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自組裝,連續(xù)3篇Angew丨頂刊日報20220310
納米人 2022-03-13
1. Chem: 使手性雜化鈣鈦礦的設計和實現(xiàn)合理化

分子不對稱性發(fā)生在自然界的所有尺度上,從有機框架到無機框架,具有重要意義。出于這個原因,不對稱有機和無機材料由于獲得可調諧手性特征的機會而不斷獲得相當大的興趣。近年來,手性有機配體通常引起對稱性破壞的手性雜化有機-無機鈣鈦礦越來越受到關注。它們的圓極化發(fā)射無需昂貴的鐵磁體或極低的溫度,是該行業(yè)吸引人的特點。到目前為止,手性鈣鈦礦的結構與產生的信號之間還沒有明確的關系。意大利科學家Adriana PietropaoloAlessandro MattoniGiulia Grancini等人對手性雜化鈣鈦礦進行了全面綜述。


本文要點:

1)研究人員主要關注不對稱鈣鈦礦中的超分子手性放大機制,合理化如何增強其手性發(fā)射特征。

2)最后,研究人員拓寬了對探索現(xiàn)代模擬協(xié)議以優(yōu)化手性混合鈣鈦礦設計的未來挑戰(zhàn)的看法。

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Rationalizing the design and implementation of chiral hybrid perovskites,Chem, 2022.

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.01.014


2. Angew:FeS2上具有雙催化位點的原子層狀Cu5納米團簇用于高效和選擇性的過氧化氫活化

控制H2O2活化產生的活性氧物種的分布是保證H2O2在化學和生命科學領域高效安全使用的前提。基于此,華中師范大學張禮知教授,上海交通大學Hao Li發(fā)現(xiàn),通過單原子層Cu5納米團簇在FeS2表面的自組裝構建Cu-Fe雙催化位點可以高效地實現(xiàn)H2O2的選擇性活化。


本文要點:

1)研究發(fā)現(xiàn),與單一的Cu或Fe不同,位于Cu5/FeS2界面周邊區(qū)域的Cu-Fe雙位點通過形成橋聯(lián)的Cu-OO-Fe配合物促進了H2O2的吸附和無障礙分解為·OH。

2)這種原子層狀催化劑能在較寬的pH范圍內有效地氧化多種難降解的有毒污染物,包括甲草胺、磺胺二甲胺、對硝基苯甲酸、對氯苯酚、對氯硝基苯等。

這項工作強調了在表面分子水平上調控H2O2選擇性活化的雙重催化位點的概念,從而達到有效的環(huán)境控制和更深遠的目的。

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Cancan Ling, et al, Atomic-Layered Cu5 Nanoclusters on FeS2 with Dual Catalytic Sites for Efficient and Selective H2O2 Activation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202200670

https://doi.org/10.1002/anie.202200670


3. Angew:氣凝膠基底上自組裝單原子Zn-Mo納米酶

南京大學魏輝、東北師范大學周明、吉林大學王明等報道通過非共價鍵合組裝策略,將含有金屬原子的多金屬氧酸鹽[TBA]2[Mo6O19]與超分子配合物分子[Zn3L3][PF6]6,兩親性氣凝膠作為基底材料,構建含有單原子Zn和單原子Mo的雙金屬納米酶。


本文要點:

1)這種雙金屬單原子酶Zn和Mo的含量分別為1.5 wt %和7.3 wt %,這種雙金屬單原子酶表現(xiàn)協(xié)同催化性能和過氧化物酶催化活性。通過X射線精細吸收譜表征和DFT計算模擬,驗證Zn/Mo位點是主要的催化位點。

2)這種納米酶可以對細胞內的H2O2,血清中的葡萄糖、膽固醇,市售飲品中的抗壞血酸進行檢測,展示了優(yōu)異的穩(wěn)定性,在1年后仍能夠保持活性。

本文研究發(fā)展了一種新型過氧化物納米酶,為合成單原子催化劑提供一種方法,展示了氣凝膠基底能夠穩(wěn)定各種單原子位點。

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Chong-Bo Ma, et al, Guided Synthesis of a Mo/Zn Dual Single-Atom Nanozyme with Synergistic Effect and Peroxidase-like Activity, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202116170

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202116170


4. Angew:一種通過d和f嵌段金屬離子包結實現(xiàn)的高還原Mo基POMs

探索金屬氧化物的組裝空間對于理解自組裝和發(fā)現(xiàn)新的結構原型具有重要意義。對于多金屬氧酸鹽(POMs)來說,自組裝通常受到還原度、陰離子模板類型和陽離子性質的嚴格控制。最近的研究展示了POMs在能量存儲方面的前景,它們能夠通過超化學計量比還原來可逆地存儲多個電子,接受與團簇中氧化還原中心一樣多的電子。近日,格拉斯哥大學Leroy Cronin通過近水熱條件并使用鑭系元素(La、Ce和Pr)作為分子生長劑合成了高還原的立方體多金屬氧酸鹽{Mo64Ni8Ln6} (1-3)。


本文要點:

1)在還原劑存在下強烈酸化反應混合物促進鉬中心從MoVI還原成MoV,形成二聚{Mo2V}結構單元。這些可以聚集成類似Keggin的結構單元,控制自組裝過程。此外,通過類似的合成條件,已經分離出星形POM骨架{Mo70Ln5-6} (Ln = Ce,Nd,Sm,4-6)。這種結構被認為是最近報道的{Mo240}籠的高能中間體。

它的發(fā)現(xiàn)是重新評估{Mo240}及其形成的手段,建立了四面體Mo單元作為模板,而不是SO32-/SO42-

2)研究人員將立方體和星體定義為Mo紅的結構集合中的兩個新成員。由于Mo藍、棕色和這些新的高度還原的多鉬酸鹽在形態(tài)和特征構筑塊上的差異,將它們歸類為混價Mo基POMs的一個亞種。

3)立方體結構已被證明對鑭系元素的尺寸具有很高的選擇性,只有在其骨架中包含較大的稀土元素。研究人員通過鑭系元素富集試驗利用了這一事實,可以在混合物中鑭系元素離子半徑的差異和它們的分離因子之間得出直接的關系。這些實驗所獲得的陽性結果證實了自組裝在稀土分離中的巨大潛力。

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Eduard Garrido Ribó, et al, Engineering Highly Reduced Molybdenum Polyoxometalates via the Incorporation of d and f Block Metal Ions., Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202201672

https://doi.org/10.1002/anie.202201672


5. Angew:級聯(lián)自由基光環(huán)化制備具有多個嵌入七元的納米石墨烯

盡管七邊形廣泛存在于石墨材料中,但精確合成含有七變形的納米碳仍然是一個挑戰(zhàn),尤其是對于含有多個七邊形的納米碳而言。有鑒于此,廈門大學的譚元植等研究人員,報道了級聯(lián)自由基光環(huán)化制備具有多個嵌入七元的納米石墨烯。

 

本文要點:

1)研究表明,光誘導自由基環(huán)化(PIRC)可用于合成多個七變形嵌入納米碳。

2)值得注意的是,通過六次級聯(lián)PIRC反應獲得了含有六個七變形(1)的納米石墨烯。1的結構得到了明確驗證,并顯示出猴鞍狀構象。

3)實驗鍵分析和理論計算表明,1中的七邊形是非芳香的,而外圍環(huán)是高度芳香的。

4)與具有相同π電子數的平面納米石墨烯相比,1具有相似的光學間隙,這是由于包裹結構中共軛減少和邊緣電子離域增強之間的權衡。

5)電化學研究表明,1具有較低的氧化電位,這歸因于氮摻雜。

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Zhen-Lin Qiu, et al. Nanographene with Multiple Embedded Heptagons: Cascade Radical Photocyclization. Angewandte Chemie, 2022.

DOI:10.1002/ange.202116955

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202116955


6. Angew:環(huán)境良性生物合成多級MOF/細菌纖維素復合海綿以用于對抗神經毒劑

MOF聚合物復合材料的開發(fā)能夠實現(xiàn)MOF基技術的實際應用,例如用于防護服和口罩等方面。然而,傳統(tǒng)的制備方法通常需要利用有機溶劑,由此會導致環(huán)境污染、負載效率低以及由于耐溶劑性差所引發(fā)的功能喪失等問題。香港理工大學John H. Xin、美國西北大學Kaikai Ma和Omar K. Farha首次開發(fā)了一種微生物合成策略來制備MOF/纖維素納米纖維復合海綿。

 

本文要點:

1)實驗制備的海綿具有多級多孔結構、高MOF負載率(高達90%)、良好的耐溶劑性和對神經毒劑模擬物進行液/固態(tài)水解的高催化活性。

2)研究結果表明,與商業(yè)化的吸附碳布相比,細菌纖維素/MOF復合海綿對抗超毒性神經毒劑(GD)的能力提高了近8倍。綜上所述,該研究能夠為利用MOF基保護裝置對抗神經毒劑提供新的借鑒。

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Yuk Ha Cheung. et al. Environmentally Benign Biosynthesis of Hierarchical MOF/Bacterial Cellulose Composite Sponge for Nerve Agent Protection. Angewandte Chemie International Edition. 2022

DOI: 10.1002/anie.202202207

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202202207


7. Angew:構建用于開發(fā)可激活的NIR-II熒光探針的多功能平臺以實現(xiàn)體內分析物傳感

基于小分子的近紅外二區(qū)(NIR-II)可激活型熒光探針可以實現(xiàn)高的靶點-背景比和深層組織滲透。然而,目前大多數已被報道的NIR-II可激活型小分子探針會由于缺乏通用、穩(wěn)定的光可調基團而表現(xiàn)出較差的通用性。有鑒于此,湖南大學袁林教授設計了一種新型的染料支架(NIRII-HDs),并將其用于對NIR-II探針的開發(fā)進行優(yōu)化。

 

本文要點:

1)研究發(fā)現(xiàn),染料NIRII-HD5具有最佳的光學性能,pKa值合適、穩(wěn)定性好、NIR-II亮度高,有利于實現(xiàn)高對比度的活體成像。為了證明NIRII-HD5染料的適用性,實驗設計了三種針對ROS、硫醇和酶的靶向可激活型NIR-II探針。

2)實驗結果表明,這些新型探針不僅能夠在小鼠模型中實現(xiàn)對不同疾病的NIR-II成像,而且還可以對肝臟損傷時肝臟組織的氧化還原電位進行高保真度評估。

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Zuojia Qin. et al. NIRII-HDs: A Versatile Platform for Developing Activatable NIR-II Fluorogenic Probes for Reliable In Vivo Analyte Sensing. Angewandte Chemie International Edition. 2022

DOI: 10.1002/anie.202201541

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202201541


8. Angew:質子輔助水性錳離子電池化學

水性錳離子電池(MIBs)因其金屬錳的豐度高、成本低、無毒、理論容量大、氧化還原電位低等獨特優(yōu)點而成為一種很有前途的儲能系統(tǒng)。傳統(tǒng)的MIBs基于Mn2+離子的儲存機制,而由于水電解質中Mn2+離子的高電荷密度和大溶劑化離子半徑,陰極材料中的容量通常受到限制。有鑒于此,南開大學的牛志強等研究人員,報道了質子輔助水性錳離子電池化學。

 

本文要點:

1)研究人員將質子插層化學引入到水性MIBs中,其中層狀Al0.1V2O5·1.5H2O(AlVO)陰極表現(xiàn)出隨后的Mn2+和H+離子插層/萃取過程。

2)該儲能機制有助于提高電化學性能,包括高容量、快速反應動力學和穩(wěn)定的循環(huán)行為。

3)得益于這種質子嵌入化學,水性Mn | | AlVO電池可以同時提供高比能量和功率。

本文研究工作為高性能水性MIBs的設計提供了一條途徑。

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Songshan Bi, et al. Proton-Assisted Aqueous Manganese-Ion Battery Chemistry. Angewandte Chemie, 2022.

DOI:10.1002/ange.202200809

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202200809


9. AEM:固體電解質界面過電位調節(jié)的薄而致密的碳酸鋰助力先進鋰離子電池

電化學儲能器件(EESDs)是可再生能源、汽車電氣化和工業(yè)信息化快速發(fā)展的基石,開發(fā)具有高能量密度、大功率密度和長循環(huán)壽命的EESDs至關重要。商用非水系電解液鋰離子電池(LIBs)是最有前途的EESDs之一。為了防止LIBs正常工作過程中的寄生反應,開發(fā)穩(wěn)定的固體電解質界面(SEI)具有重要意義。碳酸鋰(Li2CO3)是光滑SEI鈍化層的重要成分之一,但關于Li2CO3鈍化層的形成機理和特殊分布尚不清楚。


近日,同濟大學Junsheng Zheng,Liming Jin,阿貢國家實驗室Zonghai Chen提出了一種過電位調節(jié)的Li2CO3生長機制,并在此機制的指導下構建了薄而致密的富Li2CO3 SEI。


本文要點:

1)研究人員以硬碳(HC)為負極極材料,研究了不同過電位下工業(yè)電解液中SEI的形成。研究發(fā)現(xiàn),發(fā)現(xiàn),隨著過電位的不斷增大,Li2CO3的晶粒尺寸逐漸減小,而含量逐漸增加。更特別的是,在大過電位下,微米級的Li2CO3沿HC邊界生長,并在HC顆粒上形成一層連續(xù)、薄而致密的層。

2)特殊的SEI完全包裹了HC的邊界,實現(xiàn)了更大的鋰離子去溶劑化能壘和低的鋰離子擴散能壘,具有低自放電行為和快負極動力學速率。更廣泛地說,這種Li2CO3生長機理也適用于商品化的石墨負極,得到了類似的結果。

這項工作為理解Li2CO3在SEIs中的生長機理提供了新的思路,也為設計穩(wěn)定的人工SEIs提供了指導。

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Nan Qin, et al, Over-Potential Tailored Thin and Dense Lithium Carbonate Growth in Solid Electrolyte Interphase for Advanced Lithium Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2022

DOI: 10.1002/aenm.202103402

https://doi.org/10.1002/aenm.202103402


10. AEM:采用動態(tài)保護機制的CuCl2修飾的鋰金屬負極助力無枝晶長壽命充放電

鋰(Li)金屬具有3860 mAh g?1的超高理論比容量和最低的電化學電位,被認為是可充電鋰離子電池(LIB)低容量碳負極的理想替代品。然而,源于鋰枝晶的形成和生長失控的安全問題,嚴重困擾了Li負極的實際應用。近日,格里菲斯大學張山青教授,江蘇師范大學Chao Lai提出了一種簡單有效的構建Li金屬保護層的方法。


本文要點:

1)利用廉價的金屬氯化物AlCl3、CuCl2和ZnCl2對鋰金屬表面進行改性,通過簡單的一步法在Li金屬表面形成不同形貌的三維保護層。選擇AlCl3、CuCl2和ZnCl2主要是因為它們無毒、成本低、容易獲得等優(yōu)點。此外,它們對應的金屬包括Al、Cu和Zn具有優(yōu)異的導電性,這將有助于快速均勻地沉積鋰。

2)在修飾電極中,CuCl2誘導的納米玫瑰狀多孔多組分保護層通過獨特的動態(tài)保護機制顯示出最有效的保護效果。具有形貌可控傳質和可逆電化學控制鋰離子儲存和釋放的保護層隨著電池循環(huán)而逐漸改變,即使在高電流密度下也能有效地調節(jié)鋰離子的沉積行為。

3)動態(tài)保護機制源于參與電化學過程的氧化還原物種CuCl,導致原位形成一層平坦的SEI膜,從而保證了Li金屬負極在半電池和全電池配置下的長期穩(wěn)定性。通過這樣一種獨特的機制,CuCl2修飾的Li負極在5 C的高電流密度下,即使經過500次循環(huán)后也可以保持無枝晶的平坦表面形貌。

這項工作有望為設計新一代鋰基電池鋰負極的有效保護層提供一種新的途徑。

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Shangshu Qian, et al, CuCl2-Modified Lithium Metal Anode via Dynamic Protection Mechanisms for Dendrite-Free Long-Life Charging/Discharge Processes, Adv. Energy Mater. 2022

DOI: 10.1002/aenm.202103480

https://doi.org/10.1002/aenm.202103480


11. ACS Energy Letters: 氧化還原活性water-in-salt 電解質助力高比能超級電容器

考慮到人們對于電化學器件環(huán)境友好性和成本有效性的要求,提高水溶液超級電容器的能量密度十分迫切。在過去的幾年里,被稱為water-in-salt的高濃水溶液電解質由于能夠拓寬電化學穩(wěn)定窗口而備受青睞。同時,氧化還原活性電解質的發(fā)展為提高超級電容器的電容提供了機遇。最近,韓國高麗大學Woong Kim等將二者相結合構建了一種基于氧化還原活性water-in-salt 電解質的高比能超級電容器。


本文要點:

1)考慮到高離子電導、寬電化學穩(wěn)定窗口、低粘度、低成本等需求,研究人員在本工作中選擇了17 mol/kg NaClO4 水溶液電解液。再結合氧化還原電位、高電化學可逆性、良好的溶解性等因素選取了NaBr和六氟磷酸二茂鈷這兩種氧化還原活性物質添加在電解液中,形成了雙氧化還原活性water-in-salt電解液。

2)雙氧化還原活性物質的添加不僅使得電容器的整體電壓顯著升高,而且能夠呈現(xiàn)出類似于鋰離子電池中的電壓平臺行為。這就與傳統(tǒng)電容器在放電過程中的輸出電壓持續(xù)下降而不同,因此可以顯著改善整個超級電容器的能量密度。

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Jinwoo Park et al, Redox-Active Water-in-Salt Electrolyte for High-Energy-Density Supercapacitors, ACS Energy Letters, 2022

DOI: 10.1021/acsenergylett.2c00015

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c00015


12. Coordination Chemistry Reviews: 不同維度的金屬有機框架材料為酶-MOF復合物提供理想宿主平臺

近日,天津科技大學杜英杰崔建東賈士儒等人討論了不同維度MOF材料構建含酶復合物領域的研究進展。金屬有機骨架材料(Metal-organic frameworks, MOFs)是一類新興的多孔材料,具有良好的孔隙結構和晶體結構、良好的生物相容性、良好的化學/機械穩(wěn)定性和較高的比表面積,是開發(fā)酶-MOF復合物的理想宿主載體。大多數酶-MOF復合物具有優(yōu)異的催化性能和較高的穩(wěn)定性。在過去的十年里,人們做了許多努力來開發(fā)具有潛在應用的酶-MOF復合物。MOFs的維數對酶-MOF復合物的催化性能有顯著影響。該文綜述了具有不同維度的MOF材料固定化酶的制備策略和催化性能,并以MOF固定化酶為例對酶的固定化策略進行了總結和展望,在總結已有眾多研究報道的固定化策略條件下,該綜述提出了“固定化但不僵化”的固定化策略,提出0維加的MOF(0D+MOF)材料是酶的固定化領域新的研究方向之一。

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Yingjie Du* et al. Metal-organic frameworks with different dimensionalities: an ideal host platform for enzyme@MOF composites, Coordination Chemistry Reviews, 2022, 454: 214327.

DOI:10.1016/j.ccr.2021.214327

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2021.214327


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