1. Nature Materials：一類大晶格失配范德華異質界面
揭示穩定的、不同轉角下各向同性的結構超滑依然是一個挑戰。有鑒于此，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心張廣宇團隊與捷克理工大學Tomas Polcar團隊合作，針對大晶格失配范德華異質界面的超滑現象進行系統地研究，在實驗上探究了一類大晶格失配范德華異質界面中的各向同性超滑現象，為設計和應用超滑界面提供了新思路。
Liao, M., Nicolini, P., Du, L. et al. UItra-low friction and edge-pinning effect in large-lattice-mismatch van der Waals heterostructures. Nat. Mater. (2021).
https://doi.org/10.1038/s41563-021-01058-4
2. Nature Catal.: α-Fe2O3作為一種多功能、高效的氧原子轉移催化劑，用于光電化學合成精細有機化學品
光電化學技術已被廣泛研究用于太陽能轉換（例如，水分解）以及通過污染物降解進行環境修復。赤鐵礦 (α-Fe2O3) 作為光電化學水氧化中的光陽極已被廣泛研究，但產物 O2 的經濟價值較低。因此，有必要探索在PEC系統中產生高附加值化學品的替代氧化反應。有鑒于此，中科院化學所趙進才院士、陳春城研究員、章宇超等人，將α-Fe2O3擴展到高附加值化學品的生產，并報告了其在可見光照射下作為多功能且高效的氧原子轉移催化劑的能力。
本文要點：
1）開發了一種光電化學(PEC)策略，可在溫和條件下于α-Fe2O3上進行氧原子轉移 (OAT) 反應。其中，多種底物，包括硫醚、烯烴、Ph3P和無機鹽，都可以通過使用水作為唯一的氧原子源進行氧化。
2）以水為唯一氧源，多種有機化合物和無機陰離子被成功氧化為相應的單氧化產物，并且具有高選擇性和高法拉第效率。光激發空穴在α-Fe2O3表面產生鐵-氧物種(FeIV=O)。所提出的氧原子轉移過程通過協調的雙空穴轉移途徑進行，該途徑涉及氧原子從FeIV=O表面轉移到底物。
3）對于大多數底物來說，優異的氧化選擇性和FE均可超過90.0%。基于EIS和DFT研究，表面捕獲空穴被證實在OAT機制中發揮關鍵作用。
總之，該工作證明了α-Fe2O3是一種優異的全無機多相催化劑，可以驅動氧原子轉移反應，該策略在合成精細和高附加值化學品方面具有巨大潛力。
Zhao, Y., Deng, C., Tang, D. et al. α-Fe2O3 as a versatile and efficient oxygen atom transfer catalyst in combination with H2O as the oxygen source. Nat Catal (2021).
DOI: 10.1038/s41929-021-00659-1
https://doi.org/10.1038/s41929-021-00659-1
3. Acc. Mater. Res.綜述：二維金屬過渡金屬二硫屬化物的可控合成及其多功能應用
在二維（2D）層狀材料中，過渡金屬二硫屬化物（MTMDCs）在電子學、自旋電子學、能源等領域具有廣闊的應用前景。鑒于其超高的電子電導率、新穎的室溫鐵磁性（如VSe2、VTe2）和優異的催化活性。特別是二維TaX2和VX2（X=S，Se，Te）材料因其獨特的物理化學性質而處于重要地位。值得注意的是，此類材料的受控合成實現性能和應用的前提。在已報道的制備方法中，化學氣相沉積（CVD）因其良好的可擴展性、操作簡單、成本低等優點被證明是一種很有前途的制備方法。該方法已被成功地用于合成各種2D層狀材料和異質結構。然而，由于生長機理和過程的復雜性，超薄TaX2和VX2納米片/膜的化學氣相沉積（CVD）生長仍然具有極大的挑戰性。此外，二維TaX2和VX2在能源相關領域和電子設備中的應用研究還處于初級階段。
近日，北京大學張艷鋒，武漢大學史建平綜述了2D TaX2和VX2以及空氣穩定的MTMDCs（如PtSe2、NiTe2），的CVD合成（如TaS2、TaSe2、VS2、VSe2和VTe2等）的最新研究進展。以及它們在能源相關領域和電子器件中的多功能應用。
本文要點：
1）作者首先系統地總結了厚度/疇尺寸可調的TaX2和VX2納米薄片/薄膜的CVD生長以及MTMDDC/半導體TMDDC垂直異質結。
2）作者接著概述了通過CVD合成的2D TaX2和VX2作為高性能電極材料在電催化析氫反應（HER）和電子器件中的應用研究。
3）作者總結了具有良好環境穩定性和新穎物理性能（如半金屬?半導體躍遷、磁性）的2D MTMDC的CVD合成方法。
4）作者最后指出了2D MTMDCs在制備和多功能應用方面仍的挑戰，并指出了未來的研究方向。
Peng Wang, et al, Controlled Syntheses and Multifunctional Applications of Two-Dimensional Metallic Transition Metal Dichalcogenides, Acc. Mater. Res., 2021
DOI: 10.1021/accountsmr.1c00092
https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00092
4. JACS：固定化的前驅體顆粒驅動厘米尺寸MoTe2單層膜的生長
二碲化鉬（MoTe2）由于其在自旋電子學和相位工程方面的新穎特性，近年來受到人們越來越多的關注，而獲得大面積高質量薄膜的高效簡便合成方法是其邁用于電子應用的重要一步。然而，大面積單層MoTe2的生長仍極具挑戰性。近日，蘇州大學鄒貴付報道了首次實現了厘米級的單斜晶系MoTe2薄膜的生長，并揭示了固定化的前驅體顆粒驅動MoTe2生長的機理。
本文要點：
1）微觀表征表明，固定化的前驅體顆粒具有明顯單分子層消耗并繼續為單分子層的生長提供來源的趨勢。此外，飛行時間二次離子質譜證實了氫氧離子吸附在MoTe2單層表面，從而實現了晶體沿[001]區軸的抑制生長和MoTe2單層的連續生長。
2）第一性原理密度泛函理論（DFT）計算證實了前驅體顆粒的固定化和氫氧離子在MoTe2單分子膜上的吸附機理。
3）所制備的MoTe2單層薄膜的表面粗糙度為0.19 nm，平均電導率為1.5×10?5 S/m，證明了MoTe2單層薄膜的平整性和均勻性。此外，隨溫度變化的電學測量和傳輸特性曲線進一步證明了單斜晶系MoTe2的典型的半金屬性質。
這項研究揭示了固定化前驅體顆粒生長大面積MoTe2單層的微觀過程，為其他許多二維材料的生長提供了新的思路。
Liang Ma, et al, Immobilized Precursor Particle Driven Growth of Centimeter-Sized MoTe2 Monolayer, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c06250
https://doi.org/10.1021/jacs.1c06250
5. JACS：一種新型可見光響應的動態鍵：Ru-Se鍵
光動態鍵在黑暗中是穩定的，在光照下可以可逆地解離/形成。光動態鍵是反應性或可治療性材料、光激活藥物、納米載體、細胞外基質等的有希望的構建單元。然而，光動態鍵的反應中間體通常會導致副反應，從而限制了光動態鍵的使用。有鑒于此，中國科學技術大學的吳思等研究人員，報道了一種新型可見光響應的動態鍵，Ru-Se鍵。
本文要點：
1）研究人員報道了Ru–Se配位鍵是一種新的光動態鍵，在溫和的可見光照射條件下可逆解離。
2）研究人員觀察到Ru–Se鍵是通過硒醚配體與[Ru（tpy）（biq）（H2O）]Cl2（tpy=2,2′：6′，2〃三吡啶，biq=2,2′-雙喹啉）在黑暗中的配位形成的，而Ru–Se鍵在可見光照射下可逆地解離。在Ru–Se鍵的形成和解離過程中未檢測到任何副反應。
3）為了證明Ru–Se鍵適用于不同的操作環境，研究人員使用Ru–Se鍵制備了光響應性兩親物、表面和聚合物凝膠。
4）具有Ru–Se鍵的兩親分子在暗/光輻照循環中表現出球形膠束和碗狀組裝體之間可逆的形態轉變。
5）用含Ru–Se鍵的化合物修飾的表面顯示出光開關潤濕性。
6）具有Ru–Se交聯的聚合物凝膠經歷了光誘導可逆溶膠-凝膠轉變，可用于整形和愈合。
本文研究結果表明，Ru–Se鍵是一種新型的動態鍵，可用于構建在各種環境中工作的響應性、可再加工、可切換和可治療材料。
Jianxiong Han, et al. Ru–Se Coordination: A New Dynamic Bond for Visible-Light-Responsive Materials. JACS, 2021.
DOI：10.1021/jacs.1c05648
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c05648
6. JACS：水與陽離子π相互作用
陽離子-π相互作用和疏水效應是化學中重要的分子間作用力，在控制生物系統識別中起著重要作用。有鑒于此，上海大學的于洋等研究人員，報道了水與陽離子π相互作用。
本文要點：
1）研究人員比較了它們在水中合成容器宿主中對分子“啞鈴”客體結合的相對貢獻。
2）客體為容器的內表面（芳香板）提供了三甲基銨基團N+（CH3）3和叔丁基基團C（CH3）3之間的直接分子內競爭。
3）與以前的研究相比，無論容器外圍是否存在陰離子、陽離子或兩性離子基團，容器型分子始終傾向于與不帶電荷的叔丁基結合。
4）這種偏好是由極性三甲基銨基團在水中的溶劑化作用決定的，它超越了容器中正電荷和π-表面之間的吸引力。
5）合成的容器形配合物可直接測量水中陽離子π相互作用和去溶劑化的相對強度。
6）在這些空腔型配合物中，與不帶電荷的叔丁基基團的相互作用比與三甲基銨基團的陽離子π相互作用更有利12 kJ mol–1以上。
Yujie Zhu, et al. Water and the Cationπ Interaction. JACS, 2021.
DOI：10.1021/jacs.1c06510
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06510
7. JACS：表面富電子-空穴物種在電催化水氧化中的活性
由于Ru和Ir基陽極的低過電位和Ir氧化物的高耐蝕性，Ir和Ru及其氧化物/氫氧化物是在苛刻的酸性條件下進行析氧反應（OER）的最佳候選催化劑。近日，德國馬普學會弗里茨哈伯研究所Travis E. Jones, Juan-Jesu?s Velasco-Vélez報道了通過尖端表面和體敏X射線能譜技術、IrOx薄膜和獨立石墨烯修飾的IrOx NP電極的特殊設計電極納米加工和從頭算密度泛函理論（DFT）計算，揭示了高性能Ir基催化劑表面和體電催化氧化過程中活性IrOx中心（即氧化態）的電子結構。結果顯示，IrOx的電催化活性歸因于形成了與μ1-O結合的IrV物種，由于這些Ir中心的電子匱乏，電催化劑表面的μ1-O容易受到水的親核攻擊。
本文要點：
1）研究發現，在表面形成的空態Ir 5d控制著OER，這歸因于正式IrV物種的形成，導致與單個Ir原子（μ1-O和μ1-OH）結合的缺電子氧物種的出現，這些氧物種負責水的活化和氧化。
2）結合到三個銥中心的氧（μ3-O）仍然是體相中的主要物種，但不直接參與電催化反應，因此體氧化是有限的。此外，在OER過程中排除了μ1-OO（過氧基）物種的高覆蓋率。
3）研究人員首次獲得大塊電解質中的光電子能譜數據，表明在較薄的電極中，較高的表面與體積比提高了材料的利用率，包括電極表面的很大一部分和近表面活性物種的沉淀。
Juan-Jesu?s Velasco-Vélez, et al, Surface Electron-Hole Rich Species Active in the Electrocatalytic Water Oxidation, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c01655
https://doi.org/10.1021/jacs.1c01655
8. JACS: 間苯二銨作為 DJ二維鈣鈦礦的新型間隔物
二維Dion-Jacobson (DJ)鹵鈣鈦礦具有多種不同的結構類別，并表現出良好的穩定性、穩定性和光伏應用的巨大潛力。陜西師范大學劉生忠和美國西北大學Mercouri G. Kanatzidis等人報道了一系列新的基于芳香間苯二銨 (mPDA) 的 DJ相的混合 2D 鈣鈦礦。
本文要點：
1）通過結晶學解析證明，(mPDA)MAn–1PbnI3n+1 (n = 2 and 3)結構的I-I層間距為4.00–4.04 ?，是DJ相鈣鈦礦中最短的。Pb-I-Pb角減小至158-160°。這反映了無機骨架的大變形，導致這些材料的帶隙比其他 DJ 類似物的帶隙更大。
2）密度泛函理論計算表明，(mPDA)MAn–1PbnI3n+1在堆疊方向有明顯的分散，這與 Ruddlesden-Popper 相的帶結構不同，后者在堆疊方向上表現出平坦的帶。
3）隨著n 值的增加，溶液沉積的薄膜（(mPDA)MAn–1PbnI3n+1，n = 1–6）表面覆蓋率的得到改善，其中較高n值的薄膜由 n = 1 和三維MAPbI3鈣鈦礦的混合物組成。這些材料制成的薄膜與其他二維鈣鈦礦的薄膜表現不同，具有 n = 1 DJ相 和 MAPbI3混合物可以用于作為太陽能電池的吸光層。
Lili Gao et al. m-Phenylenediammonium as a New Spacer for Dion–Jacobson Two-Dimensional Perovskites, J. Am. Chem. Soc. 2021.
DOI: 10.1021/jacs.1c03687
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c03687
9. JACS：Co基催化劑上氨合成的解離和締合協同機理
目前氨合成的催化反應機理依賴于解離或結合兩種途徑，即吸附的N2直接解離或逐步加氫，直到通過締合吸附釋放出NH3而被破壞。近日，日本國家材料科學研究所（NIMS）Hideo Hosono，日本科學振興機構（JST），上海交通大學Tian-Nan Ye報道了稀土金屬氮化物載體（如CeN）在低溫下對鈷基催化劑（Co/CeN）上的氨合成有很好的促進作用。
本文要點：
1）在反應過程中，CeN載體表面容易產生氮空位（VN），N2分子在表面VN位點被活化，然后與Co顆粒上解離的H*通過締合機制反應生成NHx物種。
2）在CeN載體上，VN的形成實現了低功函數（約2.6 eV），使CeN向Co提供電子，從而通過解離機制促進了N2在負載的Co金屬上的解離。
3）這項研究首次報道了在同一催化劑上同時發生這兩種機制。締合和解離途徑的結合使Co/CeN催化劑的活性大大提高，遠遠超過其他Co和Ni基催化劑，甚至高于一些已報道的Ru基催化劑。
Tian-Nan Ye, et al, Dissociative and Associative Concerted Mechanism for Ammonia Synthesis over Co-Based Catalyst, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c06657
https://doi.org/10.1021/jacs.1c06657
10. JACS：生物正交型探針可通過19F-MRI和拉曼顯微鏡進行多尺度成像的
分子成像技術是研究生物過程和檢測疾病生物標志物的必要工具，有助于改善診斷和治療監測的結果。通常來說，單一的成像技術往往不足以獲得多層次的全面信息。因此，開發多模態診斷探針是實現多尺度成像的關鍵所在。與此同時，如何用單個探針在細胞水平上直接將體內成像標記物與體外成像進行配準仍然具有相當的挑戰性。近年來。氟化(19F)探針在通過19F-MRI實現體內細胞示蹤方面表現出了廣闊的應用前景。米蘭理工大學Francesca Baldelli Bombelli、Renzo Vanna和意大利圣拉斐爾科學研究醫院Linda Chaabane構建了生物正交型19F探針，以將MRI與拉曼成像的信號進行直接關聯。
本文要點：
1）實驗構建了一種超氟化分子PERFECTA，它具有不同于細胞和組織指紋的顯著增強的拉曼信號。
2）研究表明，PERFECTA實現了在單和分子中的優異性能的結合，因此其不僅能夠在體內進行橫跨全身的19F-MRI，并且可以在組織和細胞水平進行顯微拉曼成像。
Cristina Chirizzi. et al. A Bioorthogonal Probe for Multiscale Imaging by 19F?MRI and Raman Microscopy: From Whole Body to Single Cells. Journal of the American Chemical Society. 2021
DOI: doi.org/10.1021/jacs.1c05250
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c05250
11. JACS：氟化處理碲化物RbTeMo2O8F實現中紅外巨SHG
強二次諧波SHG、寬能帶是非線形光學材料中的重要參數，但是通常這兩個參數之間相互影響，因此需要對兩個參數的數據優化。有鑒于此，同濟大學張弛等報道首例d0電子結構過渡金屬的碲酸鹽，在該碲酸鹽中進行部分氟化形成五元產物RbTeMo2O8F，展示了巨二次諧波相應，強度達到KH2PO4（KDP）的27倍，是KTiOPO4 （KTP）二次諧波的2.2倍。這種二次諧波強度是目前相關金屬碲化物的最好結果。
本文要點：
1）RbTeMo2O8F展示了較高的能帶，能帶值達到3.63 eV，較寬的透光窗口（0.34-5.40 μm），展示了顯著的雙（光）折射（546 nm, Δn=0.263 nm）。
2）通過理論計算、晶體結構分析，對這種材料具有優異SHG性能的原因進行理解，發現其由于極化結構[MoO5F]/[MoO6]八面體，交替結構[TeO4]，在這三個多面體中產生累積極化作用。
Yilei Hu, et al, Giant Second-Harmonic Generation Response and Large Band Gap in the Partially Fluorinated Mid-Infrared Oxide RbTeMo2O8F, J. Am. Chem. Soc. 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c06061
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06061
12. ACS Nano綜述：仿生、納米結構放大的皮下光收集策略用于可植入生物醫學電子設備
吉林大學汪大洋教授和程崇嶺對仿生、納米結構放大的皮下光收集策略在可植入生物醫學電子設備中的應用進行了綜述。
本文要點：
1）可植入生物醫學電子設備在體內個性化健康監測以及實現精確的治療干預方面具有廣闊的應用前景。將內置模塊小型化使得可植入生物醫學電子設備能夠以超低功耗執行多種功能，但同時也面臨著如何在體內為設備提供電源的技術挑戰。
2）作者在文中綜述了將太陽光或發光二極管中的近紅外光傳輸到皮下植入的光伏電池中的相關研究進展。在這種電池中，納米結構的后反射器可以提高光能利用效率。與此同時，許多海底動物本身也是納米結構所誘導的結構著色的自然實例。因此，作者希望能夠開發更多仿生或由納米結構放大的皮下光收集策略，從而為可植入的生物醫學電子設備提供充足動力。
Lu Sun. et al. Bioinspired, Nanostructure-Amplified, Subcutaneous Light Harvesting to Power Implantable Biomedical Electronics. ACS Nano. 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c03614
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c03614
