1. Sci. Adv.：跨碳納米帶的高效電荷傳輸
碳納米帶（CNBs）是一種新型的納米碳，由于其獨特的帶狀π-共軛體系，在光電子領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。最近，合成的突破可以獲得各種CNB，但它們的光電性質(zhì)尚未被探索。近日，中國科學(xué)院大學(xué)臧亞萍、陳傳峰研究了跨碳納米帶的高效電荷傳輸。1) 作者通過使用掃描隧道顯微鏡斷裂結(jié)技術(shù)將一系列CNB結(jié)合到分子器件中來研究其電子傳輸性能。通過調(diào)整CNB中相鄰苯之間的橋接基團，作者可以實現(xiàn)接近0.1G0的超高電導(dǎo)，比它們的納米環(huán)對應(yīng)物環(huán)對苯撐高近一個數(shù)量級。2) 基于密度泛函理論計算進一步闡明了結(jié)構(gòu)畸變在促進獨特的徑向π-電子離域和穿過帶狀碳骨架的電荷傳輸中所起的關(guān)鍵作用。這些結(jié)果促進了對CNB電子輸運性質(zhì)的基本理解，并為進一步探索基于CNB的光電子應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
Lin Junfeng, et al. Highly efficient charge transport across carbon nanobelts. Sci. Adv. 2022DOI: 10.1126/sciadv.ade4692https://doi.org/10.1126/sciadv.ade4692
2. Nature Commun.：通過控制表面潤濕性實現(xiàn)晶體金屬增強納米尺度蠕變流動的觀察
了解和控制界面摩擦是許多科學(xué)和工程應(yīng)用的核心。然而，摩擦滑動與接觸固體的粘著、表面粗糙度、表面化學(xué)、機械變形等因素密切相關(guān)，這給摩擦的實驗研究和理論模擬帶來了很大的挑戰(zhàn)。近日，武漢大學(xué)Ze Liu通過利用最近發(fā)展的熱機械納米成型技術(shù)，提出了一種簡單的策略，通過監(jiān)測金屬在納米通道中的納米級蠕變流動，來分離表面化學(xué)、塑性變形和界面摩擦之間的相互作用。1）研究發(fā)現(xiàn)，超疏水納米通道的蠕變流動速率可以達到數(shù)量級，超過親水納米通道。壓力和溫度對納米成型效率影響的對比實驗研究表明，蠕變速率的提高源于擴散變形機制和超疏水表面誘導(dǎo)的邊界滑移。2）此外，研究結(jié)果還表明，存在一個與溫度有關(guān)的臨界壓力，低于這個臨界壓力，傳統(tǒng)的減摩潤滑方法將失效。因此，這些發(fā)現(xiàn)不僅為理解機械變形和納米摩擦學(xué)提供了洞察力，而且為研究摩擦運動的基本過程提供了一種通用而實用的技術(shù)。3）最后，研究人員預(yù)計，提高的成型效率將促進納米壓印/納米模塑的應(yīng)用。
Xiang, JX., Liu, Z. Observation of enhanced nanoscale creep flow of crystalline metals enabled by controlling surface wettability. Nat Commun 13, 7943 (2022).DOI：10.1038/s41467-022-35703-6https://doi.org/10.1038/s41467-022-35703-6
3. Nature Commun.：活性氫促進硝酸鹽電化學(xué)還原為氨
電化學(xué)硝酸鹽還原為氨是傳統(tǒng)Haber-Bosch工藝的一種有前途的替代策略，但由于涉及多個電子/質(zhì)子的步驟緩慢，其法拉第效率低且氨產(chǎn)量有限。北京化工大學(xué)邵明飛等報道了一種典型的組裝在自支撐碳納米片陣列上的中空磷化鈷納米球電催化劑。1）該催化劑采用限制策略合成，通過硝酸鹽還原反應(yīng)表現(xiàn)出8.47 mmol?h?1 cm?2的極高氨產(chǎn)率，這遠遠優(yōu)于作者所知的先前報道的值。原位實驗和理論研究表明，磷化鈷上活性氫的產(chǎn)生和它被氮中間體及時消耗之間的動態(tài)平衡導(dǎo)致具有高法拉第效率的高氨產(chǎn)率。2）這種基于活性氫平衡的獨特見解為通過電化學(xué)技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)氨提供了新的機會，并可進一步用于二氧化碳捕獲。
Fan, K., Xie, W., Li, J. et al. Active hydrogen boosts electrochemical nitrate reduction to ammonia. Nat Commun 13, 7958 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-35664-whttps://doi.org/10.1038/s41467-022-35664-w
4. Nature Commun.：微孔有機納米管輔助設(shè)計高性能納濾膜
微孔有機納米管(MONs)因其高微孔性、可定制的化學(xué)功能和良好的聚合物親和力而在設(shè)計分子篩膜方面具有相當(dāng)大的前景。耶魯大學(xué)Menachem Elimelech、鄭州大學(xué)Yatao Zhang和Junyong Zhu等報道了利用共價有機骨架衍生的MONs通過界面聚合(IP)來設(shè)計15納米厚的微孔膜。1）在IP反應(yīng)之前在膜上引入高度多孔和互穿的MON層導(dǎo)致形成具有圖靈結(jié)構(gòu)、增強的微孔性和減小的厚度的聚酰胺膜。MON改性膜在堿性條件下(pH=10)獲得了41.7 L?m?2 h?1 bar?1的顯著透水率和高硼截留率(78.0%)和磷截留率(96.8%)，超過了已報道的納濾膜。分子模擬顯示，引入MON不僅減少了胺分子向有機相邊界的擴散，而且增加了膜孔隙率和膜孔周圍水分子的密度。2）這種單調(diào)節(jié)的IP策略為制造用于精密納濾的高滲透膜提供了指導(dǎo)。
Han, S., Zhu, J., Uliana, A.A. et al. Microporous organic nanotube assisted design of high performance nanofiltration membranes. Nat Commun 13, 7954 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-35681-9https://doi.org/10.1038/s41467-022-35681-9
5. Nature Commun.：用于堿性水電解的膜電極組件中催化劑層的定向共生
膜電極組件的應(yīng)用被認(rèn)為是提高常規(guī)堿性水電解能量效率的有前途的方法。然而，以前的研究主要集中在改善膜導(dǎo)電性和電催化劑活性。清華大學(xué)王保國等報告了通過重新設(shè)計獲得的一體化膜電極組件。1）多孔膜的引入易于使用溶劑熱方法實現(xiàn)有序催化劑層的定向共生，從而形成用于堿性水電解的一體化MEA。這種一體化MEA的特點是具有大表面積的有序催化劑層、低彎曲度的孔結(jié)構(gòu)、集成的催化劑層/膜界面和有序的OH-轉(zhuǎn)移通道。由于這種設(shè)計，在1.57 V電壓下，在30 wt% KOH中可獲得1000mA cm-2的高電流密度，從而實現(xiàn)94%的能效。2）這項工作突出了一體化膜電極組件在設(shè)計下一代高性能堿性水電解中的前景。
Wan, L., Pang, M., Le, J. et al. Oriented intergrowth of the catalyst layer in membrane electrode assembly for alkaline water electrolysis. Nat Commun 13, 7956 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-35603-9https://doi.org/10.1038/s41467-022-35603-9
6. EES：通過配體限制的有限鈣鈦礦分級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效的倒置鈣鈦礦太陽能電池
作為下一代光伏技術(shù)，多維鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池（PSC）極具應(yīng)用前景。在此，浙江大學(xué)李昌治開發(fā)了一種通過界面配體限制構(gòu)建有限2D/3D分級鈣鈦礦結(jié)構(gòu)獨特的方法，可以獲得高效和穩(wěn)定的倒置PSC。1) 作者發(fā)現(xiàn)在3D鈣鈦礦層頂部引入二胺掩蔽試劑可以通過氫鍵調(diào)節(jié)陽離子交換，從而產(chǎn)生有限且致密的2D層，這不僅有利于完成頂部接觸鈍化，而且有利于增強接觸處的電子選擇性。2) 具有有限2D/3D鈣鈦礦層的倒置PSC和模塊分別實現(xiàn)了24.7%和21.6%的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE），這是迄今為止報道的倒置微型模塊最好性能之一。此外，作者發(fā)現(xiàn)封裝的PSC在經(jīng)過1000小時照射后扔可保留其原始PCE的90%以上。總之，該工作為進一步推進鈣鈦礦光伏提供了一種有效的途徑。
Huang Yanchun, et al. Finite perovskite hierarchical structures via ligand confinement leading to efficient inverted perovskite solar cells. EES 2022https://doi.org/10.1039/D2EE03355K
7. Angew：端粒酶輔助的策略用于實現(xiàn)DNA納米機器在活細胞中的再生
DNA納米機器能夠被設(shè)計成多種個性化設(shè)備以用于生物標(biāo)志物的診斷成像。然而，如何實現(xiàn)DNA納米機器在活細胞中的再生仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。有鑒于此，南京大學(xué)朱俊杰教授、張劍榮教授和閔乾昊教授設(shè)計了一種巧妙的DNA納米機器，其可以在活細胞中實現(xiàn)端粒酶(TE)激活的再生。1）在對無嘌呤/吡嘧啶核酸內(nèi)切酶1 (APE1)響應(yīng)的納米機器啟動后，該納米機器的步行器會沿著TE再生的軌道移動，產(chǎn)生多重放大信號以用于對APE1進行原位成像。2）此外，由于納米機器的再生而增強的信號也可以被用于揭示TE在不同細胞系中的差異表達。綜上所述，這項研究首次對利用生物標(biāo)記物來輔助實現(xiàn)活細胞中納米機器再生進行了概念驗證，從而為開發(fā)更適用、更高效的DNA納米機器提供了一種新的范式。
Qianying Zhang. et al. A Telomerase-Assisted Strategy for Regeneration of DNA Nanomachines in Living Cells. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202213884https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213884
8. Angew：利用晶態(tài)和非晶態(tài)金屬-有機配合物用于光致突顯效應(yīng)和正負(fù)光致變色的轉(zhuǎn)換
揭示分子固體中晶態(tài)和非晶態(tài)之間的差異，不僅有助于理解分子固體的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系，而且有助于基于同一化合物的多功能材料的發(fā)展。近日，北京師范大學(xué)Dongpeng Yan首次表明，通過利用晶態(tài)和非晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，可以在同一化合物中同時實現(xiàn)光誘導(dǎo)著色和脫色（負(fù)和正光致變色）。1）這種雙向光致變色是基于雙配體金屬有機絡(luò)合物中光驅(qū)動的[4+4]環(huán)加成反應(yīng)和光生自由基的不同光化學(xué)途徑。特別是，具有強π-π相互作用的蒽基復(fù)雜晶體1表現(xiàn)出負(fù)的光致變色過程和有趣的光猝發(fā)行為，并伴隨著從光到機械運動的能量轉(zhuǎn)換。然而，由于沒有面對面的分子堆積，其晶型2沒有這樣的影響。2）這表明，堆積模式和分子間相互作用的調(diào)節(jié)可以開啟/關(guān)閉分子晶體的光驅(qū)動運動。此外，晶型1和晶型2表現(xiàn)出不同的機械變色發(fā)光，可以作為一種可視化工具來監(jiān)測晶態(tài)和非晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，作為典型的X射線衍射法的替代。3）借助1中的多模式顏色和發(fā)光差異，研究人員進一步展示了在信息加密、防偽和光學(xué)打印方面的應(yīng)用演示。因此，這項工作不僅為基于同一化合物的雙通道光致變色和機械變色發(fā)光的設(shè)計提供了有效的指導(dǎo)，而且也為光驅(qū)動反應(yīng)路線、光致變色和宏觀運動之間的關(guān)系提供了新的見解。可以預(yù)期，這些設(shè)計原理可以進一步推廣到類似的金屬-有機體系，以深入了解晶態(tài)和非晶態(tài)之間的不同性質(zhì)。Yu-Juan Ma, et al, Leveraging Crystalline and Amorphous Metal–Organic Complex for Transformation of Photosalient Effect and Positive–Negative Photochromism, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202217054DOI: 10.1002/anie.202217054https://doi.org/10.1002/anie.202217054
9. Angew：不易燃的電解質(zhì)使高電壓和寬溫鋰離子電池能夠快速充電
電解質(zhì)設(shè)計對于提高鋰離子電池(LIBs)的性能變得越來越重要。然而，傳統(tǒng)電解質(zhì)的易燃性問題和高反應(yīng)性仍然是一個主要問題，尤其是當(dāng)LIBs在高電壓和極端溫度下運行時。中科院長春應(yīng)化所明軍研究員等設(shè)計了一種新型的不易燃氟化酯電解質(zhì)。1）該電解質(zhì)能夠在寬溫度變化(例如-50°C ~ 60°C)下實現(xiàn)高循環(huán)穩(wěn)定性，并在高電壓(大于4.3 V vs. Li/Li+)下為石墨|| LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811)電池提供卓越的功率容量(快速充電倍率高達5.0 C)。此外，這項工作在分子水平上揭示了Li+、溶劑和陰離子之間的動態(tài)演化和相互作用。2）通過闡明Li+溶劑化結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能之間的基本關(guān)系，可以促進在惡劣條件下工作的高安全性和高能量密度電池的發(fā)展。Zou, Y., et al, Non-Flammable Electrolyte Enables High-Voltage and Wide-Temperature Lithium-Ion Batteries with Fast Charging. Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript.DOI: 10.1002/anie.202216189https://doi.org/10.1002/anie.202216189
10. Angew：可激活的NIR-II熒光探針用于淀粉樣蛋白β斑塊的體內(nèi)成像
近紅外二區(qū)(NIR-II)熒光成像可實現(xiàn)淀粉樣蛋白β (Aβ)病理的體內(nèi)可視化，進而有望促進對阿爾茨海默病(AD)的表征和深入理解。蘇州大學(xué)苗慶慶教授、李慶研究員和南洋理工大學(xué)浦侃裔教授構(gòu)建了具有供體-π-受體(D-π-A)結(jié)構(gòu)的NIR-II熒光探針，以用于對AD模型小鼠中的Aβ斑塊進行特異性檢測。1）在所有設(shè)計的探針中，DMP2對Aβ原纖維表現(xiàn)出了最高的親和力，并能在與Aβ原纖維結(jié)合后通過抑制扭曲分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(TICT)效應(yīng)以特異性激活其NIR-II熒光。2）此外，DMP2也具有合適的親脂性，能夠穿透血腦屏障(BBB)，進而通過NIR-II熒光的深層穿透性實現(xiàn)對AD模型小鼠體內(nèi)Aβ斑塊的特異性檢測。綜上所述，該研究能夠為實現(xiàn)Aβ斑塊的無創(chuàng)成像和深度研究AD進展提供一個新的策略。
Jia Miao. et al. Activatable NIR-II Fluorescent Reporter for in Vivo Imaging of Amyloid-β Plaques. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202216351https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202216351
11. AM：小分子有機單晶的高效固有線性偏振電致發(fā)光
具有內(nèi)在面內(nèi)各向異性性質(zhì)的小分子有機單晶(SCs)能夠直接發(fā)射線性偏振光，而不需要空間分離的偏振器和復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)。然而，由于缺乏合適的SC發(fā)射體以及構(gòu)建高效SC電致發(fā)光(EL)器件的困難，器件性能受到嚴(yán)重限制，導(dǎo)致通常小于1.5%的低外量子效率(EQE)。蘇州大學(xué)Xiaohong Zhang、Xiujuan Zhang和中科院化學(xué)所Huanli Dong等通過利用2，6-二苯基蒽(DPA) SCs作為固有偏振發(fā)射體，展示了高效的固有線性偏振發(fā)光二極管(LP-LED)。1）LP-LED表現(xiàn)出3.38%的2.5倍增強的最大EQE，這接近DPA基于SC的EL器件的理論極限，并且是迄今報道的基于SC的有機發(fā)光二極管中最高的。更重要的是，對于DPA SC基LP-LED的固有偏振EL發(fā)射，實現(xiàn)了高達0.74的高偏振度(DOP)。通過利用高效的LP-LED，作者首次展示了一個由有機SC組成的片間偏振光通信系統(tǒng)。2）這項工作為開發(fā)用于LP-LED的大規(guī)模新的小分子有機SCs庫奠定了堅實的基礎(chǔ)，并對偏振光學(xué)和相關(guān)的光電器件具有廣泛的意義。
Jia, R., et al, Highly Efficient Inherent Linearly Polarized Electroluminescence From Small-Molecule Organic Single Crystals. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2208789.DOI: 10.1002/adma.202208789https://doi.org/10.1002/adma.202208789
12. AM: 人工智能與先進材料
人工智能變得越來越強大，其可以促進材料科學(xué)的發(fā)展，而新材料、系統(tǒng)和過程可以通過機器學(xué)習(xí)技術(shù)進行設(shè)計和優(yōu)化。并且未來的材料科學(xué)家將從理解機器學(xué)習(xí)如何促進先進材料的概念中獲益。近日，馬德里材料科學(xué)研究所Cefe López綜述研究了人工智能與先進材料。1) 該綜述涵蓋了計算的各個方面，從基本原理到計算所采取的方向和產(chǎn)生的影響，以說明人工智能的起源、程序和應(yīng)用。并回顧了機器學(xué)習(xí)及其方法，以及提供關(guān)于其實現(xiàn)及其潛力的基本知識。2) 這些技術(shù)深深地影響著先進材料的產(chǎn)生，以至于發(fā)展處一種新的范式，在這種范式中，人們正在挖掘隱含的知識來構(gòu)思用于特定功能的材料和系統(tǒng)，而不是尋找已發(fā)現(xiàn)材料的應(yīng)用。而這一趨勢能的發(fā)展前景還尚不明確，比如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱藏的物質(zhì)或物理定律。
Cefe López, Artificial Intelligence and Advanced Materials Adv. Mateer. 2022DOI: 10.1002/adma.202208683https://doi.org/10.1002/adma.202208683
