1. Nature Commun.：宏觀機(jī)械研磨制備無機(jī)納米棒的手性超結(jié)構(gòu)
機(jī)械化學(xué)的發(fā)展在分子水平上大大擴(kuò)展了傳統(tǒng)的合成領(lǐng)域。山東大學(xué)楊志杰教授等將機(jī)械化學(xué)的概念從原子/分子固體擴(kuò)展到納米顆粒固體，并展示了宏觀研磨如何能夠在自組裝納米棒(NR)組分中產(chǎn)生手性。1）具體而言，在自組裝NR組分表面涂有脂肪族鏈時(shí)，弱范德華相互作用占主導(dǎo)地位。旋轉(zhuǎn)方向可以很好地控制NR組裝體的手性信號(hào)，其中順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別導(dǎo)致圓二色光譜的正科頓效應(yīng)和圓偏光光譜的負(fù)科頓效應(yīng)。2）重要的是，作者證明了目前的方法可以應(yīng)用于多種無機(jī)材料的NRs，包括CdSe, CdSe/CdS和TiO2。同樣重要的是，所制備的手性NR組合物可以作為多孔而穩(wěn)健的手性底物，它可以承載其他分子材料，并誘導(dǎo)底物向分子系統(tǒng)的手性轉(zhuǎn)移。Yang, Z., Wei, Y., Wei, J. et al. Chiral superstructures of inorganic nanorods by macroscopic mechanical grinding. Nat Commun 13, 5844 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-33638-6https://doi.org/10.1038/s41467-022-33638-6
2. Nature Commun.：3D打印微型機(jī)器人從設(shè)計(jì)到應(yīng)用
微型機(jī)器人因其能在人體難以到達(dá)的部位完成任務(wù)的獨(dú)特特性而受到科學(xué)家們的關(guān)注。微型機(jī)器人可以被精確地單獨(dú)或成群地驅(qū)動(dòng)和操縱，用于采樣、手術(shù)和成像應(yīng)用。另外，微型機(jī)器人在環(huán)境部門(如水處理)也有應(yīng)用。此外，三維(3D)打印機(jī)的最新進(jìn)步使微機(jī)器人的高分辨率制造成為可能，為微制造技能有限的用戶提供了更快的設(shè)計(jì)-生產(chǎn)周轉(zhuǎn)時(shí)間。土耳其Ko?大學(xué)Metin Sitti和Savas Tasoglu等回顧了3D打印微型機(jī)器人的最新終端應(yīng)用(從環(huán)境到生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用)。1）作者簡要討論了可行的驅(qū)動(dòng)方法以及用于微型機(jī)器人制造的實(shí)用3D打印技術(shù)。此外，作為未來展望，作者討論了微型機(jī)器人與智能材料集成的潛在優(yōu)勢，以及實(shí)現(xiàn)人工智能(AI)和物理智能(PI)的可能好處。2）為了促進(jìn)微型機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室到臨床的實(shí)際應(yīng)用，闡述了目前阻礙微型機(jī)器人臨床應(yīng)用的挑戰(zhàn)，包括進(jìn)入障礙(如免疫系統(tǒng)攻擊)和繁瑣的標(biāo)準(zhǔn)測試流程，以確保生物相容性。Dabbagh, S.R., Sarabi, M.R., Birtek, M.T. et al. 3D-printed microrobots from design to translation. Nat Commun 13, 5875 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-33409-3https://doi.org/10.1038/s41467-022-33409-3
3. Angew：控制分子間相互作用和相間化學(xué)可實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的耐水LiMn2O4||Li4Ti5O12電池
在穩(wěn)定性窗口擴(kuò)大到3 V的鹽包水電解質(zhì)(WiSE)中，固體電解質(zhì)界面(SEI)的形成和H2O活性的降低為高能量密度的水系鋰離子電池提供了可行性。近日，復(fù)旦大學(xué)Fei Wang，馬里蘭大學(xué)王春生教授，Chongyin Yang發(fā)現(xiàn)，阻燃劑磷酸三甲酯(TMP)由于其獨(dú)特的水混溶性和與水分子的相互作用，不僅被選為氫鍵受體以限制自由水的活性，而且還被選為成膜添加劑以通過操縱Li+溶劑化結(jié)構(gòu)來穩(wěn)定富磷和富氟SEI。1）研究發(fā)現(xiàn)，受體和SEI都有助于有效地動(dòng)力學(xué)抑制負(fù)極上的析氫副反應(yīng)。所以這里加的TMP不是簡單的取代某些氫鍵受體。2）得到的9.5 m LiTFSI-TMP-H2O混合電解質(zhì)將陰極極限擴(kuò)展到1.2V。開發(fā)的LMO||LTO全電池能夠以低倍率和高速率充電/放電，同時(shí)抑制氣體析出。此外，受益于TMP在降低水分活度和增強(qiáng)SEI方面的重要作用，P/N比限制在1.14的LMO||LTO全電池將擺脫嚴(yán)格的無濕氣制造環(huán)境。同時(shí)，由于TMP的阻燃性質(zhì)，可以完全消除潛在的安全問題。這種方法為折衷嚴(yán)格的安全要求提供了一種有希望的見解，目的是使電池制造成本最小化。Qin Li, et al, Controlling Intermolecular Interaction and Interphase Chemistry Enabled Sustainable Water-tolerance LiMn2O4||Li4Ti5O12 Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202214126https://doi.org/10.1002/anie.202214126
4. Angew：光輔助金屬空氣電池:進(jìn)展、挑戰(zhàn)和前景
金屬-空氣電池因其超高的理論比能量而被認(rèn)為是最有前途的下一代儲(chǔ)能裝置之一。然而，緩慢的陰極動(dòng)力學(xué)（O2和CO2還原/析出）導(dǎo)致大的過電位和低的往返效率，這嚴(yán)重阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。利用光來驅(qū)動(dòng)慢陰極過程越來越成為這個(gè)問題的一個(gè)有希望的解決方案。近日，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授，王兵杰總結(jié)了光輔助金屬-空氣電池的研究進(jìn)展。1）首先介紹光輔助金屬-空氣電池的典型配置和工作原理。然后，從材料的角度總結(jié)和分析光電陰極的設(shè)計(jì)策略和最新研究進(jìn)展。2）作者進(jìn)一步系統(tǒng)地討論了光照對金屬空氣電池的積極和消極影響。最后，指出了光輔助金屬-空氣電池發(fā)展仍面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)和未來研究前景。這篇綜述旨在總結(jié)作為創(chuàng)新范例的有前途的器件的基本知識(shí)，并激勵(lì)更多的研究人員尋找創(chuàng)造更好的光輔助金屬空氣電池的方法。Jiaxin Li, et al, Light-Assisted Metal-Air Batteries: Progress, Challenges, and Perspectives, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202213026https://doi.org/10.1002/anie.202213026
5. Angew：可逆型氧化還原響應(yīng)性NIR-II熒光探針用于體內(nèi)炎癥成像
近紅外二區(qū)(NIR-II)熒光成像由于具有低背景自熒光和光子散射而在活體組織深部高分辨率成像分析方面表現(xiàn)出了巨大的潛力。然而，由于缺乏合適的探針，因此如何利用NIR-II熒光成像對氧化還原穩(wěn)態(tài)進(jìn)行可逆監(jiān)測仍然是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)。湖南大學(xué)袁林教授和任天兵教授以三甲川為骨架，構(gòu)建了一系列穩(wěn)定、多功能的NIR-II染料(NIR-II Cy3s)。1）研究發(fā)現(xiàn)，在NIR-II Cy3s中引入的1,4-二乙基-十氫喹喔啉基團(tuán)不僅能夠有效地增加發(fā)射波長，而且可以作為HClO的有效響應(yīng)位點(diǎn)，并被活性硫物種(RSS)所恢復(fù)。2）基于此，研究者進(jìn)一步利用NIR-II Cy3s探針對病理生理環(huán)境中的HClO/ RSS介導(dǎo)的氧化還原過程進(jìn)行可逆監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NIR-II Cy3-988能夠在急性炎癥模型中被成功地用于評估氧化還原環(huán)境和藥物治療效果。Long He. et al. Engineering of Reversible NIR-II Redox-Responsive Fluorescent Probes for Imaging of Inflammation In Vivo. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202211409https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202211409
6. Angew：蒙特卡羅模擬指導(dǎo)設(shè)計(jì)的釷基MOF用于放療-放射動(dòng)力學(xué)治療
具有光敏配體的高Z金屬基納米MOF(nMOFs)可以通過獨(dú)特的放療-放射動(dòng)力學(xué)治療(RT-RDT)過程增強(qiáng)對腫瘤的輻射損傷。芝加哥大學(xué)林文斌教授通過蒙特卡洛(MC)模擬指導(dǎo)設(shè)計(jì)了一種釷（Th）基nMOF（Th-DBP），其由Th6-oxo二級結(jié)構(gòu)單元和5,15-di(p-苯并偶氮)卟啉(DBP)配體所組成，可用于增強(qiáng)RT-RDT。1）MC模擬結(jié)果表明，由于Th晶格具有較高的質(zhì)量衰減系數(shù)，因此其在輻射劑量增強(qiáng)方面的性能也優(yōu)于Hf晶格。在x射線或γ射線輻射下，Th-DBP能夠有效增強(qiáng)能量沉積，并產(chǎn)生更多的活性氧，從而對癌細(xì)胞產(chǎn)生明顯高于先前報(bào)道的Hf-DBP nMOF的細(xì)胞毒性。2）在低劑量x射線照射下，Th-DBP能夠在結(jié)腸癌小鼠模型中抑制88%的腫瘤生長，并在胰腺癌小鼠模型中抑制了97%的腫瘤生長。Ziwan Xu. et al. Monte Carlo Simulation-Guided Design of a Thorium-Based Metal-Organic Framework for Efficient Radiotherapy-Radiodynamic Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202208685https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202208685
7. Angew：具有非常穩(wěn)定的層和超大層間距的水滑石ZnV6O16·8H2O助力高性能水系Zn離子電池
由于其固有的安全性、低成本和高能量密度，水系鋅離子電池（ZIBs）是電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的有前途的候選儲(chǔ)能技術(shù)。釩（V）基材料被廣泛用作ZIBs的正極，尤其是A2V6O16?nH2O（AVO，A=NH4+，Na，K）。然而，AVO存在嚴(yán)重的溶解、相變和狹窄的通道間距(約3 ?)，導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能比較差。近日，中科院大連化物所楊維慎研究員報(bào)道了一種雜多酸ZnV6O16·8H2O（ZVO），用于RAZIBs的高性能正極材料。1）研究人員采用離子交換誘導(dǎo)相變的新方法，以AVO前驅(qū)體為原料，成功地合成了獨(dú)特的ZVO。在用鋅離子置換A的過程中，H2O進(jìn)入層間，使間距增加到6 ?，而由AVO中的[VO5]方形棱錐體和[VO6]八面體組成的V6O16層(記為V6O16-AVO)轉(zhuǎn)變?yōu)橛蒢VO中的[VO6]八面體組成的穩(wěn)定的V6O16層(記為V6O16-ZVO)。2）研究人員通過強(qiáng)有力的證據(jù)和深入的基礎(chǔ)分析，證明了ZVO中高的層間距和獨(dú)特的V6O16層使ZVO具有超高倍率性能和超長的循環(huán)壽命。構(gòu)建的ZVO正極在0.3和15 A g-1時(shí)的容量分別為365和170 mAh g-1，而在0.3 A g-1下，300次循環(huán)和15 A g-1下，10000次循環(huán)后的容量保持率分別為86%和70%，明顯優(yōu)于常規(guī)AVO。3）此外，研究人員還揭示了B離子在水溶液中的溶劑化行為比NH4+離子更強(qiáng)的溶劑化行為，也可以從(NH4)2V6O16·1.5H2O前驅(qū)體中通過離子交換的方法得到BV6O16·9H2O（B=Mg、Ca、Cu）。Kaiyue Zhu, et al, Hewettite ZnV6O16·8H2O with Remarkably Stable Layers and Ultralarge Interlayer Spacing for High-Performance Aqueous Zn-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202213368https://doi.org/10.1002/anie.202213368
8. Angew：用于高性能鋰/鈉碘有機(jī)電池的氫鍵有機(jī)骨架
可充電鋰/鈉-碘電池（Li/Na-I2）是滿足日益增長的能源需求的有前途的候選電池技術(shù)。近日，上海大學(xué)Yong Wang報(bào)道了一種與MXene配合物相連的柔性氫鍵有機(jī)骨架（HOF）。1）HOF的高度多孔結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電的Ti3C2Tx MXene補(bǔ)充，形成三維互連的“HOF-to-MXene-to-HOF”導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，具有多孔結(jié)構(gòu)，確保有效的碘填充并促進(jìn)快速的離子和電子傳輸。2）研究人員利用包括原位拉曼和原位XRD測量在內(nèi)的各種測量來深入了解I2基電池中的氧化還原過程，結(jié)果表明HOF@Ti3C2Tx的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)Li/Na-I2電池正極的吸附和隨后的電化學(xué)性能中起著重要作用。3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，具有44.3wt%的I2/HOF@Ti3C2Tx正極的Li-I2電池顯示出328.8 mAh g-1的初始可逆容量和在0.5 C下，300次循環(huán)后260.2 mAh g-1的高容量。當(dāng)用于Na-I2電池時(shí)，I2/HOF@Ti3C2Tx電極提供了259.1 mAh g-1的高可逆容量，并且在0.2 C下，200次循環(huán)后保持207.6 mAh g-1的高容量。這項(xiàng)工作有助于人們深入了解可逆碘包裹的HOF相關(guān)儲(chǔ)能應(yīng)用及其與Li和Na金屬離子的氧化還原反應(yīng)機(jī)制。Chaofei Guo, et al, Hydrogen-Bonded Organic Framework for High-Performance Lithium/Sodium-Iodine Organic Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202213276https://doi.org/10.1002/anie.202213276
9. Angew: 空位介導(dǎo)雜原子并入分子篩骨架的直接TEM觀察：分子篩催化劑的微觀設(shè)計(jì)
將雜金屬原子（例如鈦）并入沸石骨架可以提高氧化反應(yīng)的催化活性和選擇性。然而，由于合成過程中精確的原子結(jié)構(gòu)尚不清楚，因此很難在特定位置合理設(shè)計(jì)含鈦沸石。鑒于此，上?？萍即髮W(xué)Mayoral Alvaro、Terasaki Osamu團(tuán)隊(duì)通過對空位介導(dǎo)雜原子并入分子篩骨架的直接TEM觀察，實(shí)現(xiàn)了分子篩催化劑的微觀設(shè)計(jì)。1) 通過在有缺陷的MSE型沸石前體中介導(dǎo)空位，作者合成了具有可預(yù)測鈦分布的鈦硅酸鹽，其基于預(yù)先設(shè)計(jì)的合成路線，包括空位修飾，然后插入鈦，其中電子顯微鏡（EM）在解決原子結(jié)構(gòu)的每一步起著關(guān)鍵作用。2) 通過直接觀察點(diǎn)缺陷，包括前體中的空位和與空位相關(guān)的位置中的鈦。可以為沸石中的點(diǎn)缺陷在合理合成具有所需催化活性中心微觀排列的沸石催化劑提供了新思路。Li, J., et al, Direct TEM Observation of Vacancy-Mediated Heteroatom Incorporation into a Zeolite Framework: Towards Microscopic Design of Zeolite Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202211196https://doi.org/10.1002/anie.202211196
10. AM：力學(xué)梯度電極緩解可折疊鋰離子電池的機(jī)械可靠性和高能量密度之間的不匹配問題
高能量密度的柔性鋰離子電池（LIBs）是可穿戴電子產(chǎn)品的理想選擇。然而，目前設(shè)計(jì)柔性LIB的方法很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)出色的靈活性和高能量密度。鑒于此，南洋理工大學(xué)陳曉東教授等提出了具有梯度分布最大允許應(yīng)變的力學(xué)梯度電極，在不犧牲能量密度的情況下，賦予高負(fù)載量漿液涂層電極出色的固有柔韌性。與此同時(shí)，這一策略不需特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或引入柔性基底，也不需降低活性材料負(fù)載量或電極厚度，僅通過改變電極涂層中粘結(jié)劑占比分布即可實(shí)現(xiàn)。1）設(shè)計(jì)的具有力學(xué)梯度遞增的70 μm厚的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2（NMC，~15 mg cm?2）正極和105 μm厚的石墨（~8 mg cm?2）負(fù)極可分別承受400 μm和600 μm的極低彎曲半徑。所構(gòu)建的60 mAh軟包電池具有2 mAh cm?2的面積比容量以及121.3 mWh cm?3的能量密度（相對曲率半徑），在重復(fù)的折疊-釋放變形下可以穩(wěn)定循環(huán)500圈（92.3 %容量保持率）。2）該力學(xué)梯度電極的制備方法與工業(yè)設(shè)備兼容，并且很容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)且不受材料體系限制。Ge, X., et al, Mechano-Graded Electrodes Mitigate the Mismatch between Mechanical Reliability and Energy Density for Foldable Lithium-Ion Batteries. Adv. Mater. Accepted Author Manuscript, 2206797.DOI: 10.1002/adma.202206797https://doi.org/10.1002/adma.202206797
11. AM：高容量超穩(wěn)定鉀離子電池用全共軛共價(jià)有機(jī)骨架的離子熱合成
全芳香族共軛共價(jià)有機(jī)骨架(FAC-COFs)具有優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性，已成為具有多種潛在應(yīng)用的活性半導(dǎo)體。開發(fā)高效的合成方法來制備FAC-COFs將大大促進(jìn)對其材料和光子/電子功能的探索。北京科技大學(xué)Kang Wang、Jiemin Liu和Jianzhuang Jiang等開發(fā)了一種簡便的無溶劑合成二維酞菁FAC-COFs (FAC-Pc-COFs)的方法。1）苯并[1,2-b:4,5-b ']雙[1,4]苯并二氮辛-2,3,9,10-四碳腈和喹草林[2 "，3 ":9,10]菲那啉[4,5-abc]菲那辛-6,7,15,16-四碳腈在ZnCl2中的環(huán)聚合分別可快速形成和分離BB-FAC-Pc-COF和QPP-FAC-Pc-COF。粉末X射線衍射和電子顯微鏡分析顯示其結(jié)晶性質(zhì)為sql拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和AA堆積結(jié)構(gòu)。熱重分析和浸漬實(shí)驗(yàn)表明，它們具有良好的穩(wěn)定性。電導(dǎo)率測試表明，由于其完全π共軛的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，其電導(dǎo)率高達(dá)0.93-1.94×10?4 S cm?1。2）由于其優(yōu)良的導(dǎo)電性、高度有序和堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)以及富N/O的框架性質(zhì)，制備的QPP-FAC-Pc-COF在鉀離子電池中表現(xiàn)出高性能的K+存儲(chǔ)能力。令人印象深刻的是，QPP-FAC-Pc-COF在50 mA g-1條件下循環(huán)100次后，在有機(jī)電極中顯示了創(chuàng)紀(jì)錄的424 mA h g-1的可逆容量，在2000 mA g-1條件下循環(huán)超過10000次，容量保持率接近100%。本研究結(jié)果對設(shè)計(jì)和制備全π共軛儲(chǔ)能有機(jī)骨架具有一定的參考價(jià)值。Yang, X., et al, Ionothermal Synthesis of Fully Conjugated Covalent Organic Frameworks for High-capacity and Ultra-stable Potassium-Ion Battery. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2207245.DOI: 10.1002/adma.202207245https://doi.org/10.1002/adma.202207245
12. AM：與本體異質(zhì)結(jié)不同的準(zhǔn)同結(jié)有機(jī)非富勒烯光伏
與有機(jī)太陽能電池(OSCs)中的經(jīng)典體異質(zhì)結(jié)(BHJ)相比，極低給體含量(≤10 wt%)的準(zhǔn)同質(zhì)結(jié)(QHJ)是不尋常的，通常產(chǎn)生更低的器件效率。北京大學(xué)占肖衛(wèi)教授等選取具有代表性的聚合物給體和非富勒烯受體制備QHJ OSCs，闡述了高效QHJ器件的工作機(jī)理。1）當(dāng)給體:受體(D:A)比例為1:8或1:20時(shí)，PTB7-Th:Y6 QHJ器件可以分別獲得對應(yīng)BHJ器件在最佳D:A比例為1:2時(shí)的獲得的95%或64%的效率，而當(dāng)給體被稀釋時(shí)，具有其他給體或受體的QHJ器件的效率會(huì)迅速下降。此外，與BHJ器件相比，QHJ器件具有更好的熱穩(wěn)定性。2）作者使用了一套電子器件測量，電流傳感原子力顯微鏡，超快瞬態(tài)吸收光譜和X射線散射形貌表征來闡明高性能QHJ器件的基本原理。大部分自由電荷可以內(nèi)在地產(chǎn)生在整齊的Y6疇中，而不是在D/A界面。Y6還充當(dāng)了一個(gè)雙極傳輸通道，因此可以用少量的給體PTB7-Th實(shí)現(xiàn)空穴傳輸。少量PTB7-Th的關(guān)鍵作用主要是減少電荷重組，可能是通過增強(qiáng)Y6內(nèi)部的四極場來輔助，而不是先前認(rèn)為的光吸收、激子分裂和空穴傳輸?shù)闹饕饔谩?/span>Wang, Y., et al, Quasi-Homojunction Organic Nonfullerene Photovoltaics Featuring Fundamentals Distinct from Bulk Heterojunction. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2206717.DOI: 10.1002/adma.202206717https://doi.org/10.1002/adma.202206717
