納米人編輯部對2020年國內(nèi)外重要科研團隊的代表性重要成果進行了梳理，今天，我們要介紹的是美國科學院院士，美國醫(yī)學院院士，美國科學與藝術(shù)學院院士，斯坦福大學戴宏杰教授課題組。
戴宏杰教授課題組部分代表性研究成果包括但不限于：
由于戴宏杰教授成果頗豐，在諸多領(lǐng)域均有重要成果，此處僅列舉其中幾種，歡迎大家留言補充。
（1）開拓和發(fā)展了化學氣相沉積合成碳納米管和通過溶液相剪切獲取石墨烯納米帶等納米碳材料可控制備方法，有力推動了碳納米材料的物性研究和應用探索。（2）基于納米碳材料發(fā)展新型光電子器件，研發(fā)出納米管與金屬實現(xiàn)歐姆接觸的工藝方法并首創(chuàng)了高介電材料在納米管表面均勻成核和生長方法，構(gòu)筑了高性能場效應晶體管。
（3）開拓納米材料在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用，實現(xiàn)藥物、蛋白、抗體的定向輸運和腫瘤的光熱治療，提高醫(yī)學成像的分辨率和穿透深度，可實時觀察單根血管和其中的血液流動。
（4）發(fā)展多種碳納米材料和無機材料的復合體系，用于提升電催化、水相電池、鋁離子電池等的性能。（來源：中國科學院官網(wǎng)）
有鑒于此，納米人編輯部聯(lián)合簡要總結(jié)了戴宏杰教授課題組2020年部分重要研究成果，供大家交流學習。
1）由于相關(guān)論文數(shù)量較多，本文僅限于通訊作者文章，以online時間為準。
2）由于學術(shù)有限，所選文章及其表述如有不當，敬請批評指正。
3）由于篇幅限制，部分成果未列入編號，僅以發(fā)表截圖展示。
2020年，戴宏杰教授團隊極致專注于金屬鉀/鋰電池，電催化和生物醫(yī)藥領(lǐng)域的研究，取得的重要成果包括但不限于：
1）報道了一種KCl緩沖的AlCl3/1-乙基-3-甲基咪唑氯（[EMIM]Cl）離子液體電解質(zhì)，并添加了乙基二氯化鋁（EtAlCl2）和KFSI兩種重要添加劑，成功制備出高性能鉀金屬電池。
2）報道了以二(三氟甲磺酰亞胺)鈉（NaTFSI）為關(guān)鍵添加劑，由1-乙基-3-甲基咪唑（EMIm）陽離子和高濃度二(氟磺酰基)酰亞胺（FSI）陰離子組成的新型不可燃離子液體（IL）電解質(zhì)的鋰金屬電池。
3）精確檢測血清和唾液中的SARS-CoV-2抗體
4）設(shè)計了一種超純銅箔的方波電化學氧化還原循環(huán)處理方法，用于高壓下電還原CO2高效制甲酸。
以下分為四個方面展開：
PartⅠ 代表性成果
PartⅡ 金屬鉀/鋰電池
PartⅢ 電催化
PartⅣ 生物醫(yī)藥
PartⅠ 代表性成果
2020年代表性成果1
一種采用安全離子液體電解液的高性能鉀金屬電池
由于鉀（K）的豐度比鋰高得多，鉀二次電池被認為是下一代儲能技術(shù)的有利競爭者，然而，鉀金屬電池的安全問題和循環(huán)壽命較差一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。近日，斯坦福大學戴宏杰院士報道了一種KCl緩沖的AlCl3/1-乙基-3-甲基咪唑氯（[EMIM]Cl）離子液體電解質(zhì)，并添加了乙基二氯化鋁（EtAlCl2）和KFSI兩種重要添加劑（稱為“緩沖K-Cl-IL”）。（技術(shù)詳情參見本文正文）
2020年代表性成果2
發(fā)展了具有新型離子液體電解質(zhì)的高安全和高能量密度鋰金屬電池
具有高能量密度的金屬鋰電池可作為下一代儲能設(shè)備，但其在高能量密度、高安全性和長循環(huán)壽命等面臨巨大的挑戰(zhàn)。有鑒于此，斯坦福大學戴宏杰院士報道了以二(三氟甲磺酰亞胺)鈉（NaTFSI）為關(guān)鍵添加劑，由1-乙基-3-甲基咪唑（EMIm）陽離子和高濃度二(氟磺酰基)酰亞胺（FSI）陰離子組成的新型不可燃離子液體（IL）電解質(zhì)的鋰金屬電池。（技術(shù)詳情參見本文正文）
2020年代表性成果3
銅基催化劑高壓電還原CO2高效制甲酸
電催化CO2還原（CO2RR）是一種很有前途的緩解能源和環(huán)境問題的方法，但控制反應途徑和產(chǎn)物仍然具有挑戰(zhàn)性。Cu基催化劑可以產(chǎn)生碳氫化合物和乙醇，但是伴隨著析氫反應（HER），甲酸的法拉第電流效率較低并且分布在含有較多液相產(chǎn)物的液相電解質(zhì)中，需要特殊的分離處理。斯坦福大學戴宏杰教授設(shè)計了一種超純銅箔的方波電化學氧化還原循環(huán)處理方法，制備了富含（111）取向Cu2O納米粒子的亞微米厚膜，用于CO2RR， CO2壓力為1-60 atm。（技術(shù)詳情參見本文正文）
2020年代表性成果4
精確檢測血清和唾液中的SARS-CoV-2抗體
戴宏杰等人報告了通過抗體和抗體親和力分析，依靠納米結(jié)構(gòu)等離子體金基質(zhì)的近紅外熒光放大，同時檢測人血清和唾液中針對刺突蛋白S1亞單位和SARS-CoV-2受體結(jié)合域的抗體，對SARS-CoV-2、SARS-CoV-1及常見感冒病毒OC43、HKU1、NL63、229E的冠狀病毒抗原進行免疫球蛋白親和性測定。
PartⅡ 金屬鉀/鋰電池
1.安全離子液體電解質(zhì)用于高性能金屬鉀電池丨PNAS
由于鉀（K）的豐度比鋰高得多，鉀二次電池被認為是下一代儲能技術(shù)的有利競爭者，然而，鉀金屬電池的安全問題和循環(huán)壽命較差一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。近日，斯坦福大學戴宏杰院士報道了一種KCl緩沖的AlCl3/1-乙基-3-甲基咪唑氯（[EMIM]Cl）離子液體電解質(zhì)，并添加了乙基二氯化鋁（EtAlCl2）和KFSI兩種重要添加劑（稱為“緩沖K-Cl-IL”）。
文章要點
1）與以往的有機和IL電解液相比，K-Cl-IL電解質(zhì)具有不可燃性，同時在室溫下表現(xiàn)出13.1 ms cm?1的高離子電導率，可以在Ni上進行200次的可逆鍍K/剝離循環(huán)。
2）研究人員在還原氧化石墨烯（rGO）片上制備了摻雜鈷的普魯士藍，作為高性能鉀金屬電池正極材料（K1.90Mn0.92Co0.08[Fe(CN)6]0.96＠rGO），同時采用K-Cl-IL電解質(zhì)，以及鉀負極用于組裝成鉀金屬電池。結(jié)果顯示，在25 mA g-1下，電池的比容量達到107 mAh g-1，最大能量密度和功率密度分別達到381 Wh kg?1和1350 W kg?1。
3）研究發(fā)現(xiàn)鈷摻雜顯著提高了正極穩(wěn)定性和K離子擴散，rGO的加入則提高了電池的倍率和循環(huán)性能。其在820次循環(huán)后容量保持率達89%，平均庫侖效率（CE）高達99.9%。在60°C的高溫下，電池表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能和優(yōu)異的倍率性能。此外，正極和負極上堅固的鈍化層由K、Al、F和Cl-物種組成，這些物種是K金屬電池具有優(yōu)異循環(huán)性能的關(guān)鍵。
K-Cl-IL電解質(zhì)為具有高安全性、高能量/功率密度、長壽命的K金屬電池走向?qū)嵱没_辟了新的機遇。
2．具有新型離子液體電解質(zhì)的高安全和高能量密度金屬鋰電池丨AM
具有高能量密度的金屬鋰電池可作為下一代儲能設(shè)備，但其在高能量密度、高安全性和長循環(huán)壽命等面臨巨大的挑戰(zhàn)。有鑒于此，斯坦福大學戴宏杰院士報道了以二(三氟甲磺酰亞胺)鈉（NaTFSI）為關(guān)鍵添加劑，由1-乙基-3-甲基咪唑（EMIm）陽離子和高濃度二(氟磺酰基)酰亞胺（FSI）陰離子組成的新型不可燃離子液體（IL）電解質(zhì)的鋰金屬電池。
文章要點：
1）Na離子參與復合鈍化中間相的形成，有助于無枝晶鋰沉積和可逆正極電化學。
2）研究表明，低粘度的電解質(zhì)具有高達16 mg cm?2的實際正極質(zhì)量負荷。與鋰鈷氧化物(LiCoO2)和鋰鎳鈷錳氧化物(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，NCM811)組成的正極具有99.6%-99.9%的庫侖效率，高達4.4 V的放電電壓，比容量和能量密度分別高達199 mAh g?1和765 Wh kg?1和令人印象深刻的1200次循環(huán)性能。
3）新型離子液體電解質(zhì)在兩個電極上形成的高度穩(wěn)定的鈍化中間相是制備高度可逆的金屬鋰電池，特別是Li-NMC 811全電池的關(guān)鍵。
Hao Sun, et al, High-Safety and High-Energy-Density Lithium Metal
Batteries in a Novel Ionic-Liquid Electrolyte, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202001741
https://doi.org/10.1002/adma.202001741
PartⅢ 電催化
3.層狀3D銀納米線包覆NiMn層狀雙氫氧化物可用于高效的雙功能氧電催化劑丨ACS Nano
近日，臺灣科技大學Bing-Joe Hwang，Wei-Nien Su，Meng-Che Tsai和斯坦福大學戴宏杰等人報告將生長在導電銀納米線（Ag NWs）芯上的分層3D NiMn層狀雙氫氧化物（NiMn-LDHs）殼層作為雙功能的高效，低成本且持久的析氧反應（ORR）/析氧反應（OER）金屬-空氣電池的電催化劑。
本文要點：
（1）分級3D結(jié)構(gòu)的Ag NW@NiMn-LDH催化劑在堿性條件下表現(xiàn)出極好的OER/ORR活性。Ag NW@NiMn-LDHs的杰出的雙功能活性基本上歸因于增加的位點活性和位點種群。
（2）LDH殼的分層3D開孔結(jié)構(gòu)，高的電導率和LDH殼的纖薄的協(xié)同作用與更易于獲得的站點種群有關(guān)。而且，Ag核與LDH殼金屬之間的電荷轉(zhuǎn)移以及缺陷位點和變形位點（Ni和Mn位點的配位較少）的形成極大地增強了位點活性。
（3）Ag NW@NiMn-LDH雜化物在ORR和OER之間表現(xiàn)出0.75 V的過電壓差，并具有30小時的出色耐久性，也是迄今為止報道的最杰出的雙功能電催化劑。
（4）有趣的是，使用混合的Ag NW@NiMn-LDHs（1:2）催化劑作為空氣電極的可充電鋅空氣電池在10 mA cm-2下的充放電電壓間隙為0.77 V，并且具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，Ag NWNiMn-LDHs的分層3D體系結(jié)構(gòu)的概念極大地推動了LDHs向金屬-空氣電池和氧氣電催化劑的應用。
Soressa Abera Chala, et al, Hierarchical 3D Architectured Ag Nanowires Shelled with NiMn-Layered Double Hydroxide as an Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalyst, ACS Nano 2020
DOI: 10.1021/acsnano.9b07487
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b07487
4．銅基催化劑高壓電還原CO2高效制甲酸丨JACS
電催化CO2還原（CO2RR）是一種很有前途的緩解能源和環(huán)境問題的方法，但控制反應途徑和產(chǎn)物仍然具有挑戰(zhàn)性。甲酸是電催化CO2還原有價值的燃料產(chǎn)物，可用于直接發(fā)電的燃料電池。Sn、Pb、和In是常見的電催化CO2制甲酸的催化劑。Cu基催化劑可以產(chǎn)生碳氫化合物和乙醇，但是伴隨著析氫反應（HER），甲酸的法拉第電流效率較低并且分布在含有較多液相產(chǎn)物的液相電解質(zhì)中，需要特殊的分離處理。
提高電催化性能的有效途徑是增加陰極的CO2供給量。根據(jù)亨利定律，活性溶劑化/水合CO2（aq）和H2CO3物種在CO2分壓增加的情況下，電解質(zhì)中的濃度響應增加。因此，在較高的CO2壓力下進行CO2RR反應有利于提高電解液中活性炭的溶解度，提高電解液的效率。然而，銅基電催化劑在高壓下通常產(chǎn)生不同的CO2RR產(chǎn)物而沒有高選擇性。此外，在高壓下一個未解決的挑戰(zhàn)是缺乏有效的氧氣釋放（OER），使用非貴金屬電催化劑與CO2RR配對以獲得高的整體能量轉(zhuǎn)換效率。斯坦福大學的戴宏杰設(shè)計了一種超純銅箔的方波電化學氧化還原循環(huán)處理方法，制備了富含（111）取向Cu2O納米粒子的亞微米厚膜，用于CO2RR， CO2壓力為1-60 atm。
本文要點
（1）在KHCO3溶液中，45 atm以上，SW-Cu2O/Cu電極抑制了析氫反應（HER），甲酸的法拉第電流效率高達98%，連續(xù)運行20h，高效選擇性生成甲酸具有良好的穩(wěn)定性。
（2）全電解槽與碳酸氫鎳配合使用，可獲得高達55.8%的能量效率，在新設(shè)計的KOH/硼酸鹽催化劑中，能夠在高CO2壓力下維持堿性pH環(huán)境。
（3）全電解槽在不需要產(chǎn)品分離的情況下，生成的甲酸有效量約為~0.4g/cm2。
研究結(jié)果對將電催化CO2還原為一種具有高能量轉(zhuǎn)換效率的液體產(chǎn)品具有一定的指導意義。
Jiachen Li, et al.，Electroreduction of CO2 to formate on copper based electrocatalyst at high pressures with high energy conversion efficiency，JACS，2020
DOI: 10.1021/jacs.0c00122
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c00122
Part Ⅳ 生物醫(yī)藥
5. 等離子體基底上血清和唾液中SARS-CoV-2抗體的精確檢測和定量分析丨Nature Biomed. Eng.
戴宏杰等人報告了通過抗體和抗體親和力分析，依靠納米結(jié)構(gòu)等離子體金基質(zhì)的近紅外熒光放大，同時檢測人血清和唾液中針對刺突蛋白S1亞單位和SARS-CoV-2受體結(jié)合域的抗體，對SARS-CoV-2、SARS-CoV-1及常見感冒病毒OC43、HKU1、NL63、229E的冠狀病毒抗原進行免疫球蛋白親和性測定。
Liu, T., Hsiung, J., Zhao, S. et al. Quantification of antibody avidities and accurate detection of SARS-CoV-2 antibodies in serum and saliva on plasmonic substrates. Nat Biomed Eng 4, 1188–1196 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41551-020-00642-4
6.利用交聯(lián)的功能化包覆層以促進納米顆粒的快速代謝清除丨Angew
可作為診療試劑的納米顆粒在目前已被廣泛研究。然而，目前被批準可用于人體的納米材料數(shù)量仍非常有限。體內(nèi)近紅外IIb區(qū)熒光成像 (NIRIIb，1500 - 1700 nm)具有低的光散射和接近于零的自發(fā)熒光等優(yōu)勢，因此其也有著更深的組織穿透和更高的成像清晰度。然而，目前大多數(shù)的NIRIIb熒光團都是基于納米顆粒的探針，其在體內(nèi)滯留時間往往很長。斯坦福大學戴宏杰教授構(gòu)建了一種新型交聯(lián)包覆層來對核/殼硫化鉛/硫化鎘量子點(PbS/CdS量子點)進行功能化，其發(fā)射波長約為1600 nm。
本文要點：
（1）該包覆層由三層交聯(lián)的兩親性聚合物層(支化PEG-線型PAA-支化PEG, P3包覆層)組成，其具有高的生物相容性。靜脈給藥2周后，90%的QDs會從體內(nèi)被代謝清除。實驗將P3-QDs和抗CD8雙抗 (Cysdiabody)進行偶聯(lián)，證明了其可以對抗PD-L1治療后的CD8+細胞毒性T淋巴細胞(CTLs)進行體內(nèi)分子成像。
（2）實驗通過將其與下轉(zhuǎn)換Er納米顆粒(ErNPs)進行結(jié)合，證明了該雙路分子成像策略可以通過非侵入性的NIR-IIb光學顯微鏡（LSM）對PD-L1陽性腫瘤細胞和CD8陽性細胞毒性T淋巴細胞(CTLs)進行體內(nèi)實時監(jiān)測。與此同時，實驗也證明了與TRC105(一種抗CD105的嵌合單克隆抗體)結(jié)合的P3-QDs可以對腫瘤微環(huán)境中的血管生成進行成像，并且P3-QDs也能夠成像體內(nèi)的深部淋巴結(jié)，其信號背景比可高達170。最后，實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)在磁性納米顆粒上修飾P3也能使其在2周內(nèi)被快速代謝，從而充分證明了這一方法的普適性。
Zhuoran Ma. et al. Cross‐Link‐Functionalized Nanoparticles for Rapid Excretion in Nanotheranostic Applications. Angewandte Chemie International Edition.
DOI: 10.1002/anie.202008083
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202008083
除此之外，戴宏杰教授課題組2020年在生物醫(yī)藥、熒光成像等領(lǐng)域還發(fā)表了一系列重要成果，由于內(nèi)容較多，在此不一一列出。感興趣的讀者可前往戴宏杰教授課題組網(wǎng)站學習。
1. 大型非均勻熒光等離子體銀芯片:起源和機制丨Chem
（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929420305350）
2. 稀土下轉(zhuǎn)換納米粒子用于生物系統(tǒng)的NIR-II成像丨Nano Research
（https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-020-2721-0）
（課題組主頁：http://dailab.stanford.edu/）
重要理念
有同學問戴老師科研當中什么最重要。戴老師不假思索地回答“reliable”。戴老師提起他們實驗室對實驗數(shù)據(jù)要求非常嚴格，一定要能讓別人按照你的文章重復出你的工作，這樣的文章才是有意義的。
戴宏杰教授簡介
戴宏杰教授本科畢業(yè)于清華大學，獲哈佛大學博士學位。1997年起加入斯坦福大學化學系，現(xiàn)任J.G. Jackson & C.J.Wood 終身榮譽教授。戴宏杰教授2002年獲得美國化學會純粹化學獎；2006年獲得美國物理學會James McGroddy（新材料）獎；2009年獲得哥倫比亞大學Ramabrahmam和Balamani Guthikonda獎；戴宏杰教授在物理、化學、材料和生物醫(yī)學類的國際著名期刊發(fā)表論文300余篇，其論文的總引用次數(shù)超過12萬次，H-index: 199。戴教授在多個國際學術(shù)刊物上擔任編輯和編委工作，是《Nano Research》的發(fā)起人和主編。
