1. Nature：連續轉動化學能驅動分子馬達
近日，中山大學藥學院趙德鵬教授課題組在《Nature》發表論文Intrinsically unidirectional chemically fuelled rotary molecular motors，首次報道了與自然界ATP合成酶類似的化學能驅動分子馬達。該分子可以在燃料存在下實現連續高單向旋轉運動。該工作不僅是世界首例高單向性連續轉動的化學能分子馬達，為人工分子馬達和分子機器研發提供了重要的理論支持和實驗驗證，還將為智能材料和藥物化學中生物活性分子發現提供物質基礎。
（來源：中山大學）
Mo, K., Zhang, Y., Dong, Z. et al. Intrinsically unidirectional chemically fuelled rotary molecular motors. Nature (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05033-0
2. JACS：從意外分離的Pt2Mn納米粒子制備穩定高效的丙烷脫氫催化劑
塑料生產對丙烯等短鏈烯烴的需求日益增加，頁巖氣的可獲得性使得開發高性能丙烷脫氫(PDH)催化劑成為一個非常重要的研究領域，催化劑需要對工業應用的苛刻再生條件具有穩定性。近日，里昂第一大學Pierre-Adrien Payard，蘇黎世聯邦理工學院Christophe Copéret報道了二氧化硅負載的PtMn材料—PtMn/SiO2的合成和詳細表征，該材料在PDH反應中表現出高的生產率、選擇性和穩健性。
本文要點：
1）由于催化劑通過SOMC/TMP方法和多技術表征方法進行了量身定制的合成，包括CO IR、STEM、XAS和EPR，并進一步得到了MTD計算的支持，可以發現，這種材料由分布均勻、尺寸均勻的Pt2Mn納米顆粒組成，負載在MnII修飾的SiO2載體(占總Mn量的70%)上，具有引人注目的意外結構。
2）EXAFS分析和MTD計算相結合發現，Pt和Mn具有明顯的空間偏聚，Pt主要形成顆粒的內部，而大部分Mn0聚集在Pt和SiO2載體之間的界面上，形成圍繞Pt核的半殼層。盡管分離的性質被認為對高性能的PDH催化劑不利，但PtMn/SiO2 (3wt%Pt，1.3wt%Mn)表現出高生產率。此外，與單一金屬Prt相比，PtMn/SiO2在連續再生循環中表現出很強的穩健性，這歸因于在如此惡劣的條件下減少了燒結所致。
3）穩定性歸因于納米顆粒表面的Mn0與MnII修飾的SiO2載體之間的強烈相互作用。值得注意的是，Mn含量相似但Pt負載量低得多的材料僅有0.05 wt%的單位GPT表現出出色的性能，具有迄今為止報道的最高生產率（4523 gC3H6/gPt h）之一，在分壓H2下運行160小時后幾乎沒有失活。
總體而言，這項研究證明了SOMC和在DFT水平上用MTD精煉的最先進的光譜分析相結合，為開發結構精準的雙金屬材料和以分子水平的精度了解它們的結構提供了強大的工具，此外，這里揭示了一種高性能和堅固的PDH催化劑出人意料的分離結構。
Lukas Rochlitz, et al, A Robust and Efficient Propane Dehydrogenation Catalyst from Unexpectedly Segregated Pt2Mn Nanoparticles, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c05618
https://doi.org/10.1021/jacs.2c05618
3. JACS：重金屬特洛伊木馬：利用腸桿菌素向大腸桿菌定向遞送順鉑(IV)前藥
無法治療的微生物感染會引發全球危機，因此需要開發新型的抗生素。其中，藥物再利用是擴大抗生素種類的一種有前景的策略。麻省理工學院Elizabeth M. Nolan通過將臨床批準的抗癌藥物（順鉑前藥Pt(IV)）與腸桿菌素 (Ent，腸桿菌科用于獲取鐵(Fe)的鐵載體)結合，實現了將順鉑轉化為靶向抗生素的目的。
本文要點：
1）研究發現，L-Ent-Pt(IV)偶聯物(L-EP)對大腸桿菌K12和尿路致病性大腸桿菌CFT073具有抗菌活性。與順鉑類似的是，L-EP會在大腸桿菌中引起絲狀形態，并在溶原菌中啟動裂解。對Ent轉運蛋白缺陷的大腸桿菌突變體的研究表明，Ent會介導L-EP進入大腸桿菌細胞質，發生Pt(IV)前藥的還原以釋放順鉑藥物，導致大腸桿菌生長抑制和成絲。隨后，實驗也將Ent替換為其對映體而構建了D-Ent-Pt(IV)偶聯物(D-EP)，發現該偶聯物具有增強的抗菌活性。這是由于D-Ent不能被Ent酯酶水解，因此鐵不能從該偶聯物中釋放所導致的。
2）與順鉑治療相比，經L/D-EP治療后的大腸桿菌中的Pt積累會多10倍。相比之下，人胚胎腎細胞(HEK293T)在經任何一種偶聯物治療后的順鉑積累都可以可忽略不計。綜上所述，該研究表明利用鐵載體能夠將抗癌藥物重新轉化為靶向抗生素，這種靶向抗生素能夠通過鐵載體攝取機制以實現藥物遞送，進而可為通過鐵載體修飾以實現藥物的重新利用提供一個新的設計策略。
Chuchu Guo. et al. Heavy-Metal Trojan Horse: Enterobactin-Directed Delivery of Platinum(IV) Prodrugs to Escherichia coli. Journal of the American Chemical Society. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c03324
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03324
4. JACS：在擴散之前使其結晶：薄膜富磷半導體CuP2的動力學穩定
從固態化學文獻中可以找到許多含有P-P鍵和金屬-P鍵的富磷金屬磷化物。發展一種以薄膜形式生長這些材料的方法意義重大，因為許多應用都需要薄膜，并且它們是高通量研究的理想平臺。此外，在薄膜中可實現的高密度和光滑表面對傳輸表征和光學特性是一個顯著的優勢。盡管有這些優勢，但即使是最簡單的二元富磷磷化物薄膜，也幾乎沒有任何發表的工作。近日，美國國家可再生能源實驗室Andriy Zakutayev，Andrea Crovetto等報道了一種兩步法工藝生長單相CuP2薄膜，包括非晶CuP2+x的反應濺射和惰性氣氛中的快速退火。
本文要點：
1）在結晶溫度下，CuP2相對于Cu3P和P4在熱力學上不穩定。然而，如果無定形前體在原子尺度上混合并且足夠接近所需的組成（既不太缺磷也不太富磷），則可以穩定CuP2。多晶CuP2的快速形成與較短的退火時間相結合，可以避免導致分解的擴散過程。
2）實驗發現，薄膜CuP2是一種帶隙為1.5?eV的半導體，具有有趣的特性，例如高光吸收系數（高于 105?cm–1）、低導熱率（1.1?W/(K m)）和對成分不敏感的電導率（約 1?S/cm）。
該工作報道的加工路線有望擴展到其它仍在等待薄膜合成的富磷磷化物，并將導致對這些材料及其潛在應用的更全面了解。
Andrea Crovetto, et al. Crystallize It before It Diffuses: Kinetic Stabilization of Thin-Film Phosphorus-Rich Semiconductor CuP2. J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c04868
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c04868
5. JACS：超組裝手性介觀結構異質膜用于智能和靈敏的對映體加速分離
在可持續發展的背景下，手性，尤其是手性藥物已經引起了制藥行業的極大興趣，但智能和靈敏地拆分對映體仍然是一個重大的科學挑戰。近日，復旦大學孔彪教授將超分子模板手性轉錄和界面超組裝策略相結合，開發了一種新型的異質結構手性膜智能裝置。得到的不對稱手性膜可以為離子和手性分子的可持續選擇性傳輸提供一條可進入的途徑。
本文要點：
1）手性膜以葉酸(FA)為手性模板，通過堆積和自組裝，僅通過手性轉錄賦予膜對映體選擇性。值得注意的是，當通過流動定向過濾在多孔陽極氧化鋁(AAO)載體上制備超組裝的手性層時，新得到的不對稱雜化膜仍然保持了手性特征。
2）由于其新穎的不對稱結構、孔隙率和豐富的手性表面，可以有效和可持續地擴展其在一系列對映體拆分中的應用，同時，異質結構促進了膜的耦合加速對映體分離機制，實現了高通量(例如L-精氨酸的1.82 μM cm?2 h?1)和高分離因子(例如L-精氨酸的7.52)，與手性轉錄體納米粒相比，分離效率高達170%。此外，異質結構的手性膜具有良好的陽離子選擇性。
3）利用滲透能轉換測試和基于Poisson?Nernst?Planck (PNP)方程的模擬進一步分析證實，異質結構和電荷極性是實現手性氨基酸和離子分離的關鍵。
這些結果為開發智能、靈敏的對映體分離多功能膜提供了新的途徑。
Yanan Huang, et al, Super-Assembled Chiral Mesostructured Heteromembranes for Smart and Sensitive Couple-Accelerated Enantioseparation, J. Am. Chem. Soc.
DOI: 10.1021/jacs.2c04862
https://doi.org/10.1021/jacs.2c04862
6. JACS：一種作為模塊化多相催化劑的內嵌官能化金屬有機籠交聯聚合物凝膠
將均相催化劑固定在載體上以提高可回收性，同時保持催化效率，這通常是一個反復試驗的過程，受到對局部催化劑環境的不良控制和將催化劑附加到載體材料上的策略的限制。近日，新罕布什爾大學Nathan J. Oldenhuis，麻省理工學院Jeremiah A. Johnson提出了一種策略，允許通過將催化劑共軛和環境(在MOC結的孔內)與載體(聚合物線)的物理性質分離，將均相催化劑結合到獨立凝膠中。
本文要點：
1）所得的polyCAT凝膠在溫和的條件下形成，并顯示出良好的機械性能。使用不同
的反應機理，得到了兩種不同的CLs (TEMPO-CL和Au-CL)和三種不同的PLs (PEG-PL、PS-PL和PBA-PL)，顯示了該方法的多功能性和模塊性。
2）獨立式polyCAT凝膠在每個測試案例中都實現了高反應轉化率，并且可以在隨后的反應循環中容易地回收和重復使用，在反應之間只需要簡單的清洗。此外，由于聚催化劑連接與鏈的不同性質，聚催化劑允許催化劑在傳統均相催化劑不溶的溶劑中循環使用(例如H2O)。
3）在未來，polyCAT策略可以利用當今可用的各種形狀和組成的MOC的多樣性，以及許多聚合物組合物，來促進用于一系列合成努力的催化材料的產生，潛在地簡化有機合成，實現新的級聯過程和更綠色的制造策略，并最終實現將聚合物網絡的堅固機械性能與催化功能相結合的多功能材料。
Christopher M. Brown, et al, Endohedrally Functionalized Metal?Organic Cage-Cross-Linked Polymer Gels as Modular Heterogeneous Catalysts, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c04289
https://doi.org/10.1021/jacs.2c04289
7. JACS: 硫酸根插層改善氫氧化鐵電極性能
氫氧化鐵是一種具有前景的堿性電池電極材料，在價格和環境上都具有優勢，但是通常充放電過程中形成Fe3O4以及在充電過程中發生產生副反應導致氫氧化鐵材料的低容量和較弱的電池循環壽命。有鑒于此，新罕布什爾大學Xiaowei Teng、路易斯維爾大學Badri Narayanan等報道通過硫酸鹽插層導致綠鐵銹Fe2+4Fe3+2 (HO–)12SO4（GR, green rust）能夠進行Fe(OH)2/FeOOH的轉化，因此在構建的半電池中實現了~211 mAh g-1容量，在全電池進行200圈循環后保留93 %的庫倫效率。理論計算結果驗證，硫酸根插層促進Fe(OH)2/FeOOH轉變。
本文要點：
1）通過分子動力學模擬發現電解液的堿性能夠影響硫酸根溶劑化的能量變化，較低的堿性有助于硫酸根的快速傳輸。這種陰離子插層輔助Fe(OH)2/FeOOH轉變的的方法能夠拓展至Cl-，這項研究為高效利用Fe基材料電極提供經驗。
Fenghua Guo, et al, Revitalizing Iron Redox by Anion-Insertion-Assisted Ferro- and Ferri-Hydroxides Conversion at Low Alkalinity, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c03113
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03113
8. Chem：電極-電解質界面上的分級陰離子用于協同中性水氧化
富含離子的電極-電解質界面是電催化反應的獨特特征，可以有效地調節局部化學環境。近日，復旦大學龔鳴研究員，華東理工大學Cheng Lian揭示了具有酸堿反應特征的硼酸根陰離子和具有氫鍵特征的氟化物陰離子之間的強協同作用，以促進在中性條件下使用儲量豐富的電催化劑的電化學水氧化。
本文要點：
1）研究發現，硼酸鹽與氟化物的最佳比例可以產生比它們各自的對應物大得多的電流。
2）研究人員通過Tafel分析、H/D同位素交換動力學和電化學阻抗譜(EIS)詳細研究了協同體系的電化學動力學，顯示了分別由硼酸鹽和氟化物主導的兩個動力學區域。此外，探針輔助的原位表面增強拉曼光譜(SERS)和分子動力學(MD)模擬的結合揭示了這種協同作用源于電極-電解質界面上同時活化水的分級陰離子。
3）這種協同電解質結合容易獲得的電沉積Co(OH)2電極可以進一步實現高的水氧化活性和耐久性，在1.791 V下獲得100 mA/cm2的優異性能，在pH = 7.87下具有長達2周的耐久性。因此，為未來的中性水氧化系統和電化學轉化提供了極大希望。
Liu et al., Hierarchical anions at the electrode-electrolyte interface for synergized neutral water oxidation, Chem (2022)
DOI：10.1016/j.chempr.2022.06.012
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.06.012
9. Chem：超致密碳缺陷作為高活性位點用于ORR
缺陷碳最近被認為是貴金屬電催化劑最有前途的替代品之一。然而，碳缺陷的原子結構剪裁極具挑戰性，特別是在調節缺陷密度以最大化活性位點方面。近日，天津理工大學趙炯鵬，吉林大學Xiangdong Yao報道了一種界面自腐蝕策略，通過在受限碳腔中ZnO量子點和生成CO2氣體的一系列熱氧化還原反應來控制碳原子的移除和重構。
本文要點：
1）研究人員首先進行了有限元分析。具體而言，模擬了不同開度和載氣流速下，CO2氣體在碳腔內的自由擴散狀態和從CO2到CO的轉化程度。結果表明，碳腔的受限空間抑制了CO2的自由擴散，從而保證了碳的循環反應更加徹底和持久，從而避免了碳的區域結構有序化。
2）實驗上，選擇特定的MOF作為前驅體，構建半封閉空間來控制CO2/CO氣體的擴散。原位熱重-質譜分析結合拉曼光譜分析表明，碳腔中受限的CO2氣體將顯著增加缺陷密度，且與堿性和酸性電解液中的ORR活性成正比（例如，在0.1M KOH和0.1M HClO4中的半波電位分別為0.75和0.90 V）。
3）歸一化比活度和密度泛函理論(DFT)計算進一步揭示了缺陷位點之間存在梯度“鄰近效應”(即，隨著缺陷位空間距離的縮短，比活度增加，ORR的理論超勢減小)，這得益于衍生的超高密度碳缺陷。
Wu et al., Ultra-dense carbon defects as highly active sites for oxygen reduction catalysis, Chem (2022)
DOI：10.1016/j.chempr.2022.06.013
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.06.013
10. Angew：固-液界面配位化學實現非晶磷酸錳中的高容量銨存儲
銨（NH4+）離子作為電荷載體在水電池中備受關注。然而，大多數NH4+主體材料仍然受限于相對低的容量。近日，東北大學劉曉霞教授，宋禹利用電化學方法制備了一種多孔磷酸錳材料[MP-20，(NH4)0.27MnO1.04(PO4)0.28]，用于儲存NH4+。
本文要點：
1）MP-20電極在1 M乙酸銨(NH4Ac)電解質中在1 A g-1的電流密度下實現了299.6 mAh g-1的創紀錄高容量。
2）研究人員對這種MP-20電極提出了一種新的NH4+/H+共嵌入機理。實驗和計算結果表明，電解質-電極界面上乙酸根陰離子和Mn原子之間的配位相互作用在調節Mn位點和周圍O原子的電子結構中起著重要作用，這有利于NH4+吸附熱力學。
3）研究人員將MP-20與MoOx負極配對，組裝了銨離子全電池，其在283.4 W kg-1的功率密度下提供了83.6 Wh kg-1的高能量密度，高于其他報道的水系銨離子電池。
這項研究提供了一種新的NH4+主體材料，并提出了電解質-電極協同效應在銨電池中的重要作用。
Duo Yang, et al, Solid-Liquid Interfacial Coordination Chemistry Enables High-Capacity Ammonium Storage in Amorphous Manganese Phosphate, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202207711
https://doi.org/10.1002/anie.202207711
11. AM：利用富集效應在超低濃度下將硝酸鹽高效電還原為氨
硝酸鹽（NO3-）污染物電還原為NH3為廢水處理和NH3合成提供了一種替代方法。盡管已經報道了許多用于將NO3-電還原成NH3的電催化劑，但是它們中的大多數在超低NO3-濃度下表現不佳。近日，中科大耿志剛報道了一種通過用多孔碳骨架原位包裹Cu納米粒子制備的Cu基催化劑（Cu@C），用于超低濃度下NO3-高效電還原為NH3。
本文要點：
1）在-0.3 V（相對于可逆氫電極）下，Cu@C 用于NO3-高效電還原為NH3獲得了72.0%的最高法拉第效率，比Cu納米顆粒催化劑的效率(19.9%)高3.6倍。值得注意的是，Cu@C的NH3產率在-0.9 V時E達到469.5 μg h-1 cm-2，這是報道的具有1 mM NO3-的電催化劑的最高值。當NO3-濃度在5～100mm之間變化時，Cu@C的最小FENH3超過85.6%。
2）原位衰減全反射表面增強紅外吸收光譜(ATRSEIRAS)測量和有限元方法(FEM)模擬表明，由于Cu@C中多孔碳框架的富集效應，NO3-可以被濃縮，從而促進了NO3-的傳質，以在超低濃度下有效地電還原成NH3。
Zhimin Song, et al, Efficient Electroreduction of Nitrate into Ammonia at Ultra-low Concentrations via Enrichment Effect, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202204306
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202204306
12. Nano Energy：一種簡便、低成本的濕化學人工界面工程助力石榴石基固態鋰金屬電池
固態鋰金屬電池（SSLMBs）被廣泛預測為下一代高能量密度電池的“推動者”。為了實現這一目標，固體電解質（SEs）和鋰金屬負極均是關鍵。富Li石榴石SEs用于SSLMBs具有許多獨特的優點，如高的鋰離子電導率、優異的機械、化學和電化學性能。然而，石榴石基SSLMBs存在難以解決的界面問題，包括接觸不良導致的高界面阻抗和枝晶導致的快速短路，這極大地阻礙了它們的實際應用。近日，清華大學唐子龍教授提出了一種簡易、低成本的人工界面工程來改善Li/SEs界面。
本文要點：
1）得益于異丙醇InCl3溶液在Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO)表面的良好潤濕性，InLix和LiCl之間形成了一個均勻、緊密結合的親鋰界面。
2）實驗結果顯示，界面阻抗從189降低到10 Ω，LLZTO的臨界電流密度從0.2 mA cm-2增加到0.7 mA cm-2。在0.2 mA cm-2的電流密度下，Li/Li對稱電池可穩定工作4000 h以上。在0.45 mA cm-2的較高電流密度下，循環超過1000 h后沒有觀察到明顯的Li枝晶生長和界面接觸不良。
3）基于LiFePO4正極的全電池表現出優異的電化學性能，475次循環后0.5 C可逆容量為127 mAh g-1，1 C倍率容量為101 mAh g-1。這種有效、簡單、經濟的構建Li/SEs人工界面的濕化學策略為解決其他固體電解質膜的界面問題提供了一種新的途徑。
Jin Leng, et al, A facile and low-cost wet-chemistry artificial interface engineering for garnet-based solid-state Li metal batteries, Nano Energy, 2022
DOI：10.1016/j.nanoen.2022.107603
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107603
