1. Chem. Rev.: 生物電催化的基本原理、應用和未來發展方向
生物電催化是將生物催化和電催化結合起來的一個跨學科研究領域，它利用生物系統中的材料作為催化劑催化發生在電極上的氧化還原反應。生物電催化協同結合了生物催化和電催化的優點。生物催化具有活性高、選擇性高、底物范圍寬、反應條件溫和等優點。電催化的優點包括可能利用可再生電力作為電子源和高能量轉換效率。這些特性被整合起來，以實現選擇性生物傳感、有效的能量轉換和多種產品的生產。
有鑒于此，美國猶他大學Shelley D. Minteer教授等人，系統、全面地闡述了生物電催化的基本原理，分析了存在的問題，總結了生物電催化的發展現狀和應用，并展望了未來的發展方向。
本文要點：
1）首先討論了生物電催化劑的結構、功能和改性。其次，描述了生物電催化系統的基本要素，包括電子轉移機理，電極材料和反應介質。第三，系統總結了生物電催化在生物傳感器、燃料電池、太陽能電池、催化機理研究以及高價值化學物質的生物電合成等領域的應用。最后，展望了生物電催化的發展前景。
2）電化學酶和微生物生物傳感器由于其在以下領域的廣泛應用而成為生物電催化的核心應用：（1）監測環境樣品，（2）評估食品和飲料以及（3）醫學診斷。
生物傳感平臺，已發展為生物電催化技術中的未來生物技術趨勢。即，最近的進展已朝著具有最小的樣品預處理步驟和低功率要求的可穿戴傳感技術（例如，基于紙的生物傳感器和基于紋身的生物傳感器）的小型化，多重檢測分析以及適用的擴展。此外，自供電生物傳感器已被設計成簡單和低成本的設備，以滿足個體分析和健康監測日益增長的需求。
3）需要闡明生物電催化劑中的電子轉移機制，以有效地優化生物傳感平臺的靈敏度。還應檢查適當的生物催化劑的選擇，特別是微生物和酶會響應環境因素的變化而產生可測量的信號。未來的發展，特別是電化學微生物生物傳感器的發展，應該集中在設計可以在極端條件下（例如高酸，鹽水和/或極端溫度設置）下實現檢測的設備。因此，選擇和適應能夠在這種惡劣條件下生存的微生物是一個重要的未來方向。
電催化學術QQ群：740997841
Hui Chen et al. Fundamentals, Applications, and Future Directions of Bioelectrocatalysis. Chem. Rev., 2020.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00472
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00472
2. Science Advances: 用石墨烯調節納米復合材料界面，同時獲得高強度和韌性
納米復合材料中的納米填料增強效果通常遠遠低于理論預測值，這在很大程度上是由于納米填料與基體之間不良的界面相互作用。有鑒于此，弗吉尼亞大學Xiaodong Li等人，報道了一種石墨烯界面工程技術，該技術將B4C-NWs與石墨烯粘合在一起，從而顯著增強了強度和韌性。
本文要點：
1）具體而言，通過氣-液-固（VLS）工藝獲得了高密度的B4C-NWs。高質量的石墨烯片材直接由石墨制成，并通過剪切混合包裹在B4C-NWs上，即通過將石墨粉和B4C-NWs的混合物在稀水中剪切混合，直接合成石墨烯包裹的B4C-NWs（B4C-NWs@graphene）。
2）B4C-NWs@graphene在水和環氧樹脂中顯示出極好的分散性。
3）B4C-NWs@graphene通過裂縫釘扎和撓曲，B4C-NWs@graphene與基質的鍵合，納米填料周圍的空隙形成以及納米填料的拉拔，在環氧樹脂基體中實現了混合增韌效果。0.2 ％（體積分數）的B4C-NWs@graphene增強環氧復合材料表現出強度（144.2MPa），彈性模量（3.5GPa）和斷裂應變（15.0％）的聯合增強。
總之，這種低成本而有效的技術為改善納米復合材料界面，提高負載傳遞效率提供了新的機會，并為開發強韌性納米復合材料開辟了一條新途徑。
復合材料學術QQ群：519181225
Ningning Song et al. Tailoring nanocomposite interfaces with graphene to achieve high strength and toughness. Science Advances, 2020.
DOI: 10.1126/sciadv.aba7016
http://doi.org/10.1126/sciadv.aba7016
3. Nature Commun.：單晶季銨化納米帶用于有效地將太陽能轉化為氫能
盡管太陽能驅動的半導體光催化劑水分解是一種很有吸引力的制氫途徑，但目前還缺乏具有高可見光活性的優異光催化劑。銅基四元硫化物由于其禁帶寬度可調，具有良好的可見光吸收性能，已成為重要的光催化劑候選材料。近日，中科大俞書宏院士設計了一種潛在的光催化劑，即單晶纖鋅礦CZIS納米帶（NBs），由無毒、富含稀土的元素組成，在可見光范圍內具有很高的吸收效率。
本文要點：
1）研究人員首先第一原理密度泛函理論（DFT）計算，確定了用于光催化氫釋放反應（HER）的纖鋅礦CZIS的（0001）面具有最小的吉布斯自由能變化。根據Bell-Evans-Polanyi原理，（0001）面對于HER具有最低的能壘，這將有助于制氫。然后設計了一種簡單的膠體方法來合成暴露（0001）面的單晶纖鋅礦CZIS NBs，以及具有油胺（OLA）和1-十二烷硫醇（DDT）輔助的暴露的（0001）面的纖晶纖鋅礦CZGS NBs。
2）所制備的納米帶光催化劑表現出優異的組成依賴性光催化性能，在不使用助催化劑，可見光（λ> 420 nm）的情況下，CZIS和CZGS NBs的最高產氫率分別達到3.35和3.75 mmol h-1 g-1，高于已報道的CZIS和CZGS光催化劑。重要的是，NBs在保存兩個月后仍保持高穩定性和催化反應性。
CZIS和CZGS NBs優異的光催化性能有望為半導體光催化劑的表面工程鋪平了道路。
光催化學術QQ群：927909706
Wu, L., Wang, Q., Zhuang, T. et al. Single crystalline quaternary sulfide nanobelts for efficient solar-to-hydrogen conversion. Nat Commun 11, 5194 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-18679-z
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18679-z
4. Nature Commun.: 石墨烯上合理設計的過渡金屬氫氧化物納米片陣列，用于高效CO2還原
過渡金屬氫氧化物作為CO2光還原的助催化劑，其導電性能差、堆疊結構等固有缺點嚴重限制了其性能。有鑒于此，福州大學徐藝軍教授等入，報告了在石墨烯上合理組裝一系列過渡金屬氫氧化物，以作為高效CO2光還原的助催化劑。
本文要點：
1）報道了一系列在GR的2D平臺上不同的過渡金屬氫氧化物的合成，包括Ni(OH)2, Fe(OH)3, Cu(OH)2, Co(OH)2，作為Co(OH)2光還原CO2合成太陽能燃料的助催化劑。
2）特別是，使用釕染料作為可見光光敏劑，分層Ni(OH)2納米片陣列-石墨烯(Ni(OH)2-GR)復合材料表現出優異的光活性和選擇性，明顯優于其他同類材料和大多數類似的雜化光催化劑體系，實現了10725 μmol h-1 g-1的高CO生成速率，選擇性高達96％。更重要的是，即使在稀釋的CO2（10％ CO2，代表燃煤電廠廢氣中的代表性CO2濃度）中，這種Ni（OH）2-10％GR復合材料仍然表現出出色的性能，其CO生成速率為7432 μmol h-1 g-1，選擇性為92％。
3）Ni(OH)2-GR的這種優異性能的來源是由于其適當的協同作用，包括增強了對CO2的吸附，增加了CO2還原的活性位點，并改善了電荷載流子的分離/轉移。
總之，該工作有望促進在石墨烯和其他二維平臺上合理設計高效的過渡金屬氫氧基催化劑，用于將二氧化碳還原為太陽能化學品和燃料。
光催化學術QQ群：927909706
Kang-Qiang Lu et al. Rationally designed transition metal hydroxide nanosheet arrays on graphene for artificial CO2 reduction. Nat Commun, 2020.
DOI: 10.1038/s41467-020-18944-1
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18944-1
5. JACS：生長動力學控制實現取向可調的球形介孔金屬氧化物
關于球形介孔金屬氧化物（SMMOs）的最新研究進展顯示了其在眾多研究領域的巨大應用潛力。然而，與廣泛研究的二氧化硅相比，直接構建這些材料并精確控制其關鍵形狀特征，特別是孔隙結構，仍然是一個巨大挑戰。有鑒于此，中科院化學研究所萬立駿院士，曹安民研究員報道了一條簡單而高效的合成路線，可以很好地控制各種SMMOs的孔取向。以Al2O3為例，揭示了溶液中的沉積動力學在構建不同SMMOs中的至關重要的作用。
本文要點：
1）以Al2O3為模型體系，研究人員論證了通過甲酰胺分解誘導過程來調節Al3+的水解和沉淀的可能性，為控制無機物種的生長動力學提供了理想的工具，無機物種的緩慢形成促進了與陽離子表面活性劑的良好界面組裝，并成功地形成了均勻的嵌入介孔的Al2O3基納米球（Al2O3-SMMO）。
2）通過控制濃度和添加劑等反應參數，可以方便地將制備的Al2O3-SMMO的孔結構從徑向、樹枝狀和同心向進行系統性調節。
3）這種合成路線可以很容易地擴展到構建各種SMMOs中，如Cr2O3，CeO2，La2O3和Y2O3，或者CexLayOz的雜化化合物。
該研究為SMMOs的未來應用提供了一個可靠、通用的合成平臺，并實現了SMMOs的系統化設計。
納米合成學術QQ群：1050846953
Wei Zhang, et al, Spherical Mesoporous Metal Oxides with Tunable Orientation Enabled by Growth Kinetics Control, J. Am. Chem. Soc, 2020
DOI：10.1021/jacs.0c07938
https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c07938
6. Angew：CoNi合金納米顆粒嵌入金屬有機骨架衍生的碳中，通過電荷轉移效應高效分離氙和氪
氙和氪的分子結構相近，性質相似，分離氙和氪是天然氣工業面臨的最大挑戰之一。利用化學穩定的碳吸附劑進行高效的吸附分離是一種很有前途的技術。近日，浙江大學任其龍院士，鮑宗必教授，Yi He報道了一種利用MOF衍生金屬碳吸附劑分離Xe/Kr的新策略。
本文要點：
1）以M-沒食子酸根(M=Ni，Co)為前驅體，采用一步自還原熱解法制備了包覆碳吸附劑的CoNi合金納米粒子。
2）在已報道的碳吸附劑中，優化的NiCo@C-700表現出創紀錄的IAST選擇性（24.1）和對Xe/Kr的Henry選擇性（20.1）。
3) 密度泛函理論計算、局域態密度計算、電荷密度差和Bader電荷分析揭示了Ni或CoNi合金納米粒子的存在對Xe的巨大親和力，這是由于Xe比Kr向金屬轉移更多的電荷，從而提供了更高的結合能。
4）研究人員進一步通過實驗驗證了NiCo@C-700是一種很有前途的Xe/Kr分離候選吸附劑。同時，該吸附劑制備簡單，吸附容量高，分離選擇性創歷史新高，穩定性強，是一種很有應用前景的吸附劑。
新策略的提出為今后惰性氣體的吸附分離提供了新的思路。
Fuqiang Chen, et al, CoNi Alloy Nanoparticles Embedded in Metal-Organic Framework-Derived Carbon for the Highly Efficient Separation of Xenon and Krypton via a Charge-Transfer Effect, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202011778
https://doi.org/10.1002/anie.202011778
7. Angew：聚合物供體的三元共聚優化活性層形貌以提高填充因子用于17.6%效率的有機太陽能電池
現如今，可商用的聚合物供體PM6已廣泛應用于有機太陽能電池（OSCs）中，并實現了其最先進的功率轉換效率（PCEs）。為了進一步探索PM6在OSCs中的光伏應用潛力，精細調節分子結構以進一步優化相關的活性層形態具有重要意義。
近日，蘇州大學張茂杰教授，天津大學葉龍教授報道了通過將第三個5，5‘-二噻吩基-2，2’-聯噻唑（DTBTz，20 mol%）單元引入到PM6（PM6-Tz00）的分子骨架中，展示了一種簡單的無規三元共聚方法來制備三元共聚物供體PM6-Tz00。
本文要點：
1）研究發現，該方法可以適當地調整分子的有序性、取向性和聚集性，而對聚合物給體的吸收和能級沒有明顯的影響，從而有效地優化了帶有小分子受體Y6的活性層形態，以及相關器件的電性能，最終提高填充因子（FF），提高PCE。
2）結果顯示，基于PM6-Tz00的OSCs的PCE高達17.1%，FF顯著提高到0.77，遠高于基于PM6的對照OSCs（PCE=15.7%和FF=0.72）。值得注意的是，用Ag（220 nm）而不是Al（100 nm）作為光陰極，由于光電流的增加，使得OSCs的PCE進一步提高到17.6%。
研究工作為優化OSCs的混合形態以獲得更高的光伏性能提供了一種簡單而有效的方法。
電池學術QQ群：924176072
Xia Guo, et al, Optimized active layer morphologies via ternary copolymerization of polymer donors for 17.6% efficiency organic solar cells with enhanced fill factor, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202010596
https://doi.org/10.1002/anie.202010596
8. Angew：易提純ROMP單體兩步發散合成單分散超長瓶刷型聚合物
一維(1D)納米材料在各個領域引起了廣泛的關注，如碳納米管、無機納米線、超分子組裝、生物聚合物納米晶、絲狀病毒等。其中，具有超長的，例如，超過幾微米的，由于其不同尋常的物理和生物特性而引起人們極大興趣。然而，盡管迄今為止，人們對超長一維納米材料進行了廣泛的研究，但合成這類材料仍然是一個挑戰。
近日，日本國立材料研究所Yoshihiro Yamauchi，日本理研應急物質科學中心Yasuhiro Ishida報道了迄今為止，最長的瓶刷聚合物的合成，解決了目前人們在一維納米材料合成中面臨的所有問題。
本文要點：
1）超長瓶刷聚合物（~7 μm）是由含兩個2-溴異丁酸酯（NB）的降冰片烯衍生物分兩步合成。NB用作（i）開環復分解聚合（ROMP）的單體，并形成主鏈以及（ii）原子轉移自由基聚合（ATRP）的引發劑，用于形成側鏈。由于NB在開環復分解聚合中具有良好的反應性，在單體-引發劑比高達10000的情況下，NB的定量轉化率得到了很好的控制。
2）通過原子轉移自由基聚合，從NB中的2溴異丁酸酯單元接枝乙烯基單體，以發散的合成路線很容易地將NB衍生的聚合物轉化為各種瓶刷聚合物。此外，利用原子力顯微鏡直接觀察到了超長瓶刷聚合物的結構。
ROMP單體NB將為下一代瓶刷聚合物的開發提供一個通用平臺，最終用作可調的一維納米材料。
一維材料QQ群：463352826
Yoshihiro Yamauchi, et al, Two-Step Divergent Synthesis of Monodisperse and Ultra-Long Bottlebrush Polymers from an Easily Purifiable ROMP Monomer, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202009759
https://doi.org/10.1002/anie.202009759
9. AM：可在細胞內對蛋白質和化療藥物進行協同遞送的納米平臺用于癌癥治療
在細胞內將活性蛋白與化療藥物相結合是一種很有前途的協同型癌癥治療策略。然而，由于缺乏合適的納米載體系統，如何將藥物遞送到癌細胞中以及控制其在細胞內的釋放仍然是一個很大的挑戰。中科院長春應化所陳學思院士和肖春生副研究員構建了一種三嵌段共聚物mPEG-b-PGCA-b-PGTA納米平臺，該平臺可以在細胞中實現對親水核糖核酸酶a (RNase a)和疏水藥物阿霉素(DOX)的協同遞送。
本文要點：
1）實驗利用苯硼酸基團對RNase A進行修飾，并通過苯硼酸-鄰苯二酚鍵高效地將其結合到三嵌段共聚物納米顆粒中。RNase A與三嵌段共聚物之間的可逆共價結合使得該納米粒子在正常生理條件下具有很高的穩定性。
2）在被細胞內化后，該三嵌段共聚物納米顆粒中的DOX和RNase A會被酸性環境和DOX增強的細胞內ROS觸發以實現在不同階段的釋放，進而產生協同增強的抗癌作用，體內和體外實驗也都證明了這一點。綜上所述，這項研究工作也為實現細胞內各種蛋白和化療藥物的聯合遞送提供了一個通用高效的新型平臺。
生物醫藥QQ群：1033214008
Peng Zhang. et al. A Multistage Cooperative Nanoplatform Enables Intracellular Co-Delivery of Proteins and Chemotherapeutics for Cancer Therapy. Advanced Materials. 2020
DOI: 10.1002/adma.202000013
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000013
10. Nano Energy: 膠體異質結構量子點高效穩定地光電化學產氫
膠體半導體量子點(QDs)由于其基于量子限制效應的尺寸/形狀/成分相關的電子和光學特性，被認為是制造高效且穩定的光電器件的重要基石。但是，在基于QD的光電化學（PEC）電池中，光吸收不足和不良的電荷復合仍然限制了太陽能向燃料轉換的效率和長期穩定性。
有鑒于此，加拿大國家能源材料及通訊研究院院長Federico Rosei院士、Gurpreet S. Selopal和青島大學趙海光教授等人，通過調整殼層厚度來設計膠體異質結構CdS/CdSe核/殼量子點的光電子性質和能帶排列。
本文要點：
1）從3.0 nm的CdS QD核(直徑)開始，研究了CdSe殼層厚度(0.6-1.9 nm)對結構和光學性能的影響。研究結果表明，優化殼層厚度可以顯著拓寬QDs敏化TiO2介孔膜的光陽極的光吸收范圍，提高光電子的分離和傳輸速率。
2）通過理論建模，發現該異質結構系統中的能帶排列可以從準II型（電子位于整個QD上，但空穴大多在外殼中局域化）到反向I型（電子和空穴都是通過更改殼的厚度在殼中進行了很大程度的離域化）。
3）作為概念驗證，在PEC電池中采用最佳外殼厚度為1.6 nm的量子點以及碳納米管摻雜的TiO2作為光電陽極，獲得了?16.0 mA / cm2的非常高的光電流密度（在0.9 V vs RHE），這是有史以來基于CdS/CdSe QDs的PEC電池報告的最高值。還觀察到，在一個太陽照射下(AM 1.5 g, 100mw /cm2)，它具有良好的長期穩定性(4小時后維持其初始值的83%)。
總之，優化異質結構核殼量子點的設計和帶工程是提高基于量子點的PEC電池和其他光電器件性能的一種簡便而有效的方法。
發光材料與器件QQ群：529627332
Hui Zhang et al. Efficient and stable photoelectrochemical hydrogen generation using optimized colloidal heterostructured quantum dots. Nano Energy, 2020.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105416
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105416
11. Biomaterials：融合肽設計的“靜態多功能”鈦植入物，同時增強了抗感染、血管生成和骨整合
盡管抗菌鈦植入物可以預防骨科生物材料相關感染（biomaterial-associated infection，BAI），但它們顯示出細胞毒性和延遲骨整合。因此，多功能植入物對于同時抑制BAI和促進骨整合是理想的，尤其是具有非必要外部刺激的“靜態多功能”植入物。
鑒于此，華南理工大學王迎軍院士、王琳等人通過固定包含HHC36抗菌序列和QK血管生成序列的創新融合肽（FP），開發了一種“靜態多功能”的鈦植入物。
本文要點：
1）具體方法。研究人員合理地將這兩個序列與Lys-Lys序列融合，并通過寡聚乙二醇（OEG4）引入了疊氮基。之后，通過一種改進的帶有炔基的硅偶聯劑（炔基-PEG-三乙氧基硅烷）將烷基引入鈦表面，因為硅偶聯劑是一種引入有效位點以固定分子的有效策略。并使用硼氫化鈉還原促進Cu（I）催化的疊氮化物-炔烴環加成反應（CuAAC-SB）將設計的FP整合到鈦表面上，據報道CuAAC是固定生物分子在生物材料表面上的可行方法。與具有抗壞血酸鈉還原作用的傳統CuAAC（CuAAC-SA）相比，CuAAC-SB的固定效率更高。
2）抗菌效果明顯。FP工程植入物對4種臨床細菌（金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）的抗菌活性均超過96.8%，比混合肽改性的抗菌活性強。這可能是由于HHC36序列的細菌可及表面積較大。
值得注意的是，該植入物可同時促進細胞增殖，上調HUVECs血管生成相關基因/蛋白（VEGF和VEGFR-2）和hBMSCs成骨相關基因/蛋白（ALP、COL-1、RUNX-2、OPN和OCN）的表達。感染性和非感染性骨缺損模型的體內實驗表明，FP工程植入物可殺死99.63%的金黃色葡萄球菌，同時促進血管化和骨整合。相信這項研究為開發“靜態多功能”骨科植入物提供了一個很好的策略。
生物醫藥QQ群：1033214008
Junjian Chen, et al., Fusion peptide engineered “statically-versatile” titanium implant simultaneously enhancing anti-infection, vascularization and osseointegration. Biomaterials 2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120446
12. ACS Nano：類金剛石碳納米纖維薄膜的合成
類金剛石碳（DLC）材料是具有高含量sp3碳的無定形碳材料，并以其獨特的機械，光學和電性能而聞名。常規的DLC材料通過多種物理氣相沉積和化學氣相沉積（CVD）技術以及電沉積方法合成為薄膜。近日，國立蔚山科學技術院（UNIST）Rodney S. Ruoff報道了在低溫（220-300 °C）下，使用乙炔和氫氣作為前體，使用銅納米顆粒（直徑<25 nm）作為催化劑，通過化學氣相沉積法合成由緊密堆積的無定形碳納米纖維形成的薄膜。
本文要點：
1）該膜具有高濃度的sp3碳（sp3/sp2碳之比約為1-1.9），氫濃度為25-44 atom %，因此可稱為氫化的DLC。
2）氫化的DLC納米纖維膜具有類似于類金剛石碳膜的性能。因此具有高電阻率（1.2±0.1×106 Ω cm），密度為2.5±0.2 g cm-3，且為化學惰性。
3）由于其形貌不同于納米尺度的DLC薄膜，因此這種膜具有更高的比表面積（28±0.7 m2 g-1），并在楊氏模量、硬度和摩擦系數等力學性能方面有所不同。此外，該膜的疏水性可與最好的類金剛石碳膜相媲美，可通過油和有機溶劑進行潤濕。同時，納米纖維還可以與基體分離，并以粉末形式使用。
碳材料與器件QQ群：485429596
Kee Han Lee, et al, Synthesis of Diamond-Like Carbon Nanofiber Films, ACS Nano, 2020
DOI：10.1021/acsnano.0c05810
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c05810
