1. Science：解析古老綠硫細菌光合作用反應中心原子結構
光合作用反應中心如何工作？我們人類能否利用自然界的光合作用機制來提高太陽能利用效率？近日，浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院/浙江大學冷凍電鏡中心、良渚實驗室張興教授和中國科學院植物研究所匡廷云院士、沈建仁研究員等通過冷凍電鏡技術，在世界上首次解析了一種古老的光合細菌綠硫細菌反應中心的結構，分辨率高達2.7埃，古老綠硫細菌反應中心的廬山真面目被首次揭開。科學家們對光合作用機理的研究，有助于幫助我們解決糧食、能源和環境問題。
Jing-Hua Chen, et al. Architecture of the photosynthetic complex from a green sulfur bacterium. Science. 2020DOI: 10.1126/science.abb6350https://science.sciencemag.org/content/370/6519/eabb6350
2. Nature Chemistry：一種可以通過酶促反應生成一氧化氮從而擴張血管的人工細胞
設計和構建能與活細胞建立智能化學聯系的醫用人工原始細胞，是合成生物學與生物工程領域中的一個重要挑戰。有鑒于此，湖南大學的劉劍波和英國布里斯托大學的Stephan Mann等研究人員，制備了一種可以通過酶促反應生成一氧化氮從而擴張血管的人工細胞。1）研究人員以生物來源的凝聚層囊泡為基礎，構建了一種新的人工合成的細胞模型，這種人工細胞具有優良的血液相容性和長循環時間，從而可用于遞送一氧化氮產生擴張血管的作用。2）這種雜化原始細胞是通過在包含葡萄糖氧化酶的、由多糖-多聚核苷酸凝聚層預形成的微滴上自組裝含血紅蛋白的紅細胞膜組分制備的。3）研究人員通過在空間上將葡萄糖氧化酶和血紅蛋白反應串聯在一起，實現了在葡萄糖和羥基脲存在的情況下在該原始細胞中源源不斷地產生一氧化氮，用以探索在試管內和體內產生擴張血管的作用。本文研究為開發和活細胞和活組織互動的、內部結構有序的細胞類似物（即生物相容性的微型機器人）提供了新的機遇。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Songyang Liu, et al. Enzyme-mediated nitric oxide production in vasoactive erythrocyte membrane-enclosed coacervate protocells. Nature Chemistry, 2020.DOI：10.1038/s41557-020-00585-yhttps://www.nature.com/articles/s41557-020-00585-y
3. Chem. Soc. Rev.: 用于精確分子/離子分離的微孔框架膜
微孔框架膜，例如金屬有機骨架（MOF）膜和共價有機骨架（COF）膜，是通過控制具有大孔隙率和微孔結構的小結構單元的可控生長以及來構建的，從而可以克服膜滲透性和選擇性之間難以兼得的矛盾；它們為能源和環境領域的分離技術帶來了巨大的希望。因此，微孔框架膜作為下一代膜被賦予了很高的期望，并已發展成為一個蓬勃發展的研究領域。在過去的五年中，出現了許多新穎的膜材料，對膜結構的通用調控策略以及引人入勝的應用。有鑒于此，加拿大滑鐵盧大學的陳忠偉教授、天津大學姜忠義教授和張呂鴻教授等人，綜述了近年來用于精確分子/離子分離的微孔框架膜材料的研究進展。1）首先，根據化學性質對孔徑小于2nm的微孔框架膜進行了總結和分類:無機微孔框架膜、有機-無機微孔框架膜和有機微孔框架膜，重點介紹了這些膜的化學性質、制備方法和不同之處。重點研究了膜結構及其相應的修飾，包括孔結構、晶界以及不同的控制策略。2）然后介紹了膜的分離機理，如擴散-選擇性分離、吸附-選擇性分離和吸附-擴散-選擇性協同分離。同時，重點介紹了實現協同分離的復雜膜設計和一些新興機理。3）最后總結了微孔框架膜在氣體分離、液體分子分離和離子篩分中的應用。討論了這一領域面臨的挑戰和未來展望。總之，該工作有助于為微孔框架膜材料的研究提供指導，并啟發新型膜的創新設計，促進該領域的可持續發展。
膜材料學術QQ群：463211614Haozhen Dou et al. Microporous framework membranes for precise molecule/ion separations. Chem. Soc. Rev., 2020.https://doi.org/10.1039/D0CS00552E
4. Nature Communications：通過軟等離子體嵌入的2D原子晶體分子超晶格
二維（2D）原子晶體超晶格集成了多種2D分層材料，可實現可調的電子和光學特性。然而，層間間隙和相互作用的可調性仍然具有挑戰性。近日，江南大學肖少慶教授報道了一種基于軟氧等離子體嵌入的解決方案。1）通過使用等離子電場將O2+離子插入層間空間而產生二維原子晶體分子超晶格（ACMSs）。通過與相鄰過渡金屬二硫化物（TMD）單分子膜的范德華作用，形成穩定的分子氧層。2）研究發現，所擴大的層間間隙可以有效地隔離TMD單層，并使得均質-(MoS2 [O2]x)和雜-(MoS2[O2]x/WS2[O2]x）堆疊的ACMSs具有超出常規單層TMD容量的特性，例如光致發光強度高100倍，光電流高100倍。在2D ACMSs中調整層間堆疊和相互作用的潛在通用策略有望導致單層材料固有的奇異超晶格特性，例如為未來的光電子學所追求的直接帶隙。
二維材料學術QQ群：1049353403Zhang, L., Nan, H., Zhang, X. et al. 2D atomic crystal molecular superlattices by soft plasma intercalation. Nat Commun 11, 5960 (2020).DOI：10.1038/s41467-020-19766-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-020-19766-x
5. Angew：高效催化劑用于從生物質綠色合成己二酸
由可再生生物質綠色合成己二酸是可持續化學中一個非常有吸引力的目標。近日，廈門大學王野教授，張慶紅教授報道了一種可用于催化葡糖二酸將纖維素衍生的葡萄糖兩步轉化為己二酸的高效多相催化劑，己二酸的總產率達到了99%。1）研究發現，碳納米管負載的鉑納米顆粒（Pt/CNT）可有效地將葡萄糖氧化為葡糖二酸。而一種由氧化錸和鈀負載在活性炭上組成的雙功能催化劑（Pd-ReOx/AC）則能有效去除葡萄糖酸中的四個羥基，使己二酸的產率達到99%。2）氧化錸對脫氧起作用，但對四羥基的去除效果較差。而鈀的共存在不僅催化烯烴中間體的加氫，而且協同促進烯烴的脫氧。這項工作提供了一條合成己二酸的綠色路線，并提供了一種高效脫氧的雙功能催化策略。
納米催化學術QQ群：256363607Weiping Deng, et al, Efficient Catalysts for Green Synthesis of Adipic Acid from Biomass, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202013843https://doi.org/10.1002/anie.202013843
6. Angew：具有低能橋的混合價化合物在不同氧化態下的電子轉移過程
電子轉移（ET）存在于自然界中，在物理、化學、生物和材料科學中發揮著重要的作用。具有兩個(或更多)氧化還原中心在不同氧化態下的化合物，如[R-B-R+]，其中R為氧化還原中心，B為共軛有機或金屬橋接配體，是研究普遍存在的ET過程的理想模型。近日，中科院福建物構所Tian-Lu Sheng報道了以不同氧化態的異氰金屬配體橋的混合價化合物作為模型來研究電子轉移過程。1）研究人員合成并充分表征了一系列具有[Fe-CN-Ru-NC-Fe]n+（n = 2-4）的三金屬異氰基金屬橋聯化合物，其中單電子氧化產物（N3+）和雙電子氧化產物（N4+）化合物具有異氰基金屬橋，其能量分別低于和略高于末端金屬中心能。2）對于N3+化合物，可以同時在IR時間尺度上觀察到橋態（FeII-RuIII-FeII）和混合價態（FeIII-RuII-FeII或FeII-RuII-FeIII）。由基態勢能表面（PES）支持，表明隨著Cp的甲基數的增加，電子轉移激發的混合價態變得越來越穩定。而對于N4+化合物，隨著供體變得更強，電子轉移激發橋態（FeIII-RuII-FeIII）變得越來越穩定，甚至由于Fe和Ru之間的強電子耦合而變成基態。研究發現有助于更好地了解自然界中的ET過程以及設計新穎的電子轉移材料。
Yu-Ying Yang, et al, Electron Transfer Process in Mixed Valence Compounds with Low-lying Energy Bridge in Different Oxidation States, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202014501https://doi.org/10.1002/anie.202014501
7. Angew：光聲空化作用增強癌細胞中的過氧亞硝酸鹽水平以治療癌癥
光聲技術可將光能轉化為聲波，進而用于實現成像或治療。華南師范大學胡祥龍教授和邢達教授設計了一種負載有一氧化氮(NO)供體的無光敏劑聚合物納米膠囊NO-NCPs，它由在近紅外區有吸收的兩親性聚合物和NO供體DETA NONOate所組成。1）在癌細胞的酸性溶酶體中, NO-NCPs能夠可控地釋放NO并發生解體。在脈沖激光照射下，PA空化作用可以激發水產生顯著的活性氧(ROS)（如超氧自由基(O2?-)），它能夠進一步與原位釋放的NO發生反應，進而在癌細胞中產生高細胞毒性的過氧亞硝酸鹽(ONOO-)。2）ONOO-能夠使得線粒體發生損傷并產生DNA碎片以啟動程序性癌細胞死亡。這一研究表明，除了PA成像功能之外，PA空穴作用也可以通過無光敏劑材料產生活性物種，進而實現診療一體化。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Zhixiong Wang. et al. Photoacoustic Cavitation-Ignited Reactive Oxygen Species to Amplify Peroxynitrite Burst by Photosensitization-free Polymeric Nanocapsules. Angewandte Chemie International Edition. 2020DOI: 10.1002/anie.202013301https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202013301
8. Angew: N-雜環卡賓實現的有機半導體的熱激活n摻雜
分子摻雜在改變有機半導體的載流子密度中起著重要作用，從而增強了它們的光電性能。但是，有效的n摻雜仍然具有挑戰性，特別是由于缺乏強還原性和穩定的n摻雜劑。北京大學Jian Pei等人開發了一種N-雜環卡賓（NHC）前驅體DMImC，這是一種熱活化的n-摻雜劑，在空氣中具有出色的穩定性。1）DMImC原位熱解可再生游離的NHC，并隨后摻雜典型的有機半導體。在后續摻雜的FBDPPV膜中，DMImC不會干擾聚合物的π-π堆積，并能與聚合物實現良好的混溶性。結果，獲得了高達8.4 S cm-1的高電導率。此外，熱激活的摻雜和出色的空氣穩定性使DMImC可以與空氣中的聚合物進行非交互共處理。我們的結果表明DMImC可以用作適用于各種有機半導體的有效n摻雜劑。
Yi-Fan Ding et al. Thermally Activated n‐Doping of Organic Semiconductors Achieved by N‐heterocyclic Carbene Based Dopant，Angew, 2020.https://doi.org/10.1002/anie.202011537
9. AM：控制不可燃電解液和界面的溶劑化結構實現安全鉀離子電池石墨負極2年以上的前所未有的穩定性
鉀離子電池（PIBs）在低成本和大規模儲能方面具有很大的吸引力，石墨是其中最有前途的負極之一。然而，K+離子的較大半徑和高活性以及石墨的高度催化表面在很大程度上阻礙了安全相容電解液的發展。近日，澳大利亞伍倫貢大學郭再萍教授，Jianfeng Mao報道了一種與石墨負極高度兼容的阻燃中濃度電解液，該電解液由鹽/溶劑摩爾比為3：8的阻燃劑磷酸三甲酯（TMP）和雙(氟磺酰亞胺)鉀（KFSi）組成。1）結果顯示，電解液表現出前所未有的穩定性，在0.2 C的電流下循環24個月（超過2000次），容量保持了74%。2）電解液結構和表面分析表明，這種良好的循環穩定性是由于TMP分子與K+離子幾乎100%的溶劑化，形成了FSI-衍生的富F固體電解質界面（SEI），有效地抑制了溶劑分子向石墨負極的分解。3）研究人員展示了由該電解液和高質量負載石墨負極以及四苯四酸二酐正極組成的全電池的優異性能。本研究強調了電解液和界面相容性的重要性，并為設計安全實用的PIBs的電解液-SEI網絡提供了新的機會。
電池學術QQ群：924176072Sailin Liu, et al, Manipulating the Solvation Structure of Nonflammable Electrolyte and Interface to Enable Unprecedented Stability of Graphite Anodes beyond 2 Years for Safe Potassium-Ion Batteries., Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202006313https://doi.org/10.1002/adma.202006313
10. AM: 微型糖果機器人
糖在食物中無處不在，并且是幾乎所有形式的生活的主要能源之一。糖也可以形成植物的結構構件，例如纖維素。由于其固有的可降解性和生物相容性，糖是用于瞬態設備的引人注目的材料。于此，蘇黎世理工學院Salvador Pané，Xiang-Zhong Chen，巴塞羅那大學Josep Puigmartí‐Luis等人介紹了一種用于制造磁性糖基復合材料的增材制造方法。1）首先，它表明基于糖的3D體系結構可以通過選擇性激光燒結進行3D打印。這種方法不僅可以通過改變激光能量來調節焦糖化化學，而且可以調節糖結構的機械性能。還證明了糖和磁性顆粒的混合物可以加工成3D復合材料。2）作為概念的證明，研究人員制造了一種基于糖的毫米級螺旋swimmer，其能夠在具有與生物流體相當的粘度的溶液中進行螺旋式轉動。在通過磁場進行操縱的同時，millirobot迅速溶于水。本制造方法可以為微創手術的新一代瞬時糖基小規模機器人鋪平道路。由于糖的快速溶解，可以將糖用作將粒子群運輸到特定目標位置的中間步驟。
Gervasoni, S., et al., CANDYBOTS: A New Generation of 3D‐Printed Sugar‐Based Transient Small‐Scale Robots. Adv. Mater. 2020, 2005652.https://doi.org/10.1002/adma.202005652
11. AEM：羧基為主的富氧碳用于改善鈉離子存儲：吸附和插層機制的協同增強
研究發現，碳材料中的含氧基團會影響鈉離子電池的碳負極性能；然而，由于不同的氧基在碳骨架中共存，因此精確識別特定氧種類與Na+存儲行為之間的相關性仍然具有挑戰性。近日，哈爾濱工業大學劉紹琴教授，高繼慧教授，孫飛副教授報道了通過機械化學過程開發了一種后工程方法來實現碳骨架中精確摻雜（20.12 %）的羧基。1）實驗結果顯示，所構建的碳負極具有高可逆容量（在30 mA g-1電流密度下達到了382 mAg-1），出色的倍率性能（2 A g-1下為153 mAg-1），從而全面改善了Na+的存儲性能。2）控制實驗，動力學分析，密度泛函理論計算和operando測量結果共同表明，羧基不僅通過適當的靜電相互作用充當Na+電容性吸附的活性位點，而且可以通過在預先吸附有Na+的碳層之間產生排斥力來逐漸擴大d間距，因此有助于擴散控制的Na+插入過程。這項工作為合理地調整碳中的含氧基團提供了新的見解，以及通過吸附和嵌入過程的協同作用來增強可逆的Na+儲存。
電池學術QQ群：924176072
Fei Sun, et al, Carboxyl-Dominant Oxygen Rich Carbon for Improved Sodium Ion Storage: Synergistic Enhancement of Adsorption and Intercalation Mechanisms, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202002981https://doi.org/10.1002/aenm.202002981
12. ACS Nano：離子液體在電界面上的三維分子映射
雙電層（EDL）普遍存在于固液界面，對電化學能量轉換和存儲過程（例如電容性充電和氧化還原反應）至關重要。然而，迄今為止，關于分子尺度上的EDLs結構仍然讓人難以捉摸。近日，美國伊利諾伊大學厄巴納分校Narayana R. Aluru，Yingjie Zhang報道了一種先進的電化學三維原子力顯微鏡（EC-3DAFM）技術，并利用它直接成像不同電極電位下離子液體分子尺度的EDL結構。1）研究人員觀察到石墨電極上的EDL不僅有多個離散的離子層，而且每一層內部都有準周期的分子密度分布。此外，研究發現明顯的三維重構的EDL在不同的電壓，特別是在第一層。2）結合實驗結果和分子動力學模擬，研究人員發現潛在依賴分子重分布和重定向在最內層的EDL，兩者對于EDL電容充電都至關重要。機制的闡明，對于能量轉換和存儲的電極-電解質界面的合理設計有深遠的影響。
Shan Zhou, et al, Three-Dimensional Molecular Mapping of Ionic Liquids at Electrified Interfaces, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c07957https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07957
13. ACS Catalysis：雙助催化劑修飾的TiO2上用分子氧將甲烷選擇性光氧化為甲醇
在現代催化中，盡管利用分子氧將CH4直接選擇性氧化為甲醇是一個“夢想反應”，但仍然充滿極大挑戰性。近日，日本國立材料研究所（NIMS）葉金花教授，Shengyao Wang，孟憲光報道了室溫下，雙重助催化劑（即納米金屬和氧化鈷（CoOx）納米團簇）修飾的TiO2在光激發下能夠使用大量廉價的O2作為氧化劑將CH4選擇性催化為CH3OH。1）研究人員使用NaBH4作為還原劑，將納米金屬（Au，Pt，Ag和Pd）納米顆粒沉積在TiO2（P25）上，得到Nanometals/TiO2。通過，將總計1 g的TiO2與10 mL一定濃度的Co(NO3)2溶液混合。將漿液攪拌6小時并在80 ℃下干燥。然后，將混合物在300 °C的空氣中以2 °C min-1的加熱速率退火4小時，得到CoOx/TiO2。最后，將CoOx/TiO2作為載體，利用類似Nanometals/TiO2的合成過程，得到Nanometals-CoOx/TiO2。2）實驗結果顯示，初級產物CH3OOH和CH3OH的最佳Nanometals-CoOx/TiO2催化活性是在2小時內達到50.8 μmol，與Au-CoOx/TiO2相比，選擇性達到95％。3）機理研究表明，優異的活性和選擇性是基于納米金屬和CoOx的協同作用。納米金屬通過促進光激發電子的分離和O2的還原來增強CH4的轉化。CoOx通過抑制可進一步將CH3OH氧化為HCHO和CO2的高氧化?OH自由基的形成來介導溫和的CH4氧化過程，從而保持了對氧化產物的高選擇性。這項工作為設計有效的光催化劑提供了原型，該光催化劑用于在溫和的條件下用O2將CH4選擇性氧化為CH3OH。
光催化學術QQ群：927909706Hui Song, et al, Selective Photo-oxidation of Methane to Methanol with Oxygen over Dual-Cocatalyst-Modified Titanium Dioxide, ACS Catal. 2020DOI: 10.1021/acscatal.0c04329https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c04329
14. Biomaterials：銅摻雜硅鈣石生物陶瓷對成骨和血管生成性能起互補和協同作用
促進骨再生以治療骨缺損是骨科治療中面臨的一個挑戰性問題，開發具有成骨和血管生成活性的新型生物材料是一種可行的解決方案。在此，上海交通大學醫學院戴尅戎、上海師范大學Congqin Ning等人設計并制造了銅硅鈣石[Cu-Ca5(PO4)2SiO4，Cu-CPS]，以應對這一挑戰。1）Cu-CPS陶瓷在體外和體內顯示出比純CPS更好的機械，成骨和血管生成性能。特別是含有1.0 wt.％的CuO（1.0Cu-CPS）的CPS表現出最好的性能。2）此外，使用含1.0 wt.％CuO（1.0Cu-HA）的羥基磷灰石來研究銅和硅（Si）的作用。體外實驗結果表明，盡管Si在成骨過程中起主要作用，但Cu能增強CPS陶瓷的成骨活性。而且，Cu可以促進血管新生的早期，Si和Cu在晚期有互補作用。體內實驗結果表明，在Cu-CPS支架降解過程中，Cu和Si的協同作用改善了骨骼和血管的再生（P<0.05）。< span="">綜上所述，Cu-CPS陶瓷可通過Cu和Si的同時作用促進成骨和血管生成，從而為骨科再生骨科應用提供有前景的治療選擇策略。Qiang Wu, et al. Complementary and synergistic effects on osteogenic and angiogenic properties of copper-incorporated silicocarnotite bioceramic: in vitro and in vivo studies. Biomaterials, 2020.DOI: 10.1016/j.biomaterials.2020.120553https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120553
