1. Chem. Soc. Rev.：金屬基化合物用于對抗真菌
巴黎文理研究大學Gilles Gasser和Kevin Cariou對金屬基化合物用于對抗真菌的相關(guān)研究進展進行了綜述。1）近幾十年來，抗菌藥物耐藥性的出現(xiàn)引發(fā)了許多公共衛(wèi)生方面的問題，這表明目前已有的藥物庫在治療包括真菌感染在內(nèi)的一些疾病時往往效果不佳，特別是在免疫功能低下和有潛在健康問題的人群中。研究表明，將具有抗真菌性質(zhì)的有機體和金屬離子相結(jié)合可以提高其生物利用度和有效性。這種新型的有機金屬藥物也有望緩解目前抗真菌藥物所面臨的壓力。2）作者在文中對快速發(fā)展的金屬基抗真菌藥物進行了綜述。大量的抗菌分子，如唑類、Schiff堿，縮氧硫脲類藥和其他分子等可以很容易地與多種金屬離子配位，進而極大地提高母代配體的生物殺滅活性，從而進一步擴大了目前可用的抗真菌藥物庫已對抗日益增加的真菌感染發(fā)病率。Yan Lin. et al. Recent developments of metal-based compounds against fungal pathogens. Chemical Society Reviews. 2021https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d0cs00945h
2. Nature Commun.：高清晰度離子束成像用于研究生物分子的亞細胞定位和藥物分布
對多個生物分子及其配體或細胞中納米級小分子之間的關(guān)系進行可視化成像將有助于更好地理解生物過程的運作情況。斯坦福大學Garry P. Nolan設計了一種高清晰度多束離子束成像(HD-MIBI)策略，它是一種二級離子質(zhì)譜方法，能夠?qū)δ繕松飳嶓w和外源性添加的結(jié)構(gòu)未修飾型小分子進行三維高參數(shù)成像。1）該技術(shù)可以將生物分子中的原子成分作為標簽進行使用，進而實現(xiàn)~30納米橫向分辨率的測量分析。實驗利用該技術(shù)將化療藥物順鉑的亞細胞定位與五個亞核結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。結(jié)果表明，順鉑會優(yōu)先富集在核散斑體中，并被染色質(zhì)封閉區(qū)域所排除，表明順鉑會在染色質(zhì)活性區(qū)域發(fā)揮作用。2）研究發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)順鉑和BET抑制劑JQ1的多藥治療后所存活的細胞中，順鉑會幾乎完全地被排除在細胞核之外，由此表明選擇性調(diào)節(jié)藥物的亞細胞再定位有望克服化療治療的耐藥性。綜上所述，這一研究所開發(fā)的多分辨率成像技術(shù)HD-MIBI能夠有效地在生物相關(guān)的亞細胞微環(huán)境中對生物分子和藥物分布進行研究。Xavier Rovira-Clavé. et al. Subcellular localization of biomolecules and drug distribution by high-definition ion beam imaging. Nature Communications. 2021https://www.nature.com/articles/s41467-021-24822-1
3. Nature Commun.：一種用于微機械能采集的高性能漂浮式自激滑動摩擦電納米發(fā)電機
非接觸式摩擦電納米發(fā)電機（TENG）具有轉(zhuǎn)換效率高、壽命長，適合采集隨機微能量和驅(qū)動力小的優(yōu)點。然而，由于電荷的急劇衰減，非接觸式TENG的輸出功率很低（<10 μcm?2），這無疑限制了它的應用。近日，重慶大學胡陳果教授，Wenlin Liu報道了通過轉(zhuǎn)子和定子之間的自激放大，提出了一種具有高輸出性能和長壽命的浮動自激S-TENG（FSS-TENG），它可以有效地收集各種微小的機械能。1）通過引入單向?qū)ū秹弘娐罚╒MC）和在非接觸式轉(zhuǎn)子中增加一個勵磁電極，F(xiàn)SS-TENG本身實現(xiàn)了電荷密度的快速指數(shù)自增長。為了獲得最大的輸出電荷密度，研究人員從理論和實驗兩方面給出了非接觸式TENG的擊穿模型。2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，在300 rpm的轉(zhuǎn)速下，其轉(zhuǎn)移電荷為1 μC（71.53 μC m?2），峰值功率為34.68 mW，分別是無電荷激勵TENG （F-TENG）的5.46倍和3.88倍。此外，F(xiàn)SS- TENG的最大輸出電荷密度在10萬次運行后略有增加，表現(xiàn)出超高的輸出穩(wěn)定性。3）研究人員最后利用風杯作為觸發(fā)器，驗證了FSS- TENG能夠在3 m s?1低風速下收集風能點亮道路警示燈，并能連續(xù)驅(qū)動一些小型電子器件。該工作為隨機采集環(huán)境能量，實現(xiàn)分布式能源供應提供了可靠的策略。Long, L., Liu, W., Wang, Z. et al. High performance floating self-excited sliding triboelectric nanogenerator for micro mechanical energy harvesting. Nat Commun 12, 4689 (2021).DOI：10.1038/s41467-021-25047-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-021-25047-y
4. JACS：多介質(zhì)調(diào)制的無輔助光電化學電池助力太陽能水分解超過4%的制氫效率
光電化學（PEC）整體水分解（OWS）被認為是利用太陽能生產(chǎn)化學能的一種很有前途的方法。盡管許多光電化學電池都是通過耦合兩個半導體光電極來實現(xiàn)整體水分解，但是光收集器和電子受體/供體之間的低效電荷轉(zhuǎn)移嚴重制約了太陽能-氫能（STH）的轉(zhuǎn)換效率。近日，中科院大連化物所李燦院士報道了將Co4O4/PGO/BiVO4/SnOx光陽極與Pt/TiOx/PIP/CuOx光陰極多介質(zhì)調(diào)制耦合，構(gòu)建了一種無輔助PEC OWS系統(tǒng)。1）研究發(fā)現(xiàn)，BiVO4光陽極到有機光陰極的有序電子傳輸是由介體之間的電勢差所驅(qū)動，空間上分離的多步電子傳輸降低了體系中的電荷復合速率，提高了電荷傳輸速率。具體而言，PGO和CuOx介體增加了電荷轉(zhuǎn)移，而SnOx和TiOx介體減少了電荷復合。因此，與不加介體的組裝相比，全結(jié)構(gòu)光陽極和光陰極具有最高的電荷轉(zhuǎn)移效率。此外，有機聚合物的離散能級特性使得有機光電陰極和BiVO4光陽極的光吸收具有很強的互補性，從而大大提高了太陽能的利用率。2）得益于太陽能高效的電荷轉(zhuǎn)移與利用，用于OWS的STH高達4.3%。因此，研究結(jié)果為高效的、具有互補光吸收和良好電荷轉(zhuǎn)移的雙光電極器件提供了合理的設計和組裝，為PEC OWS的研究開辟了一個新的領(lǐng)域。Sheng Ye et al, Unassisted Photoelectrochemical Cell with Multimediator Modulation for Solar Water Splitting Exceeding 4% Solar-to-Hydrogen Efficiency, J. Am. Chem. Soc., 2021DOI: 10.1021/jacs.1c00802https://doi.org/10.1021/jacs.1c00802
5. EES：雙功能電催化的摻雜調(diào)制應變控制用于可充電鋅空氣電池
晶格失配引起的應變導致晶體中局部原子排列的變化可以以多種方式有效地調(diào)節(jié)鋅空氣電池電催化劑的性能，這主要是由于調(diào)制的電子結(jié)構(gòu)構(gòu)型影響氧還原和析氧反應（ORR和OER）中形成的氧中間體的吸附能。然而，由于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定如溶解和破壞引起的應變弛豫，導致對ORR/OER的耐久性不足，應變工程在電催化中的應用受到嚴重阻礙。近日，美國中佛羅里達大學楊陽教授，南方科技大學谷猛教授，俄勒岡州立大學馮振興教授，德克薩斯大學奧斯汀分校Yuanyue Liu報道了提出了一種摻雜策略來調(diào)節(jié)自支撐的氟化鈷-硫化鈷（CoFS）納米孔膜的相變和形成，并使用少量的銅（Cu）作為摻雜劑。這種結(jié)構(gòu)精準的Cu-COFS異質(zhì)結(jié)克服了結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的問題。通過揭示局域應變對催化劑電子結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用，對Cu-COFS的研究也有助于人們建立應變電催化劑的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。1）通過優(yōu)化中間體的吸附能，顯著提高了催化劑ORR/OER的活性和穩(wěn)定性。特別是，通過適當?shù)乜刂茟儬顟B(tài)，Cu6.81-CoFS催化劑具有理想的催化性能，對ORR和OER的起始電位分別為0.91 V和1.49 V，超過了商用Pt/C@RuO2和基準的非鉑族金屬（non-PGMs）催化劑。2）采用Cu-COFS催化劑的ZABs具有優(yōu)良的充放電循環(huán)性能，在電流密度為10 mA cm-2時的充放電間隙為0.5 V，在大電流密度為100 mA cm-2時的充放電間隙為0.93 V，峰值功率密度為255 mW cm-2，循環(huán)時間均超過480 h。這項工作為利用應變工程合理設計高效電催化劑提供了新的認識。同時，在結(jié)構(gòu)精準的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中所提出的摻雜調(diào)制應變控制可應用于局域應變對實現(xiàn)性能改善起關(guān)鍵作用的更廣泛的領(lǐng)域，包括但不限于量子光子學、超導科學、智能電子學等領(lǐng)域。Zhao Li, et al, Doping-modulated Strain Control of Bifunctional Electrocatalysis for Rechargeable Zinc-air Batteries, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D1EE01271A
6. EES：從氫氧化物前驅(qū)體到鋰氧化物的多級微結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)用于高性能富鎳Li[Ni0.9-xCo0.1Alx]O2正極
由于大量鋰離子從主體結(jié)構(gòu)中去除而導致的機械不穩(wěn)定，富鎳層狀正極的可充電性能在循環(huán)過程中迅速惡化。近日，韓國漢陽大學Yang-Kook Sun，Chong S. Yoon報道了化學和微結(jié)構(gòu)工程可以有效地緩解影響富鎳層狀（NCA和NCM）正極循環(huán)時的容量衰減。1）研究人員通過正極的成分分級來實現(xiàn)化學保護，以最小化不穩(wěn)定的Ni4+物種的表面濃度。通過精準控制前驅(qū)體微結(jié)構(gòu)，使得正極微結(jié)構(gòu)在很大程度上繼承了前驅(qū)體，從而實現(xiàn)高度取向的微結(jié)構(gòu)，初級顆粒可以在深度帶電狀態(tài)下均勻收縮，并防止局部應力集中的形成。此外，通過引入過量的Al來細化顆粒尺寸，抑制了顆粒的粗化。細小的顯微組織使微裂紋的擴展偏轉(zhuǎn)，并耗散了晶格的突然收縮所產(chǎn)生的應變能。2）這些化學和微觀結(jié)構(gòu)的改進使得4-Al-NCA正極具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，無論是在室溫下還是在45 °C的高溫下。4-Al-NCA正極在45°C的高溫下具有前所未有的長期循環(huán)穩(wěn)定性，而傳統(tǒng)的富鎳NCA正極的循環(huán)壽命在高溫下會受到嚴重影響。3）4-AlNCA正極顯著提高的循環(huán)穩(wěn)定性可以轉(zhuǎn)化為老化和熱穩(wěn)定性的提高，從而使正極更加堅固和安全。這種4-Al-NCA正極是一種高度工程化的富鎳NCA正極，代表了一種新的富Ni NCA正極，可以滿足下一代電動汽車所需的能量密度，而不會影響電池壽命和安全性。Geon-Tae Park, et al, High performance Ni-rich Li[Ni0.9-xCo0.1Alx]O2 cathode via multi-stage microstructural tailoring from hydroxide precursor to lithiated oxide, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D1EE01773J
7. EES：立體式：全溫自適應柔性鋅空氣電池的界面設計
柔性鋅空氣電池（ZABs）被認為是用于下一代電子設器件的一種很有前途的柔性電源，但由于其工作特性，其溫度適應性一直是一個主要問題。近日，澳大利亞悉尼大學陳元教授，Shenlong Zhao，Zengxia Pei報道了空氣正極的結(jié)構(gòu)對柔性ZABs的溫度適應性有意想不到的顯著影響。1）研究人員開發(fā)了一種集成式立體空氣正極，在電解液-正極界面上呈現(xiàn)豐富的反應性三相界面，使柔性ZABs具有良好的溫度適應性。2）與其他密封結(jié)構(gòu)的電池或電容器不同，看似合理的有機水凝膠不適合作為高性能柔性ZABs的溫度適應性聚電解質(zhì)，而可以通過利用聚電解質(zhì)骨架中水和端基之間的相互作用來實現(xiàn)。3）通過結(jié)合這兩種策略開發(fā)的柔性ZABs顯示出最先進的電化學性能，極大地抵消了從-30到80 ℃極端溫度變化的影響。研究結(jié)果不僅為溫度自適應柔性ZABs的設計提供了一條合理的新途徑，而且對其他類似儲能器件中高效電極的開發(fā)也具有一定的啟發(fā)作用。Zengxia Pei, et al, Make It Stereoscopic: Interfacial Design for Full-Temperature Adaptive Flexible Zinc-Air Batteries, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D1EE01244D
8. Angew：原子分散的Sn與缺陷CuO催化劑的結(jié)合用于高效CO2電還原制取甲醇
利用可再生電力驅(qū)動CO2電還原是實現(xiàn)碳中性能源循環(huán)、生產(chǎn)增值化學品和燃料的一種極具吸引力的途徑。甲醇作為一種重要的平臺分子和清潔燃料，在CO2還原過程中需要6個電子轉(zhuǎn)移。而目前，CO2電還原制取甲醇存在效率低、選擇性低的缺點。近日，中科院化學研究所韓布興院士，孫曉甫研究員首次報道了在缺陷CuO上構(gòu)建原子分散的Sn催化劑用于CO2電還原制甲醇。1）研究人員首先簡單地將SnCl4·5H2O和CuSO4·5H2O溶解在質(zhì)量比為1：100的去離子水中，并放置在冰水浴中，猛烈攪拌，形成均勻的藍色溶液。然后將1.2 M的NaOH水溶液緩慢注入混合物中。在冷藏（3°C）24 h后，將混合物轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯聚四氟乙烯的高壓釜中，在130 °C下加熱18 h。然后將所得粉末在400 °C下煅燒3 h，得到Sn1/CuO。最后，利用等離子體對Sn1/CuO進行不同時間的處理，合成了不同氧空位濃度的催化劑（Sn1/VO-CuO-x，其中x是處理時間(以秒為單位)）。2）結(jié)果表明，當電流密度為67.0 mA cm-2時，Sn1/VO-CuO-90電催化劑用于CO2電還原的甲醇法拉第效率（FE）可達88.6%。與最先進的電催化劑相比，這是高電流密度下的最高FE（甲醇）。3）Sn1/VO-CuO-90電催化劑的優(yōu)異CO2電還原性能可以歸因于Sn原子與其鄰近氧空位之間形成的局部Lewis酸堿，具有較高的電化學活性和電子電導率，從而加快了CO2還原過程中的電荷轉(zhuǎn)移。4）原位X射線吸收光譜(XAS)、原位拉曼光譜和密度泛函理論(DFT)研究表明，Sn原子中心和缺陷CuO載體的協(xié)同作用可以通過降低*COOH解離生成*CO的能壘來促進CO2的活化和進一步還原。然后，生成的*CO中間體與Cu物種結(jié)合，促進了CO2還原制甲醇。Weiwei Guo, et al, Highly efficient CO2 electroreduction to methanol via atomically dispersed Sn coupled with defective CuO catalysts, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202108635https://doi.org/10.1002/anie.202108635
9. ACS Energy Lett.: 柔性鈣鈦礦太陽能電池研究進展
在日常生活中，輕量化和柔性光伏技術(shù)的進步將推動需要高單位重量功率的新一代軟電子和機器。具有高單位重量功率的超薄柔性鈣鈦礦太陽能電池 (F-PSC) 在特定應用中顯示出獨特的潛力，在這些應用中，更輕的重量、更高的柔韌性和一致性是必不可少的。西北工業(yè)大學黃維院士、南京工業(yè)大學陳永華和Yingdong Xia等人總結(jié)了超薄輕質(zhì) F-PSC 的最新進展和實際應用。1）首先闡述了提高器件效率和改善機械和環(huán)境穩(wěn)定性的途徑，并展示了在柔性基板的選擇、高性能功能層以及柔性透明電極的開發(fā)等諸多方面。2）研究人員總結(jié)了大規(guī)模生產(chǎn)高效 F-PSC 的制造技術(shù)，包括與低溫工藝相結(jié)合的連續(xù)卷對卷方法。此外，還詳細闡述了專注于自供電可穿戴電子設備、太陽能微型無人機，甚至是在近太空運行的太陽能模塊的實際應用。最后，討論了當前的挑戰(zhàn)性問題和未來前景，旨在促進輕量級 F-PSC 更廣泛的應用和商業(yè)化進程。Yingzhen Hu, et al. Flexible Perovskite Solar Cells with High Power-Per-Weight: Progress, Application, and Perspectives, 2021, 6, 2917–2943.https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01193
10. ACS Nano：一種用于自抗病毒個人防護裝備的附著高效聚集型光敏劑的織物
個人防護裝備（PPE）對于預防和控制SARS-CoV-2至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的PPE缺乏殺滅病毒的能力，隨意丟棄使用過的PPE可能會造成交叉污染和環(huán)境污染的高風險。最近報道的光熱或光動力自滅菌口罩具有殺菌?病毒的能力，但仍存在一些固有的缺點，如在光熱過程中產(chǎn)生難以承受的熱量或需要額外的紫外光照射來滅活病原體，這限制了它們的實際應用。近日，香港科技大學唐本忠院士，中山大學第五附屬醫(yī)院黃曦教授報道了基于一種高效的聚集誘導發(fā)光光敏劑（即ASCP-TPA），制備了一系列具有實時自抗病毒能力的織物（來源于各種PPE）。1）ASCP-TPA具有合成簡單、生物相容性好和極高的活性氧產(chǎn)生能力，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的光敏劑。2）研究發(fā)現(xiàn)，ASCP-TPA附著織物（ATAF）對與SARS-CoV-2相似的冠狀病毒MHV-A59顯示出巨大的光動力滅活效果。在超低功率白光（3.0 mW cm?2）照射下，ATAF上超過99.999%的病毒粒子（5 log）在10 min內(nèi)被清除。這種超低功耗和快速殺滅病毒的能力使基于ATAFs的PPE能夠在室內(nèi)光線照射下為佩戴者提供實時保護。3）研究發(fā)現(xiàn)，ATAF的殺毒能力在100次洗滌或連續(xù)暴露在辦公室光線下2周后仍保持不變，因此具有可重復使用和長期使用的優(yōu)點。此外，ATAFs對正常皮膚沒有毒性，即使在持續(xù)的高功率光照射下也是如此。同時，這種基于ATAFs的自身抗病毒策略也可能被應用于對抗其他空氣傳播的病原體，并具有緩解全球個人防護用品供應短缺的巨大潛力。Bin Li, et al, Fabrics Attached with Highly Efficient Aggregation-Induced Emission Photosensitizer: Toward Self-Antiviral Personal Protective Equipment, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.1c06071https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06071
11. Carbon Energy: 電化學能源技術(shù)中碳點及其復合材料的研究進展
碳點及其復合材料作為儲能材料和電催化劑已成為一類新型準零維碳材料。CDs可以提供大的比表面積、眾多的電子-電子空穴對、可調(diào)雜的雜原子摻雜、豐富的表面官能團等。然而，CDs及其復合材料在提高電化學性能中的作用和作用機制尚不清楚，并且需要深入了解。有鑒于此，上海大學張久俊院士，趙玉峰教授等人，全面綜述了各種類型CDs及其復合材料的合成方法和應用，包括作為超級電容器、鋰離子電池、鈉離子電池、鉀離子電池電極材料，作為析氫、析氧的電催化劑，以及金屬-空氣電池、燃料電池和電解水中的氧還原反應電催化劑。綜述了與CDs及其復合材料相關(guān)的幾個重要方面，分析了實際應用中的技術(shù)挑戰(zhàn)，并討論了可能的發(fā)展前景。1）從CDs的分類、合成、表征、功能機制和性能驗證/優(yōu)化等方面全面回顧了CDs研發(fā)的最新進展。特別地，強調(diào)了CDs在材料制備和電化學性能中的作用。為了促進進一步的研發(fā)，總結(jié)了與CDs及其復合材料相關(guān)的幾個重要方面，并分析討論了實際應用中的技術(shù)挑戰(zhàn)和可能的發(fā)展前景。2）CDs是尺寸為1-100 nm的準球形納米粒子，通常由sp2碳原子和sp3碳核組成，并在邊緣和主體處具有異質(zhì)原子、缺陷和表面官能團。CDs可分為五種類型：碳量子點（CQDs）、石墨烯量子點（GQDs）、碳納米點（CNDs）、聚合物點（PDs）和碳化聚合物點（CPDs）。CDs具有導電性、多的電化學活性位點、大的表面積、與各種材料的兼容性、強的可塑性和環(huán)境穩(wěn)定性。多功能CDs還可以與其他活性材料（如金屬氧化物和導電聚合物）結(jié)合，以用作為電極材料并顯示出增強的比容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。此外，將異質(zhì)原子摻雜劑摻入到CDs，可以提高金屬-空氣電池、燃料電池和H2O/CO2電解中氧氣還原反應（ORR）、氧氣析出反應（OER）/氫氣析出反應（HER）的電導率和電催化活性。為了進一步提高電催化性能，可通過改變反應條件來控制CDs表面官能團的尺寸和嵌入狀態(tài)。Yiming Liu et al. A review of carbon dots and their composite materials for electrochemical energy technologies. Carbon Energy, 2021.https://doi.org/10.1002/cey2.134
12. ACS Catal.：Cu催化三組分偶聯(lián)合成聯(lián)烯
浙江大學麻生明院士等報道了一種Cu催化三組分反應，實現(xiàn)了環(huán)丁烷酮肟酯、1,3-烯炔、TMSCN/TMSCF3之間偶聯(lián)合成聯(lián)烯。該反應條件在溫和條件中進行，具有非常廣泛的底物兼容性，容忍較多的官能團，位合成1,7-雙功能團化聯(lián)烯分子提供了一種簡單有效的合成方法學。而且合成的聯(lián)烯產(chǎn)物通過目前成熟的方法難以合成得到。1）反應情況。該反應的催化劑為CuBr和聯(lián)吡啶，在DMF溶劑中與室溫條件中進行反應。2）作者在產(chǎn)物衍生化過程中發(fā)現(xiàn)，合成的聯(lián)烯氰化物能夠轉(zhuǎn)變?yōu)槁?lián)烯基團的酸性衍生物、立體結(jié)構(gòu)明確的烯烴。因此說明該反應能夠作為一種合成廣泛物種的分子平臺。作者通過反應機理研究，給出了該反應的簡單機理。Yulong Song, et al, Copper-Catalyzed Syntheses of Multiple Functionalizatized Allenes via Three-Component Reaction of Enynes, ACS Catal. 2021, 11, 10007–10013DOI: 10.1021/acscatal.1c02140https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c02140
