1. Sci. Adv.：工作中固態(tài)鋰金屬電池的空穴形成行為
對埋藏的固體-固體界面難以捉摸的演化行為的基本了解是科學(xué)家目前探索固態(tài)電化學(xué)器件面臨的主要障礙。近日，清華大學(xué)張強(qiáng)教授揭示了固態(tài)電池中界面空穴的演化規(guī)律，建立了固態(tài)空穴形核和長大模型，并與液態(tài)空泡的形成進(jìn)行了類比。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，在固態(tài)金屬鋰電池中，鋰剝離誘導(dǎo)的界面空洞形成決定了導(dǎo)致電池失效的形態(tài)不穩(wěn)定性。
2）通過合理的電化學(xué)計算，在寬電流密度范圍內(nèi)(1.0-10.0 mA cm-2)，在相圖中量化了空穴引起的接觸損耗過程。此外，利用原位可視化形貌演化揭示了不同剝離條件下孔洞缺陷的微觀特征。
3）建立電化學(xué)-形態(tài)關(guān)系有助于闡明電流密度和面容量相關(guān)的空穴形核和長大機(jī)制，從而為理解和設(shè)計先進(jìn)固態(tài)電池的固-固界面提供了新的見解。
Yang Lu, et al, The void formation behaviors in working solid-state Li metal batteries, Sci. Adv. 8, eadd0510 (2022)
DOI: 10.1126/sciadv.add0510
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add0510
2. Sci. Adv.：剪切遷移過程中動態(tài)晶界結(jié)構(gòu)變化的原子尺度觀測
在納米材料中，人們經(jīng)常會觀察到在應(yīng)力驅(qū)動的晶界遷移過程中和遷移后的晶體結(jié)構(gòu)，但其確切的原子尺度轉(zhuǎn)變還沒有通過實驗研究過。近日，匹茲堡大學(xué)Scott X. Mao，Guofeng Wang，曼尼托巴大學(xué)Chuang Deng利用原位高分辨電子顯微鏡結(jié)合分子動力學(xué)模擬，觀察到了金納米晶體中小平面的可逆相變和小平面的解離引起的動態(tài)小平面結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。
本文要點：
1）(002)/(111)和Σ-11(113)GB晶面之間發(fā)生了可逆轉(zhuǎn)變，這是通過(1(-)1(-)1)/(002)型GB臺階或斷裂的結(jié)合和分離完成的，這是促成GB遷移的原因。相比之下，(002)/(111)GB分解為Σ11(113)和Σ3(111)GB是通過部分位錯發(fā)射的(111)/(111(-))型臺階反應(yīng)發(fā)生的。此外，這些轉(zhuǎn)換可以通過GB連接來適應(yīng)。
這項工作對GB遷移過程中的動態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換提供了原子性的見解。
Zhengwu Fang, et al, Atomic-scale observation of dynamic grain boundary structural transformation during shear-mediated migration, Sci. Adv. 8, eabn3785 (2022)
DOI: 10.1126/sciadv.abn3785
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn3785
3. JACS：基于哌嗪鏈接構(gòu)建COF高活性光催化制H2O2
通過O2還原進(jìn)行人工光催化的方式為H2O2的合成提供一種節(jié)能、安全、綠色方法。但是合成H2O2過程關(guān)鍵是發(fā)展一種對2e-過程高活性高選擇性的催化劑用于解決光催化反應(yīng)產(chǎn)率較低的問題。有鑒于此，北京科技大學(xué)姜建壯、王康、國民核生化災(zāi)害防護(hù)國家重點實驗室Wei Cao等報道發(fā)展了兩種COF，分別為CoPc-BTM-COF和CoPc-DAB-COF。兩種COF分別是通過Co-卟啉（CoPcF16）和1,2,4,5-苯四胺或者3,3′-二氨基聯(lián)苯胺合成得到。
本文要點：
1）通過粉末XRD分析、電子顯微鏡、一些光譜表征技術(shù)，發(fā)現(xiàn)合成的COF具有表現(xiàn)完全共軛結(jié)果和π堆疊結(jié)構(gòu)；UV-VIS光譜表征結(jié)果顯示，合成的COF在400-1000 nm具有優(yōu)異的光吸收性能。因此，導(dǎo)致顯著改善的光激發(fā)電荷分離、載流子傳輸性能，通過光電流和熒光結(jié)果證實。
2）這種哌嗪構(gòu)建的CoPc COF在可見光（>400 nm）催化O2還原合成H2O2表現(xiàn)優(yōu)異的光催化活性，其中CoPC-BTM-COF的產(chǎn)率達(dá)到COF材料領(lǐng)域性能的創(chuàng)紀(jì)錄結(jié)果（2096 μmol h-1 g-1），在630 nm的表觀量子產(chǎn)率達(dá)到7.2 %，研究結(jié)果為發(fā)展高性能和低價格的可見光H2O2光合成催化劑提供幫助。
Qianjun Zhi, et al, Piperazine-Linked Metalphthalocyanine Frameworks for Highly Efficient Visible-Light-Driven H2O2 Photosynthesis, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c09482
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c09482
4. Matter：原位構(gòu)建用于超高容量鋰-氧電池的玻璃纖維導(dǎo)向沸石微管編織隔膜
開發(fā)鋰-氧（Li-O2）電池面臨的主要挑戰(zhàn)是在正極不斷積累的絕緣放電產(chǎn)物，它會阻止氧氣的擴(kuò)散和電子的轉(zhuǎn)移。基于此，受生物礦物組織自組裝的啟發(fā)，吉林大學(xué)徐吉靜教授開發(fā)了一種新的前體支架/固相結(jié)晶策略，以合成基于微管支架和微管三模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的自支撐沸石微管編織織物(ZMT WF)隔膜，其中玻璃纖維(GF)隔膜不僅作為前體支架提供支架藍(lán)圖，還作為合成硅源確保沸石沿GF隔膜原位生長。
本文要點：
1）自組裝的ZMT WF隔膜表現(xiàn)出良好的離子傳導(dǎo)性和熱穩(wěn)定性，這使得它非常適合作為新能源儲存系統(tǒng)中的隔膜。此外，沸石良好的離子交換能力有利于實現(xiàn)優(yōu)異的可設(shè)計性。
2）ZMT WF隔膜通過陽離子交換作用改變其表面電荷性質(zhì)，從而使NH4ZMT WF隔膜能夠捕集反應(yīng)中間產(chǎn)物(O2-)并形成離子對（NH4+-O2- CIP）和隨后快速的歧化還原，導(dǎo)致在隔板表面上快速形成Li2O2。
3）研究發(fā)現(xiàn)，溴化銨改性的ZMT WF（NH4ZMT WF）隔膜的功能化定制表面富含帶正電荷的NH4+，反應(yīng)中間產(chǎn)物O2-可以通過與NH4+形成接觸離子對（NH4+-O2- CIP）來捕獲，然后發(fā)生歧化反應(yīng)，在放電過程中轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品Li2O2。
4）NH4ZMT WF隔膜能夠結(jié)合捕獲和轉(zhuǎn)化步驟，這有利于將放電反應(yīng)區(qū)域延伸到隔膜。根據(jù)軟硬酸堿（HSAB）理論，ZMT WF表面改性陽離子的硬度可以影響放電產(chǎn)物的形成機(jī)理。例如，十六烷基三甲基溴化銨改性的ZMT WF (HMZMT WF)隔膜表面上的十六烷基三甲基銨離子(CTA+)可以通過形成穩(wěn)定的CTA+-O2-離子對，從而抑制O2的歧化，直到進(jìn)一步進(jìn)行離子交換并沉淀為固體LiO2。而且，游離O2-電解質(zhì)中的硫被NH4ZMT WF隔膜捕獲并固定，防止其侵蝕正極和電解質(zhì)，從而減少不希望的副產(chǎn)物的形成和積累。
5）得益于所有這些優(yōu)勢，Li-O2電池顯示出容量超過25000 mAh g-1和超過4000 h的長循環(huán)性能，從而顯示了這些表面功能化的定制沸石基隔膜在基于Li-O2電池的儲能系統(tǒng)中的廣闊應(yīng)用前景。
Zheng et al., In situ construction of glass-fiber-directed zeolite microtube woven separator for ultra-high-capacity lithium-oxygen batteries, Matter (2022)
DOI：10.1016/j.matt.2022.10.013
https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.10.013
5. Matter：來自機(jī)械堅固的多相液態(tài)金屬的生物自愈合策略
幾十年來，自修復(fù)材料一直處于一種眾所周知的兩難境地，即在高機(jī)械強(qiáng)度和自修復(fù)能力之間取得具有挑戰(zhàn)性的平衡。例如，高分子量聚合物或結(jié)晶無機(jī)物通常是高模量材料，但它們會失去自愈合能力，因為它們擴(kuò)散緩慢，無法將受損界面結(jié)合在一起。近日，受生物自修復(fù)策略的啟發(fā)，東南大學(xué)張久洋教授成功地在機(jī)械堅固的液態(tài)金屬中實現(xiàn)了自修復(fù)。
本文要點：
1）通過類似于液體滲出、營養(yǎng)運輸和固體結(jié)構(gòu)再生的生物ETR過程，受損的多相金屬材料可以完全恢復(fù)(愈合效率> 99%)。生物組織中多相金屬與細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的相似性為實現(xiàn)成功的生物自愈提供了堅實的基礎(chǔ)。
2）有趣的是，ETR策略基金屬(ETR-M)的機(jī)械性能和自愈合行為可以通過溫度和成分經(jīng)由金屬相圖精確控制，這是因為ETR-M具有獨特的液-固相變。
3）此外，ETR-M和聚氨酯成功組裝了具有骨-組織系統(tǒng)的假手，具有仿生結(jié)構(gòu)、有效自愈合和機(jī)械魯棒性的綜合優(yōu)勢，進(jìn)而突出了ETR-M在未來技術(shù)中的應(yīng)用前景。
Peng et al., Biological self-healing strategies from mechanically robust heterophasic liquid metals, Matter (2022)
DOI：10.1016/j.matt.2022.10.012
https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.10.012
6. EES：實現(xiàn)高壓醚基電解質(zhì)的溶劑分子重構(gòu)策略
與鋰金屬陽極（LMA）高兼容性和高耐電壓性的電解質(zhì)對于高能量密度鋰金屬電池（LMB）至關(guān)重要。雖然局部高濃度電解質(zhì)（LHCE）已有報道，但仍需要極高的鹽溶劑比（SSR；SSR≥1:2). 而在不犧牲電化學(xué)性能的情況下降低SSR是一個巨大的挑戰(zhàn)。今日，香港科技大學(xué)趙天壽院士、李一舉提出了一種創(chuàng)新的溶劑分子重建策略，以構(gòu)建具有低SSR（1:3.6）的基于1,3-二氧戊環(huán)（DOL）的“局域中濃度電解質(zhì)”。
本文要點：
1) 該電解質(zhì)具有優(yōu)異的Li兼容性（庫侖效率：~99.2%）和耐高壓性（~4.7 V）。可控聚合工藝用于清除不穩(wěn)定的游離DOL溶劑分子并重構(gòu)它們以形成具有本質(zhì)上更高抗氧化性的聚醚。更重要的是，自由DOL溶劑分子的清除和重建誘導(dǎo)產(chǎn)生更有利的富陰離子溶劑化構(gòu)型，可以有效地鈍化具有高含量無機(jī)氟化物以及彈性聚醚衍生物的陽極和陰極。
2) 裝配了基于DOL的“局部中濃度電解質(zhì)”的Li||NCM622全電池可以在4.6 V的高截止電壓下穩(wěn)定循環(huán)，并實現(xiàn)346.6 Wh kg-1的高能量密度。這項工作為較少鹽用量調(diào)節(jié)溶劑化結(jié)構(gòu)提供了有效的策略，并適用于高能量密度LMB電解質(zhì)系統(tǒng)。
Peng Xudong, et al. A Solvent Molecule Reconstruction Strategy Enabling a High-Voltage Ether-based Electrolyte. EES 2022
DOI: 10.1039/D2EE02344J
https://doi.org/10.1039/D2EE02344J
7. AM：酸觸發(fā)的可轉(zhuǎn)化多肽自組裝用于啟動腫瘤特異性生物礦化
生物礦化是一個正常的生理過程，其過程包括成核、晶體生長、相變和取向演化等。在腫瘤組織中人工誘導(dǎo)生物礦化已成為一種非傳統(tǒng)、但極具發(fā)展前景的有惡性腫瘤治療方式。然而，含有羧基的生物礦化引發(fā)劑的離子螯合能力較為有限，導(dǎo)致其阻斷作用不足，進(jìn)而影響了抗腫瘤療效。中科院長春應(yīng)化所陳學(xué)思院士和丁建勛研究員開發(fā)了一種生物礦化誘導(dǎo)納米顆粒(BINP)，其由十二胺-聚(γ-十二烷基-L-谷氨酸)-co-(L-組氨酸)-block-聚(L-谷氨酸- graft-阿侖膦酸鈉)組成，并結(jié)合了一個用于插入細(xì)胞膜的部分、一個對腫瘤微環(huán)境(TME)響應(yīng)的組件和一個離子螯合模塊，能夠用于骨肉瘤阻斷治療。
本文要點：
1）將BINP靜脈注射到骨肉瘤小鼠體內(nèi)后，其會對酸性TME產(chǎn)生反應(yīng)，使十二烷基暴露在膨脹的納米顆粒表面，以促進(jìn)其插入細(xì)胞膜。隨后，伸出的雙膦酸基團(tuán)會引發(fā)持續(xù)的離子沉積，進(jìn)而在腫瘤周圍建立礦化屏障，阻止腫瘤和周圍正常組織之間的物質(zhì)交換。
2）與對照組相比，BINP介導(dǎo)的阻斷治療能夠分別在皮下和原位骨肉瘤模型中實現(xiàn)59.3%和52.1%的腫瘤抑制率。此外，阿侖膦酸鈉對破骨細(xì)胞的抑制也可以緩解骨溶解，進(jìn)而抑制肺轉(zhuǎn)移。綜上所述，BINP啟動的選擇性生物礦化能夠為臨床骨肉瘤治療提供了一種新的選擇。
Yang Liu. et al. Acidity-Triggered Transformable Polypeptide Self Assembly to Initiate Tumor-Specific Biomineralization. Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202203291
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203291
8. ACS Nano：納米羥基磷灰石能夠刺激PD-L1表達(dá)以增強(qiáng)對黑色素瘤的聯(lián)合免疫治療
盡管檢查點抑制劑免疫療法已經(jīng)取得了一系列重大的進(jìn)展，但如何在治療過程中提高免疫反應(yīng)一直是一個亟待解決的臨床問題。在mRNA芯片技術(shù)的幫助下，四川大學(xué)孫勇研究員和樊渝江教授發(fā)現(xiàn)短棒狀納米羥基磷灰石(nHA)能夠促進(jìn)CD274和PD-L1相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄的上調(diào)，并在體外B16、B16F10和4T1等細(xì)胞中實現(xiàn)PD-L1的表達(dá)水平顯著提高。
本文要點：
1）基于此，研究者設(shè)計了一種嵌入nHA和PD-1/PD-L1抑制劑的可注射原位反應(yīng)水凝膠庫，并將其用于瘤周給藥以實現(xiàn)聯(lián)合免疫治療。
2）實驗結(jié)果表明，該組合策略能夠有效抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，恢復(fù)異常的乳酸脫氫酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶指標(biāo)，顯著延長荷瘤小鼠的生存時間。研究發(fā)現(xiàn)，該治療效果主要來自于nHA誘導(dǎo)的腫瘤部位T細(xì)胞浸潤增強(qiáng)和脾臟CD8+ T細(xì)胞極化，由此表明nHA能夠作為一種免疫調(diào)節(jié)劑以用于黑色素瘤免疫治療。
Yuedi Yang. et al. Nanohydroxyapatite Stimulates PD-L1 Expression to Boost Melanoma Combination Immunotherapy. ACS Nano. 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c07818
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07818
9. ACS Nano：機(jī)械活性納米復(fù)合水凝膠用于加速可動部位的創(chuàng)面修復(fù)
如何在潮濕的環(huán)境和頻繁的運動等條件下促進(jìn)動態(tài)全層皮膚傷口的愈合是一個非常復(fù)雜的問題。近年來，多功能水凝膠在傷口修復(fù)方面表現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的水凝膠往往只能保持傷口濕潤和不受細(xì)菌感染，并不能主動驅(qū)促進(jìn)動態(tài)傷口的閉合。受胚胎創(chuàng)面主動閉合的啟發(fā)，上海交通大學(xué)楊秩醫(yī)師和陳玉潔研究員構(gòu)建了一種兼具良好柔韌性、自愈合性、濕組織粘附和抗菌等功能的雙面熱響應(yīng)機(jī)械活性(DTM)水凝膠。
本文要點：
1）該水凝膠對生物組織的強(qiáng)附著力是由于其能夠通過不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)而形成多個氫鍵簇所導(dǎo)致的。溫度觸發(fā)的收縮力會迅速傳遞到動態(tài)傷口邊緣，抵抗外部機(jī)械力，驅(qū)動傷口閉合，并可有效避免對周圍健康組織的損傷，降低縫合器材造成的疤痕、感染和炎癥風(fēng)險。
2）體內(nèi)實驗結(jié)果表明，該水凝膠繃帶能夠增強(qiáng)膠原沉積和血管生成，加速傷口上皮再生，積極促進(jìn)全層皮膚缺損模型的傷口修復(fù)。綜上所述，該研究開發(fā)的機(jī)械活性水凝膠能夠為關(guān)節(jié)傷口管理提供一種簡便的策略，并具有實現(xiàn)組織重建的強(qiáng)大潛力。
Chao Cai. et al. Mechanoactive Nanocomposite Hydrogel to Accelerate Wound Repair in Movable Parts. ACS Nano. 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c07483
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07483
10. ACS Nano：受彎月面攀爬系統(tǒng)啟發(fā)的3D打印全軟機(jī)器人，在液體-空氣界面具有高度靈活的三維運動
在液-氣界面上的軟機(jī)器人運動對于智能社會變得越來越重要。然而，現(xiàn)有的軟機(jī)器人運動僅限于二維。由于不平衡的機(jī)械環(huán)境，在液-氣兩相界面實現(xiàn)三維運動(X、Y和Z軸)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。近日，東華大學(xué)游正偉教授受爬甲蟲幼蟲Pyrrhalta的啟發(fā)，提出了一種三相(液體-固體-空氣)接觸線的機(jī)制來解決上述挑戰(zhàn)。
本文要點：
1）基于光響應(yīng)液晶彈性體/碳納米管復(fù)合材料的相應(yīng)3D打印全軟機(jī)器人（命名為larvobot）賦予了可重復(fù)的可編程變形和高度自由移動。
2）研究人員發(fā)展了在液-氣界面上的三維運動，包括扭轉(zhuǎn)和卷起。此外，通過對水下機(jī)器人固體表面的力學(xué)分析，建立了水下機(jī)器人的運動方程。同時，利用ANSYS計算應(yīng)力分布，與推測相符。此外，軟機(jī)器人在精確的時空控制下由光遠(yuǎn)程驅(qū)動，這為應(yīng)用提供了很大的優(yōu)勢。
3）作為一個例子，研究人員展示了軟機(jī)器人在封閉管道內(nèi)的可控運動，這可以用于藥物輸送和智能運輸。
Yang Wang, et al, Meniscus-Climbing System Inspired 3D Printed Fully Soft Robotics with Highly Flexible Three-Dimensional Locomotion at the Liquid?Air Interface, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c09066
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09066
11. ACS Nano：蜂窩狀石墨烯的高溫阻燃和自熄性
保護(hù)材料免受火災(zāi)的能力對于許多工業(yè)應(yīng)用和生命安全系統(tǒng)至關(guān)重要。雖然各種化學(xué)處理和保護(hù)涂層已被證明是有效的阻燃劑，但它們只能提供暫時的預(yù)防，因為它們不會改變給定材料的固有可燃性。近日，捷克科學(xué)院物理研究所Ji?í? ervenka證明了微觀結(jié)構(gòu)的簡單變化可以大大提高原子級薄材料的耐火性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其氧化穩(wěn)定溫度。
本文要點：
1）研究表明，排列在三維(3D)蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)中的獨立石墨烯層表現(xiàn)出與放置在基底上的石墨烯層完全不同的可燃性和燃燒速率。共價交聯(lián)的蜂窩狀石墨烯氣凝膠可以在高達(dá)1500℃的空氣中抵抗火焰一分鐘，而不會降低其結(jié)構(gòu)或性能。相比之下，襯底上的石墨烯在550 ℃以上立即點燃，并在幾秒鐘內(nèi)燒毀。
2）拉曼光譜、X射線光電子能譜和熱重研究表明，多孔石墨烯優(yōu)異的阻燃和自熄性能源于其防止羰基缺陷形成和在孔隙中捕獲不可燃二氧化碳?xì)怏w的能力。因此，研究發(fā)現(xiàn)為理解石墨烯在3D結(jié)構(gòu)/組件中的阻燃機(jī)制提供了重要信息，可用于增強(qiáng)碳基材料的阻燃性，防止火災(zāi)，并限制火災(zāi)損失。
Martin ?ilhavík, et al, High-Temperature Fire Resistance and Self-Extinguishing Behavior of Cellular Graphene, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c09076
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09076
