1. Nature Commun.：三芳基螺旋配體和V、Cr構建的分子芳香性
芳香性在化學中是一種最為基礎的概念，構建芳香分子系統長期以來都是非常重要的課題，有鑒于此，北京大學席振峰院士、魏俊年，中國科學院大連化學物理研究所葉生發等報道了合成、表征三螺旋體金屬（V, Cr）芳香金屬有機配合物。
本文要點：
1）六鋰螺釩環結構分子2，該分子中V原子中的兩個3d軌道、三個聯芳基配體中的π*軌道形成了40π芳香Craig-M?bius體系，該分子由三個金屬-芳香環組合而成。作者通過實驗、計算結合進行驗證分子結構。
2）當Cr被V原子替代，則無法生成芳香Craig-M?bius體系，五鋰螺鉻環分子3得以生成，其中Cr中心原子通過兩個3d軌道形成兩個相互獨立的金屬芳基環。本文工作展示了一種芳香分子系統，有利的補充了芳香分子理論、金屬有機化學相關領域。
Huang, Z., Zhang, Y., Zhang, WX. et al. A tris-spiro metalla-aromatic system featuring Craig-M?bius aromaticity. Nat Commun 12, 1319 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-21648-9
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21648-9
2. Nature Commun.：原位電化學表征MoS2電化學、電子結構
層狀MoS2是一種具有前景最好的制氫、分解水二維光催化材料，但是MoS2-液體界面電子結構目前仍然沒有很好的理解，對MoS2界面能帶邊界的測試和理解對改善MoS2催化活性的理解和改善至關重要。有鑒于此，臺灣大學Li-Chyong Chen（林麗瓊）、Kuei-Hsien Chen（陳貴賢），臺灣清華大學, Germar Hoffmann等報道了MoS2薄片隨著不同層數、粒徑變化過程中，異相界面電荷轉移行為，具體通過在有機溶液中通過Fe/Fe+還原對作為探針分子進行高分辨率進場掃描電化學顯微分析，具體通過將探針-樣品之間的距離靠近至nm尺度，實現了原位AFM-SECM（原子力-掃描電化學顯微分析）中分辨率達到~200 nm，通過這種方法實現了將電化學活性、材料結構實現對應，能夠更有效的對固體-液體界面電荷轉移過程進行分析。
本文要點：
1）通過氧化還原成像分析，展示了MoS2的反應活性隨面積、層數變化過程，實現了對能帶邊界沿著位置變化的規律、受限條件中的法拉第電流進行表征。結合多種其他表征測試手段，推導液體-固體界面上的能帶對齊現象。
Du, HY., Huang, YF., Wong, D. et al. Nanoscale redox mapping at the MoS2-liquid interface. Nat Commun 12, 1321 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-21660-z
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21660-z
3. Nature Commun.：通過雙供電子修飾卡賓進行Pd催化惰性C-H鍵烯烴化
通過步驟節約方法進行仿生模塊化、功能導向合成天然產物分子類似的大環分子具有重要意義，通過呋喃西松烷內酯（furanocembranoid）中獲得的靈感，上海藥物研究所楊偉波、香港科技大學林振陽等報道了通過模塊化自組裝策略合成了修飾烯烴的呋喃環的大環內酰胺產物。該方法學關鍵之處在于，Pd催化烯烴-炔烴-酮作為卡賓前驅體分子、惰性C(sp3)-H鍵之間的偶聯反應。尤其是，該方法學免于使用不穩定、易揮發、毒性重氮分子，而且以聯烯酮卡賓前驅體。
本文要點：
1）反應實施。以1倍量鄰叔丁基溴苯（1）、2倍量3-(4,4-二甲基-2-炔-1-亞甲基戊炔)-2,4-戊二酮（2）作為反應物，以5 mol % [PdCl(ally)]2/30 mol % tBuXphos作為催化劑，加入3倍量NaOAc，在100 ℃ N2保護和DMF溶劑中反應。
生成的產物經過水解、酰胺化過程，合成得到大環內酰胺產物。
2）通過DFT計算，展示了該反應機理包含1,4-Pd移動過程，此外反應生成的呋喃西松烷內酯類似大環內酰胺產物展示了對TNF-α、IL-6、IL-1β具有消炎作用，同時其細胞毒性類似地塞米松。
Hao, J., Guo, X., He, S. et al. Marine furanocembranoids-inspired macrocycles enabled by Pd-catalyzed unactivated C(sp3)-H olefination mediated by donor/donor carbenes. Nat Commun 12, 1304 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-21484-x
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21484-x
4. Nature Commun.：合理設計同構二維卟啉類共價有機骨架用于光催化析氫
近年來，共價有機骨架在光催化水制氫方面受到越來越多的關注。然而，尚未完全揭示其結構-性能-活性之間的關系。有鑒于此，武漢大學汪成教授，中科院理化技術研究所吳驪珠院士，李旭兵副研究員報道了合理設計并合成了四種同構卟啉二維共價有機骨架（MPOR-Deth-COF，M=H2，Co，Ni，Zn），并研究了其光催化析氫活性。
本文要點：
1）研究發現，這四種COFs均具有較高的結晶度和比表面積，不同的過渡金屬離子摻雜到卟啉環上對相應的COF的載流子動力學性質具有明顯的影響。
2）實驗結果顯示，在H2PtCl6和三乙醇胺（TEOA）存在下，通過可見光照射時，所有MPor-DETH-COFs都可以在保持骨架結構的情況下從水中連續產生氫。更重要的是，得益于通過分子工程調節的電荷載流子動力學，這四種COFs對光催化析氫具有一定的可調性，其順序為CoPor-DETH-COF（25 μmol g?1 h?1）<h< span="">2Por-DETH-COF（80 μmol g?1 h?1）<Por-DETH-COF (211 μmol g?1 h?1)<ZnPor-DETH-COF（413 μmol g?1 h?1）。</h<>
這項研究不僅為在分子水平上高效調控COFs的光催化析氫活性提供了一種簡單有效的途徑，而且為COFs的結構設計提供了有價值的見解，從而實現更佳的光催化性能。
光催化學術QQ群：927909706
Chen, R., Wang, Y., Ma, Y. et al. Rational design of isostructural 2D porphyrin-based covalent organic frameworks for tunable photocatalytic hydrogen evolution. Nat Commun 12, 1354 (2021)
DOI：10.1038/s41467-021-21527-3
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21527-3
5. Nature Commun.：引入原子分散的Ru以調控金屬有機骨架的電子結構用于高效析氫
開發用于析氫反應（HER）的高性能電催化劑對清潔、可持續的氫能發展具有重要意義，但同時充滿挑戰性。近日，中山大學李光琴教授報道了一種單原子策略，通過引入原子分散的Ru，成功構建了一種用于HER的高性能金屬有機骨架（MOFs）電催化劑（NiRu0.13-BDC）。
本文要點：
1）研究人員首先通過水熱法制備負載在Ni泡沫上的原始MOF納米片陣列。初始MOF材料的結構是由配位的八面體二價鎳和對苯二甲酸（H2BDC）構成的層柱結構的“Ni-BDC”。 以泡沫鎳為載體，用離子交換法取代部分Ni原子，合成了Ni-BDC負載的Ru單原子催化劑。通過改變RuCl3的用量，可以合成一系列具有不同Ru負載量的催化劑。
2）實驗結果顯示，在電流密度為10 mA cm?2的1 M磷酸鹽緩沖鹽水溶液中，NiRu0.13-BDC在全pH范圍內表現出優異的HER電催化活性，過電位僅為36 mV，可與商用Pt/C相媲美。
3）X射線吸收精細結構和密度泛函理論（DFT）計算表明，Ru單原子的引入可以調節MOF中金屬中心的電子結構，從而優化了H2O和H*的結合強度，提高了MOF的電催化HER性能。
這項工作開發一種有效的單原子策略來調節MOF的電子結構，用于催化劑設計。
電催化學術QQ群：740997841
Sun, Y., Xue, Z., Liu, Q. et al. Modulating electronic structure of metal-organic frameworks by introducing atomically dispersed Ru for efficient hydrogen evolution. Nat Commun 12, 1369 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-21595-5
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21595-5
6. Nature Commun.：電化學沉積合成多孔PtIr合金
設計高催化活性手性催化劑在合成對映純化合物中尤為重要，過去一些年間人們開展了巨大的努力，用于發展對映選擇性作用的材料以及器在傳感、催化、分離等領域中的應用。目前，人們在介孔金屬中實現了手性特征，但是雖然這些單一金屬組成的陣列具有一定的對映選擇性，其缺點同樣非常明顯，比如穩定性較低，導致阻礙了其應用。
有鑒于此，法國波爾多大學Alexander Kuhn、泰國Vidyasirimedhi科學技術研究所(VISTEC) Chularat Wattanakit等報道了一種直接策略改善這個缺陷，具體通過納米結構PtIr合金材料實現。通過在材料中在手性分子作為不對稱模板、溶致性液晶作為介孔制造劑，通過Pt、Ir鹽溶液的共同電化學沉積處理，在PtIr合金材料中編碼了手性信息。
本文要點：
1）該合金材料對不同手性化合物展示了顯著的區別響應能力，在不對稱電催化合成中展示了顯著改善對映選擇性、較高的電化學穩定性。
電催化學術QQ群：740997841
Butcha, S., Assavapanumat, S., Ittisanronnachai, S. et al. Nanoengineered chiral Pt-Ir alloys for high-performance enantioselective electrosynthesis. Nat Commun 12, 1314 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-21603-8
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21603-8
7. Nature Commun.：Au/MoS2界面Moiré圖案化結構觀測
2D、3D材料界面原子結構對界面電阻、光響應、高頻率電子學性質等能夠產生顯著影響，Moiré工程目前仍難以應用于調控這種2D/3D界面結構，雖然能夠在2D/2D界面很好的實現。有鑒于此，麻省理工學院Frances M. Ross等報道了外延連接的MoS2/Au{111}作為模型，展示了通過掃描透射電子顯微鏡STEM、幾何卷積技術結合，在2D/3D界面上實現了觀測對晶化的32 ? Moiré圖案進行成像。
本文要點：
1）這種Moiré圖案在傳統電子顯微鏡技術中難以觀測，在傳統顯微技術中Au基底只能在投影圖中觀測到。作者通過從頭算電子結構計算，揭示了穿過Moiré圖案的電流密度能夠被調控，說明了2D/3D界面上光電Moiré圖案的潛在應用前景。
Reidy, K., Varnavides, G., Thomsen, J.D. et al. Direct imaging and electronic structure modulation of moiré superlattices at the 2D/3D interface. Nat Commun 12, 1290 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-21363-5
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21363-5
8. Adv. Sci.：用于深部腫瘤治療的雙尺寸/電荷轉換納米催化藥物
在不使用常規毒性化學藥物的情況下，通過納米催化藥物來提高腫瘤特異性治療中的高毒性活性氧（ROS）的腫瘤內水平是近年來的研究熱點，然而，由于在腫瘤部位和組織中的相對較差的積累，治療效果仍不太令人滿意，這在很大程度上阻斷了納米藥物在腫瘤內的浸潤。在此，中科院上海硅酸鹽研究所施劍林院士等人開發了一種超聲(US)觸發的雙尺寸/電荷轉換納米催化藥物--Cu‐LDH/HMME@Lips，通過催化ROS生成用于深部實體瘤治療。
本文要點：
1）納米藥物的帶負電荷的脂質體外層能夠延長血液循環，顯著增強腫瘤積聚，而脂質體在US刺激下釋放的帶正電類Fenton催化劑Cu‐LDH，則顯示出通過細胞轉運增強的腫瘤內滲透。
2）同時，共釋放的聲敏劑血卟啉單甲醚(HMME)在US照射下催化單態氧(1O2)的生成，而深度腫瘤浸潤的Cu-LDH催化H2O2分解產生劇毒的羥基自由基（·OH），特別是在弱酸性腫瘤微環境（TME）中。
3）通過雙尺寸/電荷轉換機制的有效腫瘤內積累和滲透，以及通過聲敏化和類Fenton反應產生ROS，確保了納米催化藥物對深度腫瘤治療的高療效。
生物醫藥學術QQ群：1033214008
Wencheng Wu, et al. Dual Size/Charge‐Switchable Nanocatalytic Medicine for Deep Tumor Therapy. Adv. Sci., 2021.
DOI: 10.1002/advs.202002816
https://doi.org/10.1002/advs.202002816
9. Chem：構建FeN4/石墨氮原子界面以實現在寬電位范圍內高效CO2電化學還原
盡管原子分散的Fe–N–C催化劑在CO2到CO的轉化中表現出出色的性能，然而其僅在相當窄的電位范圍內才能實現高的CO選擇性，因此不能很好地滿足隨后的CO二聚或氫化的要求。近日，清華大學陳晨副教授，中科院大連化物所Jiangwei Zhang報道了一種選擇性蝕刻策略，可通過調節熱解條件來控制單個FeN4位點點的局部氮化學態，從而實現對N物種的精確調節。
本文要點：
1）通過在高溫熱解中向惰性氣體氣氛中添加5％的H2，研究人員成功地選擇性地消除了摻氮碳基質中不需要的“親脂性位點”。 并在最終生成的材料H2-FeN4/C中僅留下了占主導地位的石墨氮物種。
2）密度泛函理論（DFT）的計算和實驗結果顯示，包括吡啶和N原子在內的“親脂性位點”有利于HER。電化學測量結果顯示，H2-FeN4/C在-0.3至-0.8 V的極寬電位范圍內表現出較高的CO選擇性，FECO超過90％。
3）原位ATR-SEIRAS和第一性原理計算結果表明，選擇性刻蝕策略不僅可以通過除去吡啶N和吡咯N來抑制寄生HER，而且可以在具有不同電子結構和化學特性的兩個原子/位之間構建一個“原子界面”。生成的“原子界面”存在于剩下的石墨N原子和FeN4位點之間，促進了H2O和CO2的協同吸附，促進了CO2的活化和轉化為*COOH中間體。
Liu et al., Constructing FeN4/graphitic nitrogen atomic interface for high-efficiency electrochemical CO2 reduction over a broad potential window, Chem (2021)
DOI：10.1016/j.chempr.2021.02.001
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.02.001
10. AM：可全電壓范圍進行氧化還原的鈉離子電池P2層狀正極材料
層狀金屬氧化物正極材料的氧化還原反應作為突破其容量極限瓶頸的有效途徑，已經引起人們的廣泛關注。然而，在目前的金屬氧化物正極中，只有在高壓區（通常在3.5V以上）才能實現可逆的氧化還原反應。近日，復旦大學周永寧教授，美國阿貢國家實驗室陸俊教授，布魯克海文國家實驗室Zulipiya Shadike報道了一種可在1.5-4.5V寬電壓范圍內進行可逆氧化還原的P2層狀Na0.7Mg0.2[Fe0.2Mn0.6□0.2]O2正極材料，其中本征空位位于過渡金屬（TM）位，Mg-離子位于Na位。
本文要點：
1）在電化學循環過程中，Na層中的Mg-離子起到穩定層狀結構的“支柱”作用，尤其是在高壓區。TM層中的本征空位形成了“□-O-□”、“Na-O-□”和“Mg-O-□”的局域構型，從而在整個充放電電壓范圍內進行氧化還原反應。時間分辨技術表明，即使在10 C下，P2相也可以很好地保持在1.5–4.5 V的寬電位窗口范圍內。
2）Mn和O離子的電荷補償在整個1.5-4.5 V的電壓范圍內起作用，而Fe離子的氧化還原僅在3.0-4.5 V的高壓范圍內起作用。O的非成鍵2p軌道中指向Tm空位的孤立電子用于可逆的氧化還原反應，Na位中的Mg離子則有效地抑制了氧析出。
電池學術QQ群：924176072
Xun-Lu Li, et al, Whole-Voltage-Range Oxygen Redox in P2-Layered Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202008194
https://doi.org/10.1002/adma.202008194
11. AM綜述：電子和光電子應用中的2D同質結研究進展
在后摩爾時代，具有豐富物理特性的二維（2D）材料引起了科學界和工業界的廣泛關注。在2D材料中，2D同質結由于其獨特的幾何結構和性質，如均勻的元件、完美的晶格匹配和有效的界面電荷轉移等，在設計新型電子和光電子器件方面具有極大的應用前景。近日，華中科技大學翟天佑教授綜述了p-n同質結、異相同質結和層工程同質結等2D同質結的結構設計和器件應用的研究進展。
本文要點：
1）作者概述了氣相沉積、鋰插層、激光輻照、化學摻雜、靜電摻雜和光摻雜等制備2D同質結的策略。詳細總結了2D同質結在電子學（例如場效應晶體管、整流器和反相器）和光電子學（例如發光二極管、光伏和光電探測器）等應用的研究進展。
2）作者最后對2D同質結目前研究仍面臨的挑戰和未來發展提出了個人見解，以促進2D同質結的快速發展。
Fakun Wang, et al, 2D Homojunctions for Electronics and Optoelectronics, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202005303
https://doi.org/10.1002/adma.202005303
12. ACS Nano：退火氣氛對硫化銅晶相和熱電性能的影響
目前，Cu2?xS已經成為最有前途的中高溫熱電材料之一。其具有包括儲量豐富、成本低、安全，以及在相對較高的溫度下具有高性能等優點。然而，Cu2?xS嚴重的穩定性問題制約了其工作電流和溫度，因此在在中溫范圍內對材料性能進行優化至關重要。
近日，西班牙加泰羅尼亞能源研究所Andreu Cabot教授，江蘇大學Junfeng Liu，奧地利科技學院Yu Liu提出了一種以水為溶劑，在常溫常壓下大規模生產銅藍CuS納米顆粒的合成策略。隨后，在惰性或還原性氣氛下，通過中等溫度的退火過程來調整顆粒的晶相和化學計量比。
本文要點：
1）研究發現，在氬氣氣氛下退火可以得到具有菱形晶相的Cu1.8S納米粉，而在含氫氣氣氛中退火可以得到四方相Cu1.96S。高溫X射線衍射分析表明，在氬氣中退火的材料在400 K左右轉變為立方相，而在氫氣存在下退火的材料經歷了兩個相變，首先是六方相，然后是立方結構。通過退火氣氛、溫度和時間可以調節Cu空位的密度，從而調節載流子濃度和材料傳輸性能。
2）實驗結果顯示，在氬氣氛下退火的材料比在氫氣存在下退火的材料具有更高的電導率和更低的Seebeck系數。通過優化退火時間對載流子濃度進行了優化，獲得了Cu2?xS的中溫區品質因數記錄，在710 K時最高可達1 41 K。
3）這種基于低成本和可擴展的溶液合成過程的策略同樣適用于使用高產量和低成本的打印技術來生產高性能的Cu2?xS層。
熱電材料學術QQ群：699166559
Mengyao Li, et al, Effect of the Annealing Atmosphere on Crystal Phase and Thermoelectric Properties of Copper Sulfide, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.0c09866
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c09866
