1. Nature Communications：液晶聚合物致動器用于光電毛細管驅動的組裝與重構
實現小物體的可編程組裝和重新配置在微機械系統、生物醫學設備和超材料等領域具有重要的技術應用前景。雖然毛細管力已經被成功地用來將特定形狀的物體組裝成液體表面的有序結構，但按需重新配置這些組裝的結構仍然是一個挑戰。近日，西湖大學呂久安特聘研究員，清華大學馮西橋教授報道了一種策略，受無尾無尾兩棲動物的生物啟發，以精準的選擇性、方向性、穩定性和可恢復性有效地重新配置組裝的結構。1）這種方法利用浮動液晶聚合物驅動器的光變形產生的光毛細效應，不僅實現了可編程和可重構的二維組裝，而且獨特地實現了在多個流體界面上形成具有可調結構和拓撲的三維結構。這項工作展示了一種通過光學來定制毛細管相互作用的通用方法，以及一種適用于廣泛應用的自下而上的制造平臺。
光電器件學術QQ群：474948391Zhiming Hu, et al, Optocapillarity-driven assembly and reconfiguration of liquid crystal polymer actuators, Nat Commun, 2020DOI: 10.1038/s41467-020-19522-1https://doi.org/10.1038/s41467-020-19522-1
2. PNAS：納米多孔聚酰胺膜的電離行為
日益嚴重的全球水資源短缺問題迫切需要具有高性能的海水淡化膜。基于此，對于高性能海水淡化膜結構-性能之間的關系的基本的了解具有重要意義。近日，美國耶魯大學Menachem Elimelech報道了全面評估了納米多孔聚酰胺選擇性層在最先進的納濾（NF）膜中的電離行為。1）在這些薄膜中，殘留的羧酸和胺通過賦予親水性和可離子化的部分（可排除離子）來影響滲透性和選擇性。2）研究人員利用分層的界面聚合反應來制備物理和化學相似，厚度受控的選擇性層，然后成功演示了NF聚酰胺薄膜中羧基的位置依賴電離。具體而言，只有表面的羧基在中性pH下電離，而內部的羧基電離則需要pH>9。相反，胺的電離在整個薄膜上都是恒定的。3）第一性原理模擬結果表明，納米約束水的低介電常數驅動了異常的羧基電離行為。4）研究人員發現，內部羧基電離可以使納濾膜的水-鹽選擇性提高4倍以上，這表明內部電荷密度可能是提高NF聚酰胺膜選擇性的一個重要工具。研究發現突出了納米約束對膜傳輸特性的影響，并提供了對電離的基礎理解，從而使新型膜設計成為可能。
多孔材料學術QQ群：813094255Cody L. Ritt, et al, Ionization behavior of nanoporous polyamide membranes, PNAS, 2020DOI: 10.1073/pnas.2008421117www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2008421117
3. PNAS：加壓電解槽中的金屬單原子催化劑用于調節電化學氮還原的動力學和熱力學
可再生電力用于氮氣合成氨，為制造增值化學品開辟了一條可持續的道路，但還需要在電催化劑開發和設備集成方面取得進一步進展。近日，南方科技大學段樂樂副教授，廣州大學紀永飛副教授通過設計電催化劑和電解槽來同時調節電催化氮還原反應（ENRR）的化學動力學和熱力學驅動力，報道了在石墨二炔（GDY）基體上立體約束誘導的致密金屬單原子（Rh，Ru，Co）（M SA/GDY），并在加壓反應體系中增強了ENRR活性。1）加壓環境有效地抑制了M SA/GDY的析氫反應，并大大增強了所需的ENRR活性。實驗結果顯示，在55 atm時，Rh SA/GDY的加壓ENRR活性具有創紀錄的NH3產率74.15 μg h-1 cm-2，法拉第效率為20.36％，與可逆氫電極相比，在-0.20 V時NH3的分電流為0.35 mA cm-2，與在環境條件下獲得的相比，分別提高了7.3倍，4.9倍和9.2倍。此外，研究人員基于純15N2的與時間無關的氨產率展示了具體的的氨電生產過程。2）理論計算表明，加壓條件下Rh-SA/GDY上末端N2*形成的驅動力增加了9.62 kJ/mol，促進了ENRR過程。該研究表明，催化劑和電化學裝置的配合使用將為工業上可行的電化學合成氨提供了可能。
納米催化學術QQ群：256363607Haiyuan Zou, et al, Regulating kinetics and thermodynamics of electrochemical nitrogen reduction with metal single-atom catalysts in a pressurized electrolyser, PNAS, 2020DOI: 10.1073/pnas.2015108117www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2015108117
4. Angew：4.6 V下穩定循環的鎂柱狀LiCoO2
作為3C產品中鋰離子電池的首選正極材料，LiCoO2具有較高的體積能量密度，雖然其理論比容量高達274 mAh/g，但通常只能提供 175mAh/g的容量。關鍵挑戰在于，當LiCoO2充電到高于4.35?V的電壓以提供更高的容量時，總會發生由陽離子/陽極-氧化還原引起的不穩定相變、氧釋放以及與電解質的副反應，這會導致嚴重的容量衰減。有鑒于此，同濟大學黃云輝教授，羅巍特聘研究員報道了一種鎂柱狀LiCoO2，它可以在4.6V下穩定循環。1）鎂柱撐LiCoO2具有三個優點：i)摻雜的Mg離子作為Li層的支柱，防止高壓下沿c方向的結構坍塌，抑制O3-H3/M2的相變；ii)表面形成的Li-Mg混合結構可以抑制高壓下晶格氧的釋放，減緩表面結構的破壞；iii)增強的導電性和降低的Li-離子擴散勢壘能是提供更好的倍率性能的重要因素。2）結果顯示，鎂柱撐LiCoO2在0.2 C下的高容量為204 mAh/g，在3.0-4.6V的電壓窗口內，在1.0 C下100次循環后的容量保持率達到84%。與之形成鮮明對比的是，純LiCoO2在相同的電壓窗口內的容量保持率要低得多，只有14%。研究工作和深入分析為LCO的內部結構和界面穩定性管理提供了方向，可推廣到尖晶石型LiMn2-xNixO4和層狀富鋰氧化物等其他正極。
電池學術QQ群：924176072Yangyang Huang, et al, Mg-pillared LiCoO2: Towards Stable Cycling at 4.6 V, Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202014226https://doi.org/10.1002/anie.202014226
5. Angew：超分子組裝的有機鉑(II)絡合物用于比率雙發射的雙光子生物成像
中山大學巢暉教授和陳禹副教授、香港大學Xiting Zhang將有機鉑(II)配合物[Pt(C^N^N)(Cl)] (C^N^N = 5,6-二苯基-2,2'-聯吡啶，Pt1)通過堆積和互補氫鍵作用組裝成納米聚集體，并將其用于實現比率雙發射的雙光子生物成像。1）在單光子和雙光子激發下，Pt1具有出比值雙發射，包括藍色發射(em=445 nm)和聚集誘導的黃色發射(em=573 nm)。由于細胞對Pt1的攝取較低，因此在有完整細胞膜的細胞中會表現出藍色發射。2）而在細胞膜被破壞的細胞中，由于復合物的吸收增加，其在較高濃度下可會產生黃色發射。而黃藍發射的比例則與細胞膜完整性的損失呈線性關系。Pt1是首個具有聚集誘導的雙光子比率雙發射有機鉑配合物，它可用于對斑馬魚細胞的凋亡、壞死和炎癥過程進行跟蹤研究。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Cheng Ouyang. et al. Supramolecular Assembly of An Organoplatinum(II) Complex with Ratiometric Dual Emission for Two-Photon Bioimaging. Angewandte Chemie International Edition. 2020DOI: 10.1002/anie.202014043https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202014043
6. Angew：液態納米顆粒：操縱納米級液滴的成核和生長
通過控制固體材料的成核和生長，人們已經實現了各種復雜納米結構的合成。類似的方法，如果應用于液體，則可以在納米粒子(10-18L或以下)上大規模生產和控制超小液滴。這些液滴在許多應用中發揮著基礎作用。近日，南京工業大學陳虹宇教授報道了一種合成和操縱納米級液滴的一般策略，類似于在類溶液中對固體納米粒子進行控制-合成。1）研究人員采用了溶質誘導的相分離，該相分離激發了均勻溶液中液滴的成核。研究人員基于各種納米粒子合成方法，如爆裂成核、種子生長和共沉淀等用于這些液體納米粒子，具有與固體納米粒子相同的操作潛力。2）液體納米粒子還可以作為一個通用的合成平臺，用來制造納米反應器、載藥載體和其他具有各種殼層材料的空心納米結構。
納米合成學術QQ群：1050846953Ruoxu Wang, et al, Liquid nanoparticles: manipulating the nucleation and growth of nanoscale droplets, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202012564https://doi.org/10.1002/anie.202012564
7. Angew：穩定的二惡英連接的金屬酞菁共價有機骨架作為CO2還原的光耦合電催化劑
電催化CO2還原（ECR）轉化為高附加值化學品是利用CO2、減少溫室氣體排放的有效途徑，也為大規模、長期儲能提供了機會。金屬-氮-碳(M-N-C)催化劑，特別是金屬酞菁基單中心催化劑（SSCs）已被證明具有活化CO2的能力。為了解決這些SSCs的底物可及性和化學穩定性問題，一般的策略是將這些單位分子與碳粉、碳納米管或石墨烯等碳底物結合，形成雜化催化材料。然而，這種混合方法仍然難以解決催化中心均一的問題，其ECR活性和穩定性仍有待進一步改進。將單位分子組裝成高度有序的晶體結構將是克服上述問題的理想途徑。共價有機骨架（COF）是一類新開發的晶體材料，具有定向結構可設計性和高穩定性，是SSCs的一個很有前途的平臺。近日，南京師范大學蘭亞乾教授合理設計了一系列結晶穩定的二惡英連接的金屬酞菁共價有機骨架（MPc-TFPN COF，M=Ni，Co，Zn）。1）在三乙胺（Et3N）催化下，鄰二氟苯與鄰苯二酚之間的芳香親核取代反應將2,3,9,10,16,17,23,24-八羥基酞菁縮合為金屬（MPc-8OH，M=Ni，Co，Zn）與四氟鄰苯二甲腈（TFPN）形成三個二惡英連接的酞菁COF，分別稱為NiPc-TFPN COF，CoPc-TFPN COF和ZnPc-TFPN COF。TFPN的強吸電子腈基可增強其C-F鍵的親電子性，因此可增強對MPc-8OH的反應性。研究人員在150 °C下將MPc-8OH和TFPN在N，N-二甲基乙酰胺（DMA）/均三甲苯（M）/ Et3N = 1：1：0.1（v：v：v）中的混合3天，合成了具有高結晶度的MPc-TFPN COF。2）實驗結果顯示，作為一種新型的單活性中心催化劑（SSCs），NiPC/CoPC-TFPN COF表現出優異的活性和ECR選擇性（NiPc/CoPc-TFPN COF的CO法拉第效率（FECO）=99.8(±1.24)%/96.1(±1.25)%）。與NiPc-TFPN COF的黑暗環境相比，當與光耦合時，FECO和電流密度（jCO）在所有施加的電位范圍（相對于RHE的-0.6至-1.2 V）下都得到了進一步改善（在-0.9 V時的jCO從14.1 增加到17.5 A g-1；FECO在-0.8至-0.9 V時接近100％）。3）密度泛函理論（DFT）計算結果揭示了基于COFs的SSCs的速率決定步驟和活性確定過程，此外，進一步揭示了該系列催化劑的光耦合ECR活性和選擇性的機理。這項工作首次研究了將COF作為光耦合電催化劑來提高ECR效率的應用，表明了光敏COF在電催化領域中的應用潛力。
電催化學術QQ群：740997841Meng Lu, et al, Stable Dioxin-Linked Metallophthalocyanine Covalent Organic Frameworks as Photo-Coupled Electrocatalysts for CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202011722https://doi.org/10.1002/anie.202011722
8. AM：噻吩橋連的供-受體sp2碳連接的二維共軛聚合物高效光電化學還原水
光電化學（PEC）水還原技術可將太陽能轉換為對環境友好的氫燃料，但這需要對半導體進行精細的設計和合成，要求其具有適當的帶隙，合適的前沿軌道能級和高的固有電荷遷移率。近日，德累斯頓工業大學馮新亮等報道合成了一種新穎的聯噻吩橋連的供體-受體2D sp2-碳連接的共軛聚合物（2D CCP），并將其用于PEC水還原。1）作者通過電子受體構筑單元2,3,8,9,14,15‐hexa(4‐formylphenyl) diquinoxalino[2,3‐a:2′,3′‐c]phenazine (HATN‐6CHO)和電子供體連接基2,2′‐([2,2′‐bithiophene]‐5,5′‐diyl)diacetonitrile (ThDAN)的Knoevenagel聚合 獲得了2D CCP-HATNThDAN（2D CCP-Th）聚合物。2）與相應的聯苯橋連的2D CCP-HATN-BDAN（2D CCP-BD）相比，基于聯噻吩的2D CCP-Th具有較寬的光捕獲范圍（到674 nm），光能隙（2.04 eV） ，并且具有最高能量占據分子軌道-最低未占據分子軌道分布以促進電荷轉移，這使2D CCP-Th成為用于PEC水還原的有希望的候選者。3）實驗表明， 2D CCP-Th在0 V時（相對于可逆氫電極）具有高達≈7.9μA cm-2的析氫光電流密度，優于報道的2D共價有機框架和大多數氮化碳材料（0.09-6.0 μA cm-2）。密度泛函理論計算表明，亞乙烯基連接處的噻吩單元和氰基取代基為H2析出的活性位點。該工作豐富了帶有噻吩的供-受體結構的2D CCP系列，并為PEC應用，場效應晶體管和光伏技術提供了有前景的半導體有機材料。
光催化學術QQ群：927909706Shunqi Xu, et al. Weakly Thiophene‐Bridged Donor–Acceptor sp2‐Carbon‐Linked 2D Conjugated Polymers as Photocathodes for Water Reduction. Adv. Mater., 2020DOI: 10.1002/adma.202006274https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006274
9. AM：室溫下的磷光共振能量轉移用于構建近紅外余輝顯像試劑
余輝成像能夠在光激發停止后檢測到光子發射，進而避免了組織的自發熒光的干擾，因此它比傳統的熒光成像具有更高的靈敏度。純有機分子的室溫磷光(RTP)是一種新型的良性余輝試劑。然而，大多數RTP熒光素只能發射具有淺層組織穿透能力的可見光，這也限制了其在體內的應用。武漢大學李振教授和李倩倩副教授、新加坡南洋理工大學浦侃裔教授設計了一種發射在近紅外（NIR）范圍內的有機RTP納米探針(mTPA-N)，并將其用于進行活體余輝成像。1）該探針以RTP分子(mTPA)作為磷光發生器，NIR熒光染料作為能量受體，它可以通過室溫下的磷光共振能量轉移(RT-PRET)以在780 nm處產生紅移磷光發射。2）由于消除了背景噪聲以及產生了紅移余輝信號，因此mTPA-N可以在活體小鼠的淋巴結中進行高信噪比成像。綜上所述，這一研究利用RT-PRET的構建策略為發展有機RTP發光試劑以實現NIR余輝顯像提供了一條新的途徑。
生物材料學術QQ群：1067866501Qianxi Dang. et al. Room-Temperature Phosphorescence Resonance Energy Transfer for Construction of Near-Infrared Afterglow Imaging Agents. Advanced Materials. 2020DOI: 10.1002/adma.202006752https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006752
10. AFM：催化法剝離制備高導電性大片石墨烯
雖然目前通過液相剝離方法能用于制備石墨烯，但是獲得導電性較高、分散性較高的石墨烯仍有較高挑戰。有鑒于此，加州大學洛杉磯分校盧云峰、Runwei Mo等報道了一種催化剝離石墨的方法，得到較大面積（≈10 μm）、高導電性（926 S cm-1）、水溶性較高（≈10 mg mL-1）的石墨烯。通過該方法得到的石墨烯能用于Li離子電池，其中高導電性、高分散性都是鋰電池中必須的要求。1）石墨烯剝離方法。將石墨材料加入室溫冰浴冷卻的濃H2SO4，加入KMnO4反應~4 h，隨后加入H2O2淬滅反應。將產物過濾清洗，隨后加入FeCl3與邊界氧化石墨烯材料混合，在600 ℃中煅燒6 h。然后將混合物加入到H2O2溶液中反應剝離，超聲、清洗得到剝離石墨烯。2）在將合成剝離的石墨烯用于鋰電池中，展現了較高的電池性能（更高的電池循環/倍率性能），在0.5 C和20 C循環過程中能量密度分別達到658.7 W h L-1、287.6 W h L-1。該效果明顯高于商業LiFePO4材料的電池在0.5 C和20 C中的能量密度（395.7 W h L-1、13.5 W h L-1）。本工作為制備高導電性/分散性石墨烯材料和其電池等應用提供經驗和范例。
碳材料學術QQ群：485429596Runwei Mo, et. al. High-Conductivity–Dispersibility Graphene Made by Catalytic Exfoliation of Graphite for Lithium-Ion Battery, Adv. Funct. Mater. 2020DOI: 10.1002/adfm.202007630https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202007630
11. ACS Nano：具有超寬帶可調和精細結構發射光譜的Er摻雜ZnSe納米片用于顯示和溫度傳感
實現二維（2D）納米材料的多色發光將為下一代納米級光電器件提供潛力。而且，將精細的結構化譜線發射和檢測結合起來可以進一步豐富功能納米材料的研究和應用。近日，中國計量大學Gongxun Bai，Shiqing Xu，香港理工大學Jianhua Hao等報道了將鑭系元素摻雜策略已用于2D ZnSe：Er3+納米片的合成，以實現精細結構的多色發光光譜。1）獲得的材料實現了同時的上轉換和下轉換發射，可以覆蓋從紫外線到可見光再到近紅外區域的超寬帶光學范圍。2）通過研究4 K下的發射光譜的低溫精細結構，作者觀察到了大量的次電子能級躍遷，闡明了2D ZnSe納米片中Er3+離子的電子結構。3）隨著溫度的變化，這些納米片在980和365 nm的激發下呈現出多色發光。4）實驗表明，利用Er3+離子獨特的亞能級躍遷開發的2D ZnSe：Er3+光學溫度傳感器具有較高的絕對值（15.23％K-1）和相對靈敏度（8.61％K-1），優于常規的Er3+激活的上轉換發光納米溫度計。該工作表明，具有直接和寬帶隙的摻Er3+的ZnSe納米材料在未來的二維光子和傳感器件中具有巨大的應用潛力。
二維材料學術QQ群：1049353403Yuan Liu, et al. Ultrabroadband Tuning and Fine Structure of Emission Spectra in Lanthanide Er-Doped ZnSe Nanosheets for Display and Temperature Sensing. ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c07547https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c07547
12. Nano Research: 多銨配體的CsPbBrxI3-x薄膜用于純紅色鈣鈦礦發光二極管
全無機CsPbBrxI3-x鈣鈦礦納米晶顯示出純紅色發光二極管（LED）應用的巨大潛力。目前，基于CsPbBrxI3-x納米晶的LED主要通過經典的膠體途徑制造，包括繁瑣的納米晶體合成，純化，配體或陰離子交換，薄膜澆鑄等過程。如果采用傳統的LED器件結構，則CsPbBrxI3-x LED只能在高開啟電壓（> 2.7V）下工作。而且，該混合鹵化物系統在偏壓下可能遭受嚴重的光譜偏移。沖繩科學技術大學院大學戚亞冰等人通過一步旋涂方式摻入多個銨配體來制備具有納米晶的CsPbBrxI3-x薄膜。多個銨配體限制了CsPbBrxI3-x納米顆粒的生長。1）這種CsPbBrxI3-x薄膜受益于量子限域效應。相應的CsPbBrxI3-x LED，采用常規的LED結構，即ITO/ PEDOT：PSS）/ CsPbBrxI3-x/PCBM/BCP/ Al。在國際照明委員會（CIE）坐標（0.709，0.290），（0.711，0.289）等處發出純紅色光，這代表了目前報道的純紅色鈣鈦礦LED的最高色純度。CsPbBrxI3-x LED顯示出1.6 V的低開啟電壓，8.94％的最大外量子效率，2,859 cdm-2的高亮度以及在偏壓下的良好光譜穩定性。
發光材料與器件學術QQ群：529627332Maowei Jiang et al. CsPbBrxI3-x thin films with multiple ammonium ligands for low turn-on pure-red perovskite light-emitting diodes, Nano Research，2020.DOI: 10.1007/s12274-020-3065-5https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-020-3065-5
