1. Nature：液體空氣過濾器了解一下！
顆粒物空氣污染對人類健康的不利影響促使人們開發了過濾空氣中顆粒物的凈化系統。為了保持性能，過濾器單元不可避免地必須在某些時候更換，這需要維護，涉及成本并產生固體廢物。廈門大學侯旭教授等利用選定的功能液體滲透的離子摻雜共軛聚合物涂層基質能夠實現高效、連續和免維護的空氣凈化。
本文要點：
1）當待凈化的空氣以氣泡的形式通過系統時，功能流體提供了用于過濾和從空氣中去除顆粒物質和污染物分子的界面。理論建模和實驗結果表明，該系統具有高效性和韌性：一次空氣凈化效率可達99.6%，容塵量可達950?g?m?2。
2）該系統經久耐用，耐污染和耐腐蝕，作為過濾器的液體可以重復使用和調整，以去除細菌或異味。該凈化方法將有助于開發可能在醫院、工廠和礦山等環境中證明有用的專業空氣凈化器。
Zhang, Y., Han, Y., Ji, X. et al. Continuous air purification by aqueous interface filtration and absorption. Nature (2022).
DOI: 10.1038/s41586-022-05124-y
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05124-y
2. Nature Materials: 碳中和引領鋼鐵行業發展
氣候變化是全人類面臨的全球性問題。隨著全球各國各部門大量排放二氧化碳，溫室氣體排放量持續飆升，對人類健康和環境構成嚴重威脅。在此背景下，世界各國以全球協議的形式共同致力于減少溫室氣體排放，旨在實現二氧化碳達峰和碳中和的目標，即二氧化碳凈零排放狀態。為了實現這些目標，社會經濟、能源和工業系統，以及個人的消費行為，都將被大幅重構。
北京科技大學張躍院士團隊綜述了我國在應對全球氣候變化方面鋼鐵行業面臨的發展問題。碳排放量也隨著經濟的快速增長而快速增長，迫切需要解決嚴重的資源和環境限制，以實現可持續發展。我國已將此任務提升到國家治理的更高優先級，承諾擴大國家自主貢獻，爭取在2030年之前實現二氧化碳峰值和2060年之前的碳中和——“雙碳”目標要實現為了國家自身和全球社會的發展。
本文要點：
1）鋼鐵行業被公認為提供不可或缺的原材料的基礎行業，隨著產量的不斷增加，鋼鐵行業已成為應對碳排放的主戰場之一。本綜述從低碳鋼鐵行業面臨的挑戰、促進低碳改革的政策、低碳煉鋼技術路線、材料科技助力低碳改革提出了建設性意見。同時凸顯了中國鋼鐵行業脫碳的迫切意義，應通過有效措施實施支持的鋼鐵生產技術升級和產業結構優化來促進脫碳。
2）實現二氧化碳峰值和碳中和需要對整個經濟社會進行廣泛而深刻的系統性改革。碳排放評價指標的建立和分類具有重要意義，因此可以根據這些不同的評價等級來明確鋼鐵產量限制。科技進步是實現全球碳中和的根本途徑，創新是關鍵。同時，要走出一條通向構建綠色未來的宏偉目標的道路，全球政策制定和實施合作必不可少。
Zhuo Kang, Qingliang Liao, Zheng Zhang and Yue Zhang, Carbon neutrality orientates the reform of the steel industry
DOI：10.1038/s41563-022-01370-7
https://www.nature.com/articles/s41563-022-01370-7
3. Nature Nanotechnology：高性能磷酸鹽選擇性離子交換膜
特定離子選擇性是下一代膜的一個非常理想的特性。然而，現有的膜依賴于電荷、尺寸和水合能量的差異，這限制了它們靶向單個離子種類的能力。加利福尼亞大學洛杉磯分校David Jassby等展示了一種納米復合離子交換膜材料，該材料具有反向選擇性傳輸機制，可以選擇性地通過單一離子種類。
本文要點：
1）作者用磷酸鹽離子選擇性地穿過帶負電荷的陽離子交換膜證明了這種傳輸機制。選擇性傳輸是通過在陽離子交換膜中原位生長的水合錳氧化物納米顆粒實現的，該陽離子交換膜通過特異性、可逆的磷酸鹽-外球相互作用提供了擴散途徑。
2）加入水合氧化錳納米顆粒后，膜的磷酸鹽通量比未改性的陽離子交換膜增加了27倍，磷相對于硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物的選擇性分別達到47、100和20。通過配對目標離子和適當的納米粒子之間的離子特異性外球相互作用，這些納米復合離子交換材料原則上可以實現一系列離子的選擇性傳輸。
Iddya, A., Zarzycki, P., Kingsbury, R. et al. A reverse-selective ion exchange membrane for the selective transport of phosphates via an outer-sphere complexation–diffusion pathway. Nat. Nanotechnol. (2022).
DOI: 10.1038/s41565-022-01209-x
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01209-x
4. Nature Nanotechnology：用于動態控制光場的超表面光流體
在集成光流控芯片上操縱光和液體的能力刺激了生物學、醫學、化學和顯示技術的無數重要發展。斯坦福大學Mark L. Brongersma等展示了光流體和超表面光學的融合如何為光場的動態控制帶來概念上的新平臺。
本文要點：
1）作者首先展示了超表面構建單元，它們的散射特性對其介電環境具有極高的敏感性。然后作者使用這些單元在微流體通道內創建基于超表面的平面光學器件，可以引導具有不同折射率的液體，操縱它們的光學行為。作者展示了超表面彩色像素以及按需光學元件的強度和光譜調諧。
2）作者最終在集成的元光流控平臺中展示了自動化控制，以開辟新的顯示功能。結合大規模微流體集成，動態超表面平面光學平臺可以開辟動態顯示、成像、全息和傳感應用的可能性。
Li, Q., van de Groep, J., White, A.K. et al. Metasurface optofluidics for dynamic control of light fields. Nat. Nanotechnol. (2022).
DOI: 10.1038/s41565-022-01197-y
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01197-y
5. Nature Commun.: 火焰法制備的三元富氧空位Pd-In2O3-ZrO2催化劑用于CO2加氫制甲醇
由于其固有的高選擇性，氧化銦(In2O3)已成為一種有吸引力的催化劑，具有通過CO2加氫(CO2+3H2? CH3OH+ H2O )實現可持續甲醇生產的潛力。盡管如此，由于H2活化要求很高，并且限制了甲醇合成而不是大量In2O3，因此有很大的動力來提高其性能。最突出的策略是通過在載體上沉積或引入金屬促進劑。
同時，金屬促進劑也被廣泛探索以提高In2O3的活性，鈀提供了無與倫比的性能增強，特別是當以低核物質的形式錨定到氧化物表面時。在這種情況下，共沉淀是確保最大性能的關鍵，因為它能夠實現鈀的穩定原子分散，這是浸漬無法實現的。鑒于此，蘇黎世聯邦理工學院Javier Pérez-Ramírez教授團隊采用量化催化劑組成和結構對氧空位密度的影響，量身定制了三元Pd-In2O3-ZrO2系統的設計，同時開發了量化氧空位的實驗方案。
本文要點：
1）在此，本研究展示了通過火焰噴霧熱解(FSP)制備的三元Pd-In2O3-ZrO2催化劑，該催化劑具有顯著的甲醇產率和更高的催化劑利用率，超過了二元催化劑。與已建立的浸漬和共沉淀方法不同，FSP生產的材料結合了與高度分散在ZrO2載體上的In2O3單層相關的低核鈀物質，其表面在反應時部分從四方轉變為單斜結構。
2）研究同時使用原位電子順磁共振來量化氧空位的開創性表征。由于這種獨特的催化劑結構，光譜學揭示了它們的增強生成，從而解釋了其高且持續的甲醇產率。
Thaylan Pinheiro Araújo, et al, Sharon Mitchell and Javier Pérez-Ramírez Flame-made ternary Pd-In2O3-ZrO2 catalyst with enhanced oxygen vacancy generation for CO2 hydrogenation to methanol
DOI：10.1038/s41467-022-33391-w
https://www.nature.com/articles/s41467-022-33391-w
6. Nature Communication: 適度配位的富電子銅單原子用于光誘導制氫
單原子催化劑不但提供了最大的原子利用效率，而且高電負性的雜原子在防止高活性單金屬原子團聚方面起著至關重要的作用。然而，這些強配位鍵會降低配位金屬原子的電子密度，從而影響其催化活性。鑒于此，重慶大學王煜團隊成功在黑磷載體上合成了用于光化學制氫的適度配位的Cu-P3結構
本文要點：
1）作者合成的富電子的單原子Cu具有接近于零的氫吸附自由能，意味著它具有高的催化反應活性。并且相鄰的Cu原子通過協同作用可以降低催化反應中關鍵中間體的吸附以及解離能壘。
2）在堿性析氫反應中，富電子的Cu催化劑在10mA cm-2電流密度下只有41 mV的過電位，并且Tafel斜率僅為53.4 mV dec-1. 這遠超孤立的Cu原子催化劑和Cu納米團簇。同樣地，這種合成高負載單原子催化劑以及相鄰原子協同作用的策略為設計高活性電催化，增強反應動力學過程提供了依據。
Weiwei Fu, Jin Wan, Huijuan Zhang, Jian Li, Weigen Chen, Yuke Li, Zaiping Guo, and Yu Wang, Photoinduced loading of electron-rich Cu single atoms by moderate coordination for hydrogen evolution
DOI: 10.1038/s41467-022-33275-z
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33275-z
7. Nature Commun：場致定向開關產生垂直排列的Ti3C2Tx MXene納米片
控制二維（2D）材料的取向對優化或調整其功能特性至關重要。特別是對準MXene（二維碳化物和/或氮化物材料），由于其高導電性和高密度表面官能團特性，容易根據其排列方向發生變化，最近受到了廣泛關注。然而，考慮到2D材料只有幾納米的厚度，垂直安裝它們可能具有挑戰性。近日，韓國科學技術院Dong Ki Yoon，Seon Joon Kim合理的控制了MXene板的方向和調節其光電特性的系統。
本文要點：
1）設計良好的電極用于在MXene板上施加平面電場并主動切換其方向。由此得到的高度有序和定向的MXene片在可見光范圍內呈現線性二色性。校準的程度取決于電壓和電極之間的間距，這可以直接使用原位偏振光顯微鏡(POM)和掃描電子顯微鏡(SEM)進行研究。
2）研究人員用雙端方法測量了MXene薄膜的電導率，以證明其電學性質的對準依賴性。此外，基于該平臺，通過改變電極布局，可以將有序的二維MXene結構構建成任意尺度的指定圖案。因此，利用這種簡單方法來控制MXene板的方向，可以在潛在的應用中利用有序的MXene結構。
Lee, C., Park, S.M., Kim, S. et al. Field-induced orientational switching produces vertically aligned Ti3C2Tx MXene nanosheets. Nat Commun 13, 5615 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-33337-2
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33337-2
8. Angew: 一種調節非金屬共價有機框架活性中心的非飽和鍵策略
在催化劑活性的影響因素中，不飽和環境是影響氧還原反應（ORR）催化活性重要因素之一。由于不飽和狀態的存在，闡明不飽和位點對ORR活性的影響非常重要。基于此，青島大學楊東江團隊通過精確合成兩種非金屬vinyl-/azo-修飾共價有機框架（Vinyl-COF和Azo-COF）催化劑，并評估相鄰碳環境中不飽和鍵（UBs）的概念驗證策略。
本文要點：
1）運用不飽和鍵策略，作者合成的一系列具有不飽和鍵修飾的帶有純碳單體非金屬COFs，并且能夠準確控制分子骨架，電子結構和電催化動力學活性。
2）通過理論和實驗證明對COFs進行不飽和鍵修飾可以增強含氧中間體的吸附，減小LOMO能量并且提高催化反應活性。并且通過原位拉曼光譜證明，催化活性的提高來源于不飽和鍵策略中不飽和N=N促進了C=N基團的形成。
Xiangyu Yan, et al, An unsaturated bond strategy to regulate active centers of metal-free covalent organic frameworks for efficient oxygen reduction
DOI: 10.1002/anie.202209583
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209583
9. Angew：具有分子內和分子間激子偶聯的乙烯橋聯氮雜-BODIPY二聚體用于光熱治療
盡管研究者在多色低聚物和J聚集體中分別觀察到了分子內或分子間激子偶聯的發生，但如何使得它們同時發生在同一分子中仍具有很大的挑戰性。安徽師范大學郝二紅教授、焦莉娟教授、安徽中醫藥大學尹登科教授和吳清華教授開發了具有分子內激子分裂的乙烯橋聯氮雜-BODIPY二聚體。
本文要點：
1）實驗將該二聚體包封到F-127聚合物中，制備得到了具有明顯分子間激子耦合的J型聚集納米粒子，其在936和1003 nm處能夠產生顯著的紅移吸收峰和發射峰。
2）實驗結果表明，該納米制劑具有較高的光熱轉換能力(η = 60.3%)和良好的熱穩定性，可在915 nm激光照射下實現腫瘤完全消融。綜上所述，這種通過調節分子內和分子間激子偶聯的光學治療納米平臺能夠為開發用于腫瘤治療的光熱試劑提供一個新的范例。
Xing Guo. et al. Unique Double Intramolecular and Intermolecular Exciton Coupling in Ethene-Bridged aza-BODIPY Dimers for HighEfficiency Near Infrared Photothermal Conversion and Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2022
DOI: 10.1002/anie.202211081
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202211081
10. Angew：偶氮苯修飾的金屬-有機骨架中Cu+位點的π絡合作用對CO的可逆光控吸附
光響應吸附劑因其在光照射下的可定制性能而受到重視。這類吸附劑的調節主要基于空間位阻引起的弱(物理)相互作用，而與目標吸附劑的強相互作用調節很少。近日，南京工業大學孫林兵教授報道了一種新的光響應吸附劑，它具有特定的活性位點與目標吸附質分子發生強烈的相互作用。
本文要點：
1）研究人員選取了Cu+這一與CO等一系列吸附劑分子具有特殊π配合作用的有用活性位點，并將其引入典型的MIL-101-NH2中，該MIL-101-NH2上飾有偶氮苯基團（稱為M-azo），得到了光響應吸附劑Cu+@M-azo。
2）研究發現，Cu+的絡合能力可通過與反式/順偶氮苯異構體的可變相互作用可逆調節，這使得光照射觸發了對吸附容量的調節。結果表明，所制備的智能π配合吸附劑能在N2上選擇性吸附CO，有利于Cu+的配合作用。通過紫外和可見光交替照射，CO在Cu+@M-azo上的吸附量變化可達54%。相反，N2在Cu+@M-azo和CO在MIL-101-NH2載體上變化不大。
3）密度泛函理論(DFT)計算表明，在紫外光照射下，順式偶氮苯的形成導致Cu+的靜電電位(-0.038 eV)下降，隨后活性位點被遮蔽。相反，可見光照射可以恢復反式偶氮苯，導致Cu+的靜電勢增強(0.008 eV)，從而暴露活性位點。
Yu-Xia Li, et al, Reversible light-controlled CO adsorption via tuning π-complexation of Cu+ sites in azobenzene-decorated metal-organic frameworks, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202212732
https://doi.org/10.1002/anie.202212732
11. Angew：具有定制單晶尺寸的微孔和大孔氫鍵有機骨架的分層組裝
多孔有機分子材料因其獨特的性能組合而成為化學和材料科學的新興研究領域。為了提高它們的性能和擴大應用數量，需要將分級孔隙度納入其中，因為純微孔隙度會帶來一些限制。然而，多孔有機分子材料中大孔的集成仍然極具挑戰性。近日，拉夫堡大學Antonio Fernandez首次報道了一種基于氫鍵有機骨架（HOF）的多孔有機分子材料（MM-TPY），它可以通過純自組裝結晶具有復雜的層次結構的微孔和大孔結構。不需要添加任何模板、表面活性劑或調制劑，只需一步就可以獲得從μm到cm不等的不同尺寸的晶體。
本文要點：
1）通過對組裝和晶體形成機理的研究，研究人員發現在擴散受限和過飽和條件下，由于高定向π -π、C-H???N和側面相互作用之間的能量差異，它與高度各向異性晶體生長相一致。
2）研究人員指出，選擇一種有利于結晶過程中骨骼生長的溶劑，結合更好地控制氫鍵和π-π相互作用之間的平衡，可能是單純通過自組裝在更多分子材料中獲得復雜層次孔隙率的關鍵。
3）這種具有復雜結構和不同尺度(從μm到cm)的分層多孔分子材料的形成是一個里程碑，可能導致新的性能和新的應用。作為概念的證明，研究人員介紹了利用分層孔隙率進行分子和微粒的雙重和選擇性共識別，這可能與一些應用有關。
Christopher A. Halliwell, et al, Hierarchical Assembly of a Micro- and Macroporous Hydrogen-Bonded Organic Framework with Tailored Single-Crystal Size, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202208677
https://doi.org/10.1002/anie.202208677
12. Angew：核殼ZnO @微孔有機聚合物納米球作為增強的壓電摩擦電能量收集材料
隨著能源問題在現代社會中變得越來越重要，與能源管理相關的技術正引起科學家們的極大關注。壓電能量是通過材料的機械應力誘導極化產生的。最近，科學家報道了具有各種壓電-摩擦電復合材料的壓電-摩擦納米發電機（PTENGs）用于增強小能量收集性能。近日，成均館大學Seung Uk Son，Sang-Woo Kim用摩擦電微孔有機聚合物(MOP)均勻包覆壓電ZnO納米棒聚集體，制備了一種核殼納米球。
本文要點：
1）與ZnO和MOP相比，ZnO@MOP的小能量收集性能顯著提高，這是由于ZnO內部的壓電誘導極化和MOP摩擦正電荷的增加所致。
2）用ZnO@MOP制備的PTENGs顯示了高達534 V的峰-峰電壓和1.19 mW/cm2的最大功率密度。此外，PTENGs在30000次循環中表現出優異的耐久性，證明了它是為電解電容器充電和操作200個綠色發光二極管燈泡的有效電源。
這項研究表明，通過篩選無機芯材和MOP殼體的有機構件，可以研制出各種壓電-摩擦電型MOP殼體。
Chang Wan Kang, et al, Core-Shell ZnO@Microporous Organic Polymer Nanospheres as Enhanced Piezo-Triboelectric Energy Harvesting Materials, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202209659
https://doi.org/10.1002/anie.202209659
