1. Sci. Adv.：MOF納米孔調控離子和質子反向快速傳輸
納流體和膜分離領域的生物控制亞納米通道中的離子傳輸過程目前得到人們廣泛關注。構建人工離子通道的重要一點是整流離子實現特異性運輸，但是仍具有非常大的難度和挑戰。有鑒于此，莫納什大學王煥庭(Huanting Wang)、中國科學技術大學吳恒安等報道以往未曾明確結構的MOF納米通道納米流體體系，實現堿金屬離子和質子的單一取向以反方向進行傳輸。通過理論計算發現，這種高效離子選擇性整流傳輸能力來自對金屬離子和質子具有兩種不同的傳輸機理。
本文要點：
1）由于質子具有的非常高的移動能力（遷移率達到11.3×10-7 m2/V·s），使得MOF NC具有超高的質子導電性能，能壘僅為0.075 eV。此外，MOF NC展示了優異的滲透能收集性能。
2）本文工作有助于發展多功能生物離子通道和應用于納流、生物模擬、分離等場景。
Jun Lu, et al, Ultrafast rectifying counter-directional transport of proton and metal ions in metal-organic framework–based nanochannels, Sci. Adv. 2022, 8(14), eabl5070
DOI: 10.1126/sciadv.abl5070
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl5070
2. Sci. Adv.：微生物甲烷代謝同位素變化模型
微生物制備甲烷在引起大氣溫室效應中起到的影響超過一半。目前通過研究甲烷分子的穩定同位素組分含量能夠用于理解來源和匯聚情況，但是對產甲烷生物的同位素描述通常是經驗性，因此這種方法的應用受到限制。
有鑒于此，以色列魏茲曼科學研究所Jonathan Gropp等報道發展了產甲烷過程CO2還原的代謝同位素標記模型，能夠預測隨著細胞環境變化，碳和氫同位素的系數，同位素分布的集中情況。
通過代謝同位素模型，將代謝過程中生物化學反應的熱力學和動力學效應與同位素區分效應結合到模型中，能夠用于研究甲烷分子中的碳、氫同位素組成情況中因為微生物導致的部分。
本文要點：
1）從機理角度揭示多種同位素分別在實驗室、天然條件中的變化和分布，發現這些現象導致甲烷代謝過程中的能量限制。
2）當模型與能量受限情況中環境條件中甲烷代謝的數據進行結合，這個模型能夠用于預測生物產甲烷量和有關的同位素效應，預測由于環境和由于代謝作用分別對同位素組分的控制作用。
Jonathan Gropp*, Qusheng Jin, Itay Halevy, Controls on the isotopic composition of microbial methane, Sci. Adv. 2022, 8(14), eabm5713
DOI: 10.1126/sciadv.abm5713
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm5713
3. JACS：單鏈DNA編碼的金納米粒子簇作為可編程酶等價物
納米酶是一類新型的催化納米材料，在各種應用中替代天然酶顯示出巨大的潛力。然而，納米酶中多個亞基的空間組織，以合理地設計其催化性質仍然是一個巨大的挑戰。有鑒于此，中國科學院上海高等研究院的李江等研究人員，報道了單鏈DNA編碼的金納米粒子簇作為可編程酶等價物。
本文要點：
1）研究人員報告了一種基于DNA的方法來編碼金納米顆粒簇（GNCs）的組織，用于構建可編程酶當量（PEEs）。
2）研究發現，單鏈（ss-）DNA支架可以通過特定的聚腺嘌呤（polyA）環和雙鏈莖自折疊成納米結構，polyA環可以作為GNCs無籽成核和生長的特定位點，具有明確的粒子數和粒子間空間。
3）以這種方式原位合成了一系列GNCs，從具有離散粒子數（2-4）的低聚物到類聚合物鏈。
4）以多個空間排列的納米顆粒為亞單位的聚合物GNCs顯示出可編程的過氧化物酶樣催化活性，可通過支架尺寸和polyA間隔區長度進行調節。
本文研究為各種生物和生物醫學應用中納米酶的合理設計開辟了新途徑。
Xiaoliang Chen, et al. Single-Stranded DNA-Encoded Gold Nanoparticle Clusters as Programmable Enzyme Equivalents. JACS, 2022.
DOI：10.1021/jacs.1c13116
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c13116
4. JACS：巨噬細胞中多肽的自放大組裝用于增強炎癥治療
酶調節的多肽原位自組裝是開發診療試劑的一種通用策略，然而，這一策略嚴重受限于對酶過表達的依賴。鑒于此，南開大學余志林等人報道了能在巨噬細胞中精確自放大、自組裝的多肽，用于提高常規藥物的抗炎效果。
本文要點：
1）通過將酶響應的多肽與經蛋白配體修飾的多肽衍生物共同組裝，研究者構建了自擴增組裝系統。該系統中的多肽被NAD(P)H醌脫氫酶1（NQO1）還原后，能形成對蛋白質具有高親和力的納米纖維，進而促進NQO1的表達。NQO1的表達增加又能進一步促進多肽組裝成納米纖維，因而在巨噬細胞中形成多肽組裝和NQO1表達之間的正反饋放大。
2）當以該自擴增組裝系統作為藥物載體搭載地塞米松時，能通過被動靶向使藥物蓄積在急性損傷的肺中。體外內研究證實，自擴增組裝系統能夠通過同時減輕活性氧的副作用并下調促炎細胞因子，以增強地塞米松的抗炎效果。這項研究為在活細胞中創建超分子診療試劑提供了新的思路。
Yanqiu Song. et al. Self-Amplifying Assembly of Peptides in Macrophages for Enhanced Inflammatory Treatment. JACS. 2022
DOI：10.1021/jacs.2c01323
https://doi.org/10.1021/jacs.2c01323
5. JACS：通過氧化態控制實現镅/鑭系元素的超高效分離
鑭系元素/錒系元素分離是原子能和核廢物處理的世界性挑戰。將核燃料循環中的關鍵錒系元素镅（Am）從鑭系元素（Ln）中分離出來，對于最大限度地降低核廢物的長期放射性毒性是非常可取的，但考慮到三價Am（III）和Ln（III）之間的化學相似性，這是一項極具挑戰性的工作。選擇氧化Am（III）到更高的氧化狀態（OS）可以促進這種分離，但到目前為止，由于Am在高氧化狀態下的不穩定性，其實際應用還遠遠不能令人滿意。有鑒于此，清華大學的許超、李雋等研究人員，通過氧化態控制實現镅/鑭系元素的超高效分離。
本文要點：
1）研究人員發現了一種新的策略，通過Am（III）與二乙醇酰胺配體的配位以及在有機溶劑存在下與Bi（V）物種的氧化來生成穩定的五價Am（Am（V））。
2）該策略通過溶劑萃取中的一次接觸，使Am（V）高效穩定，并使Am與Ln的分離系數極高（>104），從而為研究Am的高OS化學和完成核燃料循環中Ln/Am分離的關鍵任務開辟了新途徑。
3）發現有機溶劑中存在協同配位和氧化過程，量子理論模型很好地闡明了其機理。
Zhipeng Wang, et al. Ultra-Efficient Americium/Lanthanide Separation through Oxidation State Control. JACS, 2022.
DOI：10.1021/jacs.2c00594
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00594
6. JACS：利用不對稱功能化雙膦Cu4I4立方體克服團簇發光二極管的效率限制
電致發光（EL）納米團簇有望成為新一代團簇發光器件（CLEDs）。然而，緩慢的輻射和團簇發射體的嚴重猝滅在很大程度上限制了器件的性能。有鑒于此，黑龍江大學的許輝等研究人員，報道了利用不對稱功能化雙膦Cu4I4立方體克服團簇發光二極管的效率限制。
本文要點：
1）研究人員報道了兩種單官能團化雙膦螯合Cu4I4簇，[DMACDBFDP]2Cu4I4和[DPACDBFDP]2Cu4I4。
2）吖啶基團的不對稱修飾和給電子效應導致團簇呈現以碘-配體電荷轉移為主的激發態，其特征是熱激活延遲熒光，單重態輻射速率常數顯著提高，三重態非輻射速率常數降低。
3）因此，與非功能化母體簇相比，[DPACDBFDP]2Cu4I4的光致發光效率提高了16倍（81%），EL量子效率提高了20倍（19.5%）。
本文研究表明，這種新的記錄效率使CLEDs實現了各種EL技術的最先進性能。
Nan Zhang, et al. Overcoming Efficiency Limitation of Cluster Light-Emitting Diodes with Asymmetrically Functionalized Biphosphine Cu4I4 Cubes. JACS, 2022.
DOI：10.1021/jacs.2c01588
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01588
7. JACS：電催化酮α-C-H鍵不對稱烯烴化
電催化與不對稱催化結合的協同催化提供了一種環境友好的高效率的催化方法學構建非消旋的手性分子。但是在實驗操作上手性催化劑面臨著在電催化反應過程中不穩定或者不兼容的問題。有鑒于此，馬爾堡大學Eric Meggers等報道發展了一種不對稱催化方法，通過具有氧化還原能力的介導分子和Lewis手性Rh催化劑，對酮的親核性α-C(sp3)-H進行不對稱烯基化。
本文要點：
1）該反應能夠對2-酰基咪唑底物與烯烴三氟硼酸鉀進行烯基化，最高的產率達到94 %，實現了優異的對映選擇性（27個反應例都達到≥99 % ee），反應無需使用化學計量比氧化劑。
2）這種新型的電催化能夠非常簡單的進行克級量放大合成。而且該反應方法能夠應用于天然產物分子cryptophycin A、cathepsin K抑制劑的中間體合成。
Peng Xiong, Marcel Hemming, Sergei I. Ivlev, and Eric Meggers*, Electrochemical Enantioselective Nucleophilic α-C(sp3)–H Alkenylation of 2-Acyl Imidazoles, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c01686
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01686
8. AM：手機閃光燈激發的紅色余輝生物成像
具有超長壽命的有機室溫磷光(RTP)材料在利用特征時間尺度消除背景噪聲的生物成像方面具有非常顯著的優勢。然而，大多數RTP發光原都需要被紫外線(UV)燈激發，并表現出綠色或黃色的發射，其穿透性能較淺，極大地限制了其在體內生物成像以及臨床診斷和病理研究中的應用。有鑒于此，武漢大學李振教授、李倩倩副教授和南京大學甄敘副教授采用有機發光劑和各種電子拉-推系統而實現了由陽光和手機閃光燈激發的安全過程。
本文要點：
1）實驗通過優化分子的幾何形狀和電子性質，可以獲得壽命高達344 ms的亮紅色RTP發射。
2）此外，該研究也首次實現了手機閃光燈對活鼠淋巴結的紅光余輝成像，從而為實現具有高穿透深度、高信噪比的活鼠余輝成像提供了一種安全可行的方法。
Yuanyuan Fan. et al. Mobile Phone Flashlight-Excited Red Afterglow Bioimaging. Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202201280
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202201280
9. AM：MOF材料是否能催化全分解水
加州大學伯克利分校Ha L. Nguyen報道討論了MOF材料用于全分解水的穩定性和光催化活性問題。由于MOF材料的結構能夠根據特定應用進行設計，因此MOF材料目前得到廣泛研究，其中一個應用領域是光催化。雖然目前人們基本上得到共識認為MOF材料能夠進行光催化劑用于有機合成和CO2還原，但是MOF材料的穩定性和光催化活性受到一些研究者的質疑，特別是MOF材料是否能夠用于分解水。一些無機化學工作者懷疑：MOF材料能否進行這種能量爬升的光催化反應過程？MOF的穩定性和電子結構是兩個相關的特征，并且決定了MOF的光催化應用能力。
本文要點：
1）首先作者討論了MOF材料分解的原因，隨后討論了什么結構MOF材料有可能在全分解水的過程中保持穩定，最后總結了目前用于全分解水的MOF相關研究進展。
Ha L. Nguyen, Metal–Organic Frameworks Can Photocatalytically Split Water—Why Not?, Adv. Mater. 2022, 2200465
DOI: 10.1002/adma.202200465
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202200465
10. ACS Nano：基于陷阱?鍵合策略的表面富集型Ru納米團簇的超組裝用于高效析氫
水分解析氫反應（HER）是實現可持續制取H2的一種有潛力的技術，但緩慢的水解離和昂貴的鉑基催化劑嚴重阻礙了其發展。近日，復旦大學孔彪研究員提出了一種陷阱-鍵合策略，以實現表面富集型Ru納米團簇在植酸(PA)修飾的氮摻雜碳骨架（NCPO-Ru NCs）上的超組裝。
本文要點：
1）研究發現，PA修飾的骨架(NCPO)對金屬離子具有很高的親和力，可以捕獲大量的Ru離子。捕獲的Ru離子主要分布在骨架表面，而在50 ℃時，具有較強還原性的骨架上附近的空位可以誘導捕獲的Ru離子的還原和聚集。同時，PA在骨架表面的島狀分布以及磷酸基團與Ru離子之間較強的成鍵作用將限制Ru離子的遷移和聚集。因此，在多種因素的協同作用下，可以在NCPO表面形成尺寸約為1.6 nm的Ru納米團簇。進一步，通過調節PA的含量，可以得到分布和密度可調的表面富集型Ru納米團簇。
2）由于活性中心的充分暴露和超小Ru納米團簇的致密分布，NCPO-Ru NCs催化劑能夠在堿性電解液中高效電催化HER，其活性（在50 mV過電位下）分別是商品Ru/C和Pt/C催化劑的14.3倍和9.6倍。Ru納米團簇與NCPO之間形成穩定的Ru?O共價配位結構，使NCPO-Ru NCs的穩定性大大優于商用催化劑。此外，NCPO-Ru NCs催化劑在太陽能到氫能的轉換體系中也具有良好的性能，這為其在水分解中的廣泛應用提供了更大的潛力。
Qirui Liang, et al, Superassembly of Surface-Enriched Ru Nanoclusters from Trapping?Bonding Strategy for Efficient Hydrogen Evolution, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c00901
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00901
11. ACS Nano：硅量子點的雙光子激發光譜及其在生物成像中的應用
德克薩斯州大學奧斯汀分校Michael C. Downer、Brian A. Korgel、Brandon J. Furey和墨西哥光學研究中心Ramon Carriles證明了具有光致發光特性的納米晶體硅量子點(nc-SiQDs)在近紅外(NIR)雙光子激發的深度生物成像領域中具有良好的應用價值。
本文要點：
1）實驗在1.46<?ω<1.91 eV光譜范圍內（波長為850 >λ > 650 nm）利用雙光子激發測定了膠體nc-SiQDs的雙光子吸收截面(2PA)，并利用已知濃度的羅丹明B染料在甲醇中對直徑d=1.8±0.2 nm和d =2.3±0.3 nm的c-SiQDs進行雙光子激發光致發光(2PE-PL)光譜強度進行校準。
2）對于直徑較小的納米晶體而言，其2PA的橫截面也更小，并且其2PA的起始點會從體相Si的雙光子間接帶隙藍移，這一點也與激子的量子限制相符。實驗在多種生物組織中模擬了使用具有2PE-PL性能的nc-SiQDs進行生物成像的效率，并將其與其他量子點和分子熒光團的效率進行了比較，發現它們在深度成像方面具有一定的優越性。
Brandon J. Furey. Et al. Two-Photon Excitation Spectroscopy of Silicon Quantum Dots and Ramifications for Bio-Imaging. ACS Nano. 2022
DOI: 10.1021/acsnano.1c11428
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c11428
12. ACS Nano：可將二氧化碳捕獲到納米孔中的塑料垃圾產品
塑料垃圾(PW)和不斷增加的大氣二氧化碳(CO2)水平是目前人類社會發展面臨的最大環境問題之一。隨著2050年零CO2排放目標的實現，人們對經濟的CO2捕獲路線的需求也與日俱增。盡管，人們已經報道了以聚丙烯腈、聚對苯二甲酸乙二酯和聚氯乙烯等高固定碳含量的聚合物為原料來合成多孔碳。然而，從高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和聚丙烯(PP)等低固定碳含量的聚合物廢物中生產多孔碳仍然是一個挑戰。
近日，萊斯大學James M. Tour介紹了一種替代的PW熱解方法，在鉀鹽的存在下，低固定碳含量的PW聚合物被熱解，以獲得具有高CO2捕集能力的多孔碳，而不是傳統熱解過程中的無價值的碳。
本文要點：
1）多孔碳具有寬度為0.70?1.4 nm的網狀孔。同時，所開發的合成路線比以前報道的活性碳合成路線更有優勢，允許碳化低固定碳含量的PW。此外，熱解是在低于產生金屬鉀的溫度下進行的，因此使用非腐蝕性活化劑提供了更安全的轉化過程。
2）該脫碳劑在25 ℃下的CO2容量為17.0±1.1 wt%(3.8±0.25 mmol g?1)（1 bar）和5.0 wt%(1.13±0.13 mmol g?1)(0.15 bar)，并在達到75±5 ℃時可再生。此外，通過該技術從煙氣中捕獲二氧化碳的成本估計為< $21 ton?1 CO2，遠低于競爭的CO2捕獲技術。
這項研究通過可逆地從燃燒后來源(如煙道氣)捕獲CO2來增強和利用PW產品的價值，為PW和不斷上升的大氣CO2水平這兩個環境挑戰提供了一種可行的解決方案。
Wala A. Algozeeb, et al, Plastic Waste Product Captures Carbon Dioxide in Nanometer Pores, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c00955
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00955
