1. JACS：異質性催化物種對于復雜催化反應的重要性
界面金屬的表面具有非常復雜的異質性結構，界面催化活性物種表現不同的大小、形貌、局部配位環境，這種情況對于擔載型金屬催化劑而言通常是無法避免的。這種效果導致難以完全利用擔載的金屬和實現較高的質量比催化活性。有鑒于此，北京大學馬丁、王蒙、中國科學院大學周武等報道對環己醇脫氫反應（一個重要的儲氫反應和制備高附加值化學品的反應）模型，對其中每個單元步進行研究。發現傳統方法制備的擔載型異質性Rh催化劑在復雜異相催化反應中具有更好的優勢。
本文要點：
1）在這種擔載型Rh催化劑中，單原子Rh1在第一步脫氫反應中展示了優異的活性；非單原子Rhe催化劑（包括團簇Rhn，納米粒子Rhp）對隨后的反應步驟（環己酮生成苯酚）展示優異的催化活性，但是單原子Rh1位點在該步驟基本上沒有催化活性。
2）當催化劑中同時存在Rh1和Rhe多種不同催化位點，才能得到最好的催化活性。這種現象說明催化物種的異質性對于多步催化反應的重要作用。本文研究為異質性催化劑設計對于復雜催化反應的重要性。
Jie Zhang, et al, Importance of Species Heterogeneity in Supported Metal Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c00202
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00202
2. JACS：馬達兩親體組成的光制動人造肌肉可作為間充質干細胞的細胞外基質模擬支架
模擬天然細胞外基質(ECM)以作為細胞培養支架的策略在再生醫學領域中有著廣闊的應用前景。然而，新一代模擬ECM的合成材料需要具有層次導向的超分子結構、高動態性以及對外部刺激進行響應的性能。如何實現這些功能也是一個很大的挑戰。格羅寧根大學Ben L. Feringa、Patrick van Rijn和King-Chi Leung構建了由馬達兩親體(MAs)形成的超分子組裝體，它能夠模擬ECM水凝膠的性質的結構特征，并能夠放大分子運動以實現光誘導的宏觀肌肉樣驅動功能。
本文要點：
1）研究表明，該超分子組裝(人工肌肉)可為開發用于人骨髓間充質干細胞(hBM-MSCs)的響應性ECM模擬支架提供一個有效的方法。實驗通過核磁共振和紫外可見吸收光譜以對該組裝體的光異構化進行了研究，并利用電子顯微鏡和x射線衍射以對其組裝結構、光驅動過程和結構順序進行了分析。隨后，實驗也考察了該人工肌肉的細胞毒性。研究發現，由人工肌肉組成的MAs能夠基于其層次各向異性的超分子結構而在水中實現快速光驅動，且無細胞毒性。
2）此外，粘附hBM-MSCs的MAs人工肌肉仍可以通過外部光刺激來被驅動，證明其能夠在生物相容性系統中將光能轉換為機械信號。綜上所述，這一研究表明基于MAs的人造肌肉超分子組裝具有構建光驅動型ECM模擬支架的潛力，并可為實現細胞和MAs生物混合系統中的信號轉導提供新的策略。
Shaoyu Chen. et al. Photoactuating Artificial Muscles of Motor Amphiphiles as an Extracellular Matrix Mimetic Scaffold for Mesenchymal Stem Cells. Journal of the American Chemical Society. 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c12318
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12318
3. JACS：一種仿貽貝粘附的蛋白聚合物
二十多年來，研究人員一直試圖在各種系統中高效地復制具有功能和潛在技術用途的串聯重復蛋白（TRPs）。TRPs具有非常不同的生物學功能、氨基酸組成和二級結構內容，由多個保守的小基序（通常少于40個氨基酸）組成，以線性方式排列，產生細長、簡單的拓撲結構，如α-螺旋或β-片。近日，美國西北大學Nathan C. Gianneschi描述了一種基于貽貝粘附蛋白的新型仿生聚合物的設計、合成和表征，包括物理和生物粘附特性。
本文要點：
1）以降冰片烯基肽單體為原料，通過接枝開環歧化聚合制備了類蛋白單體。該肽來源于海洋貽貝產生的天然水下膠，由一個高度重復的10個氨基酸串聯重復序列組成。
2）研究人員假設，以這種方式重述重復單元將提供一條簡單的路線，從而獲得一種受自然啟發的粘合劑。為此，對這種材料進行了檢測，并與天然蛋白質進行了比較。在這種材料中，肽單元的排列是作為刷狀聚合物的側鏈，而不是像天然蛋白質中那樣以線性方式排列。
3）固體表面粘附力的機械測量顯示，與天然蛋白質相比，粘附性有所改善，這使得這一策略對不同的應用具有吸引力。進一步，研究人員將聚合物作為表面粘合劑來固定活細胞。
Or Berger, et al, Mussel Adhesive-Inspired Proteomimetic Polymer, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c10936
https://doi.org/10.1021/jacs.1c10936
4. JACS：基于高通量計算的高性能光電硫化物晶體的穩健設計
高性能功能材料是現代科學技術不斷進步的基石，但新材料的開發仍然具有挑戰性。近日，北京航空航天大學Zhimei Sun，Naihua Miao提出了一種基于群論和高通量計算的新型晶體固體的穩健設計策略，新型光電半導體的成功識別證明了這一點。
本文要點：
1）首先，通過理論基團分析和成分工程，獲得了78個原型晶體結構，并建立了包含21,060個三元硫系化合物的計算材料庫。
2）對配位特性、相穩定性和電子結構的高通量篩選提供了97個候選半導體，其中包括93個全新的化合物。其中，22種具有良好動態和熱穩定性的晶體由于其最佳的電學性能和優異的光吸收，預計將顯示出較高的光伏轉換效率（>30%），可與目前最有效的單結GaAs太陽電池相媲美。
這一新的硫化物晶體的發現為光電應用提供了極好的候選者，使得該設計策略成為尋找未知的高性能功能材料的一條極有效途徑。
Yu Gan, et al, Robust Design of High-Performance Optoelectronic Chalcogenide Crystals from High-Throughput Computation, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c12620
https://doi.org/10.1021/jacs.1c12620
5. Angew：橋聯的Fe-O-Ti配體調諧Fe中心的自旋態以促進氧還原
探索功能襯底，精確調控具有中等自旋態的原子金屬活性物種的電子結構具有重要意義，但仍具有挑戰性。近日，北京理工大學王博教授，楊文秀提供了一種軸向Fe-O-Ti配體調控的自旋態轉變策略來提高Fe中心的氧還原反應（ORR）活性。
本文要點：
1）理論計算首次表明，FeN3OO-Ti中的Fe-O-Ti配體可以誘導FeN3O的中低自旋態轉變和O2吸附優化。
2）作為概念驗證，研究人員將鐵基類聚合物量子點（PQD-Fe）與超薄端氧Mxene納米片（Ti3C2Ox）偶聯，制備了一種新型的FeN3O-O-Ti催化劑，命名為o-MQFe。具體而言，富N/O官能團的PQD為螯合Fe離子提供了高密度配位。選用具有豐富端氧和表面電荷的超薄Ti3C2Ox納米片作為Fe原子中心的襯底和電子結構調節劑。
3）與PQD-Fe/Ti3C2Tx催化劑(不含軸向Fe-O-Ti配體)相比，優化后的o-MQFe催化劑具有5.3倍的質量活性和4.6倍的周轉頻率。此外，組裝的鋅空氣電池（ZABs）表現出優異的循環穩定性（186 h），優化后的o-MQFe基ZABs和H2/O2陰離子交換膜燃料電池(AEMFCs)在較寬的溫度范圍內具有優異的性能。
Yarong Liu, et al, Tuning Spin State of Fe Center by Bridge Bonded Fe-O-Ti Ligands for Enhanced Oxygen Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202117617
https://doi.org/10.1002/anie.202117617
6. Angew: K3SbS4超導體用作K-S電池固態電解質
固態鉀離子導體電解質是解決鉀金屬二次電池界面問題的關鍵材料。然而，有關鉀離子導體固態電解質的研究還處于十分初級的階段。最近，美國俄亥俄州立大學吳屹影等從鋰離子硫化物快導體電解質中獲得靈感，報道了一種適用于K-S電池的K3SbS4超導體電解質。
本文要點：
1） 研究人員報道的這種β相K3SbS4超導體在室溫條件下呈現出典型的體心立方結構（bcc）,其具備二維的K+擴散通道。該固態電解質的室溫離子電導率高達2.5*10-6 S/cm，活化能僅為0.27 eV。
2） 研究人員發現通過W元素的取代提高K+空位的濃度可以進一步實現離子電導率的提高，使其室溫離子電導率提高至7.7*10-5 S/cm，而在40℃條件下的離子電導率更是高達1.4*10-4 S/cm。將這種固態電解質應用在K-S電池中可以獲得優異的電化學性能。
Jieren Shao et al, K3SbS4 as a Potassium Superionic Conductor with Low Activation Energy for K-S Batteries, Angewandte Chemie, 2022
DOI: 10.1002/ange.202200606
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202200606?af=R
7. Angew：設計一種水溶性高氧化性鈷分子催化劑用于仿生水氧化
在人工光合作用的背景下，析氧反應（OER，2H2O→O2+4H++4e-）是一個特別具有挑戰性的反應，從熱力學上講，整個水的分解是向上的，利用來自陽光的能量，可以直接將太陽能儲存在化學燃料中。由于形成O-O鍵的多步電子/質子轉移過程中遇到的困難導致緩慢的反應動力學，因此需要活性和堅固耐用的催化劑來降低這一能壘，并在水介質中促進高活性的快速水氧化反應。
近日，南京大學于振濤教授，汕頭大學陳廣慧教授開發了一種穩定的水溶性鈷配合物，它由雙陰離子2,2‘-([2,2’-bipyridine]-6,6‘-diyl)bis(propan-2ol)配體支架支撐，這是一個罕見的高氧化物種，結構、光譜和理論數據都證實了這一點。
本文要點：
1）電子順磁共振(EPR)譜和磁化率測量表明，固態單核配合物的CoIV中心處于高自旋態（六重態，S=5/2）。
2）在pH為6的磷酸鹽緩沖溶液中，該配合物能有效地催化水氧化，其過電位僅為360 mV。
3）研究人員通過理論計算推測了水氧化的關鍵中間體，并通過原位光譜電化學實驗對其進行了鑒定。
本工作為高氧化態金屬化學的研究提供了一個清晰、穩定、易于制備的分子模體，也可能為將來的催化劑設計提供一定幫助。
Yun-Fei Su, et al, A Water-soluble Highly Oxidizing Cobalt Molecular Catalyst Designed for Bioinspired Water Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202201430
https://doi.org/10.1002/anie.202201430
8. Angew：圓柱形C96富勒管：一種高活性的無金屬氧還原電催化劑
燃料電池是改善不斷增長的能源需求和傳統能源對環境影響的理想解決方案。目前，鉑族金屬基催化劑（PGM）是用于氧還原反應(ORR)活性最高的催化劑。典型的Pt/C基電催化劑的成本約為汽車燃料電池組成本的一半（由美國能源部預測），這無疑阻礙了燃料電池技術的商業化。最近，人們報道了一種新的高純度金屬富勒管D5h-C90、D3d-C96和D5d-C100的分離方案，它們具有獨特的電學特性。
近日，德克薩斯大學埃爾帕索分校Luis Echegoyen， Sreeprasad T.Sreenivasan，普渡大學Steven Stevenson，開羅美國大學Nageh K. Allam利用實驗和理論相結合的方法報道了C60、C70（球狀富勒烯）和C90、C96和C100（管狀富勒烯）的ORR電催化性能。
本文要點：
1）結果顯示，C96（一種無金屬催化劑）表現出顯著的ORR活性，起始電位為0.85 V，中間電位為0.75 V，接近目前最先進的Pt/C基準值。
2）使用C96作為質子交換膜燃料電池的改性陰極，獲得了0.75 W/cm2的優異功率密度，可以與最近報道的其他高效無金屬催化劑相媲美。
3）結合能帶結構(實驗計算)和自由能（DFT）的研究表明，碳籠上兩個有利的能級排列的活性催化位點都是C96具有優異活性的原因。
Mohamed Fathi Sanad, et al, Cylindrical C96 Fullertubes: A Highly Active Metal Free O2-Reduction Electrocatalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202116727
https://doi.org/10.1002/anie.202116727
9. Angew：糖型解析雙模態比率免疫測定以提高對肝細胞癌的診斷精度
甲胎蛋白(AFP)的糖基化模式為實現肝細胞癌(HCC)的精確早期診斷奠定了重要的基礎。然而，現有的分析方法往往忽略了末端唾液酸的貢獻，而已有的研究表明其與HCC高度相關。與此同時，抗聚糖抗體的制備也會嚴重阻礙診斷分析方法的發展。分子印跡聚合物(MIPs)作為合成抗體的模擬物，具有解決這些問題的獨特優勢。有鑒于此，南京大學劉震教授報告了一種基于MIPs的雙模態比率免疫分析以用于精確的HCC診斷。
本文要點：
1）實驗利用能夠“以一敵十”的MIP來識別含有唾液酸或核心巖藻糖的聚糖亞群。研究發現，與ELISA相比，該方法具有更高的準確性。
2）實驗結果表明，該方法不僅為精確診斷肝細胞癌提供了一種糖型解析方法，而且也為通過分子印跡開發抗體模擬物以實現具有挑戰性的生物醫學應用提供了一個新的范例。
Pengfei Li. et al. A Glycoform-Resolved Dual-Modal Ratiometric Immunoassay Improves the Diagnostic Precision for Hepatocellular Carcinoma. Angewandte Chemie International Edition. 2022
DOI: 10.1002/anie.202113528
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202113528
10. Nano Energy：基于自供能陶瓷多孔摩擦電過濾器的機動車尾氣PM原位高效捕集
由于交通、工業和發電廠等人類活動排放出大量的空氣污染物，空氣污染已經成為一個主要的環境問題。2020年9月，中國做出了到2060年實現碳中和的雄心勃勃的承諾，而交通運輸部門是中國溫室氣體(GHG)排放的重要來源，制定交通運輸部門深度脫碳的戰略對于實現碳中和的目標至關重要。
近日，山東科技大學Xiaozhen Du，暨南大學Xiya Yang，Qunwei Tang開發了填充有氟化乙烯丙烯(FEP)顆粒的自供電陶瓷多孔磚摩擦電過濾器(CPB-TEF ),用于從機動車尾氣中原位高效捕獲PM。
本文要點：
1）在汽車排氣管振動的驅動下，通過FEP顆粒與陶瓷多孔磚之間產生的摩擦靜電場，可以捕集排氣中的顆粒物。通過控制FEP顆粒的重量、振幅、振動頻率和加速度，系統地研究和優化了CPB-TEF單孔記錄的摩擦靜電場和電輸出性能。此外，通過發現空穴的電場疊加效應，設計了交錯電極連接以更有效地收集靜電電荷。CPB-TEF可以為上面兩行提供252 V的總Voc。
2）此外，利用有限元分析模擬了由流體速度場和電勢分布產生的卡門渦街現象。通過比較振動條件下有無CPB-TEF過濾效率，系統分析了PM1.0、PM2.5、PM4.0和PM10的過濾效率，得到最優過濾效率分別為93.11%、93.5%、93.63%、93.08%。
3）該裝置通過在怠速模式下駕駛車輛，在現場測試中表現出穩定和持久的工作性能，在經過簡單的清洗過程后，可以進一步整合到排氣管中，用于可持續的應用。
Dahao Chen, et al, In-situ high-efficiency PM capture from motor vehicle exhaust based on self-powered ceramic porous triboelectric filter, Nano Energy, (2021)
DOI：10.1016/j.nanoen.2022.107107
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107107
11. ACS Nano：集成雙重封裝硅結構和密集結構工程助力具有超高體積和面容量的儲鋰
高理論容量的硅（Si）負極在鋰離子電池（LIBs）中極具應用前景。然而，它們巨大的體積膨脹（～300%）和差的導電性表明需要同時引入低密度導電碳和納米硅來克服上述問題，然而這又會導致低體積性能。基于此，廣東工業大學李運勇教授將雙層封裝的Si結構與致密工程相結合，精心設計了一種三維（3D）致密的Ti3C2Tx Mxene和石墨烯包裹的Si整體電極。
本文要點：
1）由于HD-Si@Ti3C2Tx@G整體式負極（負載：1.3 mg cm?2）具有高密度、高電導率和雙包覆Si結構，其體積容量高達到5206 mAh cm?3，0.1Ag?1下的重量容量達到2892 mAh g?1，在1.0 A g?1下循環800次，具有出色的穩定性。重要的是，厚而致密的電極（負載量：14 mg cm?2）顯示出17.9mAh cm?2的高面積容量。組裝的HD-Si@Ti3C2Tx@G//NCM811全電池也表現出優異的循環穩定性，在0.2 A g?1下循環250次，顯示了良好的實際應用前景。
2）研究人員通過原位透射電子顯微鏡、原位掃描電鏡、系統動力學和結構穩定性分析，清楚地揭示了該材料優越的體積性能、面積性能和結構穩定性。這些結果歸功于Ti3C2Tx Mxene和石墨烯的3D導電彈性網絡，可以確保優異的電子和離子動力學行為，實現快速電轉移，有效地緩沖體積變化，避免Si的粉碎化，從而獲得較大的重量容量和良好的長期循環穩定性。此外，MXene的三維親水性和細小的介孔結構可以提供良好的電解質滲透性。因此，MXene和石墨烯的協同效應，再加上雙包覆Si的致密結構，可以提供優異的體積和面積鋰存儲性能。
這項工作為極大地提高儲能材料的體積和面容量，為可充電電池的大規模實際應用提供了一種很好的設計策略。
Zhonggang Liu, et al, Integrating Dually Encapsulated Si Architecture and Dense Structural Engineering for Ultrahigh Volumetric and Areal Capacity of Lithium Storage, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.1c11298
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11298
12. ACS Nano：基于MoVI錨定硫雜杯[4]芳烴金屬配體的Ag42納米膠束的逐步組裝
金屬配位策略在異金屬配位聚合物的合成中得到了人們廣泛的認可，但用于組裝銀納米簇合物的配位策略仍比較有限。近日，山東大學孫頔教授報道了以MoVI錨定的對叔丁基硫雜杯[4]芳烴（H4TC4A）為金屬配體（MoO3?TC4A），以鹵素為模板的Ag42納米團簇（Ag42c?Ag42f）的逐步合成。
本文要點：
1）X射線晶體分析表明，Ag42c?Ag42f是由6個MoO3-TC4A金屬配體覆蓋的C3對稱的銀?有機納米陶瓷，均勻地分布在42個銀原子的底部。這些納米團簇可以分解成六個碗狀[Ag11(MoO3?TC4A)(RS)3]二級結構單元（SBUs，R=Et或npr），它們以面共享的方式在Cl?或Br?周圍融合在一起，作為中心陰離子模板。
2）電噴霧質譜表明它們在溶液中具有很高的穩定性，并證實了MoO3-TC4A金屬配體的形成，從而使它們的整個逐步組裝過程變得合理。此外，Ag42c比MCF-7和BGC-823具有更低的細胞毒性和更好的抗HepG-2細胞活性。
這些結果不僅說明了硫雜杯[4]芳烴金屬配體在組裝銀納米團簇方面的有效性，而且使人們對銀納米團簇的逐步組裝過程有了深刻的了解。
Zhi Wang, et al, Stepwise Assembly of Ag42 Nanocalices Based on a MoVI-Anchored Thiacalix[4]arene Metalloligand, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.1c10905
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10905
