1. Nature Commun.：氫鍵骨架生物模擬酶組裝結(jié)構(gòu)實現(xiàn)新型酶催化活性
自然界中通過酶進(jìn)行結(jié)構(gòu)折疊實現(xiàn)特定的生物功能，但是通過人工方法調(diào)節(jié)酶的構(gòu)象仍是個非常巨大的挑戰(zhàn)。有鑒于此，中山大學(xué)歐陽鋼鋒、陳國勝等報道設(shè)計了一種外源性的氫鍵有機框架材料，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞色素C（cytochrome c）的構(gòu)象，并且因此產(chǎn)生非本征具有的生物活性。
本文要點：
1）在剛性氫鍵有機框架材料中的羧酸籠結(jié)構(gòu)中原位安裝細(xì)胞色素C。因此形成的氫鍵-納米生物界面導(dǎo)致細(xì)胞色素C的構(gòu)象發(fā)生改變，在細(xì)胞色素C中產(chǎn)生以往未曾實現(xiàn)的過氧化氫酶催化活性。此外，其中的氫鍵有機骨架結(jié)構(gòu)能夠有效的穩(wěn)定組裝的酶，而且其類似通道的孔結(jié)構(gòu)能夠保證催化反應(yīng)物進(jìn)入酶催化物種。
2）這項工作展示了控制酶的柔性構(gòu)象的納米技術(shù)，說明通過人工氫鍵骨架結(jié)構(gòu)調(diào)控酶催化劑的優(yōu)勢。
Chen, G., Tong, L., Huang, S. et al. Hydrogen-bonded organic framework biomimetic entrapment allowing non-native biocatalytic activity in enzyme. Nat Commun 13, 4816 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-32454-2
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32454-2
2. Nature Commun.：巰基羰基葉立德的電環(huán)化立體選擇性合成順式硫雜環(huán)丙烷
有機硫族雜環(huán)結(jié)構(gòu)廣泛存在于多種多樣的領(lǐng)域，其中環(huán)氧乙烷（oxirane）受到人們的廣泛研究，而且人們目前能夠得到環(huán)氧乙烷的各種不同立體異構(gòu)體。相比而言，硫雜環(huán)丙烷（thiirane）的合成的關(guān)注或報道非常少。有鑒于此，光州科學(xué)技術(shù)院Won-jin Chung、Jun-Ho Choi等報道發(fā)展了立體選擇性合成順式-硫雜環(huán)丙烷的普適性方法，這種合成方法通過勞森試劑（Lawesson reagent）與E,E-醛連氮（aldazine）N氧化物原位生成的反式-巰基羰基葉立德進(jìn)行立體選擇性電化學(xué)成環(huán)實現(xiàn)。
本文要點：
1）這種合成方法能夠以溫和的環(huán)境和較高的產(chǎn)率生成特定立體結(jié)構(gòu)的順式-1,2-雙芳基硫雜環(huán)丙烷。作者通過反應(yīng)機理研究，驗證反應(yīng)的反式-巰基羰基葉立德中間體，通過DFT計算模擬說明反應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異立體選擇性。
Song, Sm., Jin, J., Choi, JH. et al. Synthesis of cis-thiiranes as diastereoselective access to epoxide congeners via 4π-electrocyclization of thiocarbonyl ylides. Nat Commun 13, 4818 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-32499-3
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32499-3
3. Nature Commun.：原位拉曼表征Li-S電池的工作機理
Li-S電池中復(fù)雜的相互作用，以及人們對氧化還原多步驟相轉(zhuǎn)變和反應(yīng)動力學(xué)過程僅僅得到部分程度的理解，是阻礙電化學(xué)能量存儲體系發(fā)展和大規(guī)模利用的主要原因。有鑒于此，為了更加深入的理解此類問題，康奈爾大學(xué)Héctor D. Abru?a等通過原位共聚焦Raman光譜表征技術(shù)研究Li-S電池中的氧化還原反應(yīng)動力學(xué)過程，揭示了Li-S電池的多硫化物生成/轉(zhuǎn)化、硫化物的沉淀機理。
本文要點：
1）通過原位成像，對電池工作過程中反應(yīng)物和中間體進(jìn)行定量表征，從而表征Li-S電池氧化還原過程中與電勢有關(guān)的反應(yīng)速率，得出硫化物電極導(dǎo)電性、多硫化物濃度與電池性能之間的關(guān)系。
2）通過對界面的演化、各種多硫化物的擴散成像分析，描述了電池工作的逐步放電機理和重新充電機理。這些研究結(jié)果為理解Li-S電池的氧化還原反應(yīng)機理提供幫助。
Lang, S., Yu, SH., Feng, X. et al. Understanding the lithium–sulfur battery redox reactions via operando confocal Raman microscopy. Nat Commun 13, 4811 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-32139-w
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32139-w
4. Nature Commun.：天然氣發(fā)電對實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的作用
使用天然氣發(fā)電替代煤，有助于電力部門降碳，但是人們對天然氣的短期以及長期深度降碳作用并不清楚。有鑒于此，美國電力研究院（Electric Power Research Institute）John E. T. Bistline等報道研究天然氣和除碳對美國電力系統(tǒng)的深度脫碳的作用，并且研究其在關(guān)鍵技術(shù)和政策可能起到的作用。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，通過天然氣發(fā)電能夠降低電力部門的脫碳價格，當(dāng)相關(guān)政策允許除碳，能夠?qū)σ幌盗忻舾卸榷籍a(chǎn)生非常好的效果，并且能夠加速達(dá)成脫碳目標(biāo)，在2035年（而不是2050年）達(dá)到碳中和，因此這需要從天然氣方面做出更大貢獻(xiàn)。
2）在大多數(shù)區(qū)域和場景，風(fēng)能和太陽能（52-66 %）比天然氣（0-19 %）具有更高的發(fā)電份額，說明通過其他能源替代天然氣發(fā)電在提高容量上更簡單。
這項研究對天然氣發(fā)電廠的過渡風(fēng)險進(jìn)行定量化，為天然氣發(fā)電廠的發(fā)展和操作、政策制定、利益相關(guān)者在發(fā)展可靠的電力系統(tǒng)脫碳技術(shù)幫助緩解氣候變化提供幫助。
Bistline, J.E.T., Young, D.T. The role of natural gas in reaching net-zero emissions in the electric sector. Nat Commun 13, 4743 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-32468-w
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32468-w
5. Nature Commun.：脊?fàn)钊S納米金屬框架用于生物納米探針
三維納米框架結(jié)構(gòu)（3D nanoframe structure）具有空腔結(jié)構(gòu)和脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，因此能夠與光和待測物分子產(chǎn)生較強的相互作用并且用于光學(xué)傳感。但是目前系統(tǒng)性的搭建這種結(jié)構(gòu)還沒有較好的合成方法，導(dǎo)致這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建具有非常大的難度。有鑒于此，成均館大學(xué)Sungho Park、Insub Jung等報道一種通過多個可選擇步驟合成復(fù)雜金屬3D納米框架結(jié)構(gòu)的方法，這種合成方法得到的八面體納米框架中，每個面都具有2D雙重脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。
本文要點：
1）合成方法。通過八面體Au納米粒子作為犧牲模板，隨后連續(xù)的在邊緣位點選擇性沉積Pt，并且將Au進(jìn)行刻蝕，因此生成單脊Pt八面體納米框架；隨后，通過Frank-van der Merwe模型在Pt骨架上沉積Au覆蓋層，因此形成尖銳的邊界結(jié)構(gòu)；之后，通過同時在內(nèi)部和外部邊界上沉積Pt，從而在Au的表面形成可調(diào)節(jié)的形貌；最后，通過選擇性的刻蝕Au，生成具有較高尺寸/形貌均勻度的雙重脊Pt八面體納米框架結(jié)構(gòu)。
2）為了實現(xiàn)plasmonic功能，在Pt的納米骨架上包覆Au，同時維持Pt框架結(jié)構(gòu)的形貌。通過單顆粒表面增強拉曼光譜（SERS）說明形成的plasmonic雙重脊?fàn)罴{米框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)了較強的捕光能力，同時說明這種納米探針可能用于SERS方法進(jìn)行生物傳感。
Hilal, H., Zhao, Q., Kim, J. et al. Three-dimensional nanoframes with dual rims as nanoprobes for biosensing. Nat Commun 13, 4813 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-32549-w
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32549-w
6. Sci. Adv.：有機光伏材料離域大幅度改善電荷分離性能
在有機光伏器件中，當(dāng)庫倫引力（Coulomb attraction）比熱能高一個數(shù)量級的情況都能夠?qū)崿F(xiàn)電荷的有效分離。因為離域效應(yīng)能夠提高電荷轉(zhuǎn)移態(tài)（charge-transfer state）的初始分離情況，降低電荷之間的吸引力，因此人們通過離域效應(yīng)解釋這種現(xiàn)象。但是，深入的理解這種機理需要建立離域電荷分離的動力學(xué)模型，但是因為其中需要包括在較大的模擬體系中對畸變材料電子和空穴的量子-機械運動之間的關(guān)系進(jìn)行探索，因此具有非常困難的目標(biāo)。
有鑒于此，悉尼大學(xué)Ivan Kassal等首次報道對畸變材料的電荷分離動力學(xué)、離域、極化子的三維形成過程進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)當(dāng)僅僅存在輕微的離域（跨越小于兩個分子），甚至在熱力學(xué)電荷分離態(tài)條件，同樣能夠顯著的增強有機光伏器件的電荷分離效率。
本文要點：
1）發(fā)現(xiàn)通過降低庫倫吸引并沒有增強離域效率，但是通過提高電子態(tài)之間的重疊能夠通過動力學(xué)效應(yīng)增強。與人們的想法相反，增強的離域并不是由于起始庫倫結(jié)合能降低導(dǎo)致。離域效應(yīng)反而增強了總體的結(jié)合能，通過電子態(tài)之間的重疊程度增強，導(dǎo)致增強動力學(xué)，因此載流子能夠運動的更加迅速。
Daniel Balzer, Ivan Kassal*, Even a little delocalization produces large kinetic enhancements of charge-separation efficiency in organic photovoltaics, Sci Adv 2022, 8(32)
DOI: 10.1126/sciadv.abl9692
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl9692
7. AM綜述：生物系統(tǒng)中的類蛋白納米顆粒
上海交通大學(xué)宋海云研究員和樊春海院士對生物系統(tǒng)中的類蛋白納米顆粒相關(guān)研究進(jìn)行了綜述。
本文要點：
1）蛋白質(zhì)是幾乎所有生命活動的基本元素。納米技術(shù)的出現(xiàn)為構(gòu)建能夠模擬蛋白質(zhì)功能的納米顆粒(NPs)提供了新的策略。這些模擬蛋白質(zhì)的人造“仿制品”不僅在功能上能夠與天然蛋白質(zhì)相媲美，有時甚至?xí)?yōu)于天然蛋白質(zhì)。此外，它們還具有天然蛋白所沒有的附加功能，如貨物負(fù)載、主動靶向、膜穿透和多重刺激響應(yīng)性等。因此，類蛋白NPs在生物系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，主要包括檢測、成像、診斷和治療等領(lǐng)域。
2）作者在文中綜述了四類具有代表性的類蛋白NPs：模擬酶的NPs(納米酶)、模擬熒光蛋白的NPs、可與特定蛋白質(zhì)或DNA序列進(jìn)行高親和力結(jié)合的NPs和模擬蛋白質(zhì)支架的NPs；此外。作者也介紹了這些NPs的子類、特征、作用機制以及它們在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用潛力；最后，作者也對類蛋白NPs研究領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
Xiaoyuan Ji. et al. Protein-Mimicking Nanoparticles in Biosystems. Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202201562
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202201562
8. AM：從X射線衍射圖案中自動識別新的混合鈣鈦礦的深度學(xué)習(xí)方法
確定晶體結(jié)構(gòu)是發(fā)現(xiàn)新功能材料的關(guān)鍵步驟。這個過程非常耗時，并且需要廣泛的晶體學(xué)專業(yè)知識。法國國家科學(xué)研究中心Florian Massuyeau和Romain Gautier等人開發(fā)了一種基于機器學(xué)習(xí)的方法，可以根據(jù)粉末X射線衍射圖自動確定未知材料是否屬于鈣鈦礦類型。
本文要點：
1）在已知化合物的數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型后，可以使用其實驗粉末X射線衍射圖預(yù)測新的未知化合物的結(jié)構(gòu)類型。該策略用于區(qū)分一系列新型混合鹵化鉛中的鈣鈦礦型材料。
2）經(jīng)過驗證，該方法被證明可以準(zhǔn)確識別鈣鈦礦（卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確率為92%）。通過識別用于區(qū)分鈣鈦礦和非鈣鈦礦的圖案的關(guān)鍵特征，晶體學(xué)家可以學(xué)習(xí)如何從X射線衍射圖案中快速識別低維鈣鈦礦。
3）因此，這種識別鈣鈦礦可以推廣到其他化學(xué)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)類型。不僅有這些技術(shù)可用于從快速收集的XRD中自動識別結(jié)構(gòu)類型模式，但重要特征的識別也能夠增強科學(xué)家的能力區(qū)分不同結(jié)構(gòu)類型的新材料。
Massuyeau, F., Broux, T., Coulet, F., Demessence, A., Mesbah, A. and Gautier, R. (2022), Perovskite or Not Perovskite? A Deep Learning Approach to Automatically Identify New Hybrid Perovskites from X-ray Diffraction Patterns. Adv. Mater..
DOI：10.1002/adma.202203879
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202203879
9. AM：局部畸變Bi2CuO4穩(wěn)定晶格氧促進(jìn)電催化制甲酸鹽
電化學(xué)CO2還原反應(yīng)為將綠色能量轉(zhuǎn)化為具有附加值的化學(xué)品和燃料提供一種在經(jīng)濟上合理的技術(shù)，目前人們在理解和合成氧化物有關(guān)的預(yù)催化劑上得到顯著的進(jìn)展，但是對于原位反應(yīng)條件過程催化劑的局部動態(tài)結(jié)構(gòu)變化情況還并不清楚。有鑒于此，華東理工大學(xué)楊化桂、劉鵬飛、上海同步輻射光源姜政等報道畸變結(jié)構(gòu)Bi2CuO4預(yù)催化劑能夠有效的進(jìn)行CO2轉(zhuǎn)化為甲酸鹽。通過XAFS和理論計算說明，通過[CuO4]6-旋轉(zhuǎn)的畸變使得比結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的樣品形成更高的導(dǎo)電性，而且改善電催化劑的穩(wěn)定性。
本文要點：
1）通過Operando XAFS和STEM表征驗證，在CO2電化學(xué)還原反應(yīng)后，由于結(jié)構(gòu)畸變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，相當(dāng)多的晶格氧能夠保持。通過對結(jié)構(gòu)畸變的樣品進(jìn)行電化學(xué)表征，發(fā)現(xiàn)樣品具有優(yōu)異的活性和選擇性，在比較低的過電勢（-400 mV）達(dá)到194.6 mA cm-2較高的甲酸鹽部分電流密度。
2）通過原位表面增強紅外吸收光譜（SEIRAS）、DFT計算，說明保留的晶格氧能夠優(yōu)化*OCHO中間體的吸附，因此導(dǎo)致更強的CO2電化學(xué)還原性能。
Yuanwei Liu, et al, Molecularly Distorted Local Structure in Bi2CuO4 Oxide to Stabilize Lattice Oxygen for Efficient Formate Electrosynthesis, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202202568
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202202568
10. Angew：P、Cu雙位點修飾C3N4光催化CO2還原
通過光催化CO2還原制備多碳產(chǎn)物具有較大的意義，但是多電子轉(zhuǎn)移的效率非常低，而且C-C偶聯(lián)反應(yīng)的動力學(xué)非常緩慢，因此光催化CO2還原反應(yīng)的發(fā)展受到阻礙。有鑒于此，安徽師范大學(xué)毛俊杰、清華大學(xué)王定勝、西湖大學(xué)王濤等報道在C3N4上修飾P和Cu雙位點的光催化劑（P/Cu SAs@CN），在光催化還原CO2的反應(yīng)中，實現(xiàn)了616.6 μmol g-1 h-1的C2H6產(chǎn)率。
本文要點：
1）通過詳細(xì)的光譜表征技術(shù)，驗證光催化劑電荷濃度富集的Cu位點催化位點，單獨的P原子作為空穴捕捉位點。通過理論計算結(jié)合原位FTIR表征說明，催化劑容易生成C-C偶聯(lián)中間體物種（*OC-COH），驗證催化反應(yīng)的優(yōu)勢產(chǎn)物是C2H6。
2）這項研究為高效率光催化CO2轉(zhuǎn)化制備多碳產(chǎn)物的光催化劑設(shè)計提供機會和幫助。
Gang Wang, et al, P and Cu Dual Sites on Graphitic Carbon Nitride for Photocatalytic CO2 Reduction to Hydrocarbon Fuels with High C2H6 Evolution, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202210789
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202210789
11. Angew：球磨法合成擔(dān)載型金屬催化劑的合成模型
目前人們越來越多的發(fā)現(xiàn)球磨法是一種合成催化材料的重要方法。近期人們發(fā)現(xiàn)通過對金屬粗粉末和氧化物基底直接球磨能夠直接生成擔(dān)載型金屬催化劑，而且當(dāng)使用兩種合適的金屬將得到雙金屬納米合金。而且人們對不同金屬以及基底進(jìn)行深入和系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)了更好的理解金屬粉末的粉碎和生成納米粒子的機理。有鑒于此，馬克思·普朗克煤炭研究所Ferdi Schüth等報道機械球磨合成的金屬-基底相互作用模型，為發(fā)展和設(shè)計干法球磨合成提供幫助。
本文要點：
1）作者展示了一種擔(dān)載型的單金屬/雙金屬納米粒子機械合成模型，這種模型中作者對包括破碎-沉積形成金屬納米粒子以及合金的整個過程，并且通過最新的固體顆粒的機械力學(xué)混合模型進(jìn)行描述。此外，總結(jié)了不同金屬納米粒子的破碎和合金趨勢，有助于發(fā)展機械化學(xué)設(shè)計單一、雙金屬擔(dān)載催化劑的方法。
Jacopo De Bellis, et al, Direct Dry Synthesis of Supported Bimetallic Catalysts: A Study on Comminution and Alloying of Metal Nanoparticles, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202208016
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202208016
12. Angew：主族金屬化學(xué)鏈固氮合成氨
過渡金屬催化固氮反應(yīng)得到人們的廣泛關(guān)注，目前人們對主族元素催化固氮表現(xiàn)特別的興趣。有鑒于此，大連化物所郭建平、丹麥技術(shù)大學(xué)Heine Anton Hansen、Tejs Vegge等報道化學(xué)鏈循環(huán)過程（chemical looping）和非過渡金屬BaH2實現(xiàn)固氮合成氨。
本文要點：
1）實驗和理論計算研究結(jié)果顯示，氫空穴是形成具有活化N2功能的不飽和Ba位點的關(guān)鍵，Ba相鄰的晶格H-位點能夠通過還原消除和還原質(zhì)子化過程，將N2還原為NHx。
2）這種化學(xué)鏈過程以氫缺陷制氨的速率比催化反應(yīng)方式更快速，BaH2化學(xué)鏈循環(huán)制氨反應(yīng)為非過渡金屬材料制氨提供更多機會。
Yeqin Guan, et al, Transition-Metal-Free Barium Hydride Mediates Dinitrogen Fixation and Ammonia Synthesis, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202205805
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202205805
