1. Nature Commun.：具有超寬范圍和高靈敏度的海膽狀微觀結(jié)構(gòu)壓力傳感器
靈敏度和壓力范圍是壓力傳感器的兩個(gè)重要參數(shù)。現(xiàn)有的壓力傳感器很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)高靈敏度和寬壓力范圍。近日，佐治亞理工學(xué)院汪正平院士，重慶大學(xué)陳顯平教授報(bào)道了一種新型三元納米復(fù)合Fe2O3/C@SnO2壓力傳感器。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員首先采用水熱法合成導(dǎo)電材料。然后將一塊干凈的三聚氰胺海綿浸泡在樣品溶液中。電極連接后，得到了以三聚氰胺海綿為基底的壓力傳感器。
2）Fe2O3的海膽狀結(jié)構(gòu)促進(jìn)了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，保護(hù)了Fe2O3針的機(jī)械斷裂，而乙炔炭黑提高了Fe2O3的導(dǎo)電性。另外，SnO2納米顆粒一部分附著在Fe2O3針表面形成Fe2O3/SnO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)，另一部分分散在碳層中形成SnO2@C結(jié)構(gòu)?？傮w而言，三種結(jié)構(gòu)（Fe2O3/C、Fe2O3/SnO2和SnO2@C）的協(xié)同效應(yīng)改善了單一結(jié)構(gòu)的有限壓力響應(yīng)范圍。
3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)e2O3/C@SnO2壓力傳感器具有靈敏度高（680 kPa?1）、響應(yīng)速度快（10ms）、寬范圍（高達(dá)150 kPa）、重復(fù)性好（在110 kPa壓力下超過(guò)3500次）等特點(diǎn)，在可穿戴電子器件和健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
Wang, Xm., Tao, Lq., Yuan, M. et al. Sea urchin-like microstructure pressure sensors with an ultra-broad range and high sensitivity. Nat Commun 12, 1776 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-21958-y
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21958-y
2. JACS：基于DNA的膜蛋白動(dòng)態(tài)模擬用于編程自適應(yīng)細(xì)胞相互作用
細(xì)胞對(duì)外界環(huán)境的感知和反應(yīng)，主要是通過(guò)細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，它們的表達(dá)和構(gòu)象通過(guò)細(xì)胞內(nèi)程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控。有鑒于此，湖南大學(xué)的譚蔚泓院士和邱麗萍等研究人員，研究出基于DNA的膜蛋白動(dòng)態(tài)模擬，用于編程自適應(yīng)細(xì)胞相互作用。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員設(shè)計(jì)了一種細(xì)胞表面納米結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)分子識(shí)別引發(fā)的DNA組裝，以模仿膜蛋白的動(dòng)態(tài)行為，從而能夠響應(yīng)環(huán)境變化而操縱細(xì)胞相互作用。
2）結(jié)果表明，這種膜錨定的DNA納米結(jié)構(gòu)可以被細(xì)胞對(duì)外界刺激的響應(yīng)信號(hào)特異性激活。
3）多種功能模塊可以組裝到細(xì)胞膜上，使細(xì)胞具有細(xì)胞類型特異性結(jié)合和殺傷。
本文研究的系統(tǒng)預(yù)計(jì)將為工程化具有感官/反應(yīng)途徑的治療性細(xì)胞提供新的范例。
Jin Li, et al. DNA-Based Dynamic Mimicry of Membrane Proteins for Programming Adaptive Cellular Interactions. JACS, 2021.
DOI：10.1021/jacs.0c11245
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11245
3. Angew：用于代謝指紋識(shí)別的多殼空心Cr2O3球
精神分裂癥（SZ）的早期檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)有效的治療來(lái)改善臨床結(jié)果，但客觀而可靠的SZ診斷仍然受到限制。適用于強(qiáng)大的臨床篩查的理想SZ診斷必須解決檢測(cè)通量、低侵入性和診斷準(zhǔn)確性的問(wèn)題。有鑒于此，華東師范大學(xué)的萬(wàn)晶晶等研究人員，開(kāi)發(fā)出用于代謝指紋識(shí)別的多殼空心Cr2O3球。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員建立了多殼空心Cr2O3球（MHCS）輔助激光解吸/電離質(zhì)譜（LDI MS）平臺(tái)，可將生物流體直接代謝譜圖用于精神分裂癥（SZ）診斷。
2）MHCS表現(xiàn)出強(qiáng)大的光吸收能力，可增強(qiáng)電離作用，并具有微尺度的表面粗糙度，而且對(duì)代謝物的有效LDI穩(wěn)定。研究人員對(duì)尿液和血清代謝產(chǎn)物（1μL）進(jìn)行了分析，并在幾秒鐘內(nèi)提高了LDI的功效。
3）研究人員從健康對(duì)照（HC）中區(qū)分出了SZ患者（SZ），并且在盲測(cè)中獲得了最高的曲線下面積（AUC）數(shù)值。研究人員確定了具有最佳診斷能力的四種化合物，這些可作為SZ的簡(jiǎn)化代謝物檢測(cè)組，并證明了代謝物定量可用于臨床。
本文研究的方法將在不久的將來(lái)促進(jìn)新平臺(tái)朝著精確診斷的方向發(fā)展。
Jingjing Wan, et al. Design of multi‐shelled hollow Cr2O3 spheres for metabolic fingerprinting. Angewandte Chemie, 2021.
DOI：10.1002/anie.202101007
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202101007
4. Angew：[B2H5]-結(jié)構(gòu)分子中B-B、B-H和不同雙鍵的反應(yīng)選擇性
含有μ-H結(jié)構(gòu)的二硼分子，主要結(jié)構(gòu)為[B2H5]-，受到了廣泛的理論研究，有鑒于此，法蘭克福大學(xué)Matthias Wagner等報(bào)道了平面結(jié)構(gòu)四芳基修飾的μ-H二硼烷陰離子物種[1H]-物種和累積雙鍵結(jié)構(gòu)分子CO2、iPrNCO、iPrNCNiPr分子之間的環(huán)加成反應(yīng)。
本文要點(diǎn)：
1）發(fā)現(xiàn)CO2分子中的C=O鍵能夠?qū)1H]-的B-B進(jìn)行活化，同時(shí)保留μ-H結(jié)構(gòu)，生成[2H]-。iPrNCNiPr反應(yīng)過(guò)程中，未進(jìn)行和B-B之間反應(yīng)，反而選擇和H-反應(yīng)生成含甲脒結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物[3]-；iPrNCO表現(xiàn)出兩種反應(yīng)活性，分別以C=O反應(yīng)生成[4H]-。或者以另一種方式反應(yīng)C=N，生成[5]-。
2）通過(guò)分子的反應(yīng)活性，提出可能的反應(yīng)機(jī)理，提出B-B、B-H鍵反應(yīng)選擇性。
Timo Trageser, Dariusz Bebej, Michael Bolte, Hans-Wolfram Lerner, Matthias Wagner, B?B‐ vs. B?H‐Bond Activation in a (μ‐Hydrido)diborane(4) Anion upon Cycloaddition with CO2, Isocyanates, or Carbodiimides, Angew. Chem. Int. Ed. 2021
DOI: 10.1002/anie.202103427
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202103427
5. Angew：利用反應(yīng)擴(kuò)散條件觸發(fā)MOF生長(zhǎng)過(guò)程中的路徑復(fù)雜性
配位聚合物（CPs），包括金屬有機(jī)骨架（MOFs），是一種在電子學(xué)、磁學(xué)、催化和氣體存儲(chǔ)/分離等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景的晶體材料。然而，其形成機(jī)制和途徑基本上還不清楚。有鑒于此，西班牙巴塞羅那大學(xué)的Josep Puigmartí-Luis等研究人員，揭示了利用反應(yīng)擴(kuò)散條件觸發(fā)MOF生長(zhǎng)過(guò)程中的路徑復(fù)雜性。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員證明了在結(jié)晶過(guò)程的早期階段（即40 ms內(nèi)），通過(guò)使用連續(xù)流動(dòng)微流控裝置實(shí)現(xiàn)的試劑擴(kuò)散控制混合，可用于實(shí)現(xiàn)原型自旋交叉MOF向其熱力學(xué)產(chǎn)物的新型結(jié)晶路徑。
2）在微流控混合條件下觸發(fā)結(jié)晶時(shí)，實(shí)驗(yàn)觀察到了兩條不同且前所未有的成核-生長(zhǎng)路徑。
3）全原子分子動(dòng)力學(xué)模擬也證實(shí)了晶體生長(zhǎng)過(guò)程中這兩條不同路徑的發(fā)生。與此形成鮮明對(duì)比的是，在體（湍流）混合條件下觀察到顆粒附著結(jié)晶。
本文研究為理解CPs的生長(zhǎng)提供了良好的基礎(chǔ)，并為利用非平衡條件進(jìn)行多孔材料工程開(kāi)辟了新的途徑。
Josep Puigmartí, et al. Exploiting reaction‐diffusion conditions to trigger pathway complexity in the growth of a MOF.Angewandte Chemie, 2021.
DOI：10.1002/anie.202101611
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202101611
6. Angew：從聚合物‐修飾超分子籠中通過(guò)機(jī)械力化學(xué)釋放非共價(jià)束縛客體
超分子配位籠展示了廣泛的實(shí)用性質(zhì)，包括但不限于復(fù)雜的類分子機(jī)器操作、有限空間催化和豐富的主客體化學(xué)。有鑒于此，德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)的Bernd M. Schmidt等研究人員，研究了從聚合物‐修飾超分子籠中，通過(guò)機(jī)械力化學(xué)釋放非共價(jià)束縛客體。
本文要點(diǎn)：
1）研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告了在每個(gè)頂點(diǎn)帶有聚合物鏈的八面體Pd籠子中非共價(jià)封裝的、具有藥理活性的貨物的吸收和釋放。六種聚乙二醇修飾的聯(lián)吡啶配體用于組裝八面體PdII6(TPT)4籠。
2）該超分子容器將孕酮和布洛芬封裝在其疏水納米腔內(nèi)，并由超聲波在水溶液中產(chǎn)生的剪切力激活，在破裂時(shí)完全釋放貨物，如NMR和GPC分析所示。
Robin Kü, et al. Mechanochemical Release of Non‐Covalently Bound Guests from a Polymer‐Decorated Supramolecular Cage. Angewandte Chemie, 2021.
DOI：10.1002/anie.202102383
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202102383
7. Angew：立體位阻調(diào)控Co-卟啉CO2催化活性
對(duì)于ORR氧還原反應(yīng)，選擇性實(shí)現(xiàn)2e-或者4e-非常關(guān)鍵，同時(shí)具有較高難度。有鑒于此，陜西師范大學(xué)曹睿、中科大龍冉等報(bào)道了通過(guò)Co卟啉催化劑的立體位阻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)ORR性能調(diào)控。發(fā)現(xiàn)Co-卟啉催化劑中含有大體積鄰位酰胺基團(tuán)能夠表現(xiàn)出這種性質(zhì)。通過(guò)立體位阻效應(yīng)，Co-卟啉分子表現(xiàn)出類似電子結(jié)構(gòu)的四種不同旋阻異構(gòu)體。而且四種異構(gòu)體結(jié)構(gòu)分子的CO2催化性能明顯區(qū)別。
本文要點(diǎn)：
1）在四種異構(gòu)體中，αβαβ、αααα結(jié)構(gòu)催化劑的ORR活性分別為n=2.10、3.75，其中n表示單位O2分子的電子傳輸數(shù)目；ααββ、αααβ兩種異構(gòu)體的選擇性不明顯，n=2.89~3.10。αβαβ通過(guò)阻止生物分子O2活化的方式催化2e-電子轉(zhuǎn)移，αααα結(jié)構(gòu)分子通過(guò)改善O2分子結(jié)合提高4e-電子轉(zhuǎn)移。這種過(guò)程通過(guò)O的K邊等光譜學(xué)表征方法驗(yàn)證。
2）本文研究結(jié)果展示了通過(guò)立體位阻效應(yīng)改善和調(diào)控ORR反應(yīng)中的2e-、4e-選擇性。
Bin Lv, et al, Controlling Oxygen Reduction Selectivity through Steric Effects: Electrocatalytic Two‐Electron and Four‐Electron Oxygen Reduction with Cobalt Porphyrin Atropisomers, Angew. Chem. Int. Ed. 2021
DOI: 10.1002/anie.202102523
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202102523
8. Nano Letters：IrCuNi深凹納米立方體作為酸性電解質(zhì)中高活性O(shè)ER電催化劑
質(zhì)子交換膜水電解（PEMWEs）可持續(xù)、環(huán)保地生產(chǎn)氫氣。然而，由于缺乏在酸性電解質(zhì)具有高性能的析氧反應(yīng)（OER）陽(yáng)極電催化劑，從而阻礙了這一應(yīng)用的發(fā)展。近日，北京化工大學(xué)莊仲濱教授，Wei Zhu報(bào)道了采用液相還原法成功地合成了一種IrCuNi深凹納米立方體（DCNCs），得到的IrCuNi DCNCs合金具有較高的電催化OER活性。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員通過(guò)在合成過(guò)程中，進(jìn)行原位刻蝕形成了DCNC結(jié)構(gòu)。Cu和Ni首先在中間納米立方體的表面富集，然后被刻蝕出來(lái)形成尖銳的深凹納米立方體。由此產(chǎn)生的DCNC可以被認(rèn)為是在每個(gè)面的中心挖出了一個(gè)金字塔的立方體。
2）IrCuNi DCNCs具有較高的比表面積、具有低配位原子的階梯表面以及合金化效應(yīng)，從而對(duì)OER表現(xiàn)出較高的催化性能。結(jié)果顯示，IrCuNi DCNCs只需要273 mV的過(guò)電位就可以在低Ir負(fù)載量（～6.0 μgIr cm?2）下保持10 mA cm?2的過(guò)電流密度。在1.53 V時(shí)，貴金屬基合金的質(zhì)量活度為6.6 A mgIr?1，是原始Ir的19倍。
研究結(jié)果表明，規(guī)則的合金納米顆?？梢蕴岣逴ER的催化活性，在利用PEMWE制氫方面具有良好的應(yīng)用前景。
Di Liu, et al, IrCuNi Deeply Concave Nanocubes as Highly Active Oxygen Evolution Reaction Electrocatalyst in Acid Electrolyte, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04878
https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04878
9. AEM：適用于可穿戴式壓力傳感器系統(tǒng)的具有超高體積能量密度的高壓鉀離子微超級(jí)電容器
為了適應(yīng)柔性、可穿戴和可植入微電子技術(shù)的快速發(fā)展，開(kāi)發(fā)具有機(jī)械堅(jiān)固性能、高電壓和高兼容性的小型化、集成化的儲(chǔ)能器件至關(guān)重要。近日，中科院大連化物所吳忠?guī)浹芯繂T報(bào)道了通過(guò)使用MXene衍生的鈦酸鉀（KTO）納米棒負(fù)極和多孔活化石墨烯（AG）正極合理設(shè)計(jì)了一種鉀離子微超級(jí)電容器（KIMSCs），并為靈敏的集成壓力傳感系統(tǒng)供電。
本文要點(diǎn)：
1）KTO納米棒的先進(jìn)納米結(jié)構(gòu)使其具有145mAh g?1的高鉀離子存儲(chǔ)容量。
2）所構(gòu)建的KIMSCs具有3.8 V的大工作電壓窗口，優(yōu)于先前報(bào)道的微型超級(jí)電容器。此外，由于KTO中K離子的可逆插層/脫嵌以及雙(三氟甲磺?；?酰亞胺陰離子在AG上的吸附/脫附，KIMSCs的體積能量密度達(dá)到了34.1 mWh cm?3，具有較強(qiáng)的倍率性能和出色的電容保持性能。
3）KIMSCs可兼容集成在柔性基板上的無(wú)線壓力傳感器，用于監(jiān)控人體運(yùn)動(dòng)。因此，這項(xiàng)工作不僅為設(shè)計(jì)高性能的KIMSCs提供了見(jiàn)解，也為KIMSCs供電的柔性電子器件發(fā)展提供了藍(lán)圖。
Shuanghao Zheng, et al, High-Voltage Potassium Ion Micro-Supercapacitors with Extraordinary Volumetric Energy Density for Wearable Pressure Sensor System, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202003835
https://doi.org/10.1002/aenm.202003835
10. EnSM：用于電池級(jí)高能量密度全固態(tài)鋰電池的超薄自支撐硫化物固體電解質(zhì)薄膜
全固態(tài)鋰電池（ASSLBs）具有高安全性、高能量密度等優(yōu)點(diǎn)，是最有前途的下一代儲(chǔ)能技術(shù)之一。然而，提高ASSLBs的能量密度通常受到厚固體電解質(zhì)層的嚴(yán)重阻礙。近日，中科院寧波材料所姚霞銀研究員，Jing Yang報(bào)道了一種制備自支撐Li6PS5Cl薄膜的新策略。與以往的薄膜制備方法不同，Li6PS5Cl粒子均勻包覆了一層聚多巴胺修飾層。
本文要點(diǎn)：
1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，聚多巴胺修飾將Li6PS5Cl顆粒的剛性表面改變?yōu)檎掣矫妫缓髮?duì)改性后的Li6PS5Cl顆粒進(jìn)行簡(jiǎn)單壓制可以得到Li6PS5Cl薄膜，其室溫離子電導(dǎo)率較高，達(dá)到0.2 ms cm-1。
2）組裝了Li6PS5Cl薄膜和Co3S4正極的ASSLB，在0.1 C下的可逆放電容量為618 mAh g-1，25 ℃下，100次循環(huán)后的放電容量為485.1 mAh g-1。當(dāng)Co3S4的負(fù)載量增加到6.37 mg cm-2時(shí)，實(shí)現(xiàn)了284.4 Wh kg-1的全電池級(jí)的能量密度。
Gaozhan Liu , et al, Ultra-Thin Free-Standing Sulfide Solid Electrolyte Film for Cell-level High Energy Density All-Solid-State Lithium Batteries, Energy Storage Materials (2021)
DOI：10.1016/j.ensm.2021.03.017
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.03.017
11. Journal of Catalysis：羰基化和酮化偶聯(lián)反應(yīng)用于二甲醚和CO直接轉(zhuǎn)化為丙酮
目前丙酮都是由通過(guò)大量的丙烯和苯生產(chǎn)，而尚未報(bào)道過(guò)可采用一種廉價(jià)的非石油原料來(lái)合成丙酮。近日，中科院大連化物所劉中民院士，朱文良研究員報(bào)道了一種生產(chǎn)丙酮的新策略，包括二甲醚（DME）在吡啶改性的H-絲光沸石（Py-H-MOR）上羰基化反應(yīng)生成乙酸甲酯，然后再通過(guò)酮化生成丙酮。這種方便的方法在553 K實(shí)現(xiàn)了73％的丙酮選擇性（不包括CO2）和100％的DME轉(zhuǎn)化率。
本文要點(diǎn)：
1）原位DRIFT研究表明，乙酸甲酯既可作為H-MOR的烷基化劑，又可作為?；瘎?，而羰基化反應(yīng)可生成新的乙?；Ｍ凰貙?shí)驗(yàn)證實(shí)了CO參與了乙酸甲酯的酮化反應(yīng)，用D2O生成CH2DCOOD以及廢催化劑中2，6-二甲基-4-吡喃酮和脫氫乙酸的存在則證實(shí)了烯酮中間體的形成。
2）基于CH2=13C=O的動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)，提出了一種烯酮基酮化機(jī)理，即乙酰基部分有助于丙酮的酰基部分，而烯酮部分則負(fù)責(zé)丙酮的烷基部分和產(chǎn)生CO2。
Z. Zhou, H. Liu, Y. Ni, F. Wen, Z. Chen, W. Zhu, Z. Liu, Direct Conversion of Dimethyl Ether and CO to Acetone via Coupling Carbonylation and Ketonization, Journal of Catalysis (2021)
DOI：10.1016/j.jcat.2021.03.006
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2021.03.006
12. Nano Research: 表面極化可實(shí)現(xiàn)TiO2納米棒光電陽(yáng)極中的高效電荷分離
半導(dǎo)體的電荷分離效率低下，阻礙了光電化學(xué)(PEC)水分解的實(shí)現(xiàn)。有鑒于此，吉林大學(xué)馮守華院士等人，通過(guò)-OH部分修飾獲得了表面極化的TiO2光電陽(yáng)極，在1.23 V（vs RHE）下電荷分離效率從根本上提高了約94%。
本文要點(diǎn)：
1）報(bào)道了通過(guò)用富集的羥基（–OH）修飾表面的方法來(lái)設(shè)計(jì)和合成表面極化的TiO2納米棒光陽(yáng)極。通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱處理，以甘油為溶劑，可以引入TiO2表面的–OH基團(tuán)。
2）詳細(xì)的數(shù)據(jù)研究表明，這些具有電偶極子的羥基使TiO2表面極化，在表面區(qū)域產(chǎn)生大量的電場(chǎng)，并升高能帶邊緣，從而在TiO2內(nèi)形成同質(zhì)結(jié)，這用作光生電荷分離和遷移的直接驅(qū)動(dòng)力。
3）此外，這些羥基也促進(jìn)了水的氧化動(dòng)力學(xué)。在沒(méi)有摻雜和助催化劑的情況下，表面極化TiO2光陽(yáng)極在1.23 V（vs RHE）（AM 1.5 G）時(shí)的光電流密度顯著增加，約為1.41 mA·cm?2，并且起始電位的陰極位移超過(guò)200 mV。
總之，該工作重點(diǎn)介紹了通過(guò)表面極化調(diào)制電荷分離的新機(jī)會(huì)，以構(gòu)建穩(wěn)定的光電陽(yáng)極。
Ma, W., Huang, K., Wu, X. et al. Surface polarization enables high charge separation in TiO2 nanorod photoanode. Nano Res. (2021).
DOI: 10.1007/s12274-021-3340-0
https://doi.org/10.1007/s12274-021-3340-0
