1. Chem. Rev.: 直接細胞放射性標記用于PET 和 SPECT 成像進行體內細胞追蹤
倫敦國王學院Rafael T. M. de Rosales等人綜述了使用 PET 和 SPECT 成像進行體內細胞追蹤的直接細胞放射性標記技術。
本文要點：
1）細胞療法的到來是醫學上的一場革命。然而，其合理的安全臨床應用取決于使用醫學成像技術確定體內治療性細胞命運和轉運的可靠、臨床適用的方法（被稱為體內細胞追蹤）。使用單光子發射計算機斷層掃描（SPECT）或正電子發射斷層掃描（PET）的放射性核素成像與用于細胞追蹤的其他成像方式相比有幾個優點，因為其靈敏度高（每個細胞成像只需要少量探針），并且使用臨床可用的掃描儀進行全身定量成像。對于放射性核素的細胞追蹤，體外直接細胞放射性標記，即在給藥前對細胞進行放射性標記，是最簡單、最可靠的方法，允許在不需要基因修飾的情況下標記任何細胞類型。
2）本文綜述了利用多種化學方法開發和應用直接細胞放射性標記探針：有機和無機/配位（放射性）化學、納米材料和生物化學。作者描述了該領域的關鍵早期發展和最新進展，確定了不同方法的優缺點，并為臨床和臨床前應用方法的未來發展和選擇提供了信息。
Direct Cell Radiolabeling for in Vivo Cell Tracking with PET and SPECT Imaging. Chem. Rev. 2022.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00767
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemrev.1c00767
2. Chem. Soc. Rev.：新興的mRNA技術：傳遞策略和生物醫學應用
浙江大學Na Kong和哈佛醫學院陶偉教授對mRNA技術的傳遞策略及其生物醫學應用研究進行了綜述。
本文要點：
1）兩種高效的信使RN (mRNA)疫苗在COVID-19大流行期間取得了巨大成功，這也凸顯了mRNA技術的巨大潛力。化學在mRNA技術的發展，包括mRNA的修飾到mRNA遞送平臺的合成等方面發揮了重要作用，使得mRNA能夠實現多種體內外應用。
2）作者在文中對新興的mRNA技術的重大進展，以及潛在的化學設計和原理進行了總結。以各種納米顆粒(NP)為基礎的遞送策略，包括蛋白質-mRNA復合物、脂基載體、聚合物載體和雜交載體等能夠有效地遞送mRNA分子。此外，作者也重點介紹了mRNA遞送平臺的生物醫學應用，如功能蛋白表達、疫苗、癌癥免疫治療和基因組編輯等；最后，作者也對mRNA技術的臨床轉化所面臨的挑戰和未來的發展方面進行了討論和展望。
Yufen Xiao. et al. Emerging mRNA technologies: delivery strategies and biomedical applications. Chemical Society Reviews. 2022
DOI: 10.1039/d1cs00617g
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cs/d1cs00617g
3. Nature Commun.：CO2/碳酸鹽介導電催化制備H2O2
通過電化學水氧化反應制備H2O2為可持續制備H2O2提供了一種方法，但是制備H2O2的反應面臨的挑戰是競爭性的4e-制備氧氣反應。有鑒于此，浙江大學陸盈盈、德州大學奧斯汀分校劉遠越（Yuanyue Liu）、萊斯大學汪淏田（Haotian Wang）等報道發展了一種CO2/碳酸鹽介導的電催化方法，將水氧化反應的路徑由4e-調節為2e-。
本文要點：
1)這種電催化反應過程通過使用氟摻雜SnO2（FTO）電極，以碳酸鹽溶液作為電解液，在制備H2O2過程實現了87 %的選擇性，制備H2O2的部分電流密度達到1.3 mA cm-2，性能比目前有關報道的結果提高多個數量級。
2)通過分子動力學模擬，結合ESR、同位素標記等實驗，發現反應過程通過生成碳酸鹽自由基中間體、過碳酸鹽中間體。該電催化制備H2O2反應實現了優異的選擇性，工業量級催化活性，為實現大規模制備H2O2提供機會。
Fan, L., Bai, X., Xia, C. et al. CO2/carbonate-mediated electrochemical water oxidation to hydrogen peroxide. Nat Commun 13, 2668 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-30251-5
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30251-5
4. Nature Commun.：五元高熵合金堿性電解水
由于高熵合金具有優異的性質，因此受到催化領域的廣泛關注，但是很少有相關研究關注高熵合金材料具有優異性能的原因、以及高熵合金材料的催化活性位點。有鑒于此，江南大學朱罕等報道設計具有各種不同中間體吸附物種能力催化活性位點的FeCoNiXRu (X: Cu, Cr, Mn)高熵合金材料。發現高熵合金材料中不同電負性的元素導致顯著的電荷重新分布，而且高熵合金中形成具有能夠同時穩定OH*和H*兩種中間體的Co、Ru催化位點，因此顯著改善了堿性電解液分解水性能。
本文要點：
1)在靜電紡絲碳纖維上合成高熵合金，原位表征結果顯示，合成高熵合金的過程基于熱動力學驅動的相變。這種高熵合金材料在堿性分解水反應中表現了與位點電負性有關的中間體吸附作用，能夠改善H2O解離生成的OH*和H*中間體吸附，改善生成H2步驟。在FeCoNiMnRu高熵合金催化劑中，Co位點的活性最高，水分子解離的能壘最低（0.34 eV）；隨后H*吸附/脫附步驟，H*從Co位點脫附隨后吸附在Ru位點，因此實現了最低的ΔGH*為-0.07 eV。
2)FeCoNiMnRu/CNF電催化劑在1 M KOH堿性電解液的分解水HER、OER達到100 mA cm-2電流密度分別為71 mV和308 mV，構建雙電極全分解水僅僅需要1.65 V，能夠在1 A cm-2電流密度實現穩定600 h工作。
本文研究有助于深入理解催化活性位點和中間體之間的相互作用，為多步驟催化反應打破標度關系提供設計經驗。
Hao, J., Zhuang, Z., Cao, K. et al. Unraveling the electronegativity-dominated intermediate adsorption on high-entropy alloy electrocatalysts. Nat Commun 13, 2662 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-30379-4
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30379-4
5. Joule: 用于高效無電荷傳輸層太陽能電池的鈣鈦礦異質雙層
由于雙極鈣鈦礦吸收劑的溶液加工性，鈣鈦礦太陽能電池（PSC）已成為最有前途的光伏電池，盡管相鄰的傳輸層（TL）通常會帶來嚴重的成本和加工消耗。北京大學朱瑞等人提出了一種超厚溶液處理的 FAPbI3（FA：甲脒）/MAPbI3（MA：甲基銨）雙層，用于沒有 TL 的高效太陽能電池，它僅由夾在兩個電極之間的兩個鈣鈦礦組成。
本文要點：
1）開發的室溫動態滴落技術使MAPbI3快速結晶到制成的FAPbI3上，而不會發生有害的再溶解，并通過反復滴落來解鎖薄膜厚度的限制。
2）通過仔細控制兩種鈣鈦礦的厚度、掩埋排列和自摻雜，鈣鈦礦異質雙層的卓越半導體質量和足夠的光捕獲將所得的無 TL-free PSC 的效率提高到了16.57%的創紀錄水平。
3）該先驅工作利用異質雙層的優點來構建高效的全鈣鈦礦無 TL PSC，以滿足易于加工和具有成本效益的商業需求。
Xiaoyu Yang, et al. Perovskite hetero-bilayer for efficient charge-transport-layer-free solar cells, Joule, 2022
DOI：10.1016/j.joule.2022.04.012
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435122001799
6. JACS：調節原子界面上電子和空間相互作用以促進析氧
多相催化劑的二維（2D）表面或一維（1D）界面對于確定所需活性的反應中間體的吸附強度和構型至關重要。最近，單原子催化劑的發展使人們能夠從原子水平上理解催化過程。然而，目前人們對傳統的1D界面的概念和機制是否適用于零維單原子仍不是很清楚。近日，中科大曾杰教授，周仕明報道了單原子相對于載體的位置對它們與反應中間體的界面相互作用起著至關重要的作用。
本文要點：
1）雖然Ir1/CoOOHlat和Ir1/CoOOHsur中的單原子Ir具有相似的IrO6配位，但IrO6八面體與CoOOH載體的連接方式在很大程度上決定了Ir和Co之間的電子轉移程度。對于IR1/CoOOHlat，晶格摻雜的Ir和相鄰的Co位之間通過邊緣共享的八面體發生了顯著的電子交換。
2）結果表明，Ir和Co的PDOS強烈重疊，使Co d帶中心上移，強化了OER中間體的吸附。對于Ir1/CoOOHsur，共角共用IrO6和CoOOH載體之間的相互作用太弱，不能引起顯著的電子轉移，這由Ir相對于Co在費米能級附近的獨立PDOS所表明。相應地，其Co d帶中心的輕微移動表明，其他因素影響其中間體的能壘低于Ir1/CoOOHlat。具體來說，Ir1/CoOOHsur上含氧中間體的自由能主要受Ir-OH-Co界面上空間相互作用的調節。此外，密度泛函理論（DFT）計算和原位?紅外光譜實驗都證實了Ir原子物種與關鍵中間體*OOH之間存在氫鍵。在這一點上，可以分別考察電子相互作用和空間相互作用的影響。
3）電化學測試表明，在10 mA cm?2時，Ir1/CoOOHsur的過電位比Ir1/CoOOHlat低110 mV。
Chen Feng, et al, Tuning the Electronic and Steric Interaction at the Atomic Interface for Enhanced Oxygen Evolution, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c00533
https://doi.org/10.1021/jacs.2c00533
7. Angew：乙二酸鎳基金屬-共價有機骨架用于高效光催化析氫
金屬-共價有機骨架（MCOFs）由于活性金屬中心的均勻分布有利于提高其應用潛力，近年來受到廣泛關注。然而，用于MCOFs合成的基于金屬配合物的功能構件比較有限。近日，天津大學陳龍教授，華南師范大學蘭亞乾教授開發了兩種以乙二酸鎳為官能團的乙二酸鎳-COF（Ni-PyCOF和Ni-Bn-COF），極大地豐富了MCOFs的多樣性。
本文要點：
1）首次設計了一種含四胺官能團的C4對稱的乙二酸鎳構筑塊（Ni(dbpag)2）。Ni(dbpag)2與兩種四取代芳香醛的亞胺縮聚反應合成了相應的乙二酸鎳基二維MCOFs（Ni-Py-COF和Ni-Bn-COF)。
2）由于具有較寬的可見光吸收范圍和高效的電荷分離能力，Ni-PyCOF和Ni-Bn-COF兩種材料都表現出了良好的光催化析氫性能。此外，經過循環測試后，催化劑仍具有良好的光催化活性和結構完整性。令人興奮的是，在不添加Pt助催化劑的情況下，Ni-Py-COF的析氫速率(HER)可達626 μmol g-1 h-1，優于許多多孔有機聚合物。
這項工作不僅擴展了MCOFs的構筑單元類型，而且為開發穩定、高效、資源豐富的光催化劑用于制氫提供了有意義的見解。
Lishan Sun, et al, Nickel Glyoximate Based Metal-Covalent Organic Frameworks for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202204326
https://doi.org/10.1002/anie.202204326
8. AFM: 4D 結構顏色的直接墨水書寫
使用刺激響應材料的增材制造（4D 打印）是一個快速發展的領域，直接墨水書寫允許沉積各種材料。于此，荷蘭埃因霍芬理工大學Michael G. Debije等人報道了一種濕敏膽甾型液晶低聚物油墨的合成。
本文要點：
1）使用響應式膽甾型墨水，展示墨水“四維”的演示設備以不同的方式打印：作為結構顏色變化或作為預編程的變形模式。打印后，光子墨水會隨著大氣濕度的變化而改變顏色，表現為一層水性變色涂層，精確地沉積在3D打印的甲蟲上。在含水酸中活化后，甲蟲在可見光譜中表現出鮮艷的顏色變化。
2）此外，具有 3D 編程結構顏色的扇貝啟發式致動器被選擇性地用酸處理，以允許在暴露于潮濕和干燥空氣時分別進行可逆的“打開”和“關閉”。該墨水能夠使增材制造單片和多材料的刺激響應、形狀變化、結構著色的物體，在未來的“智能”、4D 結構著色設備中廣泛應用膽甾體。
Sol, J. A. H. P., Smits, L. G., Schenning, A. P. H. J., Debije, M. G., Direct Ink Writing of 4D Structural Colors. Adv. Funct. Mater. 2022, 2201766.
https://doi.org/10.1002/adfm.202201766
9. Nano Lett.：利用上轉換納米顆粒對單個小胞外囊泡(sEV)進行定量
在液體活檢中，癌源性細胞外小泡(sEVs)是一種潛在的循環生物標志物。然而，其具有的小尺寸、低豐度和分子組成的異質性等特性都會對它們的定量檢測和表征造成重大的技術挑戰。悉尼科技大學金大勇教授、Yinghui Chen和Gungun Lin使用鑭系摻雜上轉換納米粒子(UCNPs)構建了能夠對單個sEVs進行定量的平臺。
本文要點：
1）利用UCNPs獨特的光學特性和全內反射熒光(TIRF)成像技術的背景消除特性，實驗能夠實現對單個sEVs的低檢出限（1.8×106 EVs/mL），比標準酶聯免疫吸附試驗(ELISA)低近3個數量級。此外，實驗也通過EpCAM陽性和Ep-CAM陰性sEVs之間的差異驗證了其特異性。
2）實驗以免疫磁珠流式細胞術作為基于UCNPs的單個sEVs檢測的準確性基準，證明二者之間具有很高相關性(R2>0.99)。綜上所述，該研究開發的平臺適合用于評估sEV抗原的異質表達、生物標志物的發現和疾病診斷。
Guan Huang. et al. Single Small Extracellular Vesicle (sEV) Quantification by Upconversion Nanoparticles. Nano Letters. 2022
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00724
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00724
10. ACS Nano：聚合物粘結劑中分子間相互作用的調控用于高性能Li-S電池
多年來，聚合物粘結劑已經被證明可以有效地克服鋰?硫（Li?S）電池中臭名昭著的鋰多硫化物（LiPSs）的穿梭效應，但還需要更多的研究。近日，東華大學武培怡教授，焦玉聰特聘研究員通過N-丙烯酰甘氨酰胺和3-(1-乙烯-3-咪唑基)丙磺酸鹽的共聚，精心設計了一種用于Li?S電池的水分散型分子相互作用調節型聚合物粘結劑（PNAVS）。
本文要點：
1）研究發現，通過共聚反應調節官能團之間的多重相互作用，粘結劑能夠與結合能更高的LiPSs配位，從而緩解穿梭效應，提高循環性能。此外，Li+在PNAVS粘結劑中的擴散系數也得到了優化，這有助于加速循環過程中的氧化還原動力學。
2）結果表明，基于PNAVS粘結劑的Li-S電池具有超過3000 h的超穩定開路電壓，即使在11.7 mg cm?2的高硫負載量下，電池仍能表現出12.21 mAh m-2的優異的面積容量。
這項工作中的粘結劑工程策略將進一步推動高性能電池的實際應用。
Qi Gong, et al, Regulating the Molecular Interactions in Polymer Binder for High-Performance Lithium?Sulfur Batteries, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c03059
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c03059
11. ACS Nano：原位構建電子/離子雙導電骨架金屬氫化物用于穩定的全固態鋰離子電池
金屬氫化物由于其較高的理論比容量，被認為是用于全固態鋰離子電池最有前途的負極材料之一。然而，它們的實際應用往往受到差的循環穩定性和緩慢動力學的嚴重影響。近日，復旦大學余學斌教授，夏廣林報道了一種有效的方法來制造具有原位構建的電子/離子雙導電框架的金屬氫化物基負極。
本文要點：
1）研究人員通過單相Nd4Mg80Ni8合金的簡單氫化獲得該氫化物，獲得了原位形成由具有高鋰離子和電子導電性的非活性Nd2H5骨架均勻空間限制的MgH2和Mg2NiH4。
2）首先，合成的MgH2和Mg2NiH4納米晶可以為電子和鋰離子提供較短的擴散路徑，從而提高了金屬氫化物的儲鋰反應速度。此外，非活性Nd2H5在分子水平上的均勻分布可以作為一個堅固穩定的骨架，有效地緩解了這樣限制的MgH2和Mg2NiH4的大體積膨脹，防止了循環時的相分離，從而很好地保持了整個電極的結構完整性。
3）理論計算和實驗結果表明，Nd2H5是一種電子導體，其鋰離子擴散勢壘遠低于MgH2和Mg2NiH4，因此它的均勻分布可以進一步促進電子和鋰離子在MgH2和Mg2NiH4中的轉移。此外，Nd2H5和Mg2NiH4對有效削弱MgH2的Mg-H鍵起到了催化作用，可以動力學地促進MgH2的可逆充放電性能。
4）結果表明，在2038 mAh g?1的大電流密度下，氫化的Nd4Mg80Ni8電極經100次循環后的可逆容量為997mAh g?1，初始庫侖效率為92.2%。
Panyu Gao, et al, Metal Hydrides with In Situ Built Electron/Ion Dual-Conductive Framework for Stable All-Solid-State Li-Ion Batteries, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c01038
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01038
12. ACS Nano：金屬?有機骨架復合光熱分子篩分膜去除水中高濃度揮發性有機物
水溶性揮發性有機化合物（VOCs）是廢水處理過程中最難處理的物質之一。目前對高濃度VOCs的凈化和脫除仍依賴于高耗能的精餾和高壓驅動反滲透技術。因此，迫切需要一種能夠有效去除水中高濃度VOCs的先進技術。近日，蘇州大學Shenxiang Zhang，Jian Jin報道了一種金屬?有機骨架/聚苯胺(PANI)納米纖維陣列復合光熱膜，用于在太陽能驅動的蒸發過程中通過分子篩分去除水中的高濃度VOCs。
本文要點：
1）首先是在聚醚砜微濾膜(PES-m)上原位制備聚苯胺納米陣列，該微濾膜具有光滑的表面和海綿狀的孔。苯胺在稀溶液中氧化聚合12小時后，PES-m的表面和內部孔隙被垂直排列的PANI納米纖維覆蓋，直徑為30-50 nm，長度為50-250 nm（表示為PANI-m）。第二步是使用反擴散合成方法在PANI-m上制造ZIF-8篩分層，其中PANI-m垂直放置在自制的雙池擴散裝置的中間，其中硝酸鋅和2-甲基咪唑(Hmim)甲醇溶液分別倒入每個池中。6小時后，PANI-m表面完全被一層松散堆積的具有菱形十二面體形態的ZIF-8晶體覆蓋。
2）在PANI納米纖維陣列上生長的改性分子篩咪唑骨架-8（ZIF-8）層起到了分子篩層的作用，蒸發水分但攔截VOCs。該復合膜對不同濃度的VOCs具有較高的截留率和較高的水蒸發率。當水中VOCs濃度達400 mg L?1時，在1 kW m?2日照條件下，VOCs截留率可達99%，蒸發率為10 kg m?2 h?1。
這項工作有效地將分子篩分效應與太陽能驅動的蒸發過程相結合，為含VOCs的水的處理提供了一種有效的策略。
Yubing Peng, et al, Metal?Organic Framework Composite Photothermal Membrane for Removal of High-Concentration Volatile Organic Compounds from Water via Molecular Sieving, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c02520
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c02520
