1. Chem. Rev.: MOF的破壞: 穩定性和不穩定性的積極和消極作用
由有機連接基和無機結構單元構成的金屬有機骨架（MOF）以其高結晶度，高表面積和高組分可調性而聞名。MOF的穩定性是其在存儲，分離，催化和生物醫學等領域的潛在實際應用的關鍵先決條件，因為在使用過程中保證框架的完整性至關重要。然而，MOFs在外界刺激下容易遭到破壞，這在很大程度上阻礙了其商業化。
有鑒于此，美國德州農工大學周宏才(Hong-Cai Zhou)教授等人，概述了由于化學、熱、光解、輻射、電子和機械等外部刺激而導致MOFs受到破壞的情況，并提供了避免框架發生不必要降解的指導原則。此外，還討論了可能的破壞機理及其衍生產物。特別是，重點介紹了利用MOF不穩定性來制造各種材料的情況，這些材料包括分層多孔MOF，單層MOF納米片，無定形MOF液體和玻璃，聚合物，金屬納米顆粒，金屬碳化物納米顆粒和碳材料。最后，提供了利用MOF破壞來開發具有不同應用層次的先進材料的觀點。
本文要點：
1）在有機合成中，了解結構內鍵的不穩定性對于控制分子中不同位置的反應性至關重要。這種分子破壞的思想也可以應用于框架材料的合成，其中配位鍵和共價鍵的破壞和重組可以被控制。MOF代表了一系列獨特的多孔材料，其中包含一系列成分和分布可控的官能團和金屬團簇，具有可調的多孔結構，以及在一個框架內定制的多樣性。降解或破壞MOF提供了一種操作具有多種功能和增強層次結構的多孔材料的方法。通常觀察到，MOFs在外部物理或化學刺激下會降解。然而，潛在的分解機制，破壞動力學，保護策略，以及短期和長期的對不同應用（如催化和客體輸送）的短期和長期影響仍需要大量研究。特別地，載有藥物的MOF載體的程序化破壞動力學使得藥物可控地遞送至可觸發MOF分解的目標環境。隨著MOF的應用擴展到生物醫學領域，了解這些MOF載體如何在細胞中運輸，分解和消化對于毒性分析極為重要。
2）MOFs的破壞會導致其許多有用特性的退化，包括結晶度、孔隙度和周期性，因此有必要了解控制和防止MOF破壞的因素。然而，降解也可以為MOF衍生材料帶來新的機會和性質。許多MOF衍生的材料，無論是部分降解還是全部降解，都顯示出對客體分子的可接近性增強，在大規模制備中具有良好的加工能力，在不同條件下具有更高的穩定性，并且在不同的應用中具有不同的功能。例如，MOF衍生的碳材料在能量存儲和轉換領域顯示出巨大的潛力，其在鋰電池，超級電容器和燃料電池中的優異性能證明了這一點。
3）盡管已經取得了進展，但是在理解和探索MOF在未來應用中的不穩定性方面仍然存在許多可預見的挑戰性問題和機遇。(1)在分子水平上控制和可視化不穩定MOFs的不穩定位點的排列是一個關鍵問題，因為它們是框架中的活性位點。(2) 需要新的破壞方法來促進MOF衍生材料的發展，例如光刻，碳熱沖擊合成，超快速高溫燒結工藝以及在不同重力作用下的所謂的“skydiving jump”破壞。(3) 尚不能完全理解定量控制MOF穩定性或不穩定性的因素，這極大地限制了我們從物理化學的角度精確預測新合成或假設的MOF材料的穩定性的能力。(4) 由于目前對分子水平上的降解化學知之甚少，因此有必要發展能夠對MOF破壞進行原位研究的表征方法。(5) MOF中配位鍵的反應性和不穩定性使它們易于與化學物質發生反應，并在物理刺激下轉化為其他形式，從而對應用產生正面和負面影響。
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Liang Feng et al. Destruction of Metal–Organic Frameworks: Positive and Negative Aspects of Stability and Lability. Chem. Rev., 2020.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00722
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00722
2. Chem綜述：雙電子水氧化法用于電化學合成H2O2
過氧化氫（H2O2）是一種高價值的綠色化學氧化劑，廣泛用于工業漂白、化學合成和消毒。在工業上，一般采用高耗能的蒽醌工藝生產H2O2，然后并分配到使用地點。近年來，人們對通過現場電化學生產H2O2的興趣與日俱增，以減輕其運輸成本和安全問題，并充分利用可再生電力。近十年來，采用雙電子水氧化反應（2e-WOR）生產H2O2受到越來越多的關注。
有鑒于此，美國斯坦福大學Xiaolin Zheng，加拿大卡爾加里大學Samira Siahrostami綜述了2e-WOR的基本原理、催化劑開發、H2O2檢測等方面的研究進展。
本文要點：
1）作者首先總結了2e-WOR電催化劑合理設計的理論研究，包括不同的可能機理，構建自由能圖的計算細節，以及了解不同催化劑材料之間的活性趨勢。此外，闡明了如何利用計算材料設計來評估催化劑的穩定性。最后總結了溶劑化和密度泛函理論(DFT)泛函選擇對反應中間體能級的影響。總之，這些理論框架為選擇優異的2e-WOR催化劑進行實驗提供了重要的見解和指導。
2）在2e-WOR電催化劑表征實驗方法中，作者總結了2e-WOR電催化劑表征的實驗方法，詳細介紹了H2O2的定量方法，最后對電催化劑性能指標的標準化提出了自己的見解。在具有基準度量標準的2e-WOR催化劑的實驗結果中，作者總結了先前研究過的電催化劑的最新性能基準。
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Shi et al., Electrochemical Synthesis of H2O2 by Two-Electron Water Oxidation Reaction, Chem (2020)
DOI：10.1016/j.chempr.2020.09.013
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.09.013
3. Chem：鋰硫電池工作過程中有機多硫化物的氧化還原調節
鋰硫（Li-S）電池具有2600 Wh kg-1的超高理論能量密度，是一種很有前途的新一代儲能技術，然而其實際性能在很大程度上取決于硫氧化還原動力學。多硫化鋰中間體在復雜的硫氧化還原反應中起著決定性的作用，然而不幸的是，其不足以提供快速動力學，特別是在高速率下降低了比容量。近日，北京理工大學黃佳琦教授報道了一種氧化還原調節策略，以輔助多硫化鋰本征氧化還原介體更好地調節硫氧化還原動力學。
本文要點：
1）二叔丁基二硫化物（DtbDS）是一種作為介體（comediator）的有機多硫化物，其可以與多硫化鋰自發反應生成具有動力學優點的活性氧化還原介體叔丁基多硫化鋰。DtbDS的相變加速了Li2S的沉積和溶解，使Li2S的沉積模式從2D轉變為3D，具有更高的放電容量。
2）結果顯示，以DtbDS調節的鋰硫電池在4 C時具有566 mAh gs-1的優異倍率性能，在5 mgS cm-2的高硫負載量下具有優異的循環穩定性，以及在5.0 μL mgS-1的貧電解質中表現出優異的性能。
新的氧化還原調節策略擴展了多電子和多相電化學過程中用于促進動力學的氧化還原介體，并激發了氧化還原介體在相關先進儲能技術中的進一步研究。
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Zhao et al., Redox Comediation with Organopolysulfides in Working Lithium-Sulfur Batteries, Chem (2020)
DOI：10.1016/j.chempr.2020.09.015
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.09.015
4. AM：有機陽離子功能化層狀鈣鈦礦中長擴散長度的超快激子輸運
層狀鈣鈦礦已經被用于各種光電器件，包括太陽能電池和發光二極管，以提高穩定性，這需要激子沿面內和面外兩個方向傳輸。然而，目前尚不清楚是什么決定了激子沿面內方向的輸運，這對于理解激子對電子器件的影響具有重要意義。有鑒于此，美國北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松教授報道了通過調節層狀鈣鈦礦型單晶中的有機陽離子和層數，系統地研究了層狀鈣鈦礦型單晶中激子的面內擴散。
本文要點：
1）研究人員利用穩態和瞬態光致發光圖譜(TPLM)對單晶層狀鈣鈦礦中的載流子擴散進行成像，發現層狀鈣鈦礦的面內激子擴散系數不僅與層數有關，而且與有機陽離子也有關。
2）除了激子-聲子耦合外，依賴溫度的光致發光和依賴于光強的時間分辨光致發光以及密度泛函理論計算結果顯示，八面體畸變對激子擴散過程也有顯著影響，是影響層狀鈣鈦礦面內擴散率的另一個主要限制因素。
3）通過提高有機陽離子之間的相互作用強度，通過在苯乙銨(PEA+)中進行簡單的氟取代得到3-氟苯乙基銨（mF-PEA+），可以同時抑制激子-聲子耦合和釋放平面外的八面體傾斜，進而獲得1.91 cm2 s?1的激子擴散系數和405 nm面內方向的擴散長度。
這項工作揭示了層狀鈣鈦礦中有限的面內擴散的起源，并為通過有機陽離子設計來控制激子擴散系數提供了指導。
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Xun Xiao, et al, Ultrafast Exciton Transport with a Long Diffusion Length in Layered Perovskites with Organic Cation Functionalization, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202004080
https://doi.org/10.1002/adma.202004080
5. AM：一種采用熔融水合物電解質的雙鹵鋅電池
鹵素氧化還原電偶在儲能方面具有成本低、水中溶解度高、氧化還原電位高等優點。然而，通過液相介質儲存氧化態鹵素的操作復雜性阻礙了其在儲能技術中的廣泛應用。近日，日本產業技術綜合研究所（AIST）徐強教授，南開大學師唯教授設計并制備了一種集氧化還原液流電池（RFBs）（固有的可擴展性），插層化學（大容量）以及熔融水合物電解質(潛在的高能量密度)優點于一體的雙鹵水系鋅電池。
本文要點：
1）由于石墨能夠形成石墨-鹵素化合物，因此被用作正極材料，從而依次容納電化學生成的溴和氯。與納米碳基載體的應用相比，石墨電極易于制備，并且與鋰離子電池的大批量生產工藝相兼容。此外，熔融水合電解質中大量的鹵鋅配合物有效地阻止了溴和氯向鋅負極的滲透。
2）實驗結果顯示，雙鹵素氧化還原電偶（Br0/Br?和Cl0/Cl?）的使用有效地將平均放電電壓從1.60 V（單獨使用Br0/Br?）提高到1.71 V，并將容量從78 mAh g?1提高到257 mAh g-1。
3）獨特的兩步鹵素吸收還有一個額外的好處，即由于帶電狀態的電活性物質是固態的，因此不需要膜，從而大大簡化了電池的配置。
簡而言之，雙鹵水系鋅電池有望釋放出鋅鹵化學在儲能應用方面的經濟潛力。
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Hongwen Liu, et al, A Zinc–Dual-Halogen Battery with a Molten Hydrate Electrolyte, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202004553
https://doi.org/10.1002/adma.202004553
6. AEM：揭示和闡明ALD對鋰電鍍微結構的控制
鋰金屬電池的實際應用受到難以控制鋰金屬鍍層微觀結構的嚴重阻礙。盡管先前的原子層沉積（ALD）研究集中在直接用薄膜涂覆鋰金屬以鈍化電極-電解質界面，但研究人員采用了另一種方法，將ALD膜置于鋰金屬下方并直接在銅集流體上。近日，斯坦福大學Stacey F. Bent，崔屹教授揭示了使用ALD在銅箔上生長的TiO2來控制Li金屬鍍層微觀結構這一簡單策略的機理。
本文要點：
1）與先前的研究（其中ALD生長層充當人工中間相）相反，該TiO2層位于銅-鋰金屬界面處，充當成核層以改善鋰金屬的鍍層形態。TiO2鋰化后，會形成LixTiO2配合物。這種合金提供了一個親鋰表面層，能夠實現均勻且可重覆的Li鍍層。
2）結果顯示，性能最佳的電池（5 nm TiO2）具有明顯的鋰沉積的可逆性，在1 mA cm-2的中等電流密度下經過150次循環后顯示出96％的平均庫侖效率（CE）。
研究人員利用這種簡單的策略首次揭示了ALD衍生的Li成核控制機制，并為未來ALD合成成核層提供了新的可能性。
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Solomon T. Oyakhire, et al, Revealing and Elucidating ALD-Derived Control of Lithium Plating Microstructure, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202002736
https://doi.org/10.1002/aenm.202002736
7. AEM綜述：鈉離子電池面臨的新舊挑戰
在過去的10年間，人們開啟了儲能領域的后鋰時代，鈉離子電池（NIBs）的復興成為鋰儲能技術的有效替代品。為了生產和優化用于NIBs的負極，正極和電解質，研究人員在材料研究方面的已經做出了大量工作。有鑒于此，西班牙巴斯克大學Teofilo Rojo，澳大利亞悉尼科技大學汪國秀教授綜述了NIBs電極和電解液材料、表征技術和建模方面的最新進展，以及NIBs的規模化和商業化。
本文要點：
1）作者首先分析了每種NIBs電池組件的主要化合物及成分的優缺點。
2）考慮到用于NIBs的材料所取得的研究，作者通過現有的原型和商業NIBs電池以及從經濟的角度對工業用NIBs進行了分析。在這種情況下，Na離子儲能技術似乎已經為下一代儲能技術做好了準備，此外，Na的使用可以擴展到幾乎所有的電化學儲能技術范圍：新的室溫Na–S技術，高能Na–空氣技術以及基于Na的高功率混合超級電容器。
3）基于NIBs的發展程度以及新型Na基儲能技術的潛在優異性能，Na成為即將到來的商用后鋰儲能技術的關鍵。
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Eider Goikolea, et al, Na-Ion Batteries—Approaching Old and New Challenges, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202002055
https://doi.org/10.1002/aenm.202002055
8. Adv. Sci.: 分子設計提高3D/2D鈣鈦礦器件的工作穩定性
盡管有機/無機鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池已成為最有希望的下一代光伏材料之一，但在熱和光測試調諧下的不穩定性仍有待解決。洛桑聯邦理工學院Mohammad Khaja Nazeeruddin等人設計了高疏水性陽離子全氟芐基碘化碘（5FBzAI），并設計了具有增強的分子間相互作用的2D鈣鈦礦，與基準2D系統相比，在界面處提供了改進的鈍化作用，從而減少了電荷復合并增強了器件的穩定性。
本文要點：
1）(5FBzAI)2PbI4受到強烈的鹵素鍵相互作用，使其在平面晶體方向上排列，使得Voc增加約 60mV，是其最近報道類似的單氟苯基乙基碘化碘（PEAI）的兩倍。最終，器件獲得了21.65％的高功率轉換效率，并在連續照明1100小時后表現出了優異的工作穩定性。
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Paek, S., Roldán‐Carmona, et al, Molecular Design and Operational Stability: Toward Stable 3D/2D Perovskite Interlayers. Adv. Sci. 2020, 7, 2001014.
https://doi.org/10.1002/advs.202001014
9. Adv. Scie.: 寬帶隙半導體納米線的構建：面向環境監測的下一代納米機電系統
半導體納米線被廣泛認為是徹底改變了納米科學和納米技術領域的基石。納米線的獨特功能，包括高電子傳輸，出色的機械強度，較大的表面積以及對它們的固有性質進行工程設計的能力，使新型的納米機電系統（NEMS）成為可能。納米線形式的寬帶隙半導體因其在環境監測和能量采集方面的巨大潛力而成為研究的熱點。
有鑒于此，格里菲斯大學的Hoang‐Phuong Phan、Nam‐Trung Nguyen、Tuan‐Anh Pham和昆士蘭大學Yusuke Yamauchi等人，綜述了作為NEMS材料的碳化硅(SiC)、III族氮化物和金剛石納米線的生長、性能和應用方面的最新進展。
本文要點：
1）首先介紹了材料的發展和制造技術，涵蓋了從下至上和從上至下兩種方法。在機械、電學、光學和熱性質的討論中，詳細介紹了WBG納米線的基本物理特性，以及它們在NEMS中的潛力。回顧了一系列的傳感和電子設備，特別是環境監測，進一步擴大了其在工業應用的能力。總結了基于納米線的環境監測應用的優缺點，并為這一快速發展的研究領域的未來發展指明了方向。
2）近幾十年來，從材料加工、基本表征到實際器件開發，WBG半導體納米線領域發展迅速。廣泛的從下至上和從上至下的方法被廣泛應用于合成SiC、III族氮化物和金剛石納米線，作為各種傳感設備的構件。每種方法都有其獨特的優點和不可避免的缺點。自下而上的納米線生長方法提供了極大的靈活性，可以實現具有復雜成分的復雜納米結構，而這可能是自上向下的方法無法實現的。相比之下，自上而下工藝可以獲得高度有序的半導體納米線陣列，具有完美的均勻性和可重復性，可用于傳感設備的晶圓級制造。從實踐的角度來看，預計將自下而上和自上而下兩種方法巧妙地結合起來，將成為未來開發具有前所未有性能的創新納米線傳感設備的途徑，這可能是單靠這兩種技術都無法實現的。進一步深入了解納米線的生長機理，進一步優化生長參數，不斷改進先進納米加工技術，精確控制納米線的晶體結構、尺寸、相純度、界面、缺陷、成分和取向。這是為未來納米線傳感設備的逐步發展以及將其集成到標準化電子設備中建立基礎平臺的先決條件。
3）半導體納米線的內在顯著特性可以進一步增強，以集成到高性能多功能傳感裝置中。在這種情況下，已經成功開發了幾種有效的方案來增強各種半導體納米線的特性，例如摻雜，表面改性，組合不同的材料以創建異質結構，施加外部應變。但是，與眾所周知的Si納米線相比，本綜述所關注的WBG半導體納米線的性能改進仍處于技術發展的早期階段，因此，迫切需要對這些納米線進行更多的研究。此外，不斷尋求新的、成本效益高的途徑，進一步提高納米線傳感設備的長期穩定性、選擇性和靈敏度，也是至關重要的。在機械傳感應用中，壓阻效應和壓電效應被用作基本傳感原理。與硅納米線相比，由于缺乏全面的理論和實驗研究，SiC、III族氮化物和金剛石納米線中的這些傳感現象還沒有被完全理解。例如，與硅納米線不同，對這類納米線的巨大壓阻效應的研究迄今報道甚少。此外，為了保證納米線傳感設備的長期運行，應考慮傳感設備在高溫、太陽輻射、酸性雨、腐蝕、氧化等極端條件下壓阻效應的穩定性。
Tuan‐Anh Pham et al. Nanoarchitectonics for Wide Bandgap Semiconductor Nanowires: Toward the Next Generation of Nanoelectromechanical Systems for Environmental Monitoring. Advanced Science, 2020.
DOI: 10.1002/advs.202001294
https://doi.org/10.1002/advs.202001294
10. ACS Nano：銀納米線-細菌纖維素復合纖維基傳感器，用于壓力和接近度的高靈敏度檢測
基于光纖的傳感器希望為用戶提供人機界面的身臨其境的體驗。于此，加州大學洛杉磯分校裴啟兵等人報告了一種層級多孔銀納米線-細菌纖維素纖維，可用于敏感地檢測人體手指的壓力和接近程度。
本文要點：
1）以20m/min的速度連續濕法紡絲制備了直徑為53μm，導電率為1.3×104 S/cm，抗張強度為198 MPa，伸長應變為3.0%的導電纖維。在光纖上共軸包覆一層10μm厚的聚二甲基硅氧烷介電彈性體，形成比人發還薄的光纖傳感元件。
2）兩條傳感器光纖對角放置，測量了導電芯之間的電容隨壓力和接近度的變化。在接觸模式下，光纖傳感器在0-460 kPa的壓力范圍內經歷了單調的電容增加，并且在低壓區（<0.5 kPa）獲得了高靈敏度5.49 kPa–1的線性響應。在非接觸模式下，傳感器對距離達30厘米的物體高度敏感。
3）此外，這種纖維可以很容易地縫到衣服上，作為舒適和時尚的傳感器來檢測心跳和聲音脈沖。光纖傳感器陣列可以作為無接觸鋼琴來演奏音樂，并精確地確定物體的接近程度。進一步展示了一個2×2陣列用于對遠程物體進行二維和三維位置檢測。
復合材料學術QQ群：519181225
Fangyi Guan, et al., Silver Nanowire–Bacterial Cellulose Composite Fiber-Based Sensor for Highly Sensitive Detection of Pressure and Proximity. ACS Nano 2020.
DOI: 10.1021/acsnano.0c06063
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c06063
11. Chem. Sci.：構建手性人工酶以在活細胞中實現對映選擇性催化
作為人工酶家族的新成員，納米酶相比天然酶來說具有一些突出的優勢，例如其在惡劣環境下的高穩定性、易于大規模生產、儲存時間長、成本低和對生物降解的抵抗力強等。然而，如何設計具有高選擇性特別是高對映體選擇性的納米酶仍然是一個很大的研究挑戰。中科院長春應化所曲曉剛研究員提出了一種新型的構建手性人工過氧化物酶的方法。
本文要點：
1）實驗從天然酶辣根過氧化物酶(HRP)的結構出發，以鐵磁性納米粒子(Fe3O4 NP)為催化內核，以帶有氨基酸的手性聚合物外殼為手性選擇器，構建了一系列立體選擇性納米酶(Fe3O4@Poly(AA))。其中，Fe3O4@Poly(D-Trp)表現出最高的對映選擇性。有趣的是，實驗通過利用L-Trp取代D-Trp，它們的對映體選擇性則會發生逆轉，其選擇性系數高達5.38，甚至高于HRP。動力學參數、透析實驗、分子模擬以及活化能表明，D-/L-Trp的選擇性來源于其聚合物外殼的D-/L-Trp附加物，這也使得D-/L-酪氨醇具有更好的親和力和催化活性。
2）此外，通過利用熒光標記的FITC酪氨醇L和RhB-酪氨醇D，實驗證明了該人工過氧化物酶可以催化綠色或紅色熒光的手性酪氨醇，從而在酵母細胞、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草桿菌之間選擇性地標記活酵母細胞。綜上所述，這項研究工作也為更好地設計立體選擇性人工酶開辟了新的途徑。
仿生材料學術QQ群：111658060
Ya Zhou. et al. Construction of a chiral artificial enzyme used for enantioselective catalysis in live cells. Chemical Science. 2020
DOI: 10.1039/d0sc03082a
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc03082a#!divAbstract
