1. Chem. Rev.: 用于無自發(fā)熒光光學(xué)成像的分子探針
近日，南洋理工大學(xué)浦侃裔等人綜述了用于無自發(fā)熒光光學(xué)成像的分子探針。
本文要點：
1）光學(xué)成像是臨床診斷和基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)研究中不可或缺的工具。無自發(fā)熒光光學(xué)成像消除了實時光激發(fā)，以最大限度地減少背景噪聲，使活體深處的生物結(jié)構(gòu)和病理生理事件的清晰可視化成為可能。專為無自體熒光光學(xué)成像開發(fā)的分子探針已被證明可顯著提高成像靈敏度、穿透深度、靶特異性和多路復(fù)用能力。
2）于此，作者重點介紹了分子探針的最新進(jìn)展，并根據(jù)不同種類的無自發(fā)熒光成像方式對它們進(jìn)行分層。在每個部分，相關(guān)的分子機制、工程策略、并對它們的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用進(jìn)行了深入討論，指出了發(fā)射紅移、亮度放大和壽命增加的方法。還討論了這些分子探針的通用設(shè)計策略以及廣泛的生物學(xué)應(yīng)用。最后，討論了進(jìn)一步推進(jìn)用于體內(nèi)成像和體外生物傳感器的下一代無自發(fā)熒光分子探針的挑戰(zhàn)和前景。
Molecular Probes for Autofluorescence-Free Optical Imaging. Chem. Rev. 2021.
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00506
2. Nature Commun.: 旋涂過程中有機-無機鈣鈦礦結(jié)晶的失衡過程
復(fù)雜的現(xiàn)象在鈣鈦礦材料的形成過程中普遍存在，這會影響它們的加工-結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系。通常，甲基銨碘化鉛（CH3NH3PbI3，MAPI）薄膜需要通過旋涂、抗溶劑滴和膠體前體退火處理，進(jìn)而形成鈣鈦礦相。為了揭示其形成過程，慕尼黑工業(yè)大學(xué)Peter Müller-Buschbaum和美國勞倫斯伯克力國家實驗室Carolin M. Sutter-Fella等人報道了該過程中形成的瞬態(tài)和穩(wěn)定相的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并通過結(jié)合來自掠入射廣角 X 射線散射和光致發(fā)光光譜的原位數(shù)據(jù)揭示了潛在轉(zhuǎn)變的機制見解。
本文要點：
1）首先，研究人員對有機-無機鈣鈦礦形成的胚胎階段進(jìn)行了詳細(xì)研究。轉(zhuǎn)化過程中的物理化學(xué)演變分為四個步驟：i) 多分散 MAPI 納米晶體在抗溶劑液滴上的即時成核，ii) 亞穩(wěn)態(tài)納米晶體通過簇聚結(jié)瞬間部分轉(zhuǎn)化為正交溶劑復(fù)合物，iii) 熱分解（溶解）在從復(fù)合物中蒸發(fā)溶劑后，穩(wěn)定的溶劑復(fù)合物轉(zhuǎn)化為碘化鉛片段，以及 iv) 薄膜中立方 MAPI 晶體的形成（重結(jié)晶）。
Pratap, S., Babbe, F., Barchi, N.S. et al. Out-of-equilibrium processes in crystallization of organic-inorganic perovskites during spin coating. Nat. Commun. 12, 5624 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25898-5
3. JACS：漿膜仿生納米結(jié)構(gòu)膜用于滲透能收集
存在于海水和淡水之間的滲透能是一種清潔的可再生能源。然而，開發(fā)用于收集滲透能的高效、耐用的選擇性滲透膜仍然是一個長期存在的瓶頸。近日，澳大利亞悉尼科技大學(xué)汪國秀教授，Dong Zhou，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所江雷院士報道了通過復(fù)制漿膜的結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種Pypa-SO3H/SANF復(fù)合膜，用于高效地收集滲透能。
本文要點：
1）具有豐富的1D/2D納米通道的多孔PyPaSO3H納米片不僅協(xié)同實現(xiàn)超快離子傳輸，而且由于共價連接的陰離子基團(tuán)，還能夠?qū)崿F(xiàn)高陽離子滲透選擇性。而具有高機械強度的SANF則顯著提高了膜的強度和在水中的耐久性。此外，它們還通過增加Pypa-SO3H 納米片之間的層間距，進(jìn)一步提高了離子選擇性，增大了跨膜通量。
2）這種功能性Pypa-SO3H納米片和SANF的協(xié)同效應(yīng)使?jié)B透能收集膜具有更長的壽命和更高的發(fā)電量。PYPA-SO3H/SANF膜在天然海水/河流水系統(tǒng)中的最大功率密度達(dá)到9.6 W m?2，顯示出巨大的實際應(yīng)用前景。
3）研究人員通過理論和實驗研究，揭示和突出了離子選擇性/離子輸運動力學(xué)與能量轉(zhuǎn)換性能之間的納米尺度相關(guān)性。
這項研究為探索可再生的“藍(lán)色能源”鋪平了一條新的道路。此外，這項工作中的仿生設(shè)計策略和可控的滲透選擇膜的合成可以擴展到廣泛的離子傳輸應(yīng)用，包括水凈化、海水淡化和電池，從而增強了其可持續(xù)未來的應(yīng)用前景。
Zengming Man, et al, Serosa-Mimetic Nanoarchitecture Membranes for Highly Efficient Osmotic Energy Generation, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c07392
https://doi.org/10.1021/jacs.1c07392
4. JACS：一鍋合成法在Fe沸石上選擇性形成α-Fe(II)位點
Fe沸石中的α-Fe(II)活性位點在用于催化N2O分解時，會形成高活性的α-O，選擇性地氧化未反應(yīng)的碳?xì)浠衔铮缂淄椤Ｈ欢藗冴P(guān)于這些α-Fe(II)位點是如何形成的，目前還不清楚。近日，比利時魯汶大學(xué)Michiel Dusselier，Robert A. Schoonheydt，Bert F. Sels，斯坦福大學(xué)Edward I. Solomon報道了比較了不同的沸石引入Fe的方法，得出了Fe物種形成α-Fe(II)的限制因素。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，在小孔沸石上的后合成Fe引入過程受到有限的Fe擴散和分散導(dǎo)致鐵氧化物的影響。相反，通過在沸石的水熱合成混合物中引入Fe（III）（一鍋合成）和正確的處理，可以用>1.6 wt%的Fe制備結(jié)晶CHA，其中超過70%是α-Fe(II)。
2）研究了Fe對晶化的影響，并用UV?vis-NIR、FT-IR和穆斯堡爾譜跟蹤了中間Fe物種。這些數(shù)據(jù)在每一步都得到了在線質(zhì)譜的補充，在α-O形成中進(jìn)行了反應(yīng)性測試，并在室溫和壓力下進(jìn)行了化學(xué)計量甲烷活化過程中的甲醇產(chǎn)率測試。通過H2O/CH3CN萃取法在一次循環(huán)中回收高達(dá)134 μmol/g的甲醇和通過水蒸氣解吸法，獲得183 μmol/g的甲醇，這是Fe沸石的最高產(chǎn)率。
3）研究人員提出了通過干燥、煅燒和活化過程中沸石中Fe物種形成的總體方案。發(fā)現(xiàn)了兩組α-Fe(II)的形成，一組在高溫活化前，一組在高溫活化后。研究人員認(rèn)為后者依賴于沸石晶格中鋁的重新洗牌來容納熱力學(xué)上有利的α-Fe(II)。
Max L. Bols, et al, Selective Formation ofα?Fe(II) Sites on Fe-Zeolites through One-Pot Synthesis, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c07590
https://doi.org/10.1021/jacs.1c07590
5. Angew：一種可提高鋰離子傳輸能力，穩(wěn)定鋰沉積的離子液體電解質(zhì)助力高性能Li-O2電池
盡管基于雙(三氟甲磺酰亞胺)離子液體（TFSI-IL）的電解液可以使得Li-O2電池具有低充電過電位。然而，弱的Li+輸運能力（LTA）也同時導(dǎo)致了不均勻的Li沉積。近日，南開大學(xué)陳軍院士報道了在Sand formula的指導(dǎo)下，通過合理提高TFSI-IL電解質(zhì)的LTA，成功地實現(xiàn)了穩(wěn)健的Li沉積行為。
本文要點：
1）通過優(yōu)化LiTFSi、[DEME][TFSI]和OTE的比例，形成獨特的富Li+的聚集態(tài)離子簇（AGG、TFSI-分別配位于兩個或多個Li+），同步改善電解質(zhì)（c0、t+和D）的傳輸參數(shù)，以獲得最高的LTA。在LTA最高的0.8-1-4電解液中，實現(xiàn)了穩(wěn)定而堅固的鋰沉積行為，具有高庫侖效率（97.5%）和高耐久電流密度（1 mA cm-2）。
2）基于電解液0.8-1-4，Li-O2電池表現(xiàn)出顯著提高的循環(huán)穩(wěn)定性（75次循環(huán)后過電位小幅增加0.064 V）和高倍率性能（高達(dá)500 mA g-1）。此外，高LTA電解液0.8-1-4在LiLiFePO4等其他鋰金屬電池體系中也顯示出優(yōu)越性。
本工作從鋰離子傳輸?shù)慕嵌葹榉€(wěn)定鋰沉積行為鋪平了道路，促進(jìn)了TFSI-IL電解質(zhì)的實際應(yīng)用。
Yichao Cai, et al, Ionic Liquid Electrolyte with Enhanced Li+ Transport Ability Enables Stable Li Deposition for High-Performance Li-O2 Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202111360
https://doi.org/10.1002/anie.202111360
6. Angew：具有極低離子擴散激活能的鎢摻雜的硫代銻酸鈉固態(tài)電解質(zhì)
由于，大多數(shù)無機固態(tài)電解質(zhì)(SSE)都是不可燃的，因此，使用SSE來代替液態(tài)有機電解質(zhì)是提高電池安全性一種可行途徑。SSE和用于全固態(tài)電池（ASSBs）的硫代銻酸鈉（Na3SbS4）和相關(guān)Na3PnS4（Pn=P，As，Sb）由于其室溫離子導(dǎo)電性而引起人們的興趣近日，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校David Mitlin，橡樹嶺國家實驗室Jagjit Nanda報道了提出了一種基于多重協(xié)同設(shè)計規(guī)則的SSE結(jié)構(gòu)修飾策略，以降低陽離子擴散活化能。
本文要點：
1）設(shè)計了兩種摻W的硫代銻酸鈉單晶，Na2.895W0.3Sb0.7S4和Na2.7W0.3Sb0.7S4，兩者具有極低的激活能和較高的室溫離子電導(dǎo)率，分別為0.09 eV，24.2 mS/cm和0.12 eV，14.5 mS/cm。在?15 ℃時，Na2.895W0.3Sb0.7S4的總離子電導(dǎo)率為5.5 mS/cm。
2）研究發(fā)現(xiàn)，摻雜30%的W含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了先前報道的10-12%，并產(chǎn)生了新的偽立方或正交結(jié)構(gòu)。基于密度泛函理論（DFT）計算的理論研究表明，這些性質(zhì)是多種擴散機制共同作用的結(jié)果，包括空位缺陷、強關(guān)聯(lián)模式和過量的Na-離子。
3）實驗結(jié)果顯示，以Na2.895W0.3Sb0.7S4為SSE和以硫化鈉（Na2S）為正極的ASSB的可逆容量達(dá)到了400 mAh/g。
Xuyong Feng, et al, Heavily Tungsten Doped Sodium Thioantimonate Solid State Electrolytes with Exceptionally Low Activation Energy for Ionic Diffusion, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110699
https://doi.org/10.1002/anie.202110699
7. AM：嵌入用于Li-S電池的三維電極的單原子金屬中工程化的d-p軌道雜化
盡管，人們已經(jīng)報道了將單原子金屬催化劑（SACs）用作硫正極添加劑來提高Li-S電池的性能，但關(guān)于其催化活性的材料選擇和作用機理尚不清楚。近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院成會明院士，周光敏，北京航空航天大學(xué)張千帆，澳大利亞科廷大學(xué)Shiyong Zhao報道了單原子金屬與硫物種之間的d-p軌道雜化可以用來描述Li-S電池中SACs的催化活性。
本文要點：
1）原子序數(shù)較低的過渡金屬，如鈦（Ti），具有較少的填充反鍵態(tài)，可以有效地結(jié)合多硫化物鋰（LiPSs）并催化其電化學(xué)反應(yīng)。
2）研究人員采用可控氮配位法制備了一系列嵌在三維電極上的單原子金屬催化劑（Me=Mn，Cu，Cr和Ti）。其中，嵌入Ti單原子的3D電極具有最低的LiPSs還原/Li2S氧化的電化學(xué)勢壘，以及最高的催化活性，與理論計算吻合較好。
3）得益于導(dǎo)電傳輸網(wǎng)絡(luò)上Ti SACs的高活性催化中心，以較低的催化劑負(fù)載量（1wt.%）和較高的硫面負(fù)載量（8 mg cm?2），即實現(xiàn)了高硫利用率。
4）此外，這些3D電極具有良好的彎曲機械穩(wěn)定性，適用于制造用于可彎曲/可折疊的可穿戴電子產(chǎn)品的Li-S電池。
Zhiyuan Han, et al, Engineering d-p Orbital Hybridization in Single-Atom Metal-Embedded Three-Dimensional Electrodes for Li–S Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202105947
https://doi.org/10.1002/adma.202105947
8. AM：可揮發(fā)固體添加劑輔助制備高效有機太陽能電池
控制有機半導(dǎo)體的自組裝以在體異質(zhì)結(jié)活性層中形成成熟的納米級相分離對于構(gòu)建高性能有機太陽能電池 (OSC) 至關(guān)重要，但也具有挑戰(zhàn)性。特別是，非富勒烯受體和 p 型有機半導(dǎo)體供體之間相似的各向異性共軛結(jié)構(gòu)增加了操縱它們聚集以實現(xiàn)適當(dāng)相分離的復(fù)雜性。蘇州大學(xué)Chaohua Cui和國家納米科學(xué)技術(shù)中心Jianqi Zhang等人通過利用二噻吩并 [3,2-b:2',3'-d] 噻吩 (DTT) 和 1-氯萘 (CN) 的協(xié)同效應(yīng)，開發(fā)了一種調(diào)節(jié)光敏層形貌的新方法。
本文要點：
1）具有高結(jié)晶度的可揮發(fā)固體添加劑DTT可以在薄膜沉積過程中限制非富勒烯受體的過度自組裝，然后在熱退火下使相分離和分子堆積的細(xì)化與DTT的同時揮發(fā)。
2）因此，由CN和DTT雙重添加劑制備的PTQ10:m-BTP-PhC6:PC71BM的三元 OSCs獲得了18.89%的記錄功率轉(zhuǎn)換效率 和顯著提高的FF為 80.6%。
Bao, S., Yang, H., Fan, H., Zhang, J., Wei, Z., Cui, C., Li, Y., Volatilizable Solid Additive-Assisted Treatment Enables Organic Solar Cells with Efficiency over 18.8% and Fill Factor Exceeding 80%. Adv. Mater. 2021, 2105301.
https://doi.org/10.1002/adma.202105301
9. AM：2D層狀材料中的可控?fù)诫s
對于每一代半導(dǎo)體來說，摻雜技術(shù)問題總是被放在優(yōu)先事項的首位，其決定了一種材料是否可以用于電子和光電行業(yè)。當(dāng)談到二維（2D）材料時，在p型或n型中可控地?fù)诫s2D半導(dǎo)體已經(jīng)面臨了巨大的挑戰(zhàn)，更不用說實現(xiàn)對這一過程的連續(xù)控制了。基于此，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所胡偉達(dá)研究員，復(fù)旦大學(xué)周鵬教授報道了PtSe、PtS0.8Se1.2、PdSe2和WSe2等2D層狀材料獨特的自調(diào)制摻雜特性。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，垂直堆積的單分子層數(shù)目的變化是可控地將同一材料從p型摻雜調(diào)諧到本征以及到n型摻雜的關(guān)鍵因素。
2）基于動力學(xué)和熱力學(xué)分析結(jié)果，研究人員發(fā)現(xiàn)，厚度引起的晶格形變使PtSSe中的缺陷從Pt空位過渡到陰離子空位，從而分別導(dǎo)致p型和n型電導(dǎo)。
3）通過厚度調(diào)制摻雜，WSe2二極管具有4400的高整流比和0.38 V的大開路電壓。同時，PtSSe探測器克服了窄禁帶光電器件暗電流大的缺點。
這些發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)科學(xué)研究和應(yīng)用提供了一個全新的視角。
Zhen Wang, et al, Controllable Doping in 2D Layered Materials, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104942
https://doi.org/10.1002/adma.202104942
10. Nano Energy : 基于無摻雜聚合物的高穩(wěn)定性的2D/3D鈣鈦礦太陽能電池
與需要吸濕添加劑的傳統(tǒng)空穴傳輸材料 (HTM)相比，無摻雜HTM有望解決鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 的穩(wěn)定性問題。除了開發(fā)更多不含摻雜劑的HTM并提高其空穴提取/傳輸能力外，鈣鈦礦和不含摻雜劑的HTM之間的界面問題也顯著影響 PSC性能，然而，這些問題較少受到關(guān)注。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦院士和Xin Guo等人在 3D 鈣鈦礦和無摻雜聚合物 HTM 的界面上引入了 2D 鈣鈦礦層，以提高器件效率和穩(wěn)定性。
本文要點：
1）二維鈣鈦礦層可以通過提供梯度能級排列來增加空穴傳輸，降低缺陷密度并改善界面處的接觸，當(dāng)二維鈣鈦礦由含氟有機陽離子制備時，這些更有效。
2）進(jìn)而獲得了20.5%的器件效率，這是基于無摻雜HTM的2D-3D PSC較高的效率值。特別是，這些未封裝的器件在高濕度 (85%)、加熱 (80 °C) 或光照 (AM1.5G) 下均表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性，這歸因于 2D 鈣鈦礦層和無摻雜聚合物的雙重保護(hù)。
3）這項工作提供了一種有前途的方法，通過在界面處引入二維鈣鈦礦層來提高基于無摻雜劑的HTM基PSC的效率和穩(wěn)定性。
Xiaoqing Jiang, et al. Dopant-free polymer/2D/3D perovskite solar cells with high stability, Nano Energy, 2021.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106521
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521007746#!
11. Materials Today：一種用于絕緣熱傳導(dǎo)和大電流密度析氫的大尺寸2D材料的膠磨剝離
盡管二維（2D）材料可用于大量很有前途的應(yīng)用，但其規(guī)模化生產(chǎn)仍然具有挑戰(zhàn)性。近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院劉碧錄報道了開發(fā)了一種膠水輔助磨削剝離（GAGE）方法，在該方法中，粘合聚合物充當(dāng)粘合劑，以大量生產(chǎn)大橫向尺寸、高質(zhì)量和高成品率的2D材料。
本文要點：
1）研究人員以六方氮化硼（h-BN）為例，基于上述GAGE方法，實現(xiàn)了大尺寸、高質(zhì)量、高產(chǎn)率的超薄氮化硼納米片（BNNSs）的可控制備。
2）研究人員通過密度泛函理論(DFT)計算證實了粘結(jié)聚合物與h-BN之間的結(jié)合能大于層狀材料的剝離能，從而導(dǎo)致了h-BN的剝離。
3）該方法還可用于制備其它2D材料，包括導(dǎo)電石墨烯、半導(dǎo)體二硫化鉬(MoS2)、二硫化鎢(WS2)和Bi2O2Se，以及絕緣粘土材料。
4）該方法制備的2D材料/聚合物復(fù)合分散體在兩個可擴展的應(yīng)用中表現(xiàn)出顯著的性能。首先，BNNSs基復(fù)合膜具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)、良好的機械性能和電絕緣性，可用于柔性熱管理。第二，2D MoS2基電催化劑對大電流密度析氫反應(yīng)（HER）具有較高的活性和良好的耐久性。結(jié)果表明，這種大規(guī)模生產(chǎn)的二維材料具有巨大的應(yīng)用潛力。
Liusi Yang, Glue-assisted grinding exfoliation of large-size 2D materials for insulating thermal conduction and large-current-density hydrogen evolution, Materials Today (2021)
DOI: 10.1016/j.mattod.2021.08.009
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.08.009
12. ACS Nano：超高通量油乳化液的綜合電動輔助分離
許多行業(yè)對高效和高通量乳狀液分離，特別是納米乳，有重大但很大程度上尚未滿足的需求。傳統(tǒng)的分離膜依賴于基于粒度的分離，主要利用篩分機制和潤濕現(xiàn)象，導(dǎo)致需要在分離效率和分離通量之間進(jìn)行巨大平衡。近日，韓國忠南大學(xué)Seong J. Cho，浦項科技大學(xué)Geunbae Lim報道了展示了如何克服上述可伸縮性問題，并成功地將電動技術(shù)集成到基于潤濕性的分離系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)高通量納米乳液分離。
本文要點：
1）這種過濾器基于電動輔助，通過電泳力阻止納米液滴，使它們能夠結(jié)合成一個更大的油塞，從而在超高流量下能夠被納米纖維過濾器的微孔捕獲。
2）結(jié)果顯示，該過濾器能有效地分離各種納米乳液，分離效率高(>99%)，并且在超高通量下(高達(dá)40000 L/H·m2)，取決于過濾器的材料或結(jié)構(gòu)，比最近報道的膜基過濾器高100?10000倍。
3）該過濾系統(tǒng)可以通過施加反向電場實現(xiàn)反沖洗，便于清洗，因此無需更換膜即可連續(xù)分離。
研究人員通過理論、可視化和測量對提出的概念高效乳液分離概念進(jìn)行了全面的驗證。
Hyukjin J. Kwon, et al, Comprehensive Electrokinetic-Assisted Separation of Oil Emulsion with Ultrahigh Flux, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c03329
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c03329
