1. Nat. Rev. Mater.: 性能優越的生物基聚合物
具有獨特化學功能的生物基化合物可以通過植物和其他非化石生物原料的選擇性轉化來獲得，用于開發新聚合物以取代由化石碳原料生產的聚合物。盡管已經投入了大量努力來生產與石油化學相同并直接取代石油的生物基聚合物，但長期追求的目標是合成新的、可持續的、生物基聚合物，這些聚合物在功能上取代或表現出相對于現有聚合物的性能優勢。由于人為氣候變化和全球塑料污染對環境的影響，實現生物基材料經濟規模化的必要性至關重要。
有鑒于此，科羅拉多州立大學Eugene Y.-X. Chen教授和美國可再生能源實驗室Gregg T. Beckham教授等人，描述了性能優越的生物基聚合物(PBPs)的概念，重點介紹了生物基原料固有的化學功能促進了優越性能的例子。關注帶有C-O和C-N單元間化學鍵的PBPs，因為它們通常很容易從生物基原料中獲得，而生物基原料相對于石油衍生原料而言富含雜原子。最后，我概述了促進PBP發展的指導原則和挑戰。
本文要點：
1）在許多情況下，生物基聚合物前驅體來自碳水化合物，常見的來源于生物質的原料包括淀粉、可溶性糖、細胞壁多糖、纖維素、半纖維素、果膠以及芳香族聚合物木質素，此外，還有一些植物體內的小分子像生物堿、萜類、酚類和脂肪酸等。另外，生物原料還包括幾丁質等天然結構聚合物以及食物垃圾中存在的與植物細胞壁成分類似的多糖、蛋白質和油脂等。
2）生物衍生化合物的固有功能可以提高聚合物相對于目前的石油衍生材料的性能。但目前仍存在幾個方面的挑戰：（a）在單體組合和催化劑設計方面縮小組合設計空間；（b）識別具有潛在性能優勢的分子，例如柚皮素在PBz形成過程中自動催化作用的能力；（c）確保所有必備的性能至少能夠持續是一個巨大的挑戰；（d）性能優勢的耦合仍然是一個關鍵挑戰。
Cywar, R.M., Rorrer, N.A., Hoyt, C.B. et al. Bio-based polymers with performance-advantaged properties. Nat Rev Mater (2021).
DOI: 10.1038/s41578-021-00363-3
https://doi.org/10.1038/s41578-021-00363-3
2. Chem. Soc. Rev.：仿生策略應用于下一代鈣鈦礦太陽能移動電源
由于許多吸引人的屬性，包括便攜性、長運行時間、可充電性和與用戶所需的外形尺寸的兼容性，智能電子設備正變得無處不在。基于光伏技術的移動電源 (MPS) 與智能電子設備的集成將繼續推動提高可持續性和獨立性。鹵化物鈣鈦礦光伏具有高效、低成本、靈活性和輕量化的特點，已成為 MPS 的有希望的候選者。實現這些具有非常規非凡屬性的光伏MPS (PV-MPS) 需要新的“開箱即用”設計。
天然材料為在廣泛的邊界條件下設計特性提供了有前途的設計解決方案，從分子、蛋白質、細胞、組織、儀器到動物、植物和人類系統，經過數十億年的進化優化。在PV-MPS中應用仿生策略可以是原子/中尺度結晶的生物分子修飾、設備/系統級別的生物結構復制和功能級別的生物模擬，以提供有效的電荷傳遞、能量傳輸/利用，以及對環境刺激的更強抵抗力（例如，自愈和自清潔）。賓夕法尼亞州立大學Shashank Priya和Kai Wang等人綜述了仿生策略在下一代鈣鈦礦太陽能移動電源中的應用。
本文要點：
1）討論了仿生/模擬結構、實驗模型和工作原理，目的是揭示與 PV-MPS 相關的物理和生物微觀結構。這里的重點是確定提高新興鹵化物鈣鈦礦 PV 性能的策略和材料設計，并規劃它們與未來MPS的橋梁。
Jungjin Yoon, et al. Bio-inspired strategies for next-generation perovskite solar mobile power sources, Chem. Soc. Rev., 2021
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d0cs01493a
3. JACS：等離子體AuPt@CuS異質結構用于具有增強協同效應的放射光熱治療
近幾十年來，納米解剖學為惡性腫瘤的診斷和治療提供了新的治療方式，提高了療效，減少了副作用。與傳統化療對正常組織有嚴重毒副作用不同，光熱療法是一種微創、無害的治療方法，在摧毀腫瘤時毒性很小。有鑒于此，上海交通大學的譚蔚泓及中科院的趙宇亮、晏亮等研究人員，報道等離子體AuPt@CuS異質結構用于具有增強協同效應的放射光熱治療。
本文要點：
1）研究人員報告了一種新型的等離子體異質結構，通過將AuPt納米粒子(NPs)裝飾到CuS納米片(AuPt@CuS NSs)表面形成一種高效的納米異質結構，用于雙模態光聲/計算機斷層成像和增強協同放射光熱治療。
2）這些異質結構可以提供更高的光熱轉換效率，通過局部電磁增強以及以消耗谷胱甘肽形式的更大輻射劑量沉積和活性氧物種的產生。
3）結果提高了組織穿透深度，緩解了腫瘤微環境缺氧。光熱消融與放療協同增強療效，可消除腫瘤而不復發。
本文研究表明，這些多功能異質結構將在未來的腫瘤治療中發揮重要作用，在潛在的雙通道系統引導成像下，放射治療和光熱消融的協同效應將得到增強。
Bing Zu, et al. Catalytic Enantioselective Construction of Chiroptical Boron-Stereogenic Compounds. JACS, 2021.
DOI：10.1021/jacs.1c08482
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08482
4. JACS：非常規2H相Pd合金納米材料用于高效ORR
貴金屬基合金納米材料的晶相工程為合理制備各類高性能催化劑開辟了新的途徑。然而，由于其熱力學不穩定的特性，非常規晶相的貴金屬基合金納米材料的可控制備仍然是一個巨大的挑戰。有鑒于此，香港城市大學的張華教授等發展了一種通用的種子合成策略，成功合成了具有非常規六方緊密堆積(hcp, 2H型)相且Cu含量可調的PdCu合金納米材料。所獲得合金材料在ORR中展示出超高活性。
本文要點：
1）進一步利用Pt電置換Cu制備非常規三金屬2H-PdCuPt納米材料，并將材料應用在電化學氧還原反應(ORR)中。
2）在堿性條件下，在0.9 V (vs RHE)下的電化學氧還原反應(ORR)中，2H-Pd67Cu33納米粒子的高質量活性為0.87 A mg-1Pd，是常規面心立方(fcc) Pd69Cu31納米粒子的2.5倍。
3）揭示了晶體相在決定ORR性能方面的重要作用。獲得的2 H- Pd 71Cu22Pt7催化劑在0.9 V (vs RHE)顯示了超高的質量活性1.92 A mg–1Pd+Pt，分別是商業Pt / C和Pd / C催化劑的19.2和8.7倍。
Yiyao Ge, Xixi Wang, Biao Huang, et al. Seeded Synthesis of Unconventional 2H-Phase Pd Alloy Nanomaterials for Highly Efficient Oxygen Reduction. J Am Chem Soc 2021.
DOI: 10.1021/jacs.1c08973
https://doi.org/10.1021/jacs.1c08973
5. JACS：鉀?硫電池中原子鈷和吡啶氮協同催化氧化K2S
鉀?硫（K-S）電池具有理論重量能量密度高、成本低等優點，在下一代電池中具有廣闊的應用前景。然而，其面臨的主要的障礙是緩慢的K2S氧化動力學，以及對K2S氧化機制缺乏原子水平的了解。近日，澳大利亞阿德萊德大學喬世璋教授，清華大學王海輝教授報道了提出了一種用于高效催化氧化K2S的Co單原子硫載體，以展示優異的K?S電池性能。
本文要點：
1）為了考察表面中心對K2S氧化的催化作用，研究人員合成了一系列硫載體，包括摻氮碳（NC）上的Co單原子（SA-NC）、NC和NC負載的Co納米顆粒（Co-NC）。與S@NC和S@Co-NC相比，S@SA-NC的活性硫含量高達56.8%，這是由于三種硫載體的比表面積不同所致。
2）通過密度泛函理論（DFT）計算和同步加速器X射線衍射測量的合理結合，研究人員首次證實了動態Co?S和N?K相互作用的一種新的協同效應促進K?S鍵解離，從而加速了K2S的氧化動力學。
3）所制得的K?S電池在1 C和2 C的大電流密度下的容量分別為773 mAh g?1和535 mAh g-1。
這一新的機理拓展了電化學過程中硫氧化還原動力學的化學研究，并激勵人們進一步探索用于先進能源相關系統的高效電極材料。
Chao Ye, et al, Catalytic Oxidation of K2S via Atomic Co and Pyridinic N Synergy in Potassium?Sulfur Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c06255
https://doi.org/10.1021/jacs.1c06255
6. JACS展望：人工金屬-多肽組裝
金屬-有機配合物(MOC)或金屬-有機框架(MOFs)等手性結晶多孔材料在對映體特異過程中得到了越來越廣泛的應用。然而，對重要的生物分子實現特異性的親和性結合和顯著的對映選擇性仍然具有挑戰性。其中最關鍵的可能是這些材料缺乏優異的適應性、相容性和加工性能，從而嚴重阻礙了其在化學工程和生物技術的實際應用。有鑒于此，上海交通大學的崔勇教授等認為系統歸納總結了典型的MPAs，其中包括結構明確的金屬肽復合物和高度結晶的金屬肽框架。人工金屬多肽組裝(MPAs)是一種新的發展方向，可以解決目前手性多孔材料的瓶頸問題。
本文要點：
1）通過對上述結構的深入了解，經過金屬配位和非共價相互作用的密切合作，肽組裝和折疊可以創建適應性強的蛋白質類納米腔。
2）該領域依然存在無限挑戰，其中側鏈基團和氨基酸序列更有可能獲得可編程的、遺傳編碼的肽介導的多孔材料，從而有助于增強對映體選擇性識別，并使下一代多功能仿生材料的關鍵生化過程成為可能。
Jinqiao Dong, Yan Liu, and Yong Cui*. Artificial Metal–Peptide Assemblies: Bioinspired Assembly of Peptides and Metals through Space and across Length Scales. J Am Chem Soc 2021.
DOI: 10.1021/jacs.1c08487
https://doi.org/10.1021/jacs.1c08487
7. JACS: 聚乳酸催化胺化制丙氨酸的研究
與傳統的石油基塑料相比，聚乳酸作為最流行的生物可降解塑料，在環境中可分解為二氧化碳和水。然而，聚乳酸的自然降解需要很長一段時間，更重要的是，它是一個碳排放過程。因此，迫切需要開發一種新型的轉化工藝，將塑料垃圾升級回收為高附加值產品，特別是具有高化學選擇性的產品。有鑒于此，北京大學馬丁教授和王蒙副研究員等人，展示了一種使用 Ru/TiO2催化劑通過簡單的氨溶液處理將聚乳酸轉化為丙氨酸的一鍋法催化方法。
本文要點：
1）發展了一種聚乳酸塑料高效轉化制丙氨酸的新過程，采用Ru/TiO2催化劑，在無外加氫氣的條件下，氨水簡單加熱處理即可實現聚乳酸塑料高效制備丙氨酸（77%收率，反應溫度140℃）。
2）PLA在氨水中首先氨解形成乳酰胺，接著乳酰胺水解生成乳酸銨，乳酸銨再進一步在催化劑表面胺化形成丙氨酸。乳酰胺和乳酸銨是初始中間體，乳酸銨的脫氫引發胺化，而 Ru 納米顆粒對于脫氫/再氫化和胺化步驟至關重要。
3）在溫和的反應條件下，可以在Ru/TiO2 催化劑上獲得高于94%選擇性的高純度（>95%）丙氨酸。
總之，該工作為回收利用廢棄塑料、生產單一增值化學品提供了一種新策略。
Shuheng Tian et al. Catalytic Amination of Polylactic Acid to Alanine. J. Am. Chem. Soc., 2021.
DOI: 10.1021/jacs.1c08159
https://doi.org/10.1021/jacs.1c08159
8. JACS：石墨烯-納米石墨烯范德華異質結光電探測器
利用無機半導體納米結構對石墨烯的敏化已被證明是提高其光電性能的一種強有力的策略。然而，無機增感劑中金屬陽離子的光學性質和毒性限制了它們的廣泛應用，更重要的是對這種雜化體系中界面電荷轉移過程的本質的理解仍然是未知的。有鑒于此，法國斯特拉斯堡大學的Paolo Samorì教授和德國馬克斯普朗克高分子研究所的Hai I. Wang教授等設計并開發了高質量的納米石墨烯(NG)分散體，并采用高剪切混合剝落法大規模生產。所獲得的NG被應用于光電探測器器件的制備領域，并展示出超高的性能。
本文要點：
1）納米石墨烯分子在石墨烯上的物理吸附形成石墨烯- NG范德華異質結構(VDWHs)，其特征是通過π -π相互作用形成強烈的層間耦合。
2）基于這種VDWHs制作的光電探測器具有超高的響應度，高達4.5 × 107 A/W，特定的探測度達到4.6 × 1013 Jones，該性能可與石墨烯基光電探測器的最高值相競爭。
3）超快太赫茲(THz)光譜分析表明，該器件的優異特性歸功于光產生的空穴從氮化碳到石墨烯的有效轉移，以及石墨烯-氮化碳界面(超過1 ns)的長壽命電荷分離。
4）上述結果表明石墨烯-納米石墨烯 VDWHs作為高性能、低毒光電子器件的原型構建模塊具有巨大的潛力。
Zhaoyang Liu, Haixin Qiu, Shuai Fu, et al. Solution-Processed Graphene–Nanographene van der Waals Heterostructures for Photodetectors with Efficient and Ultralong Charge Separation. J Am Chem Soc 2021.
DOI: 10.1021/jacs.1c07615
https://doi.org/10.1021/jacs.1c07615
9. JACS：化學穩定的聚芳醚基金屬酞菁框架用于電容儲能
共價有機框架材料(COFs)具有高效的電荷傳輸和優異的化學穩定性，是光電器件和能源相關應用的重要半導體材料。然而，用合成化學獲得這些材料的限制以及缺乏對載流子遷移率機理的理解極大地阻礙了它們的實際應用。有鑒于此，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Jian Zhang等報道了三種化學穩定的聚芳醚基金屬酞菁COFs (PAE-PcM, M = Cu, Ni和Co)的合成，并在溶劑熱條件下在各種基片(SiO2/Si, ITO和石英)上原位生長它們的薄膜。
本文要點：
1）研究表明，具有范德華層狀結構的PAE-PcM COFs薄膜具有p型半導體性能，本征遷移率可達~19.4 cm2 V-1 S-1；碘摻雜后PAE-PcCu薄膜的電導率為0.2 S m-1，提高了4個數量級。
2）理論計算表明，框架內的載流子輸運具有各向異性，其中沿柱狀堆疊酞菁的平面外空穴輸運更有利。此外，PAE-PcCo的氧化還原行為對其電容性能的貢獻最大，達到了約88.5%，其比表面積歸一化電容達到了約19 μF cm-2。
3）這項工作不僅為理解基于聚芳醚基二維碳氟化合物的電子性質提供了基礎認識，而且為它們的實際相關應用鋪平了道路。
Chongqing Yang, Kaiyue Jiang, Qi Zheng, et al. Chemically Stable Polyarylether-Based Metallophthalocyanine Frameworks with High Carrier Mobilities for Capacitive Energy Storage. J Am Chem Soc 2021.
DOI: 10.1021/jacs.1c08265
https://doi.org/10.1021/jacs.1c08265
10. JACS：三元合金通過選擇性電催化木質素單體氫化高效生產甲氧基化化學品
木質素是一種豐富的可再生有機碳來源，其轉化為增值有機化學物質有助于降低人們對化石資源的依賴。由木質素解聚而成的木質素單體包括甲氧基芳香化合物，可作為可再生原料用于生產用于制藥的甲氧基環己烷衍生物。電催化加氫（ECH）已被廣泛研究用來將木質素單體轉化為環己烷衍生物。
近日，深圳大學趙偉研究員，加拿大多倫多大學Edward H. Sargent，洛桑聯邦理工學院Jeremy S. Luterbacher報道了木質素單體在可再生電力驅動下選擇性ECH為甲氧基化增值化學品的研究。先前的研究雖然迅速推進了該領域發展，然而，迄今為止，仍然缺乏所需的選擇性：當木質素衍生的甲氧基化單體加氫生成甲氧基環己烷時，所需的甲氧基（?OCH3）也被降低。基于此，研究人員開發了一種可選擇性地將木質素單體加氫生成甲氧基環己烷的三元PtRhAu電催化劑。
本文要點：
1）研究人員利用X射線吸收光譜和原位拉曼光譜研究了Rh和Au對Pt電子結構的影響，發現Rh和Au可通過調節催化劑表面的中間能來促進木質素單體的加氫，抑制C?OCH3鍵的斷裂。
2）實驗結果顯示，PtRhAu電催化劑在電流密度為200 mA cm?2時，木質素單體愈創木酚合成2-甲氧基環己醇的法拉第效率（FE）達到了創紀錄的5 8%，與以往報道的最高生產率相比，FE提高了1.9倍，部分電流密度提高了4倍。
3）研究人員展示了一種集成的木質素生物精煉裝置，其中木質來源的木質素單體在PtRhAu電催化劑的作用下選擇性地氫化并輸送到甲氧基化的2-甲氧基-4-丙基環己醇。
這項工作為利用可再生生物質電催化合成甲氧基化藥物提供了一種有效途徑。
Tao Peng, et al, Ternary Alloys Enable Efficient Production of Methoxylated Chemicals via Selective Electrocatalytic Hydrogenation of Lignin Monomers, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c08348
https://doi.org/10.1021/jacs.1c08348
11. JACS: 貴金屬納米催化劑的電化學應變動力學
用于能量轉換和存儲裝置的有效金屬電催化劑的理論設計在很大程度上依賴于催化劑結構對電催化反應的單邊效應。有鑒于此，歐洲同步輻射光源Rapha?l Chattot等人，使用來自歐洲同步輻射裝置（ESRF-EBS）的新第四代極亮光源的光來研究碳負載的 Pd 和 Pt 納米催化劑在液體電解質(酸和堿)中的各種循環伏安試驗過程中的結構演變。
本文要點：
1）在液體電解質的循環伏安法實驗中，通過在Pd 和 Pt 納米催化劑上使用來自歐洲同步輻射裝置（ESRF-EBS）的新型極亮源的高能 X 射線衍射，揭示了來自納米催化劑應變的各種電化學過程的反饋。
2）與目前的知識相反，碳負載的 Pd (Pd/C) 和 Pt (Pt/C) 納米顆粒中的應變會永久受到電化學環境的影響。
3）除了挑戰和擴展目前對電化學環境中實際納米催化劑行為的理解，報道的電化學應變提供了納米催化劑吸收和吸附趨勢(即反應性和穩定性描述符)操作的實驗途徑。
總之，預計在新的和未來的光束中監測此類關鍵催化劑特性的簡便性和能力將為研究納米催化劑提供一個新的平臺。
Rapha?l Chattot et al. Electrochemical Strain Dynamics in Noble Metal Nanocatalysts. J. Am. Chem. Soc., 2021.
DOI: 10.1021/jacs.1c06780
https://doi.org/10.1021/jacs.1c06780
12. JACS：一種具有力致近紅外變色的機械磷交聯聚合物
聚合物機械力化學提供了一種獨特的觸發選擇性化學轉換的方法，在這種轉換中，機械力輸入轉換為各種輸出，包括顏色和熒光變化、化學發光、小分子和藥物釋放、催化劑生成和反應途徑改變。有鑒于此，美國克拉克森大學的Xiaocun Lu等研究人員，開發了一種具有力致近紅外變色的機械磷交聯聚合物。
本文要點：
1）研究人員開發了一種近紅外（NIR）機械磷光體，并將其并入聚（丙烯酸甲酯）鏈中，以展示聚合物材料中的第一種力誘導近紅外色度。
2）這種基于苯并[1,3]惡嗪（OX）與七甲川菁部分融合的機械色體在溶液、薄膜和體狀態下表現出近紅外機械色性。
3）使用UV–vis–NIR吸收/熒光光譜、凝膠滲透色譜（GPC）、NMR和DFT模擬驗證了機械力化學活性。
本文研究表明，近紅外力致變色聚合物在機械力傳感、損傷檢測、生物成像和生物力學方面具有相當大的潛力。
Qingkai Qi, et al. Force-Induced Near-Infrared Chromism of Mechanophore-Linked Polymers. JACS, 2020.
DOI：10.1021/jacs.1c05923
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c05923
