二氧基)二乙硫醇（EDDET）與液晶介晶（RM257）通過Michael加成反應制備了油墨。聚合度由RM257和EDDET之間的進料比控制。在印刷過程中，首先將含有未交聯液晶低聚物和光引發劑（Irgacure 2959）的油墨加熱至接近或高于液晶低聚物的向列相各向同性相變溫度（TNI），然后通過DIW 3D打印機（Engine SR，Hyrel 3D）的噴嘴擠出。2）通過控制打印溫度、噴嘴尺寸、噴嘴與印版之間的距離等印刷參數，研究人員可以打印出驅動應變、驅動應力和機械剛度等可裁剪的LCE長絲。3）進一步的研究發現，使用新的打印策略，可以制造由功能梯度的LCE組成的結構，從而為設計主動變形結構和緩解不同材料之間界面附近的應力集中提供了更多的可能性。該研究工作可進一步促進具有多種功能的LCE結構的設計和制造。
Zijun Wang, et al, Three-dimensional printing of functionally graded liquid crystal elastomer, Sci. Adv. 2020DOI: 10.1126/sciadv.abc0034http://advances.sciencemag.org/content/6/39/eabc0034
6. Science Advances：聲子晶體納米結構對非晶態Si3N4熱輸運的影響
對非晶材料的導熱性進行工程設計對于未來電子器件的熱管理至關重要。近日，松下公司技術部Naoki Tambo，東京大學Junichiro Shiomi報道了從實驗和理論上證明了多孔聲子晶體（PnCs）的納米結構圖案化可以有效地改變非晶態固體（a-Si3N4）的熱輸運特性。1）研究人員研究的樣品是具有PnCs多孔納米結構的懸浮a-Si3N4薄膜，其具有周期性的二維通孔陣列，以不同的間距尺寸排列，從幾十納米到微米量級不等。各種樣品特征尺寸可以清楚地識別納米結構對a-Si3N4熱輸運性質的影響。當n降到20 nm以下時，κ甚至達到非晶態擴散極限。2）采用基于蒙特卡羅射線追蹤（MCRT）方法的改進模擬模型，定量分析了邊界散射對傳播子和擴散子的影響，以揭示晶體固體中的聲子輸運機制。在沒有任何擬合參數的情況下，理論計算很好地再現了所研究樣品中a-Si3N4的實驗測量結果。分析結果表明，超細納米聲子結構中的邊界散射大大縮短了傳播子和擴散子的平均自由程（MFP），從而導致非晶態固體的κ顯著降低。
Naoki Tambo, et al, Ultimate suppression of thermal transport in amorphous silicon nitride by phononic nanostructure, Sci. Adv. 2020DOI: 10.1126/sciadv.abc0075http://advances.sciencemag.org/content/6/39/eabc0075
7. Angew：高光動力治療效率和高安全性的自降解超分子光敏劑
鑒于光敏劑(PS)的殘留在光照下會產生嚴重的副作用，因此在光動力療法(PDT)后及時“關閉”PS具有重要意義。在此，清華大學張希院士等人提出了一種調節PS活性的超分子策略，制備出一種具有更高的活性氧生成效率和更快的自降解能力的超分子PS。1）基于陽離子BODIPY衍生物與CB的主客體相互作用，成功制備出此超分子PS，它具有更好的ROS生成效率和加速自降解能力。在PDT治療過程中，超分子PS在降低暗毒性的同時，顯示出良好的治療效果。2）與PS本身相比，超分子PS具有同樣優異的光動力治療效率和更好的生物相容性。此外，超分子PS會被自身產生的ROS降解，并在PDT處理結束即失去其PDT活性。這樣，可以在不犧牲治療效率的前提下減少PDT的副作用。綜上所述，這項工作為進一步提高PDT治療的安全性提供了一種新的策略。
Bin Yuan, et al. Self‐Degradable Supramolecular Photosensitizer with High Photodynamic Therapeutic Efficiency and Improved Safety. Angew. Chem. Int. Ed., 2020.DOI: 10.1002/anie.202012477https://doi.org/10.1002/anie.202012477
8. AM：近紅外化學發光AIE點用于深部組織成像
近紅外化學發光(CL)在用于深部組織成像方面具有非常顯著的優勢。但是，目前具有聚合誘導發光(AIE)特性的近紅外化學發光(CL)體還很少。香港科技大學唐本忠院士和華中科技大學羅亮教授通過將魯米諾單元與電子受體苯并噻二唑和電子供體三苯胺進行偶聯，合成了一種具有AIE活性的近紅外CL發光體TBL，并以F127為表面活性劑制備了TBL點。1）TBL點的CL發光持續時間可達60分鐘以上，可用于對1O2進行定量(體外)和定性(體內)檢測。值得注意的是，TBL點的近紅外CL發光可以穿透總厚度超過3cm的組織，表現出明顯優于近紅外熒光發射和藍色CL發光的性能。2）此外，實驗證明了基于TBLs的CL成像可在體內成功地區分腫瘤和正常組織，因此這一研究也為實現CL指導下的癌癥診斷和手術治療提供了新的策略。
Chenchen Liu. et al. Near-Infrared AIE Dots with Chemiluminescence for Deep-Tissue Imaging. Advanced Materials. 2020DOI: 10.1002/adma.202004685https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202004685
9. AM: 分級沸石的發展現狀和前景:合成方法和催化應用
微孔沸石已被證明在許多化學過程中具有重要作用。然而，它們經常受到擴散限制，導致有效催化活性位點的使用效率低下。針對這一問題，開發了分級沸石，廣泛提高了催化性能。最近，有大量的文獻描述了這些分級沸石的合成和催化。有鑒于此，比利時魯汶大學的Bert F. Sels院士等人，綜述了分級沸石近五年的研究進展，重點介紹了沸石的合成和應用方面的重要進展。1）特別關注最常見和最重要的10‐和12‐元環沸石(MTT、TON、FER、MFI、MOR、FAU和*BEA)。與之前的綜述不同，該綜述將沸石拓撲的研究放在一起進行討論，有助于讀者可以根據所需的沸石性能立即找到最佳的合成方法。并且提供了一個總結圖表，以便讀者根據沸石酸度和中孔隙度這兩個最重要的可調性質選擇合適的合成方法。2）介紹并證實了合成分級沸石的巨大潛力以及它們在各種(工業相關的)催化應用中的應用。在沸石的活性和/或產物選擇性和/或降低失活速率方面均觀察到改善的性能。這可以歸因于分層過程和所獲得的沸石結構所帶來的幾種效應。受影響最大的參數包括:總表面積、微孔和中孔表面積、微孔和中孔體積、酸度、結晶度和孔徑。與母體沸石相比，該綜述中討論的幾項工作將更好的性能歸因于中孔表面積和體積的增加，并且該報告以幾種反應類型的催化結果對此進行了例證。在這方面，增加了位點可及性，減少了擴散限制，甚至消失，從而更有效地向活性位點轉移。3）然而，在許多情況下，分級結構也會影響沸石的酸度。這是由于Si/Al比的變化或Al在框架內外的位置不同。在這方面，根據目標反應的不同，更高的酸度(強度或數量)可以增加活性位點的活性，從而使沸石具有更高的整體活性。在布朗斯臺德酸位點上進行分層時，還會產生其他酸類型，例如特別是路易斯酸位點，這對于催化可能更好/更差。需要注意的一點很重要：大多數論文依靠時間圖得出對簡單轉換的催化作用的結論，而經常缺少非常詳細的動力學分析以及在各種接觸時間下測得的選擇性與轉化圖之間的關系。因此，中孔隙度效應和反應速率之間的直接聯系應該謹慎地總結，盡管毫無疑問，分層對催化有實質性的影響。
Dorien Kerstens et al. State of the Art and Perspectives of Hierarchical Zeolites: Practical Overview of Synthesis Methods and Use in Catalysis. Advanced Materials, 2020.DOI: 10.1002/adma.202004690https://doi.org/10.1002/adma.202004690
10. EES綜述：復合相變材料在熱能存儲，傳遞，轉化和應用中的優化策略
基于復合相變材料（PCMs）的熱能收集技術能夠通過等溫相變來收集大量的熱能，因此在設計最先進的可再生能源基礎設施方面顯示出巨大的潛力。近年來，人們在提高復合相變材料的儲熱能力、傳遞速率、轉換效率和利用率等方面都取得了很大進展。目前，很少有關于相變材料熱能儲存和轉換的優化策略的系統性總結。特別是，相變材料的先進多功能應用用仍處于初級階段。有鑒于此，北京師范大學王戈教授，Xiao Chen對近年來報道的復合相變材料在儲能、傳熱、能量轉換和先進應用等方面的優化策略和機理進行了系統性綜述。1）作者總結了近年來報道的多孔基復合相變材料和微膠囊復合相變材料在儲熱、傳熱、能量轉換的優化策略，包括：1）優化儲能密度（孔徑優化、表面官能團優化和雜原子摻雜優化）；2）優化導熱系數（CNTs優化、石墨烯及其衍生物的優化、BN優化、石墨優化以及其他碳和金屬納米粒子/氧化物的優化）；3）優化能源轉換的策略（光熱轉換、電熱轉換、磁熱轉換）；4）熱壽命優化。2）作者簡要總結了近年來復合相變材料在熒光發射、紅外隱身技術、藥物釋放系統、熱療和熱防護等方面的應用進展。3）作者最后根據最新的優化策略，對未來的研究趨勢、備選策略和前景進行了展望。
Xiao Chen, et al, Optimization Strategies of Composite Phase Change Materials for Thermal Energy Storage, Transfer, Conversion and Utilization, Energy Environ. Sci., 2020https://doi.org/10.1039/D0EE01355B
11. Nano Lett.：通過自旋軌道轉矩調控范德華磁鐵Cr2Ge2Te6
磁性薄膜的磁化取向可以通過重金屬，拓撲絕緣體和過渡金屬二硫化物產生的自旋軌道扭矩有效地控制。近日，康奈爾大學Daniel C. Ralph等報道了半導體二維范德華磁體Cr2Ge2Te6（CGT）多層與Pt和Ta金屬覆蓋層集成的的設備中電流感應熱電和自旋軌道扭矩效應的測量。1）研究表明，通過電（使用異常霍爾效應）或光學（使用磁性圓二色性）來精確檢測CGT的磁取向具有良好的一致性。2）該樣品表現出較大的熱電效應，但是仍然可以使用角度相關的二次諧波霍爾技術定量測量自旋軌道扭矩。3）對于CGT/Pt，測量的自旋軌道轉矩效率類似于具有相同Pt電阻率的傳統金屬鐵磁體/ Pt裝置。因此，在兩種類型的設備中，自旋電流的界面透明性相似。該工作證明了在自旋或單電子和磁熱裝置中結合半導體2D磁體的希望。
Vishakha Gupta, et al. Manipulation of the van der Waals Magnet Cr2Ge2Te6 by Spin-Orbit Torques. Nano Lett., 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02965https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02965
