1. Chem. Rev.：利用可生物降解的聚合物制備生物醫(yī)學支架
杜克大學Matthew L. Becker對利用可生物降解的聚合物制備生物醫(yī)學支架的相關研究進展進行了綜述。1）可降解聚合物被廣泛應用于組織工程和再生醫(yī)學等領域。隨著增材制造能力的成熟以及正交化學功能化方法的進步，設計和構建生物活性支架的缺陷特異性形狀因數(shù)和策略得到了迅速的發(fā)展。然而，利用可降解聚合物作為基礎材料所構建的缺陷特異性支架也正面臨著不同于其他類型材料的諸多挑戰(zhàn)。2）作者在文中對利用可生物降解的聚合物制備生物醫(yī)學支架的相關研究進行了綜述，旨在為可生物降解聚合物支架的制備提供指導，包括材料和制備方法的選擇以及如何實現(xiàn)支架組織的特異性應用等。Alina Kirillova. et al. Fabrication of Biomedical Scaffolds Using Biodegradable Polymers. Chemical Reviews. 2021DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c01200https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.0c01200
2. Nature Commun.：一種面向高能水系多價離子電池的通用策略
可充電多價金屬（如Ca、Mg或Al）電池因其固有的低成本成為大規(guī)模電化學儲能的理想候選技術。然而，其較差的電化學可逆性、金屬負極的枝晶生長、緩慢的金屬氧化物正極多價離子動力學以及電極與非水有機基電解液較差的相容性等問題阻礙了它們的實際應用。近日，為了解決這些問題，澳大利亞悉尼科技大學汪國秀教授，Dong Zhou，美國馬里蘭大學王春生教授報道了由濃縮水凝膠電解質、含硫負極和高壓金屬氧化物正極組成的各種水系多價離子電池作為非水多價金屬電池的替代體系。成功將水系多價離子/硫||金屬氧化物化學應用在最具挑戰(zhàn)性的Ca基電池體系中。1）所研制的全水Ca離子/硫電池（ACSB）由硫/碳（S/C）負極、層狀Ca0.4MnO2正極和一種8.37m的（mol kg-1solvent）基于飽和Ca(NO3)2水溶液的凝膠電解質組成。2）研究發(fā)現(xiàn)，凝膠電解質的低水活度有效地抑制了多硫化鈣在負極中溶解造成的容量損失，同時促進了Ca離子在正極中快速穩(wěn)定的嵌入/脫嵌。3）實驗結果顯示，開發(fā)的ACSB具有110 Wh kg-1的高比能量，在0.2 C下150次循環(huán)后的容量保持率為83%，在水凝膠電解質中具有極高的安全性。此外，該策略還可以推廣到制造高能水系Mg離子/硫||金屬氧化物和Al離子/硫||金屬氧化物電池。這些關鍵發(fā)現(xiàn)為開發(fā)低成本儲能的水系多價離子電池邁出了革命性的一步。Tang, X., Zhou, D., Zhang, B. et al. A universal strategy towards high–energy aqueous multivalent–ion batteries. Nat Commun 12, 2857 (2021).DOI：10.1038/s41467-021-23209-6https://doi.org/10.1038/s41467-021-23209-6
3. Nature Commun.：Fe單原子催化劑上硝酸鹽還原用于電化學合成氨
利用電化學法將硝酸鹽（一種廣泛存在的水污染物）轉化為有價值的氨（NH3），是一種綠色的氨合成路線，也是對Haber-Bosch工藝的一種極有吸引力的補充。然而，由于存在其他硝酸鹽還原途徑，選擇性地將反應途徑導向氨目前仍受到缺乏有效催化劑的嚴重挑戰(zhàn)。近日，受用于Haber-Bosch工藝的催化劑（Fe基化合物）和固氮酶（主要含有Fe-Mo輔因子）中Fe活性位點的啟發(fā)，美國萊斯大學汪淏田教授，加拿大卡爾加里大學Samira Siahrostami報道了一種通過具有出色催化活性和選擇性的Fe單原子位點將NO3-還原為NH3。1）研究人員以二氧化硅粉末為硬模板，采用微波輔助碳化法合成了Fe SAC。該策略包括將包括FeCl3、鄰苯二胺和二氧化硅的前體混合，隨后熱解混合物，然后進行氫氧化鈉和硫酸蝕刻以及第二次熱解。采用像差校正的中角環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡（AC MAADF-STEM），研究人員成功發(fā)現(xiàn)了分散在多孔碳載體上的孤立的Fe單原子亮點。此外，電子能量損失譜（EELS）證實了其Fe-N-C配位結構。2）實驗結果顯示，與可逆氫電極（RHE）相比，將Fe SAC沉積在標準玻碳電極上，其在0.66 V時的最大NH3法拉第效率（FE）約為75%，在0.85 V時，NH3部分電流密度高達約100 mA cm?2。這相當于令人印象深刻的20000 μg h?1 mgcat.?1的高NH3產(chǎn)率。此外，盡管具有極低的Fe含量，但Fe SAC顯示出比Fe納米顆粒催化劑顯著提高的NH3產(chǎn)率。3）研究人員利用密度泛函理論（DFT）計算，揭示了NO3-在Fe單原子位置上還原為NH3的反應機理。此外，研究還發(fā)現(xiàn)NO*還原為HNO*和HNO*還原為N*是潛在的限制步驟。Wu, ZY., Karamad, M., Yong, X. et al. Electrochemical ammonia synthesis via nitrate reduction on Fe single atom catalyst. Nat Commun 12, 2870 (2021).DOI：10.1038/s41467-021-23115-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-021-23115-x
4. Nature Commun.：工程化紅細胞用于治療同種異體腫瘤
檢查點抑制劑和T細胞治療等策略都證明了T細胞在抗癌免疫過程中會發(fā)揮關鍵性作用。然而，與這些治療相關的局限性推動了替代方法的需求。Rubius Therapeutics公司Tiffany F. Chen將紅細胞改造成人工抗原呈遞細胞(aAPCs)，并將其用于呈遞一個與主要組織相容性復合物I、共刺激配體4-1BBL和白細胞介素（IL）-12結合的多肽。1）該工程化紅細胞可在體內腫瘤模型中產(chǎn)生有效的抗原特異性T細胞擴增、記憶形成、免疫激活、腫瘤控制和抗原擴散。2）同種異體的aAPC（RTX-321）由呈遞人乳頭狀瘤病毒(HPV)多肽HPV16 E711-19的人類白細胞抗原-A*02:01和表面的4-1BBL及IL-12組成，它可在體外激活HPV特異性T細胞并促進效應功能。綜上所述，RTX-321是一種有效的體內細胞免疫療法，可用于治療HPV陽性癌癥，包括宮頸癌和頭頸部癌癥等。Xuqing Zhang. et al. Engineered red blood cells as an off-the-shelf allogeneic anti-tumor therapeutic. Nature Communications. 2021https://www.nature.com/articles/s41467-021-22898-3
5. Nano Letters：碳納米線上高度分散的鈰原子作為ORR電催化劑用于鋅空氣電池
開發(fā)高效的無貴金屬氧還原反應（ORR）電催化劑對于降低燃料電池和金屬-空氣電池的成本至關重要。近日，香港科技大學邵敏華教授，美國華盛頓州立大學林躍河教授，中科院金屬研究所劉暢研究員報道了開發(fā)了一種由Ce單原子組成的新型Ce-N-C電催化劑（SACe-N/PC）。1）SACe-N/PC電催化劑合成過程包括表面活性劑模板誘導聚吡咯納米線，電負性N原子吸附在聚吡咯納米線上的Ce3+/Li+，以及高溫熱解等過程。原子分辨率的DFSTEM成像和XAS表征結果表明，SACe-N/PC富含豐富的Ce單原子位點。2）實驗結果顯示，SACe-N/PC催化劑具有較高的ORR活性，在堿性介質中半波電位為0.88 V，在酸性電解質中為0.75 V。其出色的電催化ORR性能可媲美已經(jīng)得到廣泛研究的Fe-N-C催化劑，在替代Pt催化劑方面具有很大的應用前景。以SACe-N/PC電催化劑為氧電極組裝的鋅-空氣電池具有具有出色的性能和穩(wěn)定性。3）密度泛函理論（DFT）計算結果表明，原子分散的Ce與吸附的羥基（OH）可以通過降低電位決定步驟（*OH解吸）的勢壘來促進ORR。這項工作為開發(fā)高性能單原子催化劑及其在能源領域的應用提供了一個新的視角。Jin-Cheng Li, et al, Highly Dispersive Cerium Atoms on Carbon Nanowires as Oxygen Reduction Reaction Electrocatalysts for Zn?Air Batteries, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01493https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01493
6. Angew：通過銅（I）-炔基化學實現(xiàn)超微孔金屬-有機框架中基準C2H2/CO2分離
從二氧化碳中分離乙炔仍然是一項艱巨的挑戰(zhàn)，因為它們的分子大小和物理性質非常相似。有鑒于此，美國德州大學圣安東尼奧分校的陳邦林等研究人員，通過銅（I）-炔基化學實現(xiàn)超微孔金屬-有機框架中基準C2H2/CO2分離。1）研究人員在此報告了超微孔MOF中使用銅（I）-炔基化學的第一個實例(CuI@UiO66（COOH）2），以實現(xiàn)超高的C2H2/CO2分離選擇性。2）孔表面錨定的Cu（I）離子可以通過炔基銅π‐絡合作用與C2H2分子發(fā)生特異而強烈的相互作用，從而在低壓區(qū)快速吸附大量C2H2，同時由于孔徑小，有效降低CO2吸收。3）該材料在環(huán)境條件下表現(xiàn)出185的創(chuàng)紀錄的高C2H2/CO2選擇性，顯著高于之前的基準ZJU‐74a（36.5）和ATC‐Cu（53.6）。4）理論計算表明π‐Cu（I）與C2H2的絡合作用主要是由于C2H2的超強結合親和力和記錄選擇性。通過對C2H2/CO2混合氣體的突破性實驗，證明了其優(yōu)異的分離性能。本文研究為用銅（I）-炔基化學對MOF進行功能化處理以實現(xiàn)CO2上C2H2的高選擇性分離提供了一個新的視角。Banglin Chen, et al. Benchmark C2H2/CO2 Separation in an Ultramicroporous Metal–Organic Framework via Copper(I)‐Alkynyl Chemistry. Angewandte Chemie, 2021.DOI：10.1002/anie.202102810https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202102810
7. Angew：表面鈦的電子態(tài)操縱激活了近室溫下TiO2上的脫磷反應
去磷酸化是一種重要的生物反應，它能去除底物中的一個磷酸基，對環(huán)境保護也有重要意義。盡管CeO2已被證明能催化這一反應，但作為稀土元素之一，鈰的自然豐度較低，且全球分布范圍較窄（>90%的儲量位于6個國家）。因此，迫切需要尋找另一種在世界范圍內具有高豐度的元素/材料，也可以有效地從農(nóng)業(yè)廢物中提取磷酸鹽，用于磷的循環(huán)利用。有鑒于此，香港城市大學的Yung-Kang Peng等研究人員，報告了表面鈦的電子態(tài)操縱激活了近室溫下TiO2上的脫磷反應。1）以對硝基苯磷酸酯（p‐NPP）為模型化合物，研究人員證明了具有F修飾（001）表面的TiO2可以在低至40℃的溫度下激活p‐NPP去磷酸化。2）探針輔助核磁共振（NMR）表明，氟的強吸電子效應使（001）表面的Ti原子（即活性中心）呈酸性。3）p‐NPP在該表面上的雙齒吸附進一步促進其隨后的活化，其阻隔比原始（001）和（101）表面低約20 kJ/mol，從而使該反應在接近室溫(從> 80 °C)的條件下被活化。Quan Wang, et al. Electronic State Manipulation of Surface Titanium Activates Dephosphorylation over TiO2 Near Room Temperature. Angewandte Chemie, 2021.DOI：10.1002/anie.202104397https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202104397
8. AM: 3D打印的一次性紙質超級電容器
超級電容器，特別是雙電層電容器（EDLC），由于其長壽命，高功率密度，高電容和快速充電速率而備受關注。此外，部分超級電容器是由可生物降解或可食用的材料所制造的，是環(huán)保和一次性設備的理想選擇。隨著應用的物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種預測單元數(shù)量巨大且使用壽命短的新型電子產(chǎn)品。預計到2021年，這種電子產(chǎn)品連接設備的數(shù)量將達到270億個，正產(chǎn)生大量電子垃圾（e-waste）。在電子垃圾問題日益嚴重的驅動下，可持續(xù)電子領域引起了人們的極大興趣。如今，鋰離子或堿性電池等標準儲能技術仍為大多數(shù)智能設備供電。盡管它們具有良好的性能，但其不可再生和有毒的材料的特性仍需要專門的收集和回收過程。此外，它們的標準化外形和性能規(guī)格限制了智能設備的設計。近日，蘇黎世聯(lián)邦理工大學Gustav Nystr?m等研究人員報道了一種3D打印的一次性無毒超級電容器，在高達1.2 V的工作電壓下，該電容器可保持25.6 F g-1的高電容。1）3D打印的一次性紙張超級電容器，它是基于可再生和無毒材料的功能性油墨，并且針對3D打印進行了流變學優(yōu)化。完全印刷的雙層電容器在1 mV s-1下，漏電流為40 μA時具有25.6 F gAC-1的比電容，在無金屬超級電容器領域具有頂尖性能。2）該雙電層電容器具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性。它可以在很寬的溫度范圍內工作，工作電壓高達1.2V，并且可以抵抗較大的機械應力。3）使用壽命結束時，雙層電容器可以制成堆肥，并在數(shù)周內分解，該設備能夠為標準鬧鐘供電。Aeby, X., et al, Fully 3D Printed and Disposable Paper Supercapacitors. Adv. Mater. 2021, 2101328.DOI: 10.1002/adma.202101328https://doi.org/10.1002/adma.202101328
9. Adv. Mater綜述：非光誘導的X動力學癌癥治療策略
天津大學常津教授、廈門大學田蕊研究員和新加坡國立大學陳小元教授對非光學誘導的X動力學癌癥治療策略進行了綜述。1）活性氧(ROS)相關的治療方法已被證明是一種有效的癌癥治療策略，它可以通過實現(xiàn)細胞內ROS水平的異常升高以導致細胞死亡。然而，目前最廣泛使用的光動力治療(PDT)仍面臨著很多的限制因素，如有限的組織穿透深度，對高水平氧的依賴和光毒性等。研究表明，非光誘導ROS生成策略(被定義為X動力學療法，X為聲,輻射,微波,化學,熱和電子等)能夠有效克服PDT的缺點。2）作者在文中綜述了X動力學治療的最新進展，包括系統(tǒng)設計、工作機制和腫瘤治療的應用實例等；此外，作者重點介紹了如何提高X動力學治療的效果；最后，作者對這些策略的發(fā)展前景和面臨的挑戰(zhàn)進行了討論和展望。Sheng Wang. et al. Beyond Photo: Xdynamic Therapies in Fighting Cancer. Advanced Materials. 2021DOI: 10.1002/adma.202007488https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202007488
10. ACS Nano綜述：應用驅動的碳納米管功能材料
碳納米管功能材料（CNTFMs）代表著一個將納米科學和納米技術轉化為實際應用的重要研究領域，在科學，技術和工程等廣泛領域都具有潛在的影響。近日，北京大學Anyuan Cao，鄭州大學Yuanyuan Shang等將CNTFMs的最新研究成果與應用前景相結合，以突出該領域的關鍵問題，并確定未來的挑戰(zhàn)。1）作者重點介紹了宏觀長纖維、薄膜和大塊海綿，它們是典型的不同尺寸的CNTFMs，具有不同的特征，并且還涵蓋了各種派生的復合材料/分層材料。2）然后，作者專門討論了與這些材料的結構，特性和作為堅固導電骨架、機械、電子設備中的高性能柔性電極，先進能量轉換、存儲系統(tǒng)以及環(huán)境領域應用中相關的關鍵問題。3）最后，作者提出了可能的解決方案和方向，以克服當前的障礙并促進該領域的未來發(fā)展。Yizeng Wu, et al. Application-Driven Carbon Nanotube Functional Materials. ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c10662https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c10662
11. ACS Energy Lett.：碗狀碳中的鋰儲存：表面曲率和空間幾何對金屬鋰沉積的影響
鋰枝晶生長嚴重阻礙了鋰金屬作為理想電池負極材料的實際應用。為了實現(xiàn)可控鍍鋰，人們一直致力于對負極主體的親鋰化學進行改性。此外，可以從幾何學的角度來解決這個問題。近日，廈門大學王鳴生教授報道了采用碳納米碗（CBs）作為模型主體，利用原位電子顯微鏡研究了幾何引導的Li的生長行為。1）研究發(fā)現(xiàn)，由于表面曲率的強效應，Li金屬總是被引導沉積在孤立的CB的凹面上，而不是凸面上。2）與部分受限空間相比，完全受限的空腔更有利于Li的沉積，例如半球形凹腔和相鄰半球形凹腔之間的空隙。3）研究人員利用密度泛函理論（DFT）計算闡明了幾何引導的Li生長是由與低能Li/碳界面形成相關的能量最小化驅動的。Weibin Ye, et al, Lithium Storage in Bowl-like Carbon: The Effect of Surface Curvature and Space Geometry on Li Metal Deposition, ACS Energy Lett. 2021DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00456https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00456
12. ACS Energy Lett.：一種持久的固體電解質界面用于穩(wěn)定鋰金屬電池
由鋰金屬負極、酯基電解液和富鎳Li[NixCoyMn1?x?y]O2（NCM）正極組成的鋰電池已成為下一代儲能技術的潛在候選者。然而，尋找可與NCM正極高度兼容，同時可在鋰金屬負極表面形成穩(wěn)定的固體電解質界面層（SEI）的合適電解質一直是一個重大挑戰(zhàn)。近日，韓國漢陽大學Yang-Kook Sun報道了使用了一種新的P2S5飽和的CS2（PSC）溶液（1 wt%）作為添加劑來改性由0.8 M雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰（LiTFSI）、0.2 M二氟(草酸)硼酸鋰（LiDFOB）和0.05 M六氟磷酸鋰（LiPF6）組成的酯基電解液，其中LiPF6溶解在碳酸乙酯（EMC）和氟乙烯碳酸酯（FEC）的混合溶劑中。1）研究發(fā)現(xiàn)，P2S5可以被CS2溶解，其中的溶液可以促進原位形成含有無機Li?P?S化合物（Li離子導體，類似Li3PS4）的穩(wěn)定SEI，從而實現(xiàn)了無鋰枝晶和高度可逆的Li金屬負極。2）由鋰金屬負極、PSC改性電解液和Li[Ni0.73Co0.10Mn0.15Al0.02]O2負極組成的實用電池在1500次循環(huán)中表現(xiàn)出高容量、循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率。Seon Hwa Lee, et al, Long-Lasting Solid Electrolyte Interphase for Stable Li-Metal Batteries, ACS Energy Lett. 2021DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00661https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00661
