1. Nature：人工構建活性擬生物細胞
在生物體和非生物體的界面上，通過自下而上的方式，以高度復雜組織結構和豐富功能的人工細胞是個非常困難的課題，目前這個難題還沒有解決方案。有鑒于此，布里斯托大學Stephen Mann、Mei Li等報道針對這個困難，發展了一種活性材料組裝方法，這種組裝方法基于捕獲細菌群落和現場進行空間上分離的處理，從而在獨立的液滴上進行內源性的構建結合在膜上的分子密集度較高、組分、結構、形貌復雜的人工合成細胞。這種細菌性的細胞原型具有豐富的生物學成分，能夠模擬表現多種細胞具有的功能，能夠將成分包括空間上相互分離的DNA-組蛋白核樣凝聚物、膜化水泡、F-肌動蛋白原細胞骨架絲的三維網絡進行內源性重組。得到的組裝體能夠通過植入能夠提供ATP的大腸桿菌活細胞提供生物化學反應所需能量，因此構建了形貌為變形蟲、具有集成性類似生命特點的仿生體系。
由于該研究的重要意義，拉德堡德大學N. Amy Yewdall對該項研究進行總結與評論。
本文要點：
1）這項工作展示了通過細菌策略進行自下而上構建功能性生命微型器件原型，為發展合成新型合成細胞模塊提供機會，可能用于工程合成生物學/生物技術領域。
2）作者將多種組分結合構建了類似生命體的細胞結構，含有細胞膜、豐富的內部結構、能夠催化級聯的酶反應、具有蛋白的合成功能、表現出通過豐富次級結構組裝的復雜結構、能夠產生不對稱的細胞結構、表現出細胞骨架結構。但是需要說明的是，這種結構的體系不能被稱為真正的活體細胞，只能將其稱為與細胞非常類似的自動機器人。
N. Amy Yewdall, Life brought to artificial cells, Nature 2022,DOI: 10.1038/d41586-022-02231-8https://www.nature.com/articles/d41586-022-02231-8Can Xu, Nicolas Martin, Mei Li, & Stephen Mann, Living material assembly of bacteriogenic protocellsDOI: 10.1038/s41586-022-05223-whttps://www.nature.com/articles/s41586-022-05223-w2. Nature Catalysis：Co-可見光催化不對稱自由基偶聯
人們發現，3d金屬作為替代常用于交叉偶聯的Pd催化劑可能更加符合經濟和可持續發展的要求。但是，相比于相鄰的Ni、Cu，Co在不對稱自由基偶聯催化反應的應用明顯滯后，這是因為在沒有配體時Co具有非常高的催化活性，導致反應無法表現不對稱催化反應選擇性。有鑒于此，華中師范大學肖文精、陸良秋等報道一種不對稱金屬-氧化還原光催化策略，AMPC（asymmetric metallaphotoredox catalysis），用于消旋的雜環雙芳基化合物的動力學不對稱拆分反應進行自由基交叉偶聯，合成軸手性雜環雙芳基有機化合物。1）這種催化反應通過可見光激發，通過不對稱自由基偶聯反應構建軸手性產物。反應能夠進一步拓展到含有有機鹵化物的還原交叉偶聯變體反應。該反應方法學的成功關鍵是將Co催化、有機光催化氧化還原、高效率手性多齒配體結合的AMPC催化劑體系。2）反應以較高的效率和選擇性生成廣泛的手性雜環雙芳基產物，而且試驗結果顯示這種不對稱動力學拆分自由基偶聯反應具有普適性，能夠拓展至還原交叉偶聯。
Jiang, X., Xiong, W., Deng, S. et al. Construction of axial chirality via asymmetric radical trapping by cobalt under visible light. Nat Catal (2022)DOI: 10.1038/s41929-022-00831-1https://www.nature.com/articles/s41929-022-00831-13. Nature Catalysis：單原子Cu/ZrO2催化CO2加氫制甲醇
用于CO2加氫制備甲醇的Cu基催化劑受到人們的廣泛關注，但是Cu基催化劑的結構非常復雜，因此弄清Cu基催化劑的結構-活性關系是個非常困難的課題。有鑒于此，中科院上海有機所劉智攀、福州大學譚理等報道研究單原子Cu1/ZrO2催化劑CO2加氫制備甲醇。1）作者合成了Cu1/ZrO2單原子催化劑，這種催化劑能夠在比較低的反應溫度（180 ℃）實現高效率的CO2加氫制備甲醇，與典型的Cu/ZrO2催化劑相比，這種單分散Cu1/ZrO2催化劑生成甲醇的TOF更高，而且甲醇的選擇性高達100 %。2）研究發現Cu-Zr單原子催化劑含有Cu1-O3結構，這種催化劑在180 ℃實現了甲醇的唯一選擇性。對照實驗發現，含有Cu-Cu化學鍵結構的Cu簇或者Cu納米粒子催化劑在催化反應生成CO副反應產物。此外，研究發現，在催化反應過程中類平面Cu1-O3結構逐漸轉移到催化劑的表面，這種現象提高CO2加氫催化反應的速率。這種的相互分離的Cu催化位點具有特點的結構和高催化活性，拓展了單原子催化劑在CO2加氫催化反應的應用，為發展能夠滿足工業需求的高性能Cu基催化劑提供機會和指導。
Zhao, H., Yu, R., Ma, S. et al. The role of Cu1–O3 species in single-atom Cu/ZrO2 catalyst for CO2 hydrogenation. Nat Catal (2022)DOI: 10.1038/s41929-022-00840-0https://www.nature.com/articles/s41929-022-00840-04. Chem. Rev.: 用熒光照亮微型/納米機器人
微型/納米機器人（MNRs）在復雜的生物環境中可按需自主推進，進而給生物醫學帶來革命性的變化。熒光已廣泛用于實時成像、化學/生物傳感和光（化學）治療等領域。MNRs 與熒光的整合產生了熒光 MNRs，其獨特優勢在于光學可追蹤性、動態環境敏感性和靶向化學/光子誘導的細胞毒性。基于此，武漢理工大學牟方志和官建國等人提供了熒光 MNRs 的最新概述。1）首先，作者從能源和推進機制的角度總結了 MNR和熒光的介紹性信息，重點是熒光機制和材料。然后，針對有機化合物、量子點（QDs）、共價有機骨架（COFs）、金屬有機骨架（MOFs）等熒光材料，系統地闡述了迄今為止已經建立起來的熒光MNRs制備策略。2）隨后，總結了熒光 MNRs在成像引導藥物輸送、智能動態傳感和靶向光（化學）治療中的應用前景。最后，作者展望了熒光 MNRs在生物醫學應用中的主要挑戰和未來發展。這項工作有望吸引和激勵來自不同領域的研究人員在廣闊的視野中推進熒光MNRs 的創建和實際應用。Manyi Yang, Xia Guo, Fangzhi Mou, and Jianguo Guan. Lighting up Micro-/Nanorobots with Fluorescence. Chem. Rev. 2022DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00062https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c000625. Joule: 界面輔助陽離子交換可實現具有可調近紅外發射的高性能鈣鈦礦LED
獲得具有可調帶隙的高質量銫-甲脒碘化鉛 (CsxFA1?xPbI3) 鈣鈦礦對于包括太陽能電池和發光二極管 (LED) 在內的光電應用來說是非常需要的。林雪平大學高峰和白賽等人通過利用堿性界面輔助陽離子交換方法，制造了具有可微調Cs-FA合金比的高發射CsxFA1-xPbI3鈣鈦礦薄膜，用于發射可調近紅外 (NIR) LED。1）研究人員揭示了FA+陽離子的去質子化和由下面的氧化鋅促進的由CsI和FA組成的氫鍵凝膠的形成有效地去除了Cs-FA 離子交換屏障，促進了相純CsxFA1-xPbI3薄膜的形成可調諧發射填補了純Cs和FA基鈣鈦礦之間的差距。2）獲得的近紅外鈣鈦礦 LED (PeLED) 峰值從715到780 nm，同時表現出超過15%的高外量子效率、超過 300 W sr-1 m-2的最大輻射率以及在100 mA cm?2時超過10%的高效率，代表在類似區域中基于溶液處理NIR發射器的性能最佳 LED。Zhongcheng Yuan, et al. Interface-assisted cation exchange enables high-performance perovskiteLEDs with tunable near-infrared emissions, Joule, 2022.DOI：10.1016/j.joule.2022.08.003https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435122004044#!6. Angew：反應性可調的自犧牲設計用于組蛋白去乙酰化酶靶向成像和前藥激活
組蛋白去乙酰化酶(HDAC)靶向探針和前藥對于癌癥診療而言至關重要。湖南大學蔣健暉教授和汪鳳林教授開發了一種自犧牲設計策略以在體內激活近紅外熒光(NIRF)和光聲(PA)成像，并實現響應HDAC的前藥釋放。1）該設計策略包括一個反應性可調的苯基酯連接劑，其能夠促進籠狀熒光團/藥物在去乙酰化后的有效釋放。研究者也利用具有開環特性的螺旋環氧雜蒽支架設計了一種新型熒光團，以實現具有高對比度的NIRF/PA檢測。2）研究表明，硝基取代的自毀型連接器可以在干擾最小的情況下對HDAC進行敏感的NIRF/PA體內成像。此外，實驗也進一步開發了一種高效的前藥系統，以用于靶向治療過表達HDAC的小鼠三陰性乳腺腫瘤。綜上所述，該研究為實現靶向HDAC的NIRF/PA成像和體內前藥釋放提供了一個新的范式，其在生物成像和藥物開發等方面具有廣闊的應用潛力。
Feng Liu. et al. Reactivity-Tunable Self-Immolative Design Enabling Histone Deacetylase-Targeted Imaging and Prodrug Activation. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202203243https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2022032437. AEM：鹵化物雙鈣鈦礦Cs2NaBiCl6的表面與缺陷工程耦合用于高效CO2光還原
無毒的鹵化物雙鈣鈦礦材料具有鹵化鉛鈣鈦礦的許多優點。然而，由于光生電荷分離不充分和缺乏活性位點，它們通常表現出差的穩定性和非常低的固有光催化CO2還原活性。近日，昆明理工大學Jianbei Qiu，北京航空航天大學Junying Zhang通過簡單的研磨方法制備了由高度結晶的納米片組裝而成的穩定的缺氯3D分級Cs2NaBiCl6多孔微球。1）在沒有犧牲劑的情況下，Cs2NaBiCl6多孔微球用于CO2的氣-固光催化還原獲得了前所未有的30.22 μmol g-1 h-1的CO產率，這是無鉛鹵化物鈣鈦礦光催化劑中的最高值。2）實驗結果和密度泛函理論計算表明，Cs2NaBiCl6多孔微球催化劑中，氯空位具有抑制光生電子-空穴復合、增強CO2吸附和顯著降低關鍵中間體COOH*生成的自由能壘的三重作用。3）與原始Cs2NaBiCl6相比，分級樣品的表面和缺陷工程的耦合使CO2光還原活性提高了12.34倍。這項工作提出了一種簡單的方法來合成富含氯空位的3D分級無鉛鹵化物鈣鈦礦，并提供了一種新的設計思路來大幅提高光催化活性，為這些材料對碳中和的潛在貢獻打開了一扇門。Jiacheng Pi, et al, Surface and Defect Engineering Coupling of Halide Double Perovskite Cs2NaBiCl6 for Efficient CO2 Photoreduction, Adv. Energy Mater. 2022DOI: 10.1002/aenm.202202074https://doi.org/10.1002/aenm.2022020748. Nano Letters：具有高強度且延展的高熵合金衍生的納米結構金屬陶瓷
金屬陶瓷是一種由陶瓷和金屬組成的重要復合材料，具有廣泛的工程應用，但眾所周知其延展性比較差。近日，香港城市大學Yong Yang，上海高壓科學研究中心（HPSTAR）Qiaoshi Zeng，湖南大學Qihong Fang通過HEA納米晶與水凝膠的反應，開發了一種堅固而可延展的超薄金屬陶瓷。1）HEA衍生的金屬陶瓷由5 nm大小的HEA金屬納米晶體與化學復雜的非晶陶瓷界面相結合組成。這種獨特的納米結構導致強度(3.2 GPa)和延展性(> 50%)，其優于目前文獻中報道的塊狀金屬陶瓷和薄膜金屬陶瓷。與常規陶瓷相比，納米結構復合非晶陶瓷界面相具有相當低的玻璃化轉變溫度Tg，這使其具有常規陶瓷無法比擬的高拉伸性。2) 原子模擬顯示，延展性可能源于非晶-晶體界面的共形成和納米結構對非晶界面施加的彈性限制。這些優異的機械性能、超薄厚度和高縱橫比使HEA衍生金屬陶瓷成為下一代納米機械諧振器和適形柔性電子器件的優秀候選材料。Jingyang Zhang, et al, Strong yet Ductile High Entropy Alloy Derived Nanostructured Cermet, Nano Lett., 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02097https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c020979. Nano Letters：激光輔助熔噴納米纖維節省口罩中80%的聚丙烯
肆虐全球的新冠肺炎（COVID-19）疫情需要大量生產口罩和相關的個人防護材料，這進而增加了不可降解塑料廢物的量。目前，口罩的核心材料是熔噴聚丙烯（PP）纖維。每個一次性面罩就會消耗0.7克PP纖維，導致全球每年消耗和處理超過1150000噸PP。近日，清華大學Hui Wu，Lihao Zhao開發了一種簡易的LAMB技術，用于PP超細纖維的規模化生產。1）通過在紡絲孔附近的 PP 熔體錐上照射 0.7W 激光采，制備了平均直徑為450 nm的均勻PP納米纖維。激光產生的高溫顯著降低了 PP 熔體的粘度，從而可以制造更細的纖維。2）制備的PP納米纖維過濾器具有高空氣過濾性能。面密度僅為4.6g/m2的納米纖維過濾器可以提供97.3%的過濾效率和25.5 Pa的壓降。此外，每年可通過熔融吹塑生產數百萬噸聚合物，以生產從過濾到服裝等廣泛應用的纖維。這種激光技術在熔噴行業的成功應用將顯著提升纖維的質量，用于緊急應用，包括個人防護病毒和細菌。
Chong Yang, et al, Saving 80% Polypropylene in Facemasks by Laser-Assisted Melt-Blown Nanofibers, Nano Lett., 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02693https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c0269310. ACS Nano：Pt合金與Pt單原子的協同雜化電催化劑用于高效和持久的氧還原反應
Pt單原子材料具有理想的原子經濟性，但在催化氧還原反應（ORR）時存在本征活性有限和生成H2O2的副反應，Pt合金本征活性較高，但穩定性較差。近日，上海交通大學Fang Song，Qinglei Liu發現，Pt合金（包括Pt）納米顆粒與Pt單原子的雜化顯著提高了Pt基電催化劑的ORR活性、選擇性和耐用性。1）研究人員發展了一種通用的仿生自組裝方法來合成各種PtxM@Pt-SAC（M=Co，Ni，Fe；Pt-SAC代表Pt單原子摻雜碳）雜化催化劑，其中PtxM納米粒子表面包覆了Pt單原子摻雜碳。2）與已報道的Pt?NxC4?x和Pt?S4相比，該催化劑具有理論上最高的ORR活性和較低的過電位，具有Pt?C4配位。典型的Pt3Co@Pt-SAC雜化體提供了比商用Pt/C高一個數量級的高質量和比活性。在50000次循環后，只有10 mV的電位衰減。這些出色的性能使其成為迄今為止最好的ORR電催化劑之一。3）研究人員通過實驗和分子水平的理論計算相結合，揭示了PtxM合金和Pt-SAC之間的強烈協同作用。
Bowen Liu, et al, Synergistic Hybrid Electrocatalysts of Platinum Alloy and Single-Atom Platinum for an Efficient and Durable Oxygen Reduction Reaction, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.2c04077https://doi.org/10.1021/acsnano.2c0407711. ACS Nano：優化煅燒溫度實現SnS2納米片結晶度和結構的平衡促進贗電容儲鈉
鈉離子電池（SIBs）具有一定的成本優勢，有望取代鋰離子電池（LIBs）成為下一代電化學儲能器件。然而，由于離子半徑較大，Na+在負極材料中的反應動力學比較緩慢。SnS2 是一種有吸引力的 SIB 負極材料，其具有大的層間距和高容量的合金化反應。煅燒通常用于提高 SnS2 的結晶度，這會影響 Na+反應動力學，尤其是贗電容存儲。然而，過高的溫度可能會損壞精心設計的 SnS2 納米結構。近日，西安交通大學Xin Xu，Yonghong Cheng，Chao Wu制備了在具有高導電性的 Zn-、N-和 S 摻雜碳骨架 （ZnNS）上生長的 2D-SnS2 納米片。1）研究人員選擇常見的 SnS2 煅燒溫度范圍內的三個典型溫度（300、350 和 400 °C）來研究它們對 Na+ 儲存能力和反應動力學的影響（表示為 SnS2@ZnNS-300、SnS2@ZnNS-350 和 SnS2@ZnNS-400）。結果表明，與 SnS2@ZnNS-300 和 SnS2@ZnNS-400 相比，SnS2@ZnNS-350 負極表現出更高的循環容量和倍率容量，這歸因于更高的結晶度和完整的納米結構增強了贗電容Na+儲存。2）密度泛函理論 (DFT) 計算結果顯示，SnS2 中均勻取向的晶體結構可以降低 Na+在表面和夾層之間的擴散能，從而加快反應動力學。
Yuan Gao, et al, Balanced Crystallinity and Nanostructure for SnS2 Nanosheets through Optimized Calcination Temperature toward Enhanced Pseudocapacitive Na+ Storage, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.2c05561https://doi.org/10.1021/acsnano.2c0556112. ACS Nano：原子置換策略調整Co1-xS/Co(OH)F的界面助力高效電催化析氧
異質結構的構建是設計催化劑界面以進行高效析氧反應（OER）的最有希望的策略之一。然而，在操作過程中準確調整異質結構的界面仍然是一個挑戰。近日，溫州大學王舜教授，Xian Chen，Daying Guo通過原子取代策略制造了負載在柔性碳纖維布上的針狀異質結構 Co1?xS/Co(OH)F，采用原子取代的方法，在電沉積過程中去除部分F原子后，同時將硫原子接枝到F空位中，實現了Co(OH)F界面上硫化鈷的生長。1）這樣設計的電催化劑具有以下優點：(1)原子取代引起的晶格扭曲導致活性中心的增加；(2)通過原子取代策略在Co(OH)F表面構建的Co1?xS優化了OER過程中的吸附(OH?)和脫附(O2)能；(3)針狀結構具有尖端增強的局部電場效應。2）實驗結果顯示，Co1?xS/Co(OH)F催化劑表現出非常高的OER催化性能，在10 mA cm-2的電流密度的過電位為269 mV，Tafel斜率為71mV dec-1。不對稱電極在整個水分解中顯示出優異的催化活性和穩定性。3）研究人員通過DFT理論計算和非原位表征，研究了這些高效Co1?xS/Co(OH)F/CC催化劑的催化機理。此外，這種原子取代策略顯示了對其它過渡金屬硫化物（金屬= Ni、Mn、Cu）的普適性。Qian Lin, et al, Tuning the Interface of Co1?xS/Co(OH)F by Atomic Replacement Strategy toward High-Performance Electrocatalytic Oxygen Evolution, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.2c07588https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07588
