1. Nature Commun.：無機-有機競爭涂層策略衍生的均勻空心梯度結構四氧化三鐵-碳納米球，助力高倍率和長壽命鋰離子電池
梯度結構是體積變化劇烈的轉換型負極的理想納米結構。有鑒于此，復旦大學趙東元教授、李偉教授等人受椰子結構的啟發，設計了空心梯度結構的四氧化三鐵-碳（HG-Fe3O4@C）納米球，用于超快、長期的鋰離子電池負極。1）展示了一種無機-有機競爭涂層策略來構建梯度結構的氧化鐵-碳納米球，其中氧化鐵納米顆粒的沉積和碳物種的聚合具有競爭性，并且可以通過反應熱力學很好地控制。合成的梯度結構尺寸為~420 nm，由碳基體中的四氧化三鐵納米粒子（4-8 nm）和無定形碳層（~20 nm）組成，由內到外依次由高到低分布聚集到內層（~15 nm）。2）當用作鋰離子存儲的負極時，所獲得的均勻梯度結構Fe3O4@C納米球提供了一個令人印象深刻的可逆容量（~750 mAh g?1），即使在10 A g?1的高電流密度下循環10000次后，庫侖效率仍高達~99.0%。其含量遠遠高于蛋黃殼結構的Fe3O4@C（350 mAh g?1）和中空雜化結構的Fe3O4@C（330 mAh g?1）納米球。3）此外，梯度結構的Fe3O4@C納米球的體積變化可控制在~22%，徑向膨脹率可控制在~7%，即使是在20 A g?1的超高倍率循環10,000次后，其穩定的可逆比容量可控制在~500 mAh g?1。這種獨特的無機-有機競爭策略簡單、可重復、通用，可以為下一代高性能負極的納米結構和復合材料設計帶來了靈感。Yuan Xia et al. Inorganic-organic competitive coating strategy derived uniform hollow gradient-structured ferroferric oxide-carbon nanospheres for ultra-fast and long-term lithium-ion battery. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 2973.DOI: 10.1038/s41467-021-23150-8.https://www.nature.com/articles/s41467-021-23150-8
2. Nature Commun.：電子金屬-載體相互作用調節單原子Pt催化用于析氫反應
調節金屬-載體相互作用被認為是調節負載型金屬催化劑電子結構和催化活性的有效途徑。目前在原子水平上，有關多相催化中的構效關系仍不清楚，例如水(堿)或氫離子(酸)轉化為H2（析氫反應，HER）。近日，新加坡國立大學Wei Chen，Yi Shi，南京大學夏興華教授報道了利用先前報道的定點電沉積技術在不同的二維TMDs載體（MoS2、WS2、MoSe2和WSe2）上構建了四種Pt單原子催化劑作為模型體系。1）詳細的光譜和電化學表征結果表明，通過電子金屬-載體相互作用（EMSI）對單原子Pt氧化態的精細調節，使堿性和酸性HER（質量活性）分別比商品Pt/C高73倍（Pt-SAs/MoSe2）和43倍（Pt-SAs/WS2），揭示了單原子Pt體系在寬pH范圍HER研究中的普適性。2）隨著單原子Pt氧化態的降低，氫結合能降低，酸性HER活性增加到創紀錄的水平。而在堿性HER中，具有最佳氧化態（約+2）的單原子Pt催化劑表現出優異的催化活性，對析氫既不表現出太強的催化劑-H（Pt-H）相互作用，也不表現出對水解離的太弱的催化劑-OH（Pt-OH）相互作用。這一研究有助于從原子水平上闡明酸堿HER的機理，并為合理設計高性能單原子催化劑提供指導。Kim, T., Park, S. & Jeong, S. Diffusion dynamics controlled colloidal synthesis of highly monodisperse InAs nanocrystals. Nat Commun 12, 3013 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-23259-whttps://doi.org/10.1038/s41467-021-23259-w
3. Nature Commun.：Rh催化[4+4]成環反應合成苯并[5.3.1]雙環分子
目前橋頭碳原子的苯并環狀分子以往無法實現合成，有鑒于此，中國海洋大學徐濤等報道通過Ⅱ型[4+4]環加成反應，通過Rh催化苯并環丁烯酮(BCBs)的C1-C8活化，構建了完全由sp2型碳原子構建的anti-Bredt型雙環[5.3.1]結構，并且考察了該分子與雙烯酰胺的偶聯反應情況。1）作者實現了對大量不同雙烯酰胺與苯并環丁烯酮(BCBs)之間的偶聯反應，合成了廣泛的雙環[5.3.1]結構產物，在>20個例子中最高達到89 %產率。作者進一步將橋狀環轉化為含稠化對苯二酚的四環產物，該反應機理通過跨環1,5-氫轉移/Prins成環/Schmidt重排級聯催化反應進行。Jianyu Zhang, Xi Wang & Tao Xu, Regioselective activation of benzocyclobutenones and dienamides lead to anti-Bredt bridged-ring systems by a [4+4] cycloaddition, Nat Commun 12, 3022 (2021)DOI: 10.1038/s41467-021-23344-0https://www.nature.com/articles/s41467-021-23344-0
4. Nature Commun.：In(III)/Ni(II)Lewis酸、Au(I)協同催化構建手性二酮產物
烯醇/烯醇鹽與惰性炔烴之間的分子間加成反應能夠作為一種簡單有效的方法構建C-C鍵，但是目前為止仍無法實現炔烴、1,3-雙羰基化合物之間的不對稱分子間加成反應。有鑒于此，四川大學馮小明、林麗麗等報道了1,3-雙羰基化合物、惰性炔烴之間的不對稱加成反應，該反應通過手性N,N′-雙氧-In(III)/Ni(II)型Lewis酸、非手性Au(I)-π-酸作為協同催化劑體系，將廣泛的β-酮酰胺、β-酮酯、1,3-二酮轉化為含有四級手性中心的產物，該方法表現出較高的產率和對映選擇性。此外，作者通過實驗、過渡態模型計算揭示了該反應的可能過程，從實驗結果出發給出了該反應的手性產生原因。1）作者通過Au(I)/N,N′-O2-In(III)、Ni(II)協同催化劑體系，對惰性炔烴、β-酮酰胺/β-酮酯/1,3-二酮之間的加成反應實現了較好的反應產率和選擇性。在反應機理研究過程中，作者發現1,3-雙羰基化合物的α-取代基位阻作用、Lewis酸的硬度對反應起到主要影響。此外，1,3-二羰基化合物的取代基、酰胺結構、催化劑的骨架結構對反應的對映選擇性產生顯著影響。Xinyue Hu, et al, Catalytic asymmetric Nakamura reaction by gold(I)/chiral N,N?-dioxide-indium(III) or nickel(II) synergistic catalysis, Nat Commun 12, 3012 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-23105-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-021-23105-z
5. Nature Commun.：擴散動力學控制膠體合成的高度單分散InAs納米晶
高度單分散的膠體InAs量子點（QDs）具有優異的光電性能，在紅外探測器、光伏等領域具有廣闊的應用前景。最近，人們引入了一種連續注射的合成工藝來合成尺寸均勻的InAs QDs。盡管如此，其粒徑增加超過5 nm的合成往往會受到生長抑制的影響。此外，生長過程中的二次形核或晶間成熟也伴隨著尺寸的不均勻性。近日，韓國成均館大學Sohee Jeong報道了通過模擬和實驗研究了單分散膠體InAs QDs生長的連續注入過程。1）為了監測QDs尺寸增大時的生長行為，研究人員對QDs的體積和反應物進行了定量比較，然后利用修正的菲克定律通過數學分析得到了連續注入過程的生長模型。基于模型和實驗數據，研究人員發現溶液和QDs之間的濃度梯度決定了InAs QDs的尺寸范圍，通過控制單體通量可以提供更優化的合成條件。2）通過連續過程中的擴散動力學控制（DDC），研究人員成功合成了尺寸大于9.0 nm(最大1600 nm)且具有窄尺寸分布（12.2%）的InAs QDs。這項研究中提出的擴散動態控制合成有效地控制了單體通量，從而克服了源于單體反應性的納米晶體在溶液中生長的尺寸限制。Shi, Y., Ma, ZR., Xiao, YY. et al. Electronic metal–support interaction modulates single-atom platinum catalysis for hydrogen evolution reaction. Nat Commun 12, 3021 (2021).DOI：10.1038/s41467-021-23306-6https://doi.org/10.1038/s41467-021-23306-6
6. Science Advances：CeRu4Sn6半金屬中的量子臨界現象
在強關聯電子體系中觀測量子臨界性能夠用于建立排序規則、發現新晶相、鑒定相關的自由度和相互作用。目前主要觀測的材料局限在絕緣體、金屬材料。對于半金屬而言，雖然其在非平凡拓撲相具有潛在前景，但是其受到的關注較為缺乏。有鑒于此，維也納工業大學Silke Paschen等報道研究CeRu4Sn6型Kondo半金屬材料，通過磁化率、比熱和非彈性中子散射等實驗進行研究。1）磁性Grünesien比率的冪律發散研究結果顯示了非常令人意外的結果，表現出量子臨界不調諧性質。2）在通過穿過布里淵區的中子響應型動能-溫度標度、靜態均勻磁化率-溫度關系表征，發現溫度是臨界作用的唯一能量標度。這種現象與金屬材料體系的Kondo破壞性量子臨界效應相關，可能在半金屬材料中廣泛存在。Wesley T. Fuhrman et al. Pristine quantum criticality in a Kondo semimetal, Science Advances 2021, 7 (21), eabf9134DOI: 10.1126/sciadv.abf9134https://advances.sciencemag.org/content/7/21/eabf9134
7. Science Advances：一種大規模、堅固的蘑菇狀納米通道陣列膜用于超高滲透能量轉換
滲透能是一種大規模的清潔能源，可通過離子選擇膜直接轉化為電能。先前報道的膜都不能滿足超高功率密度、優異的機械穩定性和大規模制造的所有關鍵要求。近日，北京航空航天大學高龍成副教授報道了開發了一種具有超薄選擇性層的超高密度蘑菇狀納米通道陣列膜。1）納米通道由兩部分組成：莖部分是一種帶負電荷的一維（1D）納米通道陣列，其密度為1011 cm2，源自嵌段共聚物（BCP）的自組裝；帽狀部分是由單分子層超支化聚乙烯亞胺（h-PEI）形成的帶正電的三維（3D）通道網絡，相當于每個莖上有數十個1D納米通道。選擇層中納米孔的總面密度可達1012 cm?2。2）極高密度的離子通道表現出單向離子傳輸和良好的離子選擇性，從而導致高性能的能量轉換。在500倍鹽梯度下，膜的輸出功率密度達到22.4 W m?2，是所開發的膜中最高功率密度。值得注意的是，膜的制造得到了很好的控制，而不會犧牲高檔和機械穩定性。這種膜設計策略為大規模滲透能量轉換提供了一條極有前途的途徑。Chao Li, et al, Large-scale, robust mushroom-shaped nanochannel array membrane for ultrahigh osmotic energy conversion, Sci. Adv. 2021DOI: 10.1126/sciadv.abg2183http://advances.sciencemag.org/content/7/21/eabg2183
8. Chem. Soc. Rev.：細菌熒光探針的研究進展
華中師范大學尹軍教授和梨花女子大學Juyoung Yoon對細菌熒光探針的相關研究進展進行了綜述介紹。1）食品發酵、抗生素和污染物降解都與細菌密切相關。細菌在生命中扮演著不可替代的角色。然而，也有一些細菌會嚴重威脅人類的健康，并會引起大規模的傳染病。因此，迫切需要開發能夠準確監測細菌的策略。基于分子探針和熒光成像的技術具有無創、高特異性和高敏感性的特點，其在細菌檢測中也得到了廣泛的應用。2）作者在文中綜述了近年來利用熒光實現細菌檢測的研究進展；對設計用于檢細菌測和成像的有機熒光探針的機制進行了介紹；最后，作者也對利用熒光探針以檢測細菌的發展前景進行了展望。Yurou Huang. et al. Recent progress in fluorescent probes for bacteria. Chemical Society Reviews. 2021https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d0cs01340d#!divAbstract
9. Angew：一種雙相電解質用于抑制鋰金屬電池中氧化還原分子的穿梭效應
氧化還原分子（RMs）作為電子載體已被廣泛應用于鋰液流電池、鋰氧電池等電化學儲能器件（ESD）中。不幸的是，RMs向鋰負極的遷移導致了它們之間的副反應，進而導致電池庫侖效率的降低和過早失活。近日，河南大學趙勇教授報道了一種由nonafluoro-1,1,2,2-tetrahydrohexyltrimethoxysilane （NFTOS）和四甘醇二甲醚（TEGDME）或二甲基亞砜（DMSO）組成的兩相有機/有機電解質。1）由于NFTOS與TEGDME或DMSO的表面張力不同，因此形成了穩定的有機/有機不相容電解質。2）得益于與鋰金屬和離子導電性的良好相容性，由NFTOS基電解質組裝的鋰鋰對稱電池在1300 h以上表現出穩定的循環穩定性。此外，高極性RMs僅限于DMSO或TEGDME基正極，同時NFTOS和TEGDME（或DMSO）的界面可以有效地抑制穿梭效應。3）基于上述特性，組裝的Li-氧化還原液流電池和采用兩相電解質的Li-O2電池表現出較長的循環次數，分別是采用單相電解質的電池的17倍和3倍。這一概念為抑制RMs在ESDs中廣泛應用中產生的穿梭效應提供了一種極有前途的策略。Xiao Liu, et al, Biphasic Electrolyte Inhibiting the Shuttle Effect of Redox Molecules in Lithium Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202104003https://doi.org/10.1002/anie.202104003
10. Angew：同分異構二苯并庚并蒽用作空氣穩定的有機場效應晶體管
單重態雙自由基類化合物在有機場效應晶體管(OFETs)中具有巨大的潛力。然而，它們相對較低的材料和器件穩定性阻礙了實際應用。有鑒于此，天津大學的Zhe Sun等研究人員，提出了同分異構二苯并庚并蒽用作空氣穩定的有機場效應晶體管。1）為了達到平衡的穩定性和性能，研究人員用簡單的方法合成了兩個具有單重態雙自由基的異構體二苯并庚并蒽衍生物。2）通過變溫電子順磁共振譜、單晶分析和理論計算，得益于芳香穩定性，兩種化合物均表現出小的雙自由基和大的單重態-三重態間隙。3）基于單晶的OFET器件顯示出0.15 cm2 V‐1 s‐1的高空穴遷移率，是在基于Z型六并苯半導體中最高的。4）兩種異構體在空氣飽和溶液中均表現出卓越的材料穩定性，并在環境空氣下在器件中具有出色的偏應力和儲存穩定性。Chaoyang Zong, et al. Isomeric Dibenzoheptazethrenes for Air‐stable Organic Field‐effect Transistors. Angewandte Chemie, 2021.DOI：10.1002/anie.202105872https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202105872
11. AM：有機發光晶體管的新發展階段
有機發光晶體管（OLET）可能是最小的集成光電器件，它結合了有機場效應晶體管（OFET）的開關和放大機制以及有機發光二極管（OLED）的電致發光特性。OLETs獨特的體系結構使其成為開發下一代顯示技術和用于小型光子器件和電路的電泵浦激光器的理想選擇，但OLETs的發展一直很緩慢。近來，在高遷移率發射有機半導體，高性能OLETs的構建以及新型多功能OLETs的制造方面取得了一些令人振奮的進展。最近的一系列進展可能代表了OLET及其相關設備和電路的新開發階段的來臨。中科院化學所Huanli Dong和Wenping Hu等人將對這些出色的進展進行詳細的回顧，并特別關注開發高性能OLET的關鍵點。最后，提供了一個簡短的結論，并討論了該領域的挑戰和未來前景。1）研究人員提供了OLETs領域取得的進展的摘要，特別關注了從材料和設備優化方面開發高效OLETs的關鍵點。特別是OLETs的顯著進步以及研究人員的興趣增加，可能代表了OLETs技術的新發展時代。Qin, Z., Gao, H., Dong, H., Hu, W., Organic Light-Emitting Transistors Entering a New Development Stage. Adv. Mater. 2021, 2007149. https://doi.org/10.1002/adma.202007149
12. AEM：量子點鈣鈦礦的合成，應用及前景
量子點-鈣鈦礦固體（QDiP），其中膠體量子點（CQD）在體相混合鹵化物鈣鈦礦內部，已經成為具有混合維數的新型半導體。所獲得的界面質量使鈣鈦礦基質能夠很好地將電荷傳輸到嵌入的點，并導致光子相互作用功能超出了單相成分的范圍。加拿大多倫多大學的Edward H. Sargent等人綜述了QDiP的合成和組成方面的最新進展，討論了改進的光電性能，并探討了它們的應用。1）作者重點研究了CQD和鹵化物鈣鈦礦的組合如何增強穩定性，電荷傳輸和載流子擴散長度。總結了設備操作方面的進展（主要是發光二極管和太陽能電池），并給出了有關QDiP未來機會的觀點。Chen, H., Pina, J. M., Hou, Y., Sargent, E. H., Synthesis, Applications, and Prospects of Quantum-Dot-in-Perovskite Solids. Adv. Energy Mater. 2021, 2100774.https://doi.org/10.1002/aenm.202100774
