1. Nature Reviews Materials : 基于生物材料的抗菌療法
抗生素耐藥細菌（包括對最后手段抗生素耐藥的菌株）的增加，以及抗生素根除生物膜的能力有限，使得開發(fā)替代性抗菌療法成為必要。抗菌生物材料，如聚陽離子聚合物，以及生物材料輔助的非抗生素療法，如噬菌體、抗菌肽和抗菌酶，提高了我們治療抗生素耐藥和復發(fā)性感染的能力。生物材料不僅可以靶向遞送多種藥物，還可以在感染部位持續(xù)釋放，從而減少潛在的全身不良反應。
于此，佐治亞理工學院 Andrés J. García等人討論了以生物材料為基礎(chǔ)的非抗生素抗菌療法治療社區(qū)獲得性和醫(yī)院獲得性傳染病，重點是體內(nèi)結(jié)果。研究人員強調(diào)了基于不同生物材料的翻譯策略的潛力，并就其臨床轉(zhuǎn)換的挑戰(zhàn)提供了一個視角。最后，研究人員討論了生物材料輔助抗菌治療的未來范圍。
Kalelkar, P.P., Riddick, M. & García, A.J. Biomaterial-based antimicrobial therapies for the treatment of bacterial infections. Nat Rev Mater (2021).
https://doi.org/10.1038/s41578-021-00362-4
2. Chem. Soc. Rev.綜述：用于增強電催化的局域表面等離激元共振
現(xiàn)代社會中，電催化在能量轉(zhuǎn)換和儲存中起著至關(guān)重要的作用。局域表面等離激元共振（LSPR）通過利用太陽能成為提高催化劑電催化活性和選擇性的一種極具吸引力的方法。LSPR激發(fā)可以誘導超熱電子和空穴轉(zhuǎn)移、電磁場增強、晶格加熱、共振能量轉(zhuǎn)移和散射，進而促進各種電催化反應。雖然人們已經(jīng)對LSPR介導的電催化進行了大量研究，但其潛在的機制仍然沒有得到很好的解釋。此外，其效率也強烈地依賴于等離激元金屬的結(jié)構(gòu)和組成。基于此，清華大學李景虹院士，Jian Zhao對各種基于LSPR的納米結(jié)構(gòu)和電極的工程化進行了綜述。
本文要點：
1）為提高所設(shè)計材料的活性，研究人員提出了影響其結(jié)構(gòu)的制備工藝和工藝參數(shù)。探索等離激元介導電催化的內(nèi)在機理在現(xiàn)階段仍是一個挑戰(zhàn)，其對等離激元電催化劑的設(shè)計具有重要意義。迄今為止，人們已經(jīng)開發(fā)了各種技術(shù)來輔助實驗和理論計算，以揭示潛在的機制。作者重點研究了用于識別LSPR效應和在原位和原位光譜中區(qū)分電化學界面上單個LSPR效應的表征技術(shù)，并將LSPR與電化學方法組合。
2）作者從LSPR的電催化機理出發(fā)，總結(jié)了雜化體系中直接純等離激元金屬驅(qū)動電催化和間接等離激元增強電催化的研究，特別是LSPR效應與反應物分子、電催化活性物種和半導體的相互作用。
3）作者最后指出，盡管LSPR介導的電催化方面已經(jīng)取得了重要進展，但仍需要考慮以下幾個影響其未來發(fā)展的因素，包括：i）材料設(shè)計。除了通過結(jié)構(gòu)/形狀設(shè)計或合金的協(xié)同效應進一步提高現(xiàn)有LSPR電極的活性外，還應努力探索新型的等離激元金屬納米結(jié)構(gòu)；ii）機理研究。需要深入揭示LSPR增強電催化的機理，為等離激元電催化劑的合理設(shè)計提供依據(jù)；iii）Ag和Cu納米結(jié)構(gòu)與等離激元Au的不同之處在于它們?nèi)菀妆谎趸谶@種情況下，原位還原似乎是合理設(shè)計等離激元電催化劑的一種很有前途的選擇；iv）開發(fā)新的LSPR介導的電化學過程；v）調(diào)整反應路徑。實驗和理論結(jié)果表明，熱電子的轉(zhuǎn)移和反應路徑可以用不同的外加電勢和光源來進行調(diào)整。
Jian Zhao, et al, Localized surface plasmon resonance for enhanced electrocatalysis, Chem. Soc. Rev., 2021
DOI: 10.1039/d1cs00237f
https://doi.org/10.1039/d1cs00237f
3. Nature Commun.: 16.16%效率, 基于聚合小分子受體的全聚合物太陽能電池
基于聚合小分子受體 (PSMA) 的全聚合物太陽能電池 (all-PSC) 最近取得了重大進展。中科院化學所李永舫院士, Lei Meng, Bo Guan和北卡羅來納州立大學Harald Ade等人合成了兩種基于A-DA'DA小分子受體的PSMA，PS-Se與苯并[c][1,2,5]噻二唑 A'-核心和PN-Se與苯并三唑A'-核心，用于研究分子結(jié)構(gòu)對PSMA光伏性能的影響。
本文要點：
1）這兩種PSMA對PN-Se具有廣泛的吸收，顯示出比 PS-Se 更多的紅移吸收和合適的電子能級，適用于以 PBDB-T 作為聚合物供體的全 PSC 中的聚合物受體。
2）低溫透射電子顯微鏡可視化PBDB-T供體和PSMA在其溶液中的聚集行為。此外，通過光致力顯微鏡可以清楚地觀察到PBDB-T:PN-Se共混膜中聚集尺寸為10~20 nm 的雙連續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)。PBDB-T:PN-Se 活性層的理想形態(tài)使其全 PSC 顯示出更高的功率轉(zhuǎn)換效率，為16.16%。
Du, J., Hu, K., Zhang, J. et al. Polymerized small molecular acceptor based all-polymer solar cells with an efficiency of 16.16% via tuning polymer blend morphology by molecular design. Nat. Commun. 12, 5264 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25638-9
4. EES：納米幾何變形協(xié)同Co納米顆粒和Co-N4復合位點助力質(zhì)子交換膜燃料電池
Co單原子（CoSA）催化劑的Co-N4部分由于較差的O2活化，通常表現(xiàn)出不理想的氧還原反應（ORR）催化活性。近日，廈門大學孫世剛院士，姜艷霞教授，Jian Yang報道了采用兩步法在酸性介質(zhì)中合成了具有出色ORR性能的Co-N-C電催化劑。
本文要點：
1）首先通過SiO2輔助形狀控制構(gòu)建了催化劑的初步結(jié)構(gòu)，以便將局部納米結(jié)構(gòu)和介孔率引入催化劑中。隨后進行了金屬有機氣體摻雜處理，形成了CoNP-CoN4復合位點，有效增加了總Co-N4密度。最后，d-(CoNP/CoSA-N-C)催化劑表現(xiàn)為表面呈凹面的立方體，外層有一定的局部曲率和變形。此外，該催化劑還具有足夠的CoNP-CoN4復合中心密度和良好的介孔性能。在電化學測試中，其半波電位可達約0.83 V, 同時具有良好的ORR耐久性。
2）理論研究表明，CoNP-CoN4復合位點和變形后的CoN4均能增強O2的活化。此外，CoNP-CoN4復合位點可以抑制H2O2的形成，增強自由基氧的吸附，大大減少碳層侵蝕，以提高催化活性和耐久性。此外，由于催化劑具有較高的介孔結(jié)構(gòu)，因此在活性位上表現(xiàn)出更多的三相邊界，從而提高了O2和電荷傳輸效率。
3）實驗結(jié)果表明，設(shè)計的PEMFC具有出色的功率密度，Pmax-H2-O2接近1.207 W cm-2。因此，這項研究工作所涉及的概念、方法和結(jié)論可以為無PGM催化劑的設(shè)計和合成提供指導，以實現(xiàn)PEMFC應用的重大改進。此外，為了實現(xiàn)這種低成本、高活性的M-N-C催化劑的最終應用，還需要對燃料電池MEA處的ORR性能進行更深入的研究。
Xiaoyang Cheng, et al, Nano-geometric deformation synergistic Co nanoparticles&Co-N4 composite site for proton exchange membrane fuel cells, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE01715B
https://doi.org/10.1039/D1EE01715B
5. Angew：量子點光催化劑驅(qū)動活化四氫呋喃
四氫呋喃（THF）是一種廣泛使用的有機試劑，直接對THF分子的C(sp3)-H化學鍵進行選擇性活化非常困難，尤其是在氧化還原中性條件進行催化。有鑒于此，中科院理化技術(shù)研究所吳驪珠院士等報道半導體量子點能夠通過形成量子點/THF分子共軛配位結(jié)構(gòu)實現(xiàn)活化THF的α-C-H化學鍵。當量子點光催化劑與THF受到可見光照射，生成烷氧基烷基自由基能夠直接與氨基C-H化學鍵生成的α-氨基自由基進行交叉偶聯(lián)反應，或者與烯烴、苯乙炔進行自由基加成。以往的方法學通常需要加入化學計量比的氧化劑或者氫原子轉(zhuǎn)移試劑，這種反應在氧化還原中性條件中只通過半導體量子點光催化劑就實現(xiàn)催化活化α-C-H化學鍵，這個結(jié)果為大規(guī)模利用THF試劑和將其轉(zhuǎn)化為高附加值化學品提供了可能。
本文要點：
1）反應情況。以THF、有機胺作為反應物，或者THF、端炔作為反應物，CdSe量子點作為光催化劑，實現(xiàn)脫氫偶聯(lián)反應或者對不飽和雙鍵進行加成。該反應在溫和反應條件中進行，實現(xiàn)了THF與有機胺或者氨基酸的α-C進行脫氫偶聯(lián)反應；或者與色酮或者端炔分子加成。
2）反應機理研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，量子點光催化劑與THF形成共軛體，從而實現(xiàn)活化THF分子的α-C-H化學鍵。本文首次實現(xiàn)了THF與其他試劑在未加入氧化劑或者HAT試劑，通過活化兩種不同的C-H鍵，釋放一分子H2，實現(xiàn)構(gòu)建C-C化學鍵。
該反應具有步驟和原子節(jié)約的特點，對廣泛的底物兼容，同時表現(xiàn)較高的可見光催化效率，為這種光催化反應在工業(yè)界和學術(shù)界的發(fā)展提供機會，能夠用于生物醫(yī)藥、農(nóng)藥等領(lǐng)域以及天然材料、精細化學品等廣泛領(lǐng)域的α-取代醚類有機分子。
Jia Qiao, et al, Direct, Site-Selective and Redox-Neutral α-C–H Bond Functionalization of Tetrahydrofurans via Quantum Dots Photocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c07076
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202109849
6. Angew：碘化物誘導的聚合親水性氮化碳的碎裂用于高性能準均相光催化H2O2合成
聚合氮化碳（PCN）作為一類雙電子氧還原反應（2e- ORR）光催化劑，在H2O2的制備上引起了人們廣泛的關(guān)注。然而，其2e- ORR的低活性和低選擇性極大制約了H2O2的生產(chǎn)效率。近日，河海大學敖燕輝教授報道了利用碘離子作為隱形抑制劑終止PCN聚合（TP-PCN），形成一種準均相光催化體系用于高效生產(chǎn)H2O2。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，TP-PCN具有碎裂和超薄的結(jié)構(gòu)，有助于暴露豐富的邊緣活性位點（AEASs（含氰基（-C≡N）和羥基（-OH）基團））。AEASs極大地提高了O2的吸附容量、2e- ORR的選擇性和載流子的分離效率。
2）進一步的密度泛函理論（DFT）計算結(jié)果顯示，AEASs可以增加O2的吸附，降低H2O2的生成能壘。另外，TP-PCN中β自旋軌道的電子可以直接轉(zhuǎn)移到O2的π*軌道上，從而促進O2的活化。
3）實驗結(jié)果顯示，TP-PCN具有顯著提高的光催化制H2O2的活性，是PCN的25.4倍。
這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計具有AEASs的高性能PCN準均相光催化提供了一種新的途徑，并揭示了ORR制H2O2過程中O2的活化機理。
Huinan Che, et al, Iodide-Induced Fragmentation of Polymerized Hydrophilic Carbon Nitride for High Performance Quasi-Homogeneous Photocatalytic H2O2 Production, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202111769
https://doi.org/10.1002/anie.202111769
7. Angew：亞納米厚晶圓尺寸NiO薄膜的室溫鐵磁行為
由于磁自旋在新型器件（如自旋場效應晶體管）中的潛在應用，在半導體中加入鐵磁性（FM）受到了人們廣泛關(guān)注。然而，在室溫以上，使其具有穩(wěn)定的FM極具挑戰(zhàn)性。近日，蘇州大學鄒貴付教授報道了開發(fā)了一種厚度可控至0.92 nm的亞納米（SN）厚，晶圓尺寸的NiO薄膜。
本文要點：
1）微觀結(jié)構(gòu)分析表明，SN NiO薄膜由扁圓形晶粒組成，結(jié)合了納米晶粒的大表面體積比和晶體薄膜的長程晶格有序的優(yōu)點。而表面晶格缺陷破壞了反鐵磁性（AFM）NiO的磁對稱性，產(chǎn)生了表面FM行為。此外，長程晶格有序在較高溫度（>380 K）下穩(wěn)定了表面FM行為。
2）實驗結(jié)果表明，SN NiO薄膜具有飽和磁化強度為157 emu/cc、矯頑力為418 Oe的室溫FM行為。同時，SN NiO薄膜可以很容易地轉(zhuǎn)移到柔性基片上。此外，在具有高室溫MR比的英寸級MR器件中進一步驗證了SN NiO薄膜的室溫FM行為。
本研究為制備在未來磁電器件中作為原子層磁性元件的晶圓級FM-NiO薄膜提供了一種SN平臺。
Sub-nanometer Thick Wafer-size NiO Films with Room-temperature Ferromagnetic Behavior, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110185
https://doi.org/10.1002/anie.202110185
8. Angew：可從淀粉樣蛋白-β中去除Cu2+并阻止與AD相關(guān)的活性氧形成的水溶性肽螯合劑
淀粉樣蛋白-β(Aβ)肽與銅結(jié)合以作為活性氧(ROS)形成的催化劑，進而導致與阿爾茨海默病(AD)相關(guān)的神經(jīng)病理降解。目前，利用螯合劑以選擇性地從Cu-Aβ中去除Cu是一種有效的治療策略。這種螯合劑可以與突觸間隙中的Zn2+離子(Zn)進行競爭，同時形成無毒的銅絡(luò)合物。以色列理工學院Galia Maayan和圖盧茲大學 Christelle Hureau設(shè)計了一種水溶性的擬多肽螯合劑P3，其在有Zn存在的情況下能夠選擇性地從Cu-Aβ中去除Cu(II)，并可在還原環(huán)境中阻止ROS的形成。
本文要點：
1）光譜分析表明，盡管P3從Cu,Zn-Aβ中提取Zn的速度比其去除Cu的速度快，但其形成的Zn配合物是一種會發(fā)生進一步離解的動力學產(chǎn)物，而CuP3則是唯一穩(wěn)定的熱力學產(chǎn)物。
2）綜上所述，具有良好生物利用度肽類螯合劑P3有望發(fā)展成為治療AD的有效候選藥物。
Anastasia E. Behar. et al. A Water-Soluble Peptoid Chelator that Can Remove Cu2+ from Amyloid-β and Stop the Formation of Reactive Oxygen Species Associated with Alzheimer’s Disease. Angewandte Chemie International Edition. 2021
DOI: 10.1002/anie.202109758
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202109758
9. Angew：h-BN載體上形成的單相Rh2O3納米粒子用于高度受控的甲烷部分氧化制合成氣
在許多催化應用中，人們一直在追求在載體上的形成活性金屬氧化物單相，以抑制不希望發(fā)生的反應，并確定直接的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。然而，這很難在納米尺度上實現(xiàn)，在整個催化劑生長過程中，不均勻的金屬-載體界面相互作用占主導地位，導致各種亞穩(wěn)態(tài)氧化物的形核。近日，韓國首爾大學Jongheop Yi，Jungwon Park報道了利用h-BN與銠氧化物之間獨特的相互作用，成功制備了一種單相剛玉-Rh2O3(I)納米催化劑。
本文要點：
1）原子分辨透射電子顯微鏡(TEM)和第一性原理計算相結(jié)合顯示，在煅燒過程中硝酸銠前驅(qū)體分解后，剛玉-Rh2O3(I)的（110）晶面優(yōu)先附著在h-BN表面。
2）研究人員將所制備的h-BN負載的單相Rh2O3(I)納米催化劑可用于催化甲烷部分氧化（MPO；CH4+0.5O2?CO+2H2）這一有效的甲烷轉(zhuǎn)化反應。結(jié)果顯示，使用Rh/h-BN催化劑，實現(xiàn)了高度控制的MPO工藝，僅從直接路線生產(chǎn)合成氣，并保持其優(yōu)越的催化活性。此外，在化學環(huán)化MPO的等溫甲烷反應中實現(xiàn)了高CO選擇性（~90%），并顯著減少了焦炭沉積。
這種可高度控制MPO的單相銠氧化物納米催化劑可用于H2/CO比為2的合成氣生產(chǎn)，其適用于大多數(shù)下游化學工藝，如甲醇和費托合成。
Younhwa Kim, et al, Single-phase formation of Rh2O3 nanoparticles on h-BN support for highly controlled methane partial oxidation to syngas, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110292
https://doi.org/10.1002/anie.202110292
10. AM：皮膚接觸友好的柔性多孔無線生命體征監(jiān)測系統(tǒng)
對于新生兒和兒科重癥監(jiān)護病房（NICU、PICU），連續(xù)監(jiān)測生命體征是非常基本的要求，尤其是對于極早產(chǎn)兒和/或危重病人而言。目前的技術(shù)中通過多個傳感器粘在皮膚上，并且通過硬接線接口進行外部數(shù)據(jù)和電力傳輸。這導致容易產(chǎn)生醫(yī)源性脆性損傷，未完全發(fā)育的皮膚和連線容易導致診療病人的過程非常復雜。有鑒于此，美國西北大學John A. Rogers院士、黃永剛等報道通過材料設(shè)計理念優(yōu)化使用的材料，改善了通過皮膚接觸進行生命體征監(jiān)測的系統(tǒng)。
本文要點：
1）通過使用改進的材料、同時使用開放式布局、預先彎曲的設(shè)計結(jié)合，實現(xiàn)了多種效果：有效降低皮膚界面上受到的壓力、促進經(jīng)表皮失水產(chǎn)生的水蒸氣釋放、能夠?qū)ζふ罨蚱渌碳ば云つw監(jiān)測生命體征、有效的降低粘接力，能夠降低移除裝置過程導致受傷的可能性。
2）通過系統(tǒng)性的測試、理論計算模擬揭示作用機理和關(guān)鍵性問題。在成年志愿者、NICU中的新生兒驗證這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的醫(yī)療級別生命體征監(jiān)測，展示受試者的身體健康情況。
Sung Soo Kwak, et al, Skin-Integrated Devices with Soft, Holey Architectures for Wireless Physiological Monitoring, With Applications in the Neonatal Intensive Care Unit, Adv. Mater. 2021, 2103974
DOI: 10.1002/adma.202103974
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202103974
11. Nano Lett.：具有交聯(lián)孔的三維共價有機骨架用于實現(xiàn)有效的癌癥免疫治療
武漢大學孫志軍教授和鄧鶴翔教授設(shè)計和合成的一系列三維(3D)共價有機骨架(COFs)，并將其作為免疫原性細胞死亡(ICD)誘導劑以實現(xiàn)癌癥免疫治療。
本文要點：
1）實驗利用三種無法誘導ICD的模塊構(gòu)建了三種COF，即COF-607，COF-608和COF-609，并發(fā)現(xiàn)它們具有出色的ICD誘導效率。機理研究表明，將這些ICD惰性單體連接到COF主鏈上后可以系統(tǒng)地對這些COF的光學性質(zhì)進行調(diào)節(jié)，從而使其具有優(yōu)異的活性氧(ROS)生成性能。
2）與此同時，COF所具有的類似于肺部結(jié)構(gòu)3D交聯(lián)孔，非常有利于氧和ROS的交換和擴散，因此其誘導ICD的效果極佳。實驗結(jié)果表明，COF-609能夠在乳腺癌小鼠模型中觸發(fā)持久的免疫記憶效應，利用COF-609+αCD47治療110天后，小鼠的存活率可達95%。
Liang Zhang. et al. Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks with Cross-Linked Pores for Efficient Cancer Immunotherapy. Nano Letters. 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02050
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02050
12. Nano Lett.：骨靶向聚合物囊泡用于有效治療骨質(zhì)疏松癥
隨著人口老齡化的加劇，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥正變得越來越普遍和嚴重。骨質(zhì)疏松癥引所起的骨折往往會導致永久性殘疾甚至死亡。受細胞外囊泡會參與骨重塑過程的啟發(fā)，同濟大學杜建忠教授、賀石生教授和范震研究員構(gòu)建了一種仿生聚合物囊泡，并將其用于實現(xiàn)骨靶向遞送β-雌二醇(E2)。
本文要點：
1）該囊泡由聚(ε-己內(nèi)酯)28-block-聚[(L-谷氨酸)7-stat-(L-谷氨酸-阿倫膦酸)4](PCL28-b-P[Glu7-stat-(Glu-ADA)4])二嵌段共聚物自組裝而成。冠上的阿侖膦酸(ADA)使得該聚合物囊泡具有較高的骨親和力，并可與E2產(chǎn)生協(xié)同作用以增強治療效果。
2）在去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠模型中，經(jīng)該聚合物囊泡治療后的大鼠骨密度恢復率和骨小梁骨密度恢復率分別為70.4%和99.3%，且骨質(zhì)疏松情況也得到了顯著改善。綜上所述，這項研究工作為治療骨質(zhì)疏松癥提供了一個高效的新策略。
Xue Zhou. et al. Bone-Targeting Polymer Vesicles for Effective Therapy of Osteoporosis. Nano Letters. 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02150
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02150
