1. Nature Commun.：通過(guò)可伸縮和可佩戴的徽章卷軸感知關(guān)節(jié)和脊柱的彎曲或拉伸
人體運(yùn)動(dòng)，如關(guān)節(jié)/脊柱彎曲或拉伸，通常包含對(duì)矯形/神經(jīng)疾病診斷、康復(fù)和預(yù)防有用的信息。近日，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所的研究人員報(bào)道了設(shè)計(jì)了一種基于光柵結(jié)構(gòu)的摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG）的徽章狀拉伸傳感器，用于可佩戴和實(shí)時(shí)監(jiān)控人體運(yùn)動(dòng)。1）該傳感器保留了可伸縮卷軸的簡(jiǎn)單操作原理:當(dāng)兩端放置在受試者身體上時(shí)，其會(huì)隨著受試者的彎曲或增強(qiáng)而伸展或收縮。從TENG產(chǎn)生的電信號(hào)被獲得、處理，然后通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，例如手機(jī)。此外，由于體積小、重量輕，它可以貼在皮膚上，或者安裝在一些背心上。2）傳感器的拉伸和收縮與人體彎曲和拉伸同步，表現(xiàn)出8 V mm-1的高靈敏度、0.6 mm的最小分辨率、出色的魯棒性（超過(guò)120次彎曲和拉伸循環(huán)）和低滯后。研究人員利用這種傳感器來(lái)記錄關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，如膝蓋/手臂彎曲、脖子/腰部扭曲，展示其實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。此外，將它沿脊柱連接，包括S1-L1、L1/T12-C7、C1-C7和S1-C7（C、T、L和S分別代表脊柱的頸、胸、腰和骶骨段，數(shù)字代表相應(yīng)的堆疊骨骼），以檢測(cè)脊柱形狀變化，展示其在日常脊柱監(jiān)測(cè)中的潛在應(yīng)用。這種可用于脊柱監(jiān)測(cè)的輕質(zhì)、精確和耐用的拉伸傳感器將有助于降低長(zhǎng)期異常姿勢(shì)習(xí)慣引發(fā)疾病的風(fēng)險(xiǎn)。Li, C., Liu, D., Xu, C. et al. Sensing of joint and spinal bending or stretching via a retractable and wearable badge reel. Nat Commun 12, 2950 (2021).DOI：10.1038/s41467-021-23207-8https://doi.org/10.1038/s41467-021-23207-8
2. JACS：通過(guò)改性第一和第二配位球來(lái)定制單原子催化劑上的酸性氧還原選擇性
多電子電催化反應(yīng)中的產(chǎn)物選擇性對(duì)能量轉(zhuǎn)換效率和化工生產(chǎn)至關(guān)重要。然而，目前的存在的一個(gè)挑戰(zhàn)是對(duì)實(shí)際催化活性中心的了解比較有限。近日，澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋教授以酸性氧還原反應(yīng)（ORR）中的單原子催化劑（SACs）為原型，報(bào)道了催化劑的結(jié)構(gòu)-性能之間的關(guān)系，首次發(fā)現(xiàn)分子水平的局域結(jié)構(gòu)（包括第一配位球和第二配位球）而不是單個(gè)活性原子協(xié)同決定了電催化反應(yīng)。1）研究發(fā)現(xiàn)，SACs中的第一和第二配位球通過(guò)結(jié)構(gòu)效應(yīng)協(xié)同改變活性位點(diǎn)、中心金屬或其他原子的電子結(jié)構(gòu)，并通過(guò)空間效應(yīng)操縱中間吸附。這類似于金屬酶。2）所設(shè)計(jì)的具有N，O-雙配位、C?O?C官能團(tuán)的CoNOC催化劑對(duì)酸性H2O2的電合成表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化活性和超過(guò)95%的選擇性。這是目前最佳的催化劑性能。3）研究表明，Co-SACs上ORR選擇性的根本來(lái)源是活性中心從Co原子向O-相鄰的C原子轉(zhuǎn)移。并得到了密度泛函理論（DFT）計(jì)算、中毒實(shí)驗(yàn)和原位ATR-SEIRAS測(cè)試得到了證實(shí)。這項(xiàng)研究有望對(duì)在分子水平上闡明電催化反應(yīng)機(jī)理產(chǎn)生立竿見影的效果，同時(shí)有助于納米材料在多電子反應(yīng)中的定制產(chǎn)品選擇性。Cheng Tang, et al, Tailoring Acidic Oxygen Reduction Selectivity on Single-Atom Catalysts via Modification of First and Second Coordination Spheres, J. Am. Chem. Soc., 2021DOI: 10.1021/jacs.1c03135https://doi.org/10.1021/jacs.1c03135
3. JACS：靜電作用驅(qū)動(dòng)Ir催化間位C-H鍵硼化
印度桑賈伊-甘地醫(yī)科研究生院(SGPGIMS) Buddhadeb Chattopadhyay等報(bào)道了一種對(duì)具有立體結(jié)構(gòu)選擇趨勢(shì)、無(wú)立體選擇趨勢(shì)的底物通過(guò)靜電導(dǎo)向作用進(jìn)行間位硼基化反應(yīng)。該硼基化反應(yīng)通過(guò)正電配體和負(fù)電底物的靜電相互作用，對(duì)廣泛的底物，尤其是4位修飾的底物能夠在間位進(jìn)行選擇性硼化。同時(shí)對(duì)于4位無(wú)修飾的底物同樣具有較好的間位硼化選擇性。該反應(yīng)中使用較好穩(wěn)定性的配體，在溫和條件中進(jìn)行反應(yīng)，避免使用大體積復(fù)雜配體/模板。1）反應(yīng)情況。以修飾(Et)N–SO2CF3的苯作為底物，在1.5 mol % [Ir(cod)(OMe)]2/3 mol % 1,10-菲啰啉作為催化劑，加入0.5倍量B2Pin2，在40 ℃的環(huán)己烷中進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物的間位選擇性達(dá)到32/1。隨后作者考察了N上不同取代基的情況，展示了很好的兼容性，同時(shí)該反應(yīng)方法具有4-位點(diǎn)較好的官能團(tuán)兼容性。2）該方法通過(guò)靜電作用作為驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)底物中鄰位取代的難以進(jìn)行C-H鍵活化的底物展示了較好的反應(yīng)活性，該反應(yīng)中所需B2Pin2試劑僅僅需要0.5倍量，比傳統(tǒng)的Ir催化遠(yuǎn)程C-H鍵硼基化反應(yīng)中所需的1倍量B2Pin2實(shí)現(xiàn)了顯著的改進(jìn)。該方法有望在藥物分子發(fā)現(xiàn)、天然產(chǎn)物合成、醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展等領(lǐng)域中得以應(yīng)用。Jagriti Chaturvedi, et al, Meta Selective C–H Borylation of Sterically Biased and Unbiased Substrates Directed by Electrostatic Interaction, J. Am. Chem. Soc. 2021DOI: 10.1021/jacs.1c01770https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c01770
4. JACS：Cu催化烯丙基胺基化合成對(duì)映手性α-氨基酮
西安交通大學(xué)郭武生等報(bào)道了一種通過(guò)烯丙基胺基化的方法構(gòu)建手性的鏈狀α-四級(jí)碳氨基酮，該方法學(xué)中通過(guò)Cu催化在空氣氣氛中進(jìn)行，以市售的商業(yè)化有機(jī)胺作為親核試劑，該反應(yīng)的關(guān)鍵之處在于環(huán)狀烯丙基碳酸酯底物的設(shè)計(jì)，該底物通過(guò)脫羧反應(yīng)產(chǎn)生Cu配位的烯醇兩性離子中間體。1）反應(yīng)情況。以雙炔基醇作為底物，通過(guò)在[Ag]催化條件中轉(zhuǎn)化為環(huán)狀碳酸酯分子，隨后將環(huán)狀碳酸酯、苯胺作為反應(yīng)物，在Cu(CAN)4PF6/吡啶雙二惡唑啉配體催化劑體系、加入奎寧堿，在二氧六環(huán)/TFE混合溶劑中于-12 ℃中進(jìn)行反應(yīng)。2）本文方法學(xué)表現(xiàn)了較好的官能團(tuán)兼容性，產(chǎn)物的不對(duì)稱性較好（通常產(chǎn)物的ee高于93 %），該反應(yīng)方法為合成難度較高的手性α-四級(jí)碳修飾的α-氨基酮。Wusheng Guo, et al, Propargylic Amination Enabled the Access to Enantioenriched Acyclic α-Quaternary α-Amino Ketones, J. Am. Chem. Soc. 2021DOI: 10.1021/jacs.1c03182https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c03182
5. JACS：具有窄禁帶和長(zhǎng)壽命載流子的層狀鈣鈦礦碘氧化物用于光催化水分解
開發(fā)具有窄禁帶、高穩(wěn)定性的半導(dǎo)體是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到化學(xué)能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。以鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為代表的含碘化合物，由于其窄禁帶和長(zhǎng)壽命載流子而引起了人們的關(guān)注，但由于碘容易自氧化而被認(rèn)為不適合于苛刻的光催化水分解。近日，日本京都大學(xué)Ryu Abe，Hiroshi Kageyama報(bào)道了一種層狀Sille?n?Aurivillius碘氧化物，Ba2Bi3Nb2O11I，其不僅比它的氯化物和溴化物具有更寬的可見光范圍，而且可以作為一種穩(wěn)定的光催化劑用于高效水分解。1）密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果表明，鈣鈦礦構(gòu)筑塊中的O 2p軌道，而不是先前指出的螢石Bi2O2塊中的O 2p軌道反常地推高了價(jià)帶最大值，這可以通過(guò)碘的高極化率的修正的Madelung勢(shì)來(lái)解釋。此外，高極化的碘化物使Ba2Bi3Nb2O11I的載流子壽命更長(zhǎng)，從而使其量子效率相比其氯化物和溴化物要高得多。2）研究人員在以Ba2Bi3Nb2O11I為析氧光催化劑的碘基體系中，首次實(shí)現(xiàn)了可見光驅(qū)動(dòng)的Z-方案水分解。這項(xiàng)研究提供了一種新的策略，將可極化的“軟”陰離子加入到層狀材料的構(gòu)筑塊中，從而可以控制能帶結(jié)構(gòu)并改善可見光響應(yīng)的載流子動(dòng)力學(xué)。Kanta Ogawa, et al, Layered Perovskite Oxyiodide with Narrow Band Gap and Long Lifetime Carriers for Water Splitting Photocatalysis, J. Am. Chem. Soc., 2021DOI: 10.1021/jacs.1c02763https://doi.org/10.1021/jacs.1c02763
6. JACS：溴取代誘導(dǎo)的高居里溫度二維雙層鈣鈦礦光鐵電體
高居里溫度（Tc）鐵電材料在光電設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用。近來(lái)，具有優(yōu)異光電特性的二維多層鈣鈦礦鐵電體作為光鐵電體的新系統(tǒng)引起了廣泛的研究興趣。然而，多層鈣鈦礦光鐵電系統(tǒng)的Tc值的高效調(diào)節(jié)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近日，中科院福建物構(gòu)所Junhua Luo，Xitao Liu等報(bào)道了一種將溴原子引入正丙胺陽(yáng)離子的鹵素取代策略，獲得了具有高Tc值（348.5 K）的雜化鈣鈦礦光鐵電體，(3-bromopropylaminium)2(formamidinium)Pb2Br7 (BFPB)。1）值得注意的是，BFPB具有二維雙層無(wú)機(jī)骨架，并通過(guò)C–Br··Br–Pb，鹵素···鹵素相互作用和N–H··Br氫鍵與有機(jī)陽(yáng)離子緊密連接。2）有趣的是，與化合物(n-propylaminium)2(formamidinium)Pb2Br7相比，BFPB的Tc值具有顯著提高（提高了85.2 K），這進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用的溫度范圍。3）結(jié)合其優(yōu)良的鐵電和半導(dǎo)體特性，作者在BFPB單晶中實(shí)現(xiàn)了可逆的體相光伏效應(yīng)。該工作發(fā)現(xiàn)不僅可以增加鈣鈦礦雜化鐵電體材料種類，而且可以進(jìn)一步促進(jìn)鐵電體的光電應(yīng)用。Zhenyue Wu, et al. Bromine-Substitution-Induced High-Tc Two-Dimensional Bilayered Perovskite Photoferroelectric, J. Am. Chem. Soc. 2021DOI: 10.1021/jacs.1c00459https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c00459
7. JACS：MOF/碳納米管復(fù)合物用于分子大小選擇性檢測(cè)
傳統(tǒng)的化學(xué)傳感方法學(xué)中，對(duì)分析分子的表征通常基于分析分子的特殊化學(xué)性質(zhì)，改善傳感器的環(huán)境能夠提高傳感器對(duì)特定分子的選擇性。有鑒于此，匹茲堡大學(xué)Alexander Star等報(bào)道了一種將2D MOF Cu3(HHTP)2和單臂碳納米管雜化，能夠?qū)μ妓衔锏姆肿哟笮∵M(jìn)行選擇性響應(yīng)。1）作者構(gòu)建了液控場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Liquid gated field-effect transistor），其中基于Cu3(HHTP)2/SWCNT復(fù)合材料的FET器件展示了更高的開/關(guān)區(qū)別，同時(shí)能夠?qū)Σ煌笮〉奶妓衔锓肿舆M(jìn)行識(shí)別。該器件對(duì)葡萄糖分子的檢測(cè)濃度達(dá)到個(gè)數(shù)微摩爾。2）作者通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模擬，揭示了不同糖分子以及其堆疊結(jié)構(gòu)區(qū)別能夠?qū)е虏煌潭鹊碾x子擴(kuò)散，碳水化合物分子的檢測(cè)機(jī)理基于碳水化合物分子填滿MOF的孔道導(dǎo)致器件柵極電容減小。這種通過(guò)限制傳感器中的擴(kuò)散效應(yīng)展示了一種新穎的化學(xué)傳感機(jī)理。David L. White, et al, Size Discrimination of Carbohydrates via Conductive Carbon Nanotube@Metal Organic Framework Composites, J. Am. Chem. Soc. 2021DOI: 10.1021/jacs.1c01673https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c01673
8. JACS：一種仿生鉬催化劑用于水溶液高氯酸鹽還原
高氯酸鹽（ClO4?）是地球和火星上普遍存在的一種有害的惰性陰離子。目前的ClO4?還原技術(shù)要么需要苛刻的條件，要么需要多組分的酶法過(guò)程。近日，美國(guó)加州大學(xué)河濱分校Jinyong Liu報(bào)道了一種由雙齒氮配體（L），Na2MoO4和Pd/C直接制備的多相(L)Mo-Pd/C催化劑，用于在室溫下結(jié)合1 atm的H2將ClO4?溶液還原為Cl?。1）一系列的儀器表征和探測(cè)反應(yīng)結(jié)果表明，MoVI前體和L以1：1的最佳比例原位轉(zhuǎn)化為碳?水界面上的低聚MoIV活性中心。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于每個(gè)Mo位點(diǎn)，氧原子從ClOx?基底轉(zhuǎn)移的初始周轉(zhuǎn)頻率（TOF0）達(dá)到165 h?1。單批還原100 mm ClO4?后，周轉(zhuǎn)數(shù)（TON）達(dá)到3840。本研究提供了一種水相容、高效、堅(jiān)固的催化劑來(lái)降解和利用ClO4?用于水凈化和太空探索。Changxu Ren, et al, A Bioinspired Molybdenum Catalyst for Aqueous Perchlorate Reduction, J. Am. Chem. Soc., 2021DOI: 10.1021/jacs.1c00595https://doi.org/10.1021/jacs.1c00595
9. JACS：?jiǎn)尉ФS鈣鈦礦納米線陣列高性能偏振光探測(cè)
結(jié)構(gòu)調(diào)控能夠從多個(gè)角度將多種異常性質(zhì)集成到同一材料中，從而有望實(shí)現(xiàn)緊湊小巧的多功能器件的發(fā)展。層狀鈣鈦礦材料由于能夠在少層鈣鈦礦材料中通過(guò)設(shè)計(jì)體積較大的有機(jī)陽(yáng)離子、納米結(jié)構(gòu)從而在鈣鈦礦材料中實(shí)現(xiàn)功能化，為多功能材料的設(shè)計(jì)提供平臺(tái)。同時(shí)層狀鈣鈦礦材料中能夠?qū)崿F(xiàn)交聯(lián)性高效載流子傳輸。有鑒于此，新加坡南洋理工大學(xué)Jiangang Feng、中科院理化技術(shù)研究所吳雨辰等報(bào)道了通過(guò)溶液法合成手性鈣鈦礦納米線陣列，得到具有高性能Stokes的光探測(cè)器，能夠用于任意角度的偏振光檢測(cè)。1）其中層狀鈣鈦礦中的手性銨陽(yáng)離子插層能夠?qū)Ω飨虍愋宰罡哌_(dá)到0.15的圓偏振光響應(yīng)，同時(shí)具有各向異性介電功能的嚴(yán)格排列的納米線陣列能夠?qū)€性偏振光產(chǎn)生較高的偏振作用（極化率達(dá)到1.6）。2）由于單晶級(jí)別純度，良好的晶體學(xué)取向，導(dǎo)致載流子沿著納米線實(shí)現(xiàn)面內(nèi)傳輸，實(shí)現(xiàn)47.1 A W-1的響應(yīng)、探測(cè)率達(dá)到1.24 × 1013 Jones。通過(guò)這種較高光電活性以及線性、圓極化響應(yīng)實(shí)現(xiàn)了較好的光電流對(duì)比度，在這種納米線光探測(cè)器中實(shí)現(xiàn)了Stokes參數(shù)探測(cè)能力。這種具有Stokes參數(shù)探測(cè)能力的光探測(cè)器對(duì)于偏振光成像提供了機(jī)會(huì)和前景。Yingjie Zhao, et al, Chiral 2D-Perovskite Nanowires for Stokes Photodetectors, J. Am. Chem. Soc. 2021DOI: 10.1021/jacs.1c02675https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c02675
10. AFM：一種富N缺陷的多功能碳?xì)蛛姌O助力長(zhǎng)周期超高功率密度的鋅溴液流電池
鋅溴液流電池（ZBFBs）具有能量密度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的儲(chǔ)能技術(shù)之一。然而，Br2/Br?電偶的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩和鋅枝晶等問(wèn)題，造成了ZBFBs的低功率密度和較差的循環(huán)穩(wěn)定性。有鑒于此，為解決上述問(wèn)題，中科院大連化物所李先鋒，張華民研究員報(bào)道了研制了一種具有富N缺陷的多功能碳?xì)蛛姌O（NTCF）。1）研究發(fā)現(xiàn)，NTCF的碳纖維上富含N基團(tuán)的缺陷對(duì)Br2/Br?反應(yīng)具有極高的催化活性。同時(shí)，富N缺陷對(duì)鋅原子的吸附能壘越低，其在NTCF上沉積的位置越多，鋅的沉積越均勻。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用NTCF作為正極和負(fù)極的ZBFB可以穩(wěn)定地工作在180 mA cm?2的大電流密度下，庫(kù)侖效率達(dá)到97.25%。在面積容量為40 mAh cm?2的條件下，80 mA cm?2的鋅對(duì)稱液流電池循環(huán)壽命可達(dá)140次以上，庫(kù)侖效率為98.93%。這個(gè)電流密度和面容量是迄今為止所報(bào)道的鋅對(duì)稱液流電池的最高值。本工作為提高ZBFBs的功率密度和循環(huán)壽命提供了一條有效的途徑。Wenjing Lu, et al, Multifunctional Carbon Felt Electrode with N-Rich Defects Enables a Long-Cycle Zinc-Bromine Flow Battery with Ultrahigh Power Density, Adv. Funct. Mater. 2021DOI: 10.1002/adfm.202102913https://doi.org/10.1002/adfm.202102913
11. EnSM綜述：堿離子電池Sn-P基負(fù)極的應(yīng)用與展望
磷化錫（Sn-P）基材料是一種元素豐富的堿性離子電池負(fù)極材料。Sn4P3作為一種新興的磷化錫材料，由于其穩(wěn)定的相位、合適的運(yùn)行電位和高的理論比容量，正迅速成為下一代堿性離子電池的重要替代負(fù)極。但由于體積變化和錫的聚集而導(dǎo)致的容量快速衰減嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。有鑒于此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)戴長(zhǎng)松教授和王文輝助理教授等人綜述了以Sn4P3為材料的Sn-P負(fù)極的發(fā)展。1）首先簡(jiǎn)要介紹了Sn4P3的工作機(jī)理和合成。回顧了以Sn4P3為指標(biāo)的Sn-P負(fù)極的發(fā)展歷程，并將已發(fā)表的論文中解決Sn4P3問(wèn)題的實(shí)施方法分為四種策略，即設(shè)計(jì)分層/中空納米結(jié)構(gòu)，構(gòu)建碳質(zhì)材料堅(jiān)固的物理屏障，摻雜或引入異相界面以及修飾固體電解質(zhì)界面（SEI）層。2）還討論了所提出的策略在堿離子電池中其他基于Sn-P材料（例如SnP3和SnP）中的應(yīng)用。最后，提出了堿性離子電池基于Sn-P負(fù)極所面臨的挑戰(zhàn)和前景。這篇綜述系統(tǒng)地回顧了Sn-P材料的進(jìn)展，這不僅將促進(jìn)Sn-P基負(fù)極的發(fā)展，而且還有助于對(duì)類似的合金基材料產(chǎn)生新的見解。Shuting Sun et al. Application and prospective of Sn-P based anodes for alkali-ion batteries. Energy Storage Mater. 2021.DOI: 10.1016/j.ensm.2021.05.021.https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.05.021
12. InfoMat：原位紫外交聯(lián)鋰聚合物電池的界面工程
開發(fā)具有高電流密度能力的固態(tài)鋰電池一直是一個(gè)主要挑戰(zhàn)，部分原因是電極/電解質(zhì)的大界面電阻。有鑒于此，伊利諾大學(xué)芝加哥分校Reza Shahbazian‐Yassar等人制備了自支撐式聚合物電解質(zhì)和具有原位UV交聯(lián)功能的活性電極材料集成網(wǎng)絡(luò)。1）該方法提供了一種厚度為20~40 μm、形貌均勻的復(fù)合聚合物電解質(zhì)，其交聯(lián)度約為58%，足以成為具有良好附著力的柔性自支撐電解質(zhì)膜。目前的方法使用<5 vol%的電解質(zhì)作為正極電解質(zhì)的一部分，并導(dǎo)致了一個(gè)完整的界面接觸。2）在170 mA g?1（~25 μA cm?2，1 C）的高電流密度下，該修飾可使Li||LiFePO4電池在100次循環(huán)中保持85%的比容量。采用這種方法，與非交聯(lián)界面相比，界面電阻降低了7倍之多。這種界面工程技術(shù)有望增加質(zhì)量和體積能量密度，并促進(jìn)可持續(xù)的高性能自支撐聚合物鋰電池。Ramin Rojaee et al. Interfacial engineering of lithium-polymer batteries with in situ UV cross-linking. InfoMat 2021.https://doi.org/10.1002/inf2.12197
