1. Nature Chemistry：表面無金屬卟啉鏈中的量子納米磁體
與經典自旋不同，量子磁體是通過交換相互作用進行作用的自旋系統，可以表現出集體量子行為，例如分數激發。分子磁性通常來源于d/f過渡金屬，但它們的自旋-軌道耦合和晶體場導致了嚴重的磁各向異性，因而破壞了量子自旋的旋轉對稱性。因此，在無金屬體系中構建量子納米磁體具有重要意義。最近，來自上海交通大學的王世勇教授和Xiaodong Zhuang團隊合成了基于無金屬多卟啉體系的單個量子納米磁體。
本文要點：
1)研究首先在超高真空下在Au（111）上制備了2~5個卟啉的共價鏈，然后使用掃描隧道顯微鏡的尖端從選定的碳中除去氫原子；
2)特定卟啉單元向其自由基或雙自由基狀態的轉化使得卟啉內和卟啉間的磁耦合得以調諧，對所得鏈的集體磁性進行表征，結果表明?S=1/2反鐵磁體顯示出了間隙激發，而S=1反鐵磁體在偶數和奇數自旋鏈之間則表現出不同的端態，與海森堡模型計算一致。
Zhao, Y., Jiang, K., Li, C. et al. Quantum nanomagnets in on-surface metal-free porphyrin chains. Nat. Chem. (2022).
DOI: 10.1038/s41557-022-01061-5
https://doi.org/10.1038/s41557-022-01061-5
2. Nature Chemistry：立體控制的無環二烯易位聚合
已知烯烴的順/反幾何結構會顯著影響聚烯烴的熱性能和機械性能。然而，有效控制這一參數的聚合方法卻很少。近日，德州農工大學Quentin Michaudel報道了立體控制的無環二烯易位聚合。
本文要點：
1)作者利用二硫代釕卡賓與順式單體結合的反應，實現立體保持性無環二烯易位聚合。這些釕催化劑表現出良好的順式幾何結構保持性，并對許多極性官能團具有耐受性，從而能夠合成所有順式聚酯、聚碳酸酯、聚醚和聚亞硫酸鹽。
2)立體保持型無環二烯易位聚合的特點還在于催化劑負載量低，對單體批次中的反式雜質具有耐受性，這將有助于大規模應用。反應溫度和時間的調節會使立體保持性受到侵蝕，從而實現可預測順反比立體控制的聚烯烴合成。重復烯烴的立體化學對熱性能的影響也被差示掃描量熱法和熱重分析所證明。
Hsu, TW., Kempel, S.J., Felix Thayne, A.P. et al. Stereocontrolled acyclic diene metathesis polymerization. Nat. Chem. (2022).
DOI: 0.1038/s41557-022-01060-6
https://doi.org/10.1038/s41557-022-01060-6
3. Nature Nanotechnology：扭曲雙層石墨烯中的可調諧單片SQUID
魔術角扭曲雙層石墨烯（MATBG）具有許多相關的物質狀態，可以通過靜電摻雜進行調諧。傳輸和掃描探針實驗已證實了帶、Chern絕緣體以及超導電性。這種原位可調狀態的多樣性使得可以實現可調約瑟夫遜結。然而，盡管相位相干現象已被測量證實，但迄今為止尚未證明對超導凝聚物相位差的控制。鑒于此，來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院的Klaus Ensslin和Elías Portolés團隊基于先前的柵極定義結，在MATBG中構建了超導相位差由磁場控制的超導量子干涉器件（SQUID）。
本文要點：
1)研究發現臨界電流存在磁振蕩，證明了有效電荷為2e的超導載流子的長程相干性，并且，研究者通過靜電控制通過結的臨界電流來調諧到不對稱和對稱SQUID配置；
2) 這種可調諧性可以實現對器件中的電感的研究，結果發現電感值高達2?μH，此外，研究還直接探測了器件的一個結的電流-相位關系，該結果表明，MATBG中的復雜器件成功構建并可用于揭示材料的性能。
Portolés, E., Iwakiri, S., Zheng, G. et al. A tunable monolithic SQUID in twisted bilayer graphene. Nat. Nanotechnol. (2022).
DOI: 10.1038/s41565-022-01222-0
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01222-0
4. Nature Nanotechnology：高效單片鈣鈦礦-硅串聯太陽能電池的納米光學設計
鈣鈦礦-硅串聯太陽能電池可以有效克服傳統硅太陽能電池的功率轉換效率限制的問題。為了提高光學性能，科研工作者已經提出了各種紋理串聯器件，但優化表面紋理晶片上的薄膜生長仍然具有挑戰性。近日，德國柏林赫爾姆霍茲中心材料與能源有限公司Christiane Becker報道了高效單片鈣鈦礦-硅串聯太陽能電池的納米光學設計。
本文要點：
1) 作者展示了具有周期性納米結構的鈣鈦礦-硅串聯太陽能電池，這些電池在不影響溶液處理鈣鈦礦層的材料質量的情況下提供了各種優勢。與平面串聯相比，它們不但反射損耗少，而且新器件對偏離最佳層厚度的偏差不敏感。
2) 納米結構還使得制造產率從50%大幅提高到95%。此外，開路電壓提高了15?mV，這是由于鈣鈦礦頂部電池的增強光電性能。具有電介質緩沖層的光學先進后反射器可減少近紅外波長的寄生吸收，以及實現了29.80%的功率轉換效率。
Tockhorn, P., Sutter, J., Cruz, A. et al. Nano-optical designs for high-efficiency monolithic perovskite–silicon tandem solar cells. Nat. Nanotechnol. (2022).
DOI: 10.1038/s41565-022-01228-8
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01228-8
5. Nature Nanotechnology：柵極可調諧石墨烯約瑟夫遜參量放大器
超導量子電路擁有大量的基本量子元件，極大推動了微波量子光學的發展。在這些元件中，量子受限參量放大器對于能量范圍很低（幾十μeV）的量子系統的低噪聲讀出極其重要。此外，它們還用于產生非經典的光狀態，可以作為量子增強檢測的資源，比如超導參量放大器通常使用約瑟夫森結作為磁可調諧和無耗散非線性的源。近年來，研究者們致力于引入半導體弱鏈作為電可調非線性元件，并通過使用半導體納米線、二維電子氣體、碳納米管和石墨烯來構建微波諧振器和量子比特。然而，由于存在平衡非線性、耗散、參與和能量規模等方面的限制，基于半導體弱鏈路超導參量放大器目前尚未實現。
最近，來自格勒諾布爾阿爾卑斯大學的Julien Renard等人首次構建了利用石墨烯約瑟夫森結的超導參量放大器，為量子計算、量子傳感和基礎科學等量子技術的發展提供了新的思路。
本文要點：
1) 研究證實該超導參量放大器的工作頻率可通過柵極電壓進行廣泛調諧。
2)所得報告收益超過20?dB，且噪聲性能接近標準量子極限，該研究結果擴展了用于電可調諧超導量子電路的工具集。
Butseraen, G., Ranadive, A., Aparicio, N. et al. A gate-tunable graphene Josephson parametric amplifier. Nat. Nanotechnol. (2022).
DOI: 10.1038/s41565-022-01235-9
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01235-9
6. Nature Materials：電化學晶體電極中納米取向相疇的形成及其影響
離子插入晶體電極中的電化學相變伴隨著成分和結構的變化，包括定向相疇的微觀結構變化。先前的研究已經確定了與擴散或反應受限機制相關的轉化異質性。相比之下，盡管對稱元素在合金和陶瓷中具有普遍的重要性，但由于對稱元素的丟失而導致的相變誘導疇及其微觀結構仍有待探索。近日，伊利諾伊大學Chen Qian、Zuo Jianmin研究了電化學晶體電極中納米取向相疇的形成及其影響。
本文要點：
1)通過將四維掃描透射電子顯微鏡和電子能量損失光譜方法結合起來，再加上數據挖掘，作者定量地闡釋了電化學離子插入過程中定向相疇的形成和應變梯度的發展。在立方尖晶石MnO2納米顆粒模型體系中，在Mg2+插入時的相變導致在納米尺度上形成化學性質相似但取向不同的疇，隨后是成核、生長和聚結過程。
2)同時電解質對轉變微觀結構有重大影響。此外，大的應變梯度是由跨越其邊界的相疇發展而形成的，對化學擴散系數的影響是十倍甚至更多。因此，該發現為微觀結構形成機制及其對離子注入過程的影響提供了重要的依據，為儲能材料的轉變結構控制提供了新的指導。
Chen, W., Zhan, X., Yuan, R. et al. Formation and impact of nanoscopic oriented phase domains in electrochemical crystalline electrodes. Nat. Mater. (2022).
DOI: 10.1038/s41563-022-01381-4
https://doi.org/10.1038/s41563-022-01381-4
7. Nature Materials：鉑基催化劑的模板化封裝將高溫穩定性提高到1100?℃
穩定的催化劑對于解決能源和環境挑戰至關重要，特別是在惡劣環境（例如高溫、氧化性氣氛和蒸汽）中的應用。在這種情況下，負載型金屬催化劑會因燒結而失活，在該過程中，最初的小納米顆粒會成長為活性表面積較小的較大納米顆粒，并且會導致它們的性能下降。近日，斯坦福大學Matteo Cargnello通過鉑基催化劑的模板化封裝將高溫穩定性提高到1100?℃。
本文要點：
1)作者通過將鉑納米顆粒封裝在氧化鋁框架內而制備的穩定催化劑，該氧化鋁框架是通過將氧化鋁前體沉積在單獨制備的多孔有機框架內并浸漬鉑納米顆粒而形成的。
2)這些催化劑在在800℃的氧氣和蒸汽氛圍下不會燒結?，同時顯示出優異的催化活性，然而對于常規催化劑在很大程度上已經燒結。這一方法還可以擴展到Pd–Pt雙金屬催化劑，在1100℃的?空氣和10%蒸汽氛圍下也可保持催化劑的小顆粒尺寸。該策略可廣泛應用于其他金屬和金屬氧化物，能有效避免因為燒結使材料失活的情況。
Aitbekova, A., Zhou, C., Stone, M.L. et al. Templated encapsulation of platinum-based catalysts promotes high-temperature stability to 1,100?°C. Nat. Mater. (2022).
DOI: 10.1038/s41563-022-01376-1
https://doi.org/10.1038/s41563-022-01376-1
8. Nature Commun.：含鉗型配體的鉬配合物催化二氮直接合成氰酸根陰離子
二氮是一種豐富而且具有廣泛應用的含碳-氮鍵的有機氮化合物材料。在溫和的反應條件下，從二氮作為起始試劑制備有機氮化合物的直接合成方法使科研工作者深入了解了在減少化石燃料消耗的情況下可持續生產有價值的有機氮化合物。近日，東京大學Yoshiaki Nishibayashi、九州大學Kazunari Yoshizawa通過含鉗型配體的鉬配合物催化二氮直接合成氰酸根陰離子（NCO?）。
本文要點：
1)由氮化鉬配合物與氯甲酸苯酯反應合成了含有吡啶基2，6-二（二叔丁基膦乙基）吡啶（PNP）-鉗形配體的鉬-氨基甲酸酯配合物。在環境反應條件下實現了鉬-氨基甲酸鹽絡合物和鉬-氮化物絡合物之間的轉化。
2)使用二碘化釤（SmI2）作為還原劑促進NCO?的形成，這是從鉬-氨基甲酸鹽絡合物中分離的關鍵步驟。因此，證明了NCO?的合成循環由鉬-PNP絡合物介導的二氮分兩步進行。在環境反應條件下通過從二氮中分離實現了NCO?的催化合成。
Itabashi, T., Arashiba, K., Egi, A. et al. Direct synthesis of cyanate anion from dinitrogen catalysed by molybdenum complexes bearing pincer-type ligand. Nat Commun 13, 6161 (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-33809-5
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33809-5
9. Nature Commun.：利用現場散射研究鋰硫電池固體放電產物的納米尺度結構演化
對通過可溶性多硫化物（PS）形成將分子硫（S）可逆轉化為硫化鋰（Li2S）的機制的理解不足，阻礙了使用非水電解質溶液的高性能鋰硫（Li-S）電池的發展。近日，瑞士蘇黎世聯邦理工學院Vanessa Wood、奧地利科學技術學院Stefan A. Freunberger利用現場散射研究鋰硫電池固體放電產物的納米尺度結構演化。
本文要點：
1)作者使用現場小角度和廣角X射線散射和現場小角度中子散射（SANS）測量來跟蹤實時Li-S電池操作期間從原子到亞微米尺度的固體沉積物的成核、生長和溶解。特別是，基于SANS數據的隨機建模允許量化電池循環期間的納米級相演變。
2) 在納米晶Li2S旁邊，沉積物包括固體短鏈PSs顆粒。對實驗數據的分析表明，最初，Li2S2從溶液中沉淀，然后通過固態電還原部分轉化為Li2S。并進一步證明，質量傳輸，而不是通過薄鈍化膜的電子傳輸，限制了Li-S電池的放電容量和速率性能。
Prehal, C., von Mentlen, JM., Drvari? Talian, S. et al. On the nanoscale structural evolution of solid discharge products in lithium-sulfur batteries using operando scattering. Nat Commun 13, 6326 (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-33931-4
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33931-4
10. EES：一種有效的生產高適應性纖維素和提高木質素轉化為芳香烴和烯烴的策略
木質素是一種很有前途的可再生原料，用于生產有價值的酚類和碳氫化合物建筑砌塊。然而，木質素升級策略的經濟可行性一直受到初級產品再冷凝和比生物油優先形成焦炭的阻礙。鑒于此，美國愛荷華大學Jean-Philippe Tessonnier報道一種有效的生產高適應性纖維素和提高木質素轉化為芳香烴和烯烴的策略。
本文要點：
1)作者證明了木質素預處理有效地降低了熱解過程中碳的形成并提高了碳的揮發，并研究了使用亞臨界和超臨界乙醇以及負載型金屬催化劑進行的各種溶劑分解和催化預處理。通過結合GPC、GC-FID/MS、元素分析、HSQC NMR和TGA，解耦了溶劑分解和催化步驟的影響，并確定了它們在相對于母體木質素的化學修飾中的獨立作用。預處理步驟提高了揮發物的生成，同時減少了快速熱解過程中的焦炭形成，對于使用Pd/C在250°C下解構的木質素，焦炭形成率從58 C%降至9 C%。
2)然后將該策略直接擴展到木質纖維素生物質（玉米秸稈、柳枝稷、紅橡樹），以一鍋法對木質素進行分級和預處理。從該過程中獲得的木質素油顯示出極好的轉化為平臺化學品的潛力。木質素油催化快速熱解后，生成了11-14C%的芳香烴，而加氫脫氧則生成了34-40C%的芳族烴（50-56C%的總烴）。類似地，對回收的富含碳水化合物的水溶性餾分進行加氫脫氧，得到10-15 C%的芳香烴和15-29 C%的C2-C6烯烴（32-74 C%的總烴）。此外，從該方法中回收的殘余紙漿富含糖，比母體生物質更易于酶解。這種方法為木質素選擇性和有效地轉化為增值化學品提供了新的機會，從而提高了碳回收率，這對于將生物質作為化學制造原料至關重要。
Daniel Vincent Sahayaraj et al. An effective strategy to produce highly amenable cellulose and enhance lignin upgrading to aromatic and olefinic hydrocarbons. EES 2022
DOI: 10.1039/D2EE02304K
https://doi.org/10.1039/D2EE02304K
11. Nano Lett：非離子表面活性劑輔助原位生成高穩定水性鋅金屬陽極穩定鈍化保護層
水性可充電鋅電池的高穩定性界面對于抑制鋅枝晶生長和抑制副反應非常重要。近日，上海大學Chao Wu報道了一種非離子表面活性劑輔助原位生成高穩定水性鋅金屬陽極穩定鈍化保護層。
本文要點：
1) 作者在Zn表面開發了一種穩定的蜂窩狀ZnO鈍化保護層，它是在非離子表面活性劑添加劑（聚乙二醇叔辛基苯基醚，表示為PEGTE）的幫助下原位生成的。ZnO鈍化層可以促進電場的均勻分布，引導Zn2+的均勻沉積并抑制枝晶的生成。
2)使用PEGTE電解質的對稱電池在高面積容量下表現出優異的性能，在5 mAh/cm2下穩定循環2400小時以上，在10 mAh/cm2下穩定循環1300小時以上。與V2O5配對的全電池在低負/正容量比下顯示出600多個循環周期的長壽命。
Zhang Yuanjun et al. Nonionic Surfactant-Assisted In Situ Generation of Stable Passivation Protective Layer for Highly Stable Aqueous Zn Metal Anodes. Nano Lett. 2022
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03114
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03114
12. ACS Nano：多功能、仿生透氣且具有汗穩定性的MXene表皮電極用于肌肉診療
肌肉疲勞是許多人都經歷過的一種常見癥狀，其與疲勞肌肉所產生的最大力量減少有關。利用皮膚電極在不被察覺的情況下診斷肌肉疲勞并恢復肌肉功能是非常重要的，但這在目前還尚未實現。有鑒于此，北京師范大學劉楠教授構建了一種仿生透氣且具有汗穩定性的多功能MXene電極，它可以同時且舒適地記錄肌電圖(EMG)信號，并可通過電刺激和電熱治療等模式實現肌肉治療。
本文要點：
1）實驗利用草本植物的結構排列和MXene在汗液中的離子交聯所構建的MXene基電極(MBE)具有高透氣性，超輕(～0.25 mg/cm3)，其在多種環境下具有低且穩定的電極-皮膚界面阻抗，有利于實現長期可靠的電生理監測。
2）實驗結果表明，MBE不僅可以診斷肌肉疲勞，可能夠結合皮膚表面的電刺激和電熱療法以刺激血液循環，恢復肌肉功能。此外，MBE還可以通過人機交互進行肌肉康復訓練和假肢控制。綜上所述，該一體化、仿生透氣性且具有汗穩定性的MXene電極在肌肉疲勞診療和日常穿戴保健等方面具有巨大的應用潛力。
Dekui Song. et al. An All-in-One, Bioderived, Air-Permeable, and Sweat-Stable MXene Epidermal Electrode for Muscle Theranostics.ACS Nano. 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c07646
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07646
