1. Nature Communications：具有可逆異構體轉換的原子精確納米簇用于旋轉納米馬達
熱刺激響應型納米材料在設計具有廣泛用途的多功能智能器件方面有著廣闊的前景。近日，中科院大連化物所李杲研究員，美國卡內基梅隆大學金榮超教授，Hadi Abroshan，首都師范大學萬重慶教授報道了原子精確納米團簇中的可逆異構體變換。1）研究發現，由兩個二十面體Au7Ag6單元通過共享一個共同的Au頂點組成的雙二十面體[Au13Ag12(PPh3)10Cl8]SbF6納米團簇可以產生兩個溫度響應性完全可逆的構象異構體，這構成了由溫度驅動的旋轉納米馬達的基礎。2）通過差示掃描量熱法對可逆異構體的分析結果表明，吉布斯自由能是可逆異構體轉變的驅動力。3）這項工作為通過配體剪裁和合金工程合理設計和開發原子精確的納米材料提供了一種策略，以實現智能設備所需的可逆刺激響應行為。同時，納米團簇的兩個溫度驅動的、可相互轉化的異構體開辟了一條利用超小納米團簇（1 nm）設計熱傳感器和智能催化劑的途徑。
晶體團簇學術QQ群：530722590Qin, Z., Zhang, J., Wan, C. et al. Atomically precise nanoclusters with reversible isomeric transformation for rotary nanomotors. Nat Commun 11, 6019 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-19789-4https://doi.org/10.1038/s41467-020-19789-4
2. Nature Communications：非富勒烯受體分子堆積對有機太陽能電池光伏性能的影響
在非富勒烯有機太陽能電池（OSCs）中，稠環非富勒烯受體端基π-π堆積引起的長程結構有序化被認為是實現OSCs高效電荷傳輸和高功率轉換效率的關鍵因素。近日，北京航空航天大學孫艷明教授，上海交通大學劉烽教授，德國埃爾朗根-紐倫堡大學Ning Li報道了設計并合成了三種分子骨架相同、但通過側鏈修飾而表現出不同堆積特性的稠環非富勒烯小分子受體（NFAs），分別為IDTT-C6-TIC、IDTT-C8-TIC和IDTT-C10-TIC（命名為IDTT-CX-TIC）。研究人員利用該系列材料進行系統的化學結構修飾來研究分子堆積行為的能力。1）研究發現，側鏈長度的變化導致脂肪鏈相互作用的精細控制，甚至在復雜的BHJ共混物中也是如此，這為主鏈π-π的重組打開了更廣闊的框架，從而導致了不同的固態性質。通過合理改變側鏈的長度，可以實現從強π-π堆積模式到混合堆積模式，再到非堆積模式。與人們目前的理解不同，研究發現在非堆積模式下的緊密原子接觸可以通過近側原子相互作用實現有效的載流子跳躍輸運。2）實驗結果顯示，與依賴經典端基π-π堆積形成的主要傳輸通道的OSCs相比，沒有端基π-π堆積的OSCs的光子吸收效率提高了12.7%，降低了非輻射復合損耗，這是先前有機光伏領域研究所沒有發現的。更重要的是，基于分子和晶體工程，研究人員能夠將兩個固態填充基序結合在一起形成BHJ混合物，從而獲得13.7%的PCE，超過了單模相互作用所具有的功能。研究結果對于新型有機半導體材料的設計具有至關重要的意義，同時，通過詳細的晶體結構控制可以實現其更好的性能。
光電器件學術QQ群：474948391Ye, L., Weng, K., Xu, J. et al. Unraveling the influence of non-fullerene acceptor molecular packing on photovoltaic performance of organic solar cells. Nat Commun 11, 6005 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-19853-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-020-19853-z
3. Nature Communications：懸浮石墨烯中納米孔的高頻氣體滲流
多孔、原子薄的石墨烯薄膜在過濾和篩分應用方面具有有趣的特性。近日，荷蘭代爾夫特理工大學P. G. Steeneken報道了利用光熱力，石墨烯薄膜被用于通過納米孔泵送氣體，從而可以研究頻率在100 kHz以上的氣體通過納米孔的流動情況。1）研究發現，在這些頻率下，石墨烯的運動與通過納米孔的動態氣體流動密切相關，因此可以用來研究納米尺度的氣體滲透。2）通過監測驅動力和膜機械運動之間的時間延遲，研究人員發現不同氣體通過直徑為10~400 nm的孔的滲透時間常數具有有很大的差異。基于此，提出了一種根據氣體分子質量區分氣體和研究氣體流動機理的策略。該研究提出的基于微觀滲流的氣體傳感策略為大規模質譜儀和光學光譜氣體表征方法提供了一種納米機械的替代策略。
膜材料學術QQ群：463211614Ros?oń, I.E., Dolleman, R.J., Licona, H. et al. High-frequency gas effusion through nanopores in suspended graphene. Nat Commun 11, 6025 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-19893-5https://doi.org/10.1038/s41467-020-19893-5
4. Nature Communications：一種完全由無機納米片和水組成的可重構網絡的機械自適應水凝膠
盡管，人們在有機材料的基礎上發展出了各種具有結構層次和刺激響應性的仿生軟材料，但完全由無機材料組成的仿生軟材料的制造是一個極具吸引力的巨大挑戰，此類材料的性質通常與生物有機體的性質不同。近日，日本理研應急物質科學中心Yasuhiro Ishida，Takuzo Aida，Koki Sano基于Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（DLVO）理論，通過采取精細調節相互競爭的吸引力和排斥力的強度，含有帶電納米片的單一水體系可以可逆地形成兩種類型的水凝膠的策略，成功地開發了一種刺激響應水凝膠，它由鈦酸鹽（TiNSs；14 wt%）和水（86 wt%）的陰離子納米片組成，根據溫度，可以可逆地采用兩種水凝膠狀態中的一種：排斥主導狀態或吸引主導狀態。1）在室溫下，納米薄片在水中相互靜電排斥，并自組裝成遷移率相互限制的長周期片狀結構，形成物理水凝膠。當加熱到55°C以上時，靜電斥力被相互競爭的范德華引力克服，納米薄膜重新排列成另一種水凝膠的互連3D網絡。因此，在通過調節TiNSs之間的靜電斥力來驅動凝膠到凝膠的轉變過程中，水凝膠內部結構的拓撲結構發生了突變。2）由于材料內部結構的突然拓撲重組，凝膠到凝膠的轉變伴隨著水凝膠機械彈性的23倍變化。此外，通過摻雜少量充當光熱轉換器的金納米粒子，水凝膠可以對光刺激做出響應，從而實現了以時空可控的方式發生凝膠到凝膠的轉變。
二維材料學術QQ群：1049353403Sano, K., Igarashi, N., Ebina, Y. et al. A mechanically adaptive hydrogel with a reconfigurable network consisting entirely of inorganic nanosheets and water. Nat Commun 11, 6026 (2020).DOI：10.1038/s41467-020-19905-4https://doi.org/10.1038/s41467-020-19905-4
5. Science Advances：孔內能壘控制著海水淡化膜的離子傳輸和選擇性
最先進的海水淡化膜表現出極高的水鹽選擇性，然而其篩分離子的能力往往有限。因此，闡明離子在亞納米孔中的傳輸和選擇性的基本機制對于離子選擇膜的開發至關重要。近日，美國耶魯大學Menachem Elimelech，Jae-Hong Kim報道了使用電場作為驅動力，使陰離子和陽離子通過帶負電的致密聚酰胺膜的亞納米孔的傳輸解耦，從而能夠獨立地確定陽離子(鈉)和陰離子(氟化物、氯化物、溴化物和碘化物)滲透的能壘。1）單個離子的輸運能壘（使用電場）和鹽離子輸運的能壘（使用濃度梯度）的比較結果顯示表明，在受限的環境以及鹽的輸運過程中，陽離子和陰離子分別穿過膜孔，每個離子都經歷了一個不同的能壘。2）值得注意的是，反離子（即鈉）經歷了比共離子更高的能壘，即使共離子具有更高的水合能量（即氟化物）。這一發現同樣得到了密度泛函理論（DFT）模擬結果的證實，挑戰了目前關于孔口離子脫水在決定離子通過亞納米孔傳輸的總能壘中的主導作用的公認觀點，并突出了孔內擴散對這一能壘的顯著貢獻。3）研究人員最后用石英晶體微天平（QCM）測定了不同鹽類在孔內外的能量狀態差異，結果表明，由于離子與孔壁的相互作用，孔內擴散能壘控制了聚酰胺膜中鹽遷移的總能壘。
膜材料學術QQ群：463211614Xuechen Zhou, et al, Intrapore energy barriers govern ion transport and selectivity of desalination membranes, Sci. Adv. 2020DOI: 10.1126/sciadv.abd9045http://advances.sciencemag.org/content/6/48/eabd9045
6. Nano Letters：超快微波激活極化電子助力可伸縮多孔鋁用于高能量密度電池
金屬的化學腐蝕通常會帶來不良的表面損傷，并伴隨著性能的惡化。然而，考慮到結構界面和功能表面，可以通過結合腐蝕化學來探索新應用的可能性。近日，南京工業大學黃維院士，朱紀欣教授，芮琨副教授報道了一種基于Fe(III)誘導氧化刻蝕的具有所需多孔結構的可伸縮鋁箔的超快制備方法。從而實現了既省時又節能的制備大面積、輕質和高表面能的多孔鋁箔。1）與傳統加熱相比，微波輻射具有很高的加熱效率，可以在幾分鐘內顯著加速反應。利用微波輻照下的集膚效應，可以在導電鋁箔表面實現渦流選擇性加熱。另一方面，浸漬鋁箔的水溶液能有效吸收電磁能，在微波輻射下由于分子間的摩擦和碰撞，形成快速加熱的界面。而Fe(NO3)3在快速加熱的界面上引發有效的刻蝕，從而在鋁箔和各種鋁基襯底上形成清晰的多孔結構。2）研究發現，具有精準結構的多孔鋁箔具有可調節的表面能量，在提高循環穩定性方面顯示出巨大的集流潛力。例如，負載在多孔鋁箔上的LiFePO4正極由于減少了質量和優化了電接觸，提高了循環穩定性和能量密度。550次循環后保持85.2%的可逆容量(與商用鋁/碳箔相當)，能量密度是基于原始鋁箔LiFePO4?Li半電池的大約3倍。
電池學術QQ群：924176072Ying Ding, et al, Ultrafast Microwave Activating Polarized Electron for Scalable Porous Al toward High-Energy-Density Batteries, Nano Lett., 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03762https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03762
7. AM：4H-Au納米帶上磁性納米結構的準外延生長
納米材料的相工程是調整納米材料物理化學性質的一種有效策略，具有廣泛的應用前景。近日，香港城市大學張華教授，中科院物理研究所谷林研究員，東南大學王金蘭教授報道了以4H-Au納米帶為模板，在準外延生長的基礎上，合成了四種新穎的磁性納米結構，即4H-Au@14H-Co納米分枝（nanobranches）、4H-Au@14H-Co納米帶（nanoribbons）、4H-Au@2H-Co納米帶和4H-Au@2H-Ni納米帶。1）與傳統的金屬納米材料外延生長不同，所得到的Co和Ni納米結構具有與Au模板不同的晶相。由于Au與生長的金屬（即Co和Ni）之間存在較大的晶格失配，在Co/Au和Ni/Au界面處產生有序的失配位錯。2）研究人員發現，Co形成了一個新的超結構，記為14H。4H-Au@14H-Co納米分枝和納米帶在室溫下均具有鐵磁性，表現出相似的居里溫度。然而，由于自旋和體積波動之間的競爭以及獨特的幾何形狀，其磁性表現出明顯的溫度依賴性。這項工作為模板化合成具有非常規晶相的納米材料，探索其相變性質鋪平了道路。
納米合成學術QQ群：1050846953Hongfei Cheng, et al, Quasi-Epitaxial Growth of Magnetic Nanostructures on 4H-Au Nanoribbons, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202007140https://doi.org/10.1002/adma.202007140
8. AM：壓印光刻法制備高性能封裝三維鋰離子微電池
制造具有高能量密度、高功率密度以及長循環壽命的封裝式可充電微電池仍然是一個相當大的挑戰。近日，美國伊利諾伊大學香檳分校Paul V. Braun報道了通過壓印光刻、自組裝和電沉積相結合的方法，成功制造了具有高活性體積分數、厚的三維結構電極（V2O5正極和Li金屬負極）的高性能微電池。為了應對密封包裝的嚴峻挑戰，該微電池充滿了凝膠電解質。1）實驗結果顯示，封裝后的電池分別具有1.24 J cm-2和75.5 mW cm-2的高面能量和功率密度，可以在氬氣中循環550次或在空氣中循環200次，并保持初始放電容量的75％。此外，使用液體電解質的未封裝電池可提供218 mW cm-2的功率密度。該微型電池的具有目前所有報道的微型電池中的最高峰值功率密度。
電池學術QQ群：924176072Pengcheng Sun, et al, High-Performance Packaged 3D Lithium-Ion Microbatteries Fabricated Using Imprint Lithography, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202006229https://doi.org/10.1002/adma.202006229
9. AM：Fe–N4單位點碳平面中的固有缺陷用于驅動CO2電還原
控制金屬-氮-碳催化劑的面內缺陷來調節CO2電還原反應（CO2RR）仍然充滿挑戰性。近日，湖南大學王雙印教授，張世國教授報道了通過與單原子Fe-N4位點的耦合（DNG-SAFe），可以顯著提高其本征碳缺陷的活性。1）為了獲得DNG-SAFe，同時具有豐富的本征缺陷和單原子Fe-N4位點，研究人員選擇了一種獨特的前驅體，即含鐵富碳的g-C3N4（C-g-C3N4-Fe），用于直接碳化。首先，層狀g-C3N4作為犧牲自模板，而C-g-C3N4-Fe中的附加碳原子作為碳源在熱解過程中形成類石墨烯結構。其次，特殊的g-C3N4結構可在高溫熱解過程中與金屬原子結合形成均勻的Fe–Nx部分，從而防止金屬原子聚集。第三，C-g-C3N4-Fe的高氮含量也使得通過高溫誘導的氮耗散產生大量的固有缺陷成為可能。在800 ℃和900 ℃下，C-g-C3N4-Fe直接熱解得到NG-SAFe和DNG-SAFe。2）實驗結果顯示，所得到的DNG-SAFe催化劑在0.1 m KHCO3中的最大CO法拉第效率為90%，CO部分電流密度達到了33 mA cm?2。在濃電解液中保持了顯著的優異活性，使可充電的Zn-CO2電池在5 mA cm?2電流密下，具有86.5%的高CO選擇性。3）進一步的分析表明， CO2RR的活性中心是本征缺陷，而非Fe-N4位點。密度泛函理論（DFT）計算表明，Fe-N4耦合的本征缺陷降低了CO2RR的能壘，抑制了析氫（HER）活性。高的本征活性，再加上快速的電子轉移能力和大量暴露的活性中心，使得DNG-SAFe催化劑其具有優異的電催化性能。
電催化學術QQ群：740997841Wenpeng Ni, et al, Electroreduction of Carbon Dioxide Driven by the Intrinsic Defects in the Carbon Plane of a Single Fe–N4 Site, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202003238https://doi.org/10.1002/adma.202003238
10. AFM: 界面鉀離子引導晶粒生長，實現高效深藍光鈣鈦礦發光二極管
鈣鈦礦發光二極管（PeLED）是溶液制備全彩顯示器應用的新興候選產品。但是，深藍光PeLED的設備性能仍然遠遠落后于紅光和綠光PeLED的設備性能，這在很大程度上受到外量子效率（EQE）低和操作穩定性差的限制。蘇州大學Jian‐Xin Tang和華東師范大學Yan‐Qing Li等人提出了一種簡便而可靠的鈣鈦礦結晶策略，并通過合理的界面工程改善了深藍光行為。1）通過用鉀離子（K+）改性基質作為異質核的種子，可實現界面良好的K+引導的鈣鈦礦晶粒生長，以實現具有高表面覆蓋率和可控晶體取向的鈣鈦礦薄膜，從而增強了輻射復合和空穴傳輸能力。2）對于在469 nm處發射的深藍光PeLED，EQE峰值為4.14％，最大亮度為451 cd m–2，光譜穩定，實現器件性能的協同提升。色坐標（0.125，0.076）與國家電視系統委員會（NTSC）標準藍色非常匹配。
發光材料與器件學術QQ群：529627332Yang Shen et al. Interfacial Potassium‐Guided Grain Growth for Efficient Deep‐Blue Perovskite Light‐Emitting Diodes, Advanced Functional Materials, 2020.DOI: 10.1002/adfm.202006736https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202006736
11. Biomaterials：細菌源性的膜囊泡用于增強靶向光熱腫瘤治療
革蘭氏陰性菌分泌的納米外膜囊泡(OMVs)可作為佐劑或抗原以應用于抗菌治療。最近，也有一些抗腫瘤治療相關工作對OMVs進行了研究。在這些研究中，為了達到一定的治療效果，往往需要多次注射OMVs，而這也會導致細胞因子風暴反復出現。蘇州大學劉莊教授和彭睿副教授設計了一種將單次低劑量注射OMVs和光熱治療(PTT)相結合的策略，并將其用于對癌癥進行有效治療。1）實驗發現，單次靜脈注射OMVs可以通過提高抗腫瘤相關細胞因子的分泌水平來激活免疫系統。此外，單次靜脈注射OMVs也會使得腫瘤內的紅細胞外滲，而這種作用在其他正常器官中則不會出現。2）實驗結果顯示，經OMVs治療的小鼠腫瘤的顏色會明顯變暗，瘤內的近紅外光學吸光度也會顯著增加，因此可以通過近紅外激光對腫瘤進行有效的光熱治療。綜上所述，源于細菌的OMVs有望作為一種新型的多功能腫瘤治療藥物，并且不會引發明顯的不良反應。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Qi Zhuang. et al. Bacteria-derived Membrane Vesicles to Advance Targeted Photothermal Tumor Ablation. Biomaterials. 2020https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220307961
