1. Nat. Rev. Chem.：設計晶體材料中的無序
晶體是一種具有周期性特征的物質。然而，晶體材料可以以許多形式存在無序，例如組成的非重復性變化，原子位移，鍵排列，分子取向，構象，電荷狀態，軌道占有率或磁性結構。無序有時可能是隨機的，但更通常是具有相互關聯的。目前對無序晶體的最新研究正在試圖控制和利用這些相關的無序狀態，以獲得常規晶體無法獲得的功能響應。近日，牛津大學Andrew L. Goodwin等總結了有針對性的控制相關無序的核心設計原則。
本文要點：
1）作者首先展示了經過長期研究的統計力學模型所提供的信息如何適用于廣泛的材料，包括有機物，超分子組裝件，氧化物陶瓷和金屬有機框架。
2）然后總結了材料化學家用來控制和設計晶體無序的方法。
3）最后，作者提出了一些未來研究的方向，并闡明了在控制，表征和利用無序晶體方面面臨的主要挑戰。
晶體團簇學術QQ群：530722590
Arkadiy Simonov, et al. Designing disorder into crystalline materials. Nat. Rev. Chem., 2020
DOI: 10.1038/s41570-020-00228-3
https://www.nature.com/articles/s41570-020-00228-3
2. JACS：L10三元納米粒子的各向異性應變調諧用于氧還原
在許多能量轉換反應中，通過控制納米顆粒（NP）的表面應變來調節NP催化劑的性能已經成為優化NP催化的重要策略。近日，美國布朗大學孫守恒教授，Andrew A. Peterson報道了通過Eigforce模型預測和實驗驗證了L10復合納米顆粒（M=Mn，Fe，Ni，Cu，Ni）對氧還原反應（ORR）的應變誘導催化增強作用。
本文要點：
1）Eigforce模型可以預測扭曲Pt(111)表面的各向異性（即二維）應變水平。實驗上，研究人員通過制備一系列5 nm的L10-CoMPt NPs，這些NPs的ORR催化活性為基于L10-CoMPt所預測的理論二維火山圖的最佳區域。
2）研究發現，在所研究的NP系列合金中，性能最佳的ORR催化劑是L10-CoNiPt，其質量活性為3.1 A/mgPt，室溫比活性為9.3 mA/cm2，在0.1 M HClO4中60°C循環30000次后，活性損失僅為15.9%。
該研究采用理論和實驗相結合的方法，為精細調控結構和成分明確的金屬間化合物納米粒子的催化活性提供了新的思路。
納米催化學術QQ群：256363607
Junrui Li, et al, Anisotropic Strain Tuning of L10 Ternary Nanoparticles for Oxygen Reduction, J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c08962
https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c08962
3. JACS：雙胍有機催化烯烴手性烷基化
南洋理工大學Choon-Hong Tan（陳俊豐）、臥龍崗大學Richmond Lee、西湖大學Haihua Lu等報道了硅氫化物、炔基硅烷、烷氧基硅烷能夠在雙胍催化劑作用中被氟化物活化，生成高化學態硅酸鹽離子對，活化后的硅酸鹽通過1,4-加成反應和色酮、香豆素、氰菊酰胺反應，得到烯醇硅酸鹽中間體物種，隨后能夠生成立體選擇性的烷基化反應。該還原-烷基化反應在溫和條件中進行反應，通過聚甲基氫硅氧烷作為氫原料，在構建手性碳中心的過程中實現了優異的對映選擇性和立體選擇性。通過DFT計算、NMR研究發現該反應過程中關鍵中間體物種為5元配位結構的硅酸鹽物種。
本文要點：
1）反應優化。通過4-氧代苯并三氮雜腈（1a）、溴化甲苯作為反應物，加入4倍量聚甲基氫硅氧烷[SiH]，4倍量CsF，在10 mol %雙胍結構的雙陽離子氯化物BG作為催化劑，在0 ℃ TBME中進行反應。考察了不同的硅氫物種分子，發現聚甲基氫硅氧烷有最好的效果。
Richmond Lee, et. al. Enantioselective Addition-Alkylation of α,β-Unsaturated Carbonyls via Bisguanidinium Silicate Ion Pair Catalysis, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c00183
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c00183
4. JACS：客體控制的非剛性金屬有機骨架材料中的不相稱調制
由于客體結合，宿主系統的結構轉變主導了許多化學過程。近日，曼徹斯特大學楊四海教授，Martin Schr?der，北京大學孫俊良教授報道了一種在亞剛性材料MFM520中前所未有的結構柔性，由于特定的主?客體相互作用控制的[ZnO4N]節點的劇烈畸變，其表現出可逆的周期到非周期的結構轉變。
本文要點：
1）MFM-520的非周期晶體結構不具有三維(3D)晶格周期性，但在高維(3+2)維空間中具有平移對稱性。研究人員直接可視化了MFM-520·H2O在脫水時由于周期骨架的無公度調制而引起的非周期態，從而得到了MFM-520。
2）用CO2和SO2填充MFM-520表明，雖然CO2對MFM-520的結構影響很小，但SO2可以進一步不相稱地調節結構。在煙氣脫硫條件下，MFM-520對SO2表現出優異的選擇性，MFM-520容易釋放捕獲的SO2，使其轉化為有價值的磺酰胺產品。因此，MFM-520可以用作SO2的高效捕獲和輸送系統。
多孔材料學術QQ群：813094255
Jiangnan Li, et al, Guest-Controlled Incommensurate Modulation in a Meta-Rigid Metal?Organic Framework Material, J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI：10.1021/jacs.0c08794
https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c08794
5. JACS：Ni催化/光催化酰胺手性α-酰基化
廈門大學霍浩華等報道了一種通過羧酸直接對α-胺基C(sp3)-H鍵對映選擇性酰基化的反應方法學，該方法通過過渡金屬催化-光化學還原方法結合策略實現。該方法學兼容大量各種羧酸底物，通過方便易得的N-烷基苯甲酰胺在溫和反應條件中實現了合成α-胺基酮，此外作者將本方法學測試了克級放大合成反應、后期官能團化反應，都取得了比較好的結果。反應機理研究顯示，該反應過程中通過苯甲酰胺的α-C(sp3)-H鍵通過光化學方法切斷，生成α-胺基烷基自由基，隨后在Ni催化作用中進行不對稱酰基化。
本文要點：
1）反應優化。將丁酸、N-戊基苯甲酰胺作為反應物，加入1 mol % 光催化劑Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbpy)PF6，1倍量Na2HPO4，1.5倍量DMDC，1倍量NH4Cl，加入5 mol % NiBr2·glyme/7 mol % (R,S)-L(雙惡唑啉)，以90 %的產率和92 % ee得到酰胺α-丁酰基化的胺基酮。
2）反應機理。首先，Ni(0)在酰基親電試劑進行氧化加成，生成Ni(II)中間體II，同時光激發IrIII*生成與Br-進行氧化反應，生成Br·和IrII。Br·通過HAT催化過程奪取底物α-胺基上的C-H鍵，得到穩定的α-胺基自由基，隨后該自由基物種被Ni捕獲，得到Ni(I)的IV中間體物種，通過還原消除反應得到產物。同時Ni(I)被還原的Ir(II)還原，重新生成Ni(0)回到催化劑的起始狀態。
光催化學術QQ群：927909706
Xiaomin Shu, et al, Direct Enantioselective C(sp3)-H Acylation for the Synthesis of α?Amino Ketones, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c10471
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10471
6. JACS：具有光催化功能的Rh金屬有機催化劑
韓國科學技術院（KAIST）Sukbok Chang等報道了設計一種單核Rh催化劑（PC2-Cp#RhIII），其有兩個官能團分別實現了光敏化作用、C-H鍵活化碳金屬化，從而實現分子內還原過程進行反應，作者通過光譜、電化學方法分析了該過程的中間體電荷轉移物種（PC2·--Cp#RhIV），該催化劑通過光引發能夠在分子內氧化反應，方便的得到三重態，該關鍵的中間體物種通過還原消除和生成C-C鍵過程的活化能低于單重態的過程，有助于進行催化C-H鍵芳基化、甲基化反應。
本文要點：
1）該雙功能Rh催化劑在光激發作用中，通過分子內氧化反應產生高價態RhIV中間體。以往的催化劑中生成類似的RhIV中間體物種通常需要AgI氧化劑將RhIII進行氧化得到。
2）通過該催化劑對配位在RhIII雙功能催化劑上的苯并[h]喹啉（3）進行光催化反應，加入2倍量對甲苯硼酸酯（4）或者甲基硼酸酯（5），2倍量tBuOK，100 mol % CuOAc，在甲醇中于30 ℃中反應，以~75 %的收率得到苯并[h]喹啉上C-H鍵修飾硼酸基團的產物。
3）進一步的，以苯并[h]喹啉（3）、對甲苯硼酸酯（4）或者甲基硼酸酯（5）作為反應物，加入5 mol % 雙功能Rh催化劑，加入CuI鹽、(tBuO)2后，在30 ℃甲醇中進行反應，分別在修飾對甲苯基、甲基中實現了52 %和81 %的收率。
光催化學術QQ群：927909706
Jinwoo Kim, et al, Merging Two Functions in a Single Rh Catalyst System: Bimodular Conjugate for Light-Induced Oxidative Coupling, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c09982
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c09982
7. JACS：雙層納米片基鈷MOF中性介質中高效電催化水氧化
水分解是與無碳能量存儲和轉化相關的許多應用的最重要的過程之一。近日，西班牙瓦倫西亞理工大學Pascual O?a-Burgos等報道了一種新的基于通過分子間鍵牢固連接的定義明確的分層雙核的鈷金屬有機框架（2D-Co-MOF），并研究了其中性介質中的電催化水氧化性能。
本文要點：
1）2D-Co-MOF的3D結構通過納米片不穩定的吡啶配體之間的π–π堆疊相互作用保持在一起。在水溶液中，軸向吡啶配體被水分子交換，生成層狀材料，而單個雙納米片的結構依然保留。有趣的是，最初的3D分層結構可以通過使用吡啶的溶劑熱過程來恢復，因此該材料在脫層-成層過程中顯示出“記憶效應”。
2）水溶液中2D-Co-MOF@Nafion修飾的石墨電極的電化學活化改善了離子遷移和電子在整個膜上的轉移，并促進了析氧反應（OER）的電催化活性鈷物質的形成。實驗表明，活化的2D-Co-MOF@Nafion復合材料在中性pH值下表現出出色的電催化OER性能，TOF值（在400 mV的過電勢下為0.034 s-1）和穩定性優于在相同條件下的類似電催化劑。
3）具有較遠的鈷中心的脫層納米片的特定拓撲結構消除了同一片電催化活性中心之間的直接耦合；此外，電化學活化階段跨膜的離子遷移的增加排除了活性鈷中心之間的片間偶聯是高OER性能的原因。O-O鍵形成的最合理機制是水對單個Co（IV）-oxo或Co（III）-oxyl中心的親核攻擊。其高的電化學效率表明，與高效鈷卟啉一樣，含氮芳族赤道配體的存在促進了水的親核攻擊。
電催化學術QQ群：740997841
Silvia Gutiérrez-Tarri?o, et al. Cobalt Metal–Organic Framework Based on Layered Double Nanosheets for Enhanced Electrocatalytic Water Oxidation in Neutral Media. J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c08882
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08882
8. JACS：工程化的Fe–N摻雜石墨烯可模擬細胞中NADPH氧化酶的生物學功能
NADPH氧化酶（NOX）作為跨膜酶復合物，可控制超氧化物的產生，從而在免疫信號通路中起重要作用。NOX失活可能引起免疫缺陷并引起慢性肉芽腫病（CGD）。因此，在缺乏氮氧化物的情況下，具有生物活性的合成材料具有類似于氮氧化物的活性，可作為治療和/或預防的潛在方法。有鑒于此，蘇州大學的李瑞賓，蒙彼利埃大學Frédéric Jaouen等研究人員，發現工程化的Fe–N摻雜石墨烯可模擬細胞中NADPH氧化酶的生物學功能。
本文要點：
1）研究人員合成了一種Fe-N摻雜石墨烯（FeNGR）納米材料，其可通過有效催化NADPH轉化為NADP+并觸發氧自由基的產生來模仿NOX的活性。
2）產生的FeNGR納米酶具有與NOX相似的細胞分布，并能夠通過催化超氧化物的產生并恢復免疫活性來模擬NOX缺乏細胞中的酶功能，這由明礬暴露時TNF-α、IL-1β和IL-6的產生所證明。
本文研究發現了一種模仿NOX的合成材料（FeNGR），并證明了其在NOX缺乏細胞免疫激活中的生物學功能。
生物材料學術QQ群：1067866501
Di Wu, et al. Engineering Fe–N Doped Graphene to Mimic Biological Functions of NADPH Oxidase in Cells. JACS, 2020.
DOI：10.1021/jacs.0c08360
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08360
9. JACS：MOF中動態成鍵表征
俄勒岡大學Christopher H. Hendon、Carl K. Brozek等報道了對羧酸基MOF的詳細分析，展示了通常認為MOF中靜態的連接鍵不是處于靜止狀態，通常認為MOF材料中通過和客體分子之間通過瞬態成鍵作用的結構產生動態“呼吸”行為，作者發現通過對動態成鍵現象的分析能夠對催化、隨溫度變化方向相反的擴散、晶體生長等過程解釋。
本文要點：
1）作者通過變溫漫反射紅外VT-DRIFTS、從頭算DFT計算等方法揭示了ZIF中的熔化成鍵變化情況，比如可逆的金屬-有機成鍵，通過對不同溫度中和金屬-羧酸振子相耦合的羧酸伸縮紅移振動進行觀測，在對大量羧酸基相關的MOF材料進行表征，發現ZIF熔化過程中的振動譜和羧酸相關MOF中有區別。
這種柔性配位模式引發材料的相轉變，為設計下一代金屬-有機材料提供經驗和指導。
多孔材料學術QQ群：813094255
Anastasia B. Andreeva, et al, Soft Mode Metal-Linker Dynamics in Carboxylate MOFs Evidenced by Variable-Temperature Infrared Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c09499
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c09499
10. AM: 效率超過15％！全聚合物太陽能電池
聚合的A–D–A型小分子受體（SMA）的最新開發進展已將全聚合物太陽能電池（all-PSC）的功率轉換效率（PCE）提高了13％以上。但是，由于區域異構的溴化端基（IC-Br（in）和IC-Br（out）），SMA的單體通常由三種異構體的混合物組成。深圳大學Chuluo Yang和香港科技大學He Yan，Tao Liu，Huiliang Sun，He Yan等人成功分離了兩個異構端基，解決了區域異構問題，并開發了三種聚合物受體，分別稱為PY‐IT，PY‐OT和PY‐IOT，其中PY‐IOT是具有以下特征的無規三元共聚物：兩個受體的比例相同。
本文要點：
1）有趣的是，從PY‐OT，PY‐IOT到PY‐IT，吸收邊逐漸紅移，電子遷移率逐漸增加。理論計算表明，LUMOs分布在PY‐IT的整個分子主鏈上，有助于增強電子傳輸。因此，PM6：PY‐IT系統實現了15.05％的出色PCE，大大高于PY‐OT（10.04％）和PY‐IOT（12.12％）的PCE。形態和器件表征表明，基于PY-IT的器件的最高PCE是增強吸收，更平衡的電荷傳輸和良好形態的結果。
2）這項工作表明，SMA上的聚合位點會嚴重影響器件性能，從而為開發適用于所有PSC的高效聚合物受體提供了新的見識。
電池學術QQ群：924176072
Zhenghui Luo et al. Precisely Controlling the Position of Bromine on the End Group Enables Well‐Regular Polymer Acceptors for All‐Polymer Solar Cells with Efficiencies over 15%, Advanced Materials, 2020.
DOI: 10.1002/adma.202005942
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202005942
11. ACS Nano：來自塑料垃圾中的閃蒸石墨烯
塑料垃圾（PW）污染正成為21世紀最緊迫的環境問題之一。為了減少PW的數量，大部分工作都集中在物理回收上，在物理回收過程中，塑料被清洗、洗滌多次，并重塑以供重復使用。然而，物理回收存在一些缺點，包括在研磨、研磨和滅菌之前需要對塑料進行人力密集型分類。另一種處理PW的方法是化學回收，PW在惰性氣氛中熱解，在催化劑的存在下，將塑料分解成更小的分子和油。然而，PW熱解涉及加熱大型反應器，最高可達500?600 °C，同時消耗大量能源，以及成本高昂。
近日，美國萊斯大學James M. Tour報道了依靠焦耳熱閃蒸技術（flash Joule heating，FJH）將PW轉化為閃蒸石墨烯(FG)，以實現PW產品升級的策略。此外，除FG外，該過程還會形成碳低聚物、氫和輕烴。
本文要點：
1）為了獲得高質量的石墨烯，研究人員采用了交流（AC）和直流（DC）順序閃蒸。FJH工藝不需要催化劑，適用于PW混合物，適合處理垃圾填埋場的PW。同時，將PW轉換為FG所需的能源為23 kJ/g，即每噸PW的電量為125 kJ，因此在經濟上對擴大規模具有極大吸引力。
2）研究人員采用拉曼光譜對FG進行了表征，結果顯示，其I2D/IG峰比高達6，并有一個低強度的D帶。此外，透射電鏡和X射線衍射分析表明，FG是渦輪層狀的，層間距為3.45 ?。較大的層間距有利于其在液體和復合材料中的分散。對FG分散體在1% Pluronic水溶液中的分析表明，其濃度可達1.2 mg/mL。
3）研究人員利用傅里葉變換紅外光譜對工藝過程中蒸餾出的低聚碳進行了表征，其化學結構與起始PW相似。氣相產物的初步分析表明，FG與其他輕烴一起形成了相當數量的氫。由于石墨烯是天然存在的，并且毒性很低，因此這是一種環境友好型策略用于回收PW。
碳材料學術QQ群：485429596
Wala A. Algozeeb, et al, Flash Graphene from Plastic Waste, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c06328
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c06328
12. ACS Nano綜述：氫化學電阻傳感器：基本原理、最新進展和挑戰
氫（H2）儲量豐富，燃燒效率高，可產生環境友好的產物（H2O），是下一代能源之一。然而，H2/空氣混合物在H2濃度高于4%時存在爆炸的危險，因此必須在低H2濃度下快速可靠地檢測到H2的泄漏，以確保安全。在各種類型的氫傳感器中，化學電阻傳感器因其結構簡單、成本低而成為最有前途的傳感系統之一。近日，韓國科學技術院Il-Doo Kim，美國加州大學歐文分校Reginald M. Penner綜述了氫化學電阻的研究進展，包括金屬、半導體金屬氧化物、碳基材料和其他材料。
本文要點：
1）作者重點總結了不同類型材料的傳感機理，闡明了傳感性能與納米結構、表面化學和電學性質的關系。
2）作者總結了每種材料用于開發高性能氫傳感器的關鍵進展和策略。此外，還簡要討論了其他類型H_2傳感器的最新進展。
3）作者最后對氫氣傳感器進行了簡要的總結和存在的問題，并對未來的研究進行了展望。
分析傳感學術QQ群：530727948
Won-Tae Koo, et al, Chemiresistive Hydrogen Sensors: Fundamentals, Recent Advances, and Challenges, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c05307
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c05307
