1. Angew：電化學(xué)沉積法構(gòu)建單晶共軛芳烴晶膜
電化學(xué)沉積目前是在電極上制備共軛聚合物的有效方法，但是這種制備方法面臨著難以合成晶化的產(chǎn)物、難以控制晶體取向的困難。有鑒于此，華南理工大學(xué)馬於光院士、顧成，馬克思·普朗克高分子研究所Hai I. Wang、Mischa Bonn、Klaus Müllen，中科院金屬研究所任文才等報(bào)道通過(guò)電化學(xué)沉積法制備多環(huán)芳烴薄膜，這種多環(huán)芳烴薄膜由單晶納米棒組成，其中分子通過(guò)面對(duì)面 (Cofacial)的π-π取向方式構(gòu)建單晶納米棒。1）晶體薄膜的厚度和晶體大小能夠通過(guò)電化學(xué)沉積條件進(jìn)行控制，比如通過(guò)改變掃描速度和電解質(zhì)濃度；通過(guò)改變電極的材料能夠改變晶體取向。2）這種電化學(xué)沉積構(gòu)建的晶膜展示了優(yōu)異的載流子性能，遷移率達(dá)到30 cm2 V-1 s-1，激子結(jié)合能較低（118.5 meV），激子擴(kuò)散長(zhǎng)度達(dá)到45 nm。Cheng Zeng, et al, Electrochemical Deposition of a Single-Crystalline Nanorod Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Film with Efficient Charge and Exciton Transport, Angew. Chem. Int. Ed. 2021DOI: 10.1002/anie.202115389https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202115389
2. Angew：一種用于多元醇提純的異質(zhì)晶格共生和堅(jiān)固的MOF膜
金屬-有機(jī)骨架膜常用于氣體分離，但由于缺乏高度致密和堅(jiān)固的微結(jié)構(gòu)，用于液體的滲透汽化，特別是用于分離水和多元醇的膜很少。近日，中科院大連化物所楊維慎研究員，班宇杰報(bào)道了開(kāi)發(fā)了一種異質(zhì)晶格共生長(zhǎng)膜，其中氨基-MIL-101(Cr)顆粒在二次生長(zhǎng)后嵌入到MIL-53(Al)棒陣列的微隙中。1）通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡和二維拓?fù)淠M，研究人員在分子水平上確定了這兩種不同的MOF晶格之間的聯(lián)系和它們的晶體幾何協(xié)調(diào)性，從而在膜的晶界形成了緊密的結(jié)構(gòu)。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該膜對(duì)90/10的乙二醇/水溶液滲透汽化的分離系數(shù)高達(dá)13000，可得到聚合級(jí)乙二醇，與真空蒸餾相比，可節(jié)省約32%的能耗。此外，這種膜具有高度堅(jiān)固的微結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的高壓耐受性、抗超聲波治療的耐久性和600小時(shí)以上的長(zhǎng)期分離穩(wěn)定性。研究結(jié)果突出了MOF膜為當(dāng)前的分離挑戰(zhàn)創(chuàng)造更多解決方案的巨大潛力。Yuecheng Wang, et al, Hetero-lattice intergrown and robust MOF membranes for polyol upgrading, Angew. Chem. Int. Ed. 2021,DOI: 10.1002/anie.202114479https://doi.org/10.1002/anie.202114479
3. AM：具有1550 nm近紅外熒光成像性能的腦靶向型AIE納米顆粒用于原位膠質(zhì)母細(xì)胞瘤診療
治療多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)所亟需解決的一大挑戰(zhàn)是如何克服血腦屏障(BBB)。河南大學(xué)師冰洋教授、中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所劉順杰研究員和香港科技大學(xué)唐本忠院士利用空間位阻扭轉(zhuǎn)平面分子主鏈，開(kāi)發(fā)了一種腦靶向型近紅外IIb(NIR-IIb)聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)納米顆粒。1）該納米顆粒能夠在1550 nm處平衡輻射介導(dǎo)的近紅外熒光成像和非輻射近紅外光熱治療(NIR-PTT)的相互競(jìng)爭(zhēng)性需求。此外，實(shí)驗(yàn)也將腦靶向型肽（載脂蛋白E肽(ApoE)）修飾到這些納米顆粒上，從而構(gòu)建了ApoE-Ph NPs以用于靶向膠質(zhì)瘤和增強(qiáng)對(duì)血腦屏障的有效穿越。隨后，實(shí)驗(yàn)利用1550 nm帶通濾波器對(duì)該納米粒子在原位膠質(zhì)瘤模型中的生物分布和積累進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ApoE-Ph NPs具有較高的PTT效率，能顯著提高原位GBM小鼠的存活率。綜上所述，這項(xiàng)工作開(kāi)發(fā)了一種高效的腦靶向NIR-II AIE診療策略，可為實(shí)現(xiàn)GBM的光學(xué)治療提供新的選擇。Jiefei Wang. et al. Brain-Targeted Aggregation-Induced-Emission Nanoparticles with Near-Infrared Imaging at 1550 nm Boosts Orthotopic Glioblastoma Theranostics. Advanced Materials. 2021DOI: 10.1002/adma.202106082https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106082
4. AM：基于單個(gè)MAPbX3微線的小型化多光譜探測(cè)器
智能光電芯片在通信、成像、科學(xué)分析等集成功能的空前繁榮中迫切需要小型化的多光譜探測(cè)器。然而，多光譜探測(cè)器需要復(fù)雜的棱鏡光學(xué)或干涉/干涉濾光片進(jìn)行光譜識(shí)別，這阻礙了小型化和它們隨后集成在光子集成電路中。受計(jì)算成像技術(shù)進(jìn)步的啟發(fā)，南京理工大學(xué)曾海波和Xiaobao Xu等人報(bào)道了一種無(wú)光學(xué)組件的小型化多光譜探測(cè)器。1）小型化多光譜探測(cè)器是由直徑為30 μm的4 mm梯度帶隙MAPbX3 微線組成。通過(guò)精確的成分工程，MAPbX3微絲中的鹵化物離子從Cl到I變化，導(dǎo)致光學(xué)帶隙沿軸從2.96到1.68 eV逐漸變化。 2）MAPbX3微線上的傳感單元提供450 nm至790 nm的響應(yīng)邊緣，響應(yīng)率超過(guò)20 mA/W，-3dB寬度超過(guò)450 Hz，LDR 為~60 dB，噪聲電流小于~1.4?10-12 A?Hz–0.5。3）因此，該衍生的微型探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了多光譜傳感和識(shí)別的功能，光譜分辨率為~25 nm，失配率為~10 nm。4）最后，該小型化多光譜探測(cè)器成功地進(jìn)行了概念驗(yàn)證彩色成像，以進(jìn)一步證實(shí)其在光譜識(shí)別中的應(yīng)用。Xu, X., et al, Miniaturized Multispectral Detector Derived from Gradient Response Units on Single MAPbX3 Microwire. Adv. Mater..DOI：10.1002/adma.202108408https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202108408
5. AFM：鋅離子電池用PAN隔膜調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)鋅沉積行為
由于高安全性和成本效益，水性鋅離子電池（AZIBs）是大規(guī)模儲(chǔ)能的候選者。然而，難以控制的Zn2+沉積，且這些沉積聚集在一起并很容易穿透隔膜阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展。近日，中南大學(xué)梁叔全研究員，周江研究員等人報(bào)道了用PAN隔膜調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)鋅沉積行為。1）3D 長(zhǎng)距離有序聚丙烯腈 (PAN) 納米纖維隔膜被證明可以有效的調(diào)節(jié)鋅沉積。隔膜表面的 N 原子均勻分布離子通量并引導(dǎo)陽(yáng)離子通過(guò)可用的 N-Zn 鍵傳輸。因此，陽(yáng)極上的電場(chǎng)分布均勻，有助于引導(dǎo)鋅離子的成核、生長(zhǎng)和沉積。受益于該官能團(tuán)，帶有 PAN 隔膜的 Zn 對(duì)稱電池顯示出長(zhǎng)期穩(wěn)定性和無(wú)枝晶沉積層，具有優(yōu)選的 (101) 晶體取向。2）同時(shí)，Zn/NH4V4O10 電池顯示出高比容量和出色的長(zhǎng)期耐久性，在 10 A g-1下循環(huán) 1500 次后容量保持率為 89.2%。這項(xiàng)工作證明了功能隔膜的設(shè)計(jì)提供了一種有效的方法來(lái)改變 Zn2+的沉積行為并實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶的 Zn 金屬陽(yáng)極。Yun Fang, et al. Regulating Zinc Deposition Behaviors by the Conditioner of PAN Separator for Zinc-Ion Batteries. Adv. Funct. Mater. 2021, 2109671.DOI：10.1002/adfm.202109671https://doi.org/10.1002/adfm.202109671
6. Adv. Sci. 綜述：構(gòu)建柔性鋅空氣電池的前沿和結(jié)構(gòu)工程
隨著柔性設(shè)備的發(fā)展，對(duì)可穿戴電源的需求增加并逐漸成為當(dāng)務(wù)之急。鋅-空氣電池（ZABs）由于其理論能量密度高、安全性能好、可以滿足可穿戴能源供應(yīng)需求而引起了廣泛的研究興趣。近日，黃維院士和南京工業(yè)大學(xué)霍峰蔚和李盛等人報(bào)道了柔性鋅空氣電池的最新進(jìn)展。1）首先討論儲(chǔ)能設(shè)備的靈活性，然后討論柔性 ZAB 的化學(xué)性質(zhì)和發(fā)展。深入討論了柔性電極的設(shè)計(jì)、固態(tài)電解質(zhì) (SSE) 的特性以及可變形結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。研究靈活儲(chǔ)能設(shè)備的研究人員將從這項(xiàng)工作中受益。2）提出發(fā)展柔性鋅空氣電池應(yīng)考慮以下問(wèn)題：（1）缺乏對(duì)電池柔韌性測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。（2）優(yōu)化柔性ZABs，平衡柔性和能量密度。（3）設(shè)計(jì)時(shí)不能忽視催化劑、傳質(zhì)、電導(dǎo)率、空氣陰極結(jié)構(gòu)和變形能力等不同因素。（4）需要注意循環(huán)過(guò)程中不希望的鋅腐蝕或嚴(yán)重的枝晶生長(zhǎng)。（5）開(kāi)發(fā)非堿性凝膠電解質(zhì)和其他類(lèi)型的全固態(tài)電解質(zhì)至關(guān)重要。（6）靈活性和供能要求要同時(shí)考慮，需要根據(jù)各種服務(wù)場(chǎng)合和要求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。必要時(shí)，可以通過(guò)組合各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)柔性電池組。Tao Zhang, et al. Frontiers and Structural Engineering for Building Flexible Zinc–Air Batteries. Adv. Sci. 2021, 2103954.DOI：10.1002/advs.202103954https://doi.org/10.1002/advs.202103954
7. Nano Letters：含氮配位過(guò)渡金屬中心的準(zhǔn)酞菁共軛有機(jī)骨架高效電催化合成氨
開(kāi)發(fā)高效的氮還原反應(yīng)（NRR）電催化劑仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。近日，北京化工大學(xué)向中華教授，南京大學(xué)金鐘教授報(bào)道了提出了一種無(wú)裂解合成方法，成功將有序的準(zhǔn)酞菁N配位過(guò)渡金屬（Ti，Cu，或Co）中心引入到共軛二維共價(jià)有機(jī)骨架(COF)中，以增強(qiáng)NRR性能。1）詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和表征表明，Ti-COF的NRR活性明顯優(yōu)于Cu-COF和Co-COF。這是因?yàn)門(mén)i金屬中心具有激活惰性N2分子和抑制析氫反應(yīng)（HER）的能力。合成的Ti-COF用于電催化NRR的氨產(chǎn)率高達(dá)26.89 μg h?1 mg?1cat.，法拉第效率為34.62%。2）密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，與Cu-COF、Co-COF和純COF催化劑相比，Ti-COF能有效地吸附和活化N2分子并抑制N2分子。這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)具有豐富配位過(guò)渡金屬中心的2D-COF電催化NRR材料開(kāi)辟了一條新的途徑。Minghang Jiang, et al, Quasi-Phthalocyanine Conjugated Covalent Organic Frameworks with Nitrogen-Coordinated Transition Metal Centers for High-Efficiency Electrocatalytic Ammonia Synthesis, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04009https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c04009
8. Nano Letters：水分輔助無(wú)鉛Cs4CuIn2Cl12雙鈣鈦礦納米晶體近紫外發(fā)射增強(qiáng)
鉛基鹵化物鈣鈦礦納米晶體(NCs)被認(rèn)為是具有優(yōu)異光致發(fā)光(PL)特性的新興發(fā)光材料。然而，鉛的毒性和大氣水分下的快速化學(xué)分解嚴(yán)重阻礙了它們的商業(yè)化進(jìn)程。近日，芬蘭坦佩雷大學(xué)Paola Vivo，Maning Liu等采用相對(duì)無(wú)毒的前驅(qū)體，首次報(bào)道了通過(guò)簡(jiǎn)便水分輔助熱注射方法，實(shí)現(xiàn)了無(wú)鉛Cs4CuIn2Cl12層狀雙鈣鈦礦NCs的膠體合成。1）作者研究了水分（RH ~ 40%）在NCs生長(zhǎng)過(guò)程中的關(guān)鍵作用。盡管水分通常對(duì)NCs的合成是不利的，但作者發(fā)現(xiàn)，Cs4CuIn2Cl12合成中水分子的存在增強(qiáng)了PL量子產(chǎn)率（主要在近紫外范圍內(nèi)）。2）水分的存在還誘導(dǎo)了從3D納米立方體到2D納米板的形貌轉(zhuǎn)變，并將暗躍遷轉(zhuǎn)換為輻射躍遷，實(shí)現(xiàn)觀察到的自陷激子弛豫。該工作為進(jìn)一步研究濕氣輔助合成具有廣泛應(yīng)用的新型無(wú)鉛鹵化物鈣鈦礦NCs鋪平了道路。Maning Liu, et al. Moisture-Assisted near-UV Emission Enhancement of Lead-Free Cs4CuIn2Cl12 Double Perovskite Nanocrystals. Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03822https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03822
9. Nano Letters：手性石墨烯納米帶中自由基對(duì)之間的磁性相互作用
開(kāi)殼石墨烯納米帶已成為未來(lái)應(yīng)用的有希望的候選者，包括量子技術(shù)。近日，西班牙多諾斯蒂亞國(guó)際物理中心Dimas G. de Oteyza，Thomas Frederiksen，Tao Wang，圣地亞哥德孔波斯特拉大學(xué)Diego Pe?a等表征了由手性石墨烯納米帶（chGNRs）承載的磁態(tài)。1）用酮取代chGNR邊緣的氫原子可有效地將一個(gè)pz電子添加到π電子網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生未配對(duì)的π自由基。對(duì)于缺少一個(gè)酮的常規(guī)酮功能化chGNR，也會(huì)發(fā)生類(lèi)似的情況。2）兩個(gè)這樣的自由基狀態(tài)可以通過(guò)交換耦合相互作用，作者研究這些相互作用作為它們相對(duì)位置的函數(shù)，其中包括對(duì)手性的顯著依賴，以及周?chē)鷰У男再|(zhì)，即有或沒(méi)有酮功能化。3）此外，作者確定了參數(shù)，從而可以在廣泛使用的平均場(chǎng)哈伯德模型中充分描述這種具有氧雜原子的系統(tǒng)。總而言之，該工作為理論建模和設(shè)計(jì)具有可調(diào)磁性的基于GNR的納米結(jié)構(gòu)提供了見(jiàn)解。Tao Wang, et al. Magnetic Interactions Between Radical Pairs in Chiral Graphene Nanoribbons. Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03578https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03578
10. ACS Energy Lett.: 鹵化物混合抑制二維鈣鈦礦中的激子傳輸
鹵化物混合是調(diào)節(jié)金屬鹵化物鈣鈦礦光學(xué)帶隙的最強(qiáng)大技術(shù)之一。然而，通常觀察到鹵化物混合會(huì)導(dǎo)致相分離，從而降低激發(fā)態(tài)傳輸并限制器件性能。雖然目前的重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)防止相分離的策略，但即使保持相純度，鹵化物混合如何影響激發(fā)態(tài)傳輸仍不清楚。馬德里自治大學(xué)Ferry Prins等人究了純混合鹵化物二維鈣鈦礦中的激子傳輸。1） 二維結(jié)構(gòu)為(PEA)2Pb(I1–xBrx)4。研究人員使用瞬態(tài)光致發(fā)光顯微鏡表證得出，盡管相純度高，鹵化物混合抑制激子傳輸。2）研究發(fā)現(xiàn)，即使對(duì)于相對(duì)低的合金濃度也有顯著的降低。通過(guò)執(zhí)行布朗動(dòng)力學(xué)模擬，能夠重現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并將擴(kuò)散率的降低歸因于由于合金化位點(diǎn)的固有隨機(jī)分布而產(chǎn)生的能量無(wú)序勢(shì)態(tài)。Michael Seitz, et al. Halide Mixing Inhibits Exciton Transport in Two-dimensional Perovskites Despite Phase Purity，ACS Energy Lett. 2022, 7, 358–365DOI：10.1021/acsenergylett.1c02403https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.1c02403
11. ACS Nano：金屬?N4-功能化的石墨烯電催化劑用于可逆Li-CO2電池
由于缺乏低成本、高活性的催化劑，Li-CO2電池的電化學(xué)性能并不盡如人意。具有金屬?Nx結(jié)構(gòu)的單原子催化劑（SACs）在提高電池反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和循環(huán)性能方面具有極大潛力。然而，如何合理選擇和開(kāi)發(fā)高效電催化劑仍極具挑戰(zhàn)。近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院周光敏，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院成會(huì)明院士，澳大利亞科廷大學(xué)San Ping Jiang報(bào)道了采用密度泛函理論（DFT）方法，從Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等一系列非貴金屬中篩選出具有高活性的N摻雜石墨烯負(fù)載的SACs。其中，N摻雜石墨烯上的Cr單原子（SACr@NG）由于具有優(yōu)異的CO2吸附和Li2CO3分解能力，被認(rèn)為是一種用于高性能可逆Li-CO2電池的材料。1）研究人員提出了一種“質(zhì)子篩選”的方法來(lái)抑制具有高質(zhì)量負(fù)載的SAMe@NG合成過(guò)程中高溫下的團(tuán)聚現(xiàn)象。同時(shí)，考慮到結(jié)構(gòu)因素對(duì)Li-CO2電池三相反應(yīng)的影響，在沒(méi)有粘結(jié)劑的情況下，將SAMe@NG進(jìn)一步附著在多孔泡沫碳（SAMe@NG/PCF）上。2）為了驗(yàn)證催化劑篩選方法的合理性，研究人員還合成了具有中、高CO2吸附能和Li2CO3分解阻擋層的SACo@NG和SACu@NG以及NG，并將其應(yīng)用于Li-CO2電池。與對(duì)照組相比，SACr@NG/PCF正極電池在所有倍率下都表現(xiàn)出最窄的過(guò)電位和非凡的穩(wěn)定性，在100 μA cm?2電流密度的循環(huán)壽命超過(guò)350次。本研究不僅證明了Cr單原子催化劑在CO2反應(yīng)中的有效性，而且為合理選擇單原子催化劑用于Li-CO2電池提供了依據(jù)。Yingqi Liu, et al, Toward an Understanding of the Reversible Li-CO2 Batteries over Metal?N4?Functionalized Graphene Electrocatalysts, ACS Nano, 2021DOI：10.1021/acsnano.1c10007https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10007
