1. Science Advances: 通過增強(qiáng)傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)高效析氫反應(yīng)的超親氧/超疏水協(xié)同電極
析氫反應(yīng)（HER）作為一種生產(chǎn)綠色氫氣的有效方法，其傳質(zhì)效率低，即氣泡在電極上的粘附、氣泡在電極附近的分散以及溶解的H2擴(kuò)散差，嚴(yán)重阻礙了析氫反應(yīng)的進(jìn)行，從而導(dǎo)致電催化面積受阻和H2濃度過電勢(shì)大。近日，北京航空航天大學(xué)于存明、中國科學(xué)院江雷院士通過增強(qiáng)傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)高效析氫反應(yīng)的超親氧/超疏水協(xié)同電極1) 作者報(bào)道了一種超親氧/超疏氧（SAL/SAB）協(xié)同電極，其通過不對(duì)稱拉普拉斯壓力有效促進(jìn)氣泡轉(zhuǎn)移，并通過減少擴(kuò)散距離來加速溶解的H2擴(kuò)散。得益于增強(qiáng)的傳質(zhì)，SAL/SAB協(xié)同電極在?10 mA cm?2時(shí)的過電位僅為?19 mV，而扁平Pt電極上的過電位為?61 mV。2) 通過優(yōu)化H2SO4濃度，SAL/SAB協(xié)同電極可以在?500 mV的過電壓下實(shí)現(xiàn)超高電流密度（?1867 mA cm?2）。作者設(shè)計(jì)的SAL/SAB協(xié)同策略是提高HER效率和促進(jìn)對(duì)各種氣體相關(guān)過程理解的有效方法。
Zhang Chunhui, et al. Superaerophilic/superaerophobic cooperative electrode for efficient hydrogen evolution reaction via enhanced mass transfer. Sci. Adv. 2023DOI: 10.1126/sciadv.add6978https://doi.org/10.1126/sciadv.add6978
2. Nature Commun.：2D碳化鈦印刷柔性超寬帶單極天線用于無線通信
柔性碳化鈦(Ti3C2)天線為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用的普及提供了信息通信滲透方面的突破。由于介質(zhì)基板和無添加劑的Ti3C2油墨的共形集成有限，目前的配置僅限于多層復(fù)雜設(shè)計(jì)。近日，南京郵電大學(xué)黃維院士，Qiang Zhao，Leilei Liu報(bào)道了采用高分辨率擠壓印刷技術(shù)制作的超寬帶橢圓Ti3C2單極子天線。1）工作頻段1.7-4.0 GHz的帶寬覆蓋了WLAN、藍(lán)牙和5G(N41、N78)頻段，與傳統(tǒng)的銅天線相當(dāng)，優(yōu)于此前報(bào)道的Ti3C2天線。分子膠改性策略實(shí)現(xiàn)了Ti3C2天線中Ti3C2層與F4B介質(zhì)襯底的緊密共形集成，克服了傳統(tǒng)銅天線的無彈性缺陷。2）Ti3C2天線的S11參數(shù)和增益在1.5、2.8和4.3 cm的彎曲半徑下經(jīng)過1000次彎曲循環(huán)后仍保持良好。出色的循環(huán)彎曲穩(wěn)定性保證了電影預(yù)告片在彎曲狀態(tài)下的流暢實(shí)時(shí)無線傳輸，這也是最近報(bào)道的作品中第一個(gè)Ti3C2天線的演示實(shí)例。這項(xiàng)工作在開發(fā)具有出色靈活性和超寬帶的商用天線方面取得了重大的微電子印刷技術(shù)進(jìn)步，以便在快速增長的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中進(jìn)行高效的無線數(shù)據(jù)通信和傳輸。
Zhao, W., Ni, H., Ding, C. et al. 2D Titanium carbide printed flexible ultrawideband monopole antenna for wireless communications. Nat Commun 14, 278 (2023).DOI：10.1038/s41467-022-35371-6https://doi.org/10.1038/s41467-022-35371-6
3. Nature Commun.：孤立的Fe-Co異核雙原子中心作為高效的雙功能催化劑助力高性能Li-S電池
多硫化物緩慢的氧化還原動(dòng)力學(xué)和Li2S在充放電過程中難以分解是鋰-硫（Li-S）電池實(shí)用化的兩大障礙。近日，哈工大張乃慶教授，Yu Zhang通過兩步溶劑浸漬法精確合成了鐵鈷雙中心錨定在空心碳球上的雙原子催化劑，并將其用作鋰-硫電池的硫主體材料。1）研究人員通過像差校正的高角度環(huán)形暗場(chǎng)STEM (HAADF-STEM)清晰地觀察到孤立的Fe-Co對(duì)，并且通過同步輻射X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜(XAFS)也證實(shí)了(Fe-Co-N6) 結(jié)構(gòu)，這表明成功合成了Fe-Co DAC，并且繼承了SACs的活性中心完全暴露和原子利用率最大化的優(yōu)點(diǎn)。2）結(jié)果表明，雙原子催化劑在充放電過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的雙功能催化效果。另外，密度泛函理論計(jì)算表明，F(xiàn)e-Co原子鍵的形成導(dǎo)致了兩個(gè)原子間電荷的重新分配，促進(jìn)了LiPSs的吸附，顯著增強(qiáng)了吸附能力，提高了催化效果。3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，DAC正極具有1001 mAh g-1的高放電比容量和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在1 C下1000次循環(huán)時(shí)，每次循環(huán)的衰減率僅為0.018%。
Sun, X., Qiu, Y., Jiang, B. et al. Isolated Fe-Co heteronuclear diatomic sites as efficient bifunctional catalysts for high-performance lithium-sulfur batteries. Nat Commun 14, 291 (2023).DOI：10.1038/s41467-022-35736-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-022-35736-x
4. Nature Commun.：在結(jié)核腦膜炎動(dòng)物模型和人體進(jìn)行18F-普瑞瑪尼動(dòng)態(tài)PET成像
普瑞瑪尼（Pretomanid）是一種硝基咪唑類抗菌藥物，其對(duì)耐藥的結(jié)核分枝桿菌具有抑制活性，并已被批準(zhǔn)與貝達(dá)喹啉和利奈唑胺(BPaL)相聯(lián)合以用于治療耐多藥的肺結(jié)核(TB)。然而，這些抗生素進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的機(jī)制以及BPaL方案治療結(jié)核性腦膜炎的療效目前尚不明確。此外，由耐多藥菌株導(dǎo)致的結(jié)核病腦膜炎仍缺乏有效的治療方法，導(dǎo)致其死亡率居高不下。有鑒于此，約翰霍普金斯大學(xué)Sanjay K. Jain開發(fā)了合成18F-普瑞瑪尼(化學(xué)性質(zhì)與抗生素相同)的新方法，并進(jìn)行了跨物種正電子發(fā)射斷層掃描(PET)成像，以無創(chuàng)測(cè)量普瑞瑪尼的濃度-時(shí)間分布。1）結(jié)核性腦膜炎小鼠和兔模型的動(dòng)態(tài)PET結(jié)果顯示，普瑞瑪尼具有良好的CNS滲透性，但其中腦脊液(CSF)水平與其在腦實(shí)質(zhì)中的水平并不相關(guān)。BPaL方案在結(jié)核性腦膜炎小鼠模型中的殺菌活性大大低于標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)核方案，這可能是由于貝達(dá)喹啉和利奈唑胺在進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)時(shí)會(huì)受到限制所導(dǎo)致的。2）基于6名健康志愿者的首次人體動(dòng)態(tài)18F-普瑞瑪尼 PET結(jié)果同樣證明了普瑞瑪尼具有良好的CNS滲透性，并且其在腦實(shí)質(zhì)中的水平明顯高于CSF。綜上所述，這些研究工作對(duì)于開發(fā)治療結(jié)核性腦膜炎的新型抗生素療法而言具有重要的意義。
Filipa Mota. et al. Dynamic 18F-Pretomanid PET imaging in animal models of TB meningitis and human studies. Nature Communications. 2022https://www.nature.com/articles/s41467-022-35730-3
5. Angew：超彈性有機(jī)單晶中4,4-聯(lián)吡啶旋轉(zhuǎn)引起的線性二色性的應(yīng)力誘導(dǎo)反轉(zhuǎn)
具有不尋常的機(jī)械性能的分子晶體引起了越來越多的關(guān)注。近日，北京理工大學(xué)Zi-Shuo Yao等報(bào)道了一種顯示出響應(yīng)剪切應(yīng)力的雙向超彈性轉(zhuǎn)變的有機(jī)單晶。1）單晶X射線衍射表征表明，這種與雙晶相關(guān)的形狀變化是由于4,4'-聯(lián)吡啶在手性有機(jī)三聚體的氫鍵周圍受應(yīng)力控制的90°旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的。2）實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到了晶體a-、b-軸（a→b'和b→a'）的相互轉(zhuǎn)換，這是由于芳香族平面發(fā)生90°偏移。3）分子旋轉(zhuǎn)改變了線性偏振光的各向異性吸收，基于此，作者首次證明了線性二色光譜的應(yīng)力誘導(dǎo)反轉(zhuǎn)。該工作揭示了單晶卓越的機(jī)械柔韌性可以通過利用分子旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，這種超彈性晶體有望在光開關(guān)和通信中得到應(yīng)用。
Yu-Xia Li, et al. Stress-Induced Inversion of Linear Dichroism by 4,4'-Bipyridine Rotation in a Superelastic Organic Single Crystal. Angew. Chem. Int. Ed., 2022DOI: 10.1002/anie.202217977https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202217977
6. Angew：氨基取代石墨炔負(fù)載的金單原子催化劑的第二球效應(yīng)促進(jìn)甲酸脫氫
調(diào)節(jié)均相分子催化劑的第二球是提高其催化活性的一種常見而有效的方法，而對(duì)于多相單原子催化劑的第二球效應(yīng)很少被研究，這主要是由于在其第二球上安裝官能團(tuán)的合成挑戰(zhàn)所致。近日，南方科技大學(xué)Lele Duan提出了一種固定在氨基GDY上的Au單原子（Au/GDY-NH2），并實(shí)現(xiàn)了Au SAC第二球的簡單構(gòu)造。1）第二球上精確定位的氨基提高了Au單原子對(duì)FA脫氫的催化活性。Au/GDY-NH2和Au/GDY的比較研究表明，Au/GDY-NH2的FA脫氫活性明顯優(yōu)于Au/GDY。借助于第二球上的氨基，Au/GDY-NH2在323 K的溫和溫度下表現(xiàn)出良好的壽命（>120d和周轉(zhuǎn)數(shù)（TON）>2.0x106），最大周轉(zhuǎn)頻率（TOFmax）為3.0x103·h-1。2）理論計(jì)算表明，氨基與Au氫化物反應(yīng)中間體之間形成的氫鍵網(wǎng)絡(luò)是催化劑加速活性的原因。質(zhì)子清單研究證實(shí)了-NH2基團(tuán)作為質(zhì)子中繼器在將質(zhì)子輸送到Au/GDY-NH2的Au位置上的重要作用。3）所構(gòu)建的有序二次球的策略也可以應(yīng)用于其他多相催化劑的各種反應(yīng)。
Hong Liu, et al, Second Sphere Effects Promote Formic Acid Dehydrogenation by a Single-Atom Gold Catalyst Supported on Amino-Substituted Graphdiyne, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202216739DOI: 10.1002/anie.202216739https://doi.org/10.1002/anie.202216739
7. Angew：氫鍵增強(qiáng)無金屬鈣鈦礦可降解X射線探測(cè)器的穩(wěn)定性、柔性和靈敏度
無金屬鈣鈦礦(MFP)具有柔韌性和可降解性，已被用于柔性X射線探測(cè)。目前，找出結(jié)構(gòu)與器件性能之間的關(guān)鍵因素是指導(dǎo)MFP設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。近日，蘭州大學(xué)Zhiwen Jin成功地將大量甲基官能團(tuán)引入到哌嗪(PAZE2+)=哌嗪，C_4N_2H_(122+))?中，設(shè)計(jì)合成了穩(wěn)定性較好的MPAZE-NH4I3?H2O（MPAZ2+=甲基哌嗪，C5N2H142+）。1）通過理論模擬，優(yōu)化了MPAZE-NH4I3?H2O的容差因子、氫鍵強(qiáng)度和電荷輸運(yùn)，得到了更穩(wěn)定的晶體。同時(shí)結(jié)合光譜分析，進(jìn)一步闡述了氫鍵對(duì)MFP的能帶性質(zhì)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和光物理性質(zhì)的影響。2）在此基礎(chǔ)上，充分利用MFP的結(jié)構(gòu)和物理性能優(yōu)勢(shì)，制備了均一、完全可降解的MPAZE-NH4I3?H2O/PVA復(fù)合材料。這種靈活、可降解、對(duì)生物友好的X射線探測(cè)器還具有靈敏度高、檢測(cè)下限低的特點(diǎn)。
Zhizai Li, et al, Hydrogen Bonds Strengthened Metal-Free Perovskite for Degradable X-ray Detector with Enhanced Stability, Flexibility and Sensitivity, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218349DOI: 10.1002/anie.202218349https://doi.org/10.1002/anie.202218349
8. Angew：木糖醇添加劑調(diào)控陽離子遷移沉積及氫鍵定向重建以穩(wěn)定Zn負(fù)極
水溶液中高度可逆的電鍍/剝離是決定鋅離子電池性能的關(guān)鍵工藝之一，但寄生副反應(yīng)和枝晶生長嚴(yán)重阻礙了這一過程的進(jìn)行。近日，浙江師范大學(xué)Yong Hu，Bin-Bin Xie首次提出了一種基于100 mM木糖醇添加劑的電解液工程新策略。1）該策略通過排泄活性H2O分子和通過定向重建氫鍵來減弱靜電相互作用，從而抑制析氫反應(yīng)，加速陽離子遷移。2）同時(shí)，木糖醇分子優(yōu)先被鋅表面吸附，提供了一個(gè)屏蔽的緩沖層，延緩了沉積，抑制了鋅離子的平面擴(kuò)散。3）鋅電池的鋅離子遷移數(shù)和循環(huán)壽命顯著提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未加鋅的鋅電池。與NaV3O8正極耦合的電池在容量保持方面仍然比不添加添加劑的器件表現(xiàn)得更好。
Hongfei Wang, et al, Modulating Cation Migration and Deposition with Xylitol Additive and Oriented Reconstruction of Hydrogen Bonds for Stable Zinc Anodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218872DOI: 10.1002/anie.202218872https://doi.org/10.1002/anie.202218872
9. Angew：In2O3表面不對(duì)稱Cu-Ov-In位點(diǎn)促進(jìn)界面電子轉(zhuǎn)移高效活化過一硫酸鹽
提高過氧單硫酸鹽(PMS)的活化效率以產(chǎn)生更多的自由基是促進(jìn)類芬頓反應(yīng)活性的關(guān)鍵，然而，如何促進(jìn)PMS的吸附和加速界面電子轉(zhuǎn)移以提高其活化動(dòng)力學(xué)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近日，南開大學(xué)展思輝教授，天津大學(xué)Yi Li成功地研制出了一種含Cu-Ov-In中心的催化劑，用于PMS的活化降解污染物。1）值得注意的是，在去除四環(huán)素的過程中，Cu-In2O3/Ov達(dá)到了高達(dá)0.256 min-1的一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)，幾乎是In2O3/O2的31.8倍。2）實(shí)驗(yàn)和理論研究相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)PMS在Cu-Ov-In位點(diǎn)上的吸附構(gòu)象為側(cè)向吸附，降低了O-O鍵斷裂的難度。更重要的是，Cu摻雜促進(jìn)了金屬氧的共價(jià)性，增加了費(fèi)米能級(jí)附近的電子密度，從而促進(jìn)了電子從Cu-Ov-In位到吸附的PMS分子的更快轉(zhuǎn)移。利用不對(duì)稱氧空位同時(shí)調(diào)節(jié)催化劑和反應(yīng)物之間的吸附和電子轉(zhuǎn)移的概念將為開發(fā)更先進(jìn)的類芬頓催化體系提供了設(shè)計(jì)指南。
Zhiyong Zhao, et al, Enhanced Interfacial Electron Transfer by Asymmetric Cu-Ov-In Sites on In2O3 for Efficient Peroxymonosulfate Activation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202216403DOI: 10.1002/anie.202216403https://doi.org/10.1002/anie.202216403
10. AM：共軛配位聚合物作為高效選擇性電還原硝酸鹽制氨的新平臺(tái)
硝酸鹽電還原制氨(NRA)提供了一條可持續(xù)的途徑，在環(huán)境條件下將廣泛存在的硝酸鹽污染物轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品，但由于競(jìng)爭性析氫反應(yīng)(HER)，選擇性不佳。以往的催化劑金屬中心修飾策略往往面臨同時(shí)提高NRA活性和選擇性的兩難境地。近日，江南大學(xué)劉天西教授，Longsheng Zhang，廈門大學(xué)Jinyu Ye報(bào)道了一種通用的策略，通過單原子催化劑的配位調(diào)制來定制催化劑表面的局部質(zhì)子濃度，從而實(shí)現(xiàn)高效和選擇性的NRA過程。1）作為對(duì)比，研究了兩種具有不同配位基元的類似的富鎳單原子共軛配位聚合物(NiO4-CCP和NiN4-CCP)的概念驗(yàn)證研究。當(dāng)電流密度為125 mA cm?2時(shí)，催化劑的氨產(chǎn)率可達(dá)1.83 mmol h?1 mg?1，法拉第效率為94 7%，優(yōu)于NiN4 -CCP催化劑。2）實(shí)驗(yàn)和理論研究都表明，配位調(diào)制策略不僅可以通過調(diào)節(jié)NRA中間體在金屬中心的吸附能來加速NRA，還可以通過吸附在催化劑表面的金屬水合陽離子來調(diào)節(jié)質(zhì)子的遷移，從而抑制HER，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)提高NRA的選擇性和活性。
Yizhe Zhang, et al, Conjugated Coordination Polymer as a New Platform for Efficient and Selective Electroreduction of Nitrate into Ammonia, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202209855https://doi.org/10.1002/adma.202209855
11. AM：溶劑交換輔助濕法退火：制備超強(qiáng)、韌性、可伸縮和抗疲勞水凝膠的新策略
水凝膠廣泛應(yīng)用于組織工程、軟機(jī)器人、可穿戴電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。然而，開發(fā)同時(shí)具有高強(qiáng)度、大伸長性、高斷裂能和良好疲勞閾值的水凝膠以適應(yīng)不同的應(yīng)用仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在這里，揚(yáng)州大學(xué)Jiefeng Gao提出了一種新的溶劑交換輔助濕法退火策略，通過廣泛地調(diào)節(jié)大分子鏈運(yùn)動(dòng)和優(yōu)化聚合物網(wǎng)絡(luò)來制備高性能的聚乙烯醇(PVA)水凝膠。其增強(qiáng)增韌機(jī)理為“大分子結(jié)晶和纏繞”。1）這些水凝膠具有高達(dá)11.19±0.27 Mpa的大拉伸強(qiáng)度和1879±10%的極高斷裂應(yīng)變。斷裂能和疲勞門檻值分別高達(dá)25.39±6.64 kJ m-2和1233 J m-2。2）這些卓越的機(jī)械性能可與其他堅(jiān)韌的水凝膠、有機(jī)凝膠甚至天然肌腱和合成橡膠相媲美。本工作為制備超強(qiáng)、韌性、可伸縮、抗疲勞水凝膠提供了一種新的有效方法，在人工肌腱和韌帶中具有潛在的應(yīng)用前景。
Yongchuan Wu, et al, Solvent-exchange assisted wet-annealing: a new strategy for super-strong, tough, stretchable and anti-fatigue hydrogels, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202210624https://doi.org/10.1002/adma.202210624
12. Nano Lett.：少層MoTe2中各向異性逐層相變的原位成像
理解二維 (2D) 材料的相變機(jī)制是在納米尺度上精確調(diào)整其特性的關(guān)鍵。二碲化鉬 (MoTe2) 在室溫下呈現(xiàn)多相，是相變應(yīng)用有前景的候選者。近日，伊利諾伊大學(xué)香檳分校Pinshane Y. Huang，Gwan-Hyoung Lee等通過激光照射制備橫向 2H-Td 界面，并在透射電子顯微鏡 (TEM) 中通過原位加熱探測(cè)它們從微觀到原子尺度的相變。1）作者通過用石墨烯保護(hù)層封裝 MoTe2創(chuàng)建了一個(gè)與原子分辨率成像兼容的原位反應(yīng)池。2）研究發(fā)現(xiàn)，Td至2H相變?cè)诘蜏兀?00-225 °C）下，在相界處開始，并以逐層方式沿 b 軸各向異性傳播。3）作者還展示了一個(gè)完全可逆的 2H-Td-2H 相變循環(huán)，它生成一個(gè)包含反轉(zhuǎn)域邊界的相干 2H 晶格。該工作提供了關(guān)于制備具有原子清晰和相干界面的 2D 多相設(shè)備的見解。
Chia-Hao Lee, et al. In Situ Imaging of an Anisotropic Layer-by-Layer Phase Transition in Few-Layer MoTe2. Nano Lett., 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04550https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c04550
