1. PNAS: 設計具有高度暴露活性位點的MoS2/Co9S8雙向催化劑界面取向用于可逆Li-CO2電池
陰極CO2還原反應（CO2RR）和析出（CO2ER）反應的緩慢動力學嚴重阻礙了鋰-二氧化碳電池的應用，而鋰-二氧化碳電池作為一種極具潛力的碳中和技術受到了科研工作者的廣泛關注。二維過渡金屬二醇化物（TMDs）具有CO2氧化還原雙向催化的巨大潛力，但如何實現具有CO2RR/CO2ER活性的TMDs雙活性位點的高度暴露仍然是一個挑戰。近日，深圳大學楊金龍、清華大學周光敏設計具有高度暴露活性位點的MoS2/Co9S8雙向催化劑。
本文要點：
1) 作者通過在由碳紙負載的Co9S8（V-MoS2/Co9S8@CP)）上垂直生長MoS2雙向催化劑，使其具有豐富的邊緣可作為CO2RR和CO2ER的活性位點，并改善了界面導電性，以及調節了沿基面的電子傳輸路徑。該催化劑在20μA cm?2時具有81.2%的能效和0.68 V的超小電壓間隙。
2)作者利用密度泛函理論計算揭示了其性能和結構之間的關系，并證明了MoS2邊緣位點和Co9S8之間的協同效應。該工作為理解和實現具有特定晶面TMD電子接觸的合理設計提供了指導，還為Li-CO2電池中高性能陰極催化劑材料的設計提供了指導。
Lu Bingyi， et al. Engineering the interfacial orientation of MoS2/Co9S8 bidirectional catalysts with highly exposed active sites for reversible Li-CO2 batteries. PNAS 2023
DOI: 10.1073/pnas.2216933120
https://doi.org/10.1073/pnas.2216933120
2. JACS：用于強氫氧化的偽鉑單分子膜
異質外延核?殼層結構有利于結合外延層和襯底的優點，實現新穎的多功能催化應用。近日，華中科大王得麗教授報道了一種生長在IrPd核基質上的贗鉑原子層(PmPt) (PmPt@IrPd/C)。
本文要點：
1）作為一種高效、穩定的堿性氫氧化反應催化劑，PmPt@IrPd/C活性提高了29.2倍。在50,000次循環加速穩定性試驗中，PmPt@IrPd/C催化劑性能的提高也是Pt/C的25.0倍。
2）這種強健的穩定性源于更強的H2O相互作用而不是碳氧化物(COX)毒物物種對碳腐蝕的抵抗力，以及調制的羥基(OH*)吸附可以抑制OH*物種將表面鉑原子從襯底上重排。
3）由PmPt@IrPd/C組裝的負離子交換膜燃料電池在陽極上的鉑負載量為0.009 mgPt cm?2，可提供1.27 W cm?2的功率密度。
Tonghui Zhao, et al, Pseudo-Pt Monolayer for Robust Hydrogen Oxidation, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.2c11907
https://doi.org/10.1021/jacs.2c11907
3. JACS：對癌細胞中的不同乏氧水平進行雙色成像
乏氧會發生在一系列生物環境（包括植物、細菌生物膜和實體腫瘤）中，并會影響這些生物系統的生存情況。研究發現，乏氧會使得腫瘤治療更加困難，并對患者預后產生負面影響。因此，開發能夠研究生物乏氧的化學探針以促進對涉及乏氧水平的疾病相關疾病的理解非常重要，有望能夠改善診斷和治療效果。然而，雖然已有小分子乏氧傳感探針被報道，但其中大多數只能對非常嚴重乏氧(<1% O2)進行成像，因此不能提供異構生物乏氧的完整圖像。此外，常用的基于抗體的乏氧成像工具需要涉及免疫染色的二次檢測步驟，過程也較為繁瑣。有鑒于此，牛津大學Stuart J. Conway和Ester M. Hammond構建了一系列基于吲哚醌的生物還原熒光探針，并對其電化學性能、光物理分析和生物成像功能進行了研究。
本文要點：
1）研究表明，這些化合物可在2D和3D細胞培養中對不同程度的乏氧進行成像。基于試鹵靈的探針2可在4%或更低的O2條件下被激活，而基于Me-Tokyo Green的探針4僅會在嚴重乏氧（0.5%）或更低的O2條件下被激活。
2）這些化合物在球狀體中的應用結果表明，化合物2能夠成像的乏氧水平與吡莫硝唑相似，而化合物4則能夠以類似于EF5的方式對更極端的乏氧進行成像。綜上所述，該研究構建的化合物2和4能夠作為研究細胞環境中的乏氧的有效工具。
Antoine L. D. Wallabregue. et al. Two Color Imaging of Different Hypoxia Levels in Cancer Cells. Journal of the American Chemical Society. 2023
DOI: 10.1021/jacs.2c12493
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c12493
4. JACS：超聲觸發原位光子發射以用于無創光遺傳學
光遺傳學能夠對神經回路中的特定細胞類型神經元進行時空控制。然而，腦內無創光子遞送技術的發展較為緩慢，極大地限制了光遺傳學的臨床應用。聚焦超聲(FUS)衍生的機械發光已成為實現原位光子發射的一種重要工具，但目前尚未有用于時空光遺傳學的生物相容型液相機械發光系統被報道。為了實現具有高時間分辨率和良好生物相容性的無創光遺傳學，德克薩斯大學奧斯汀分校王輝亮教授和斯坦福大學洪國松教授開發了脂質體納米顆粒(Lipo@IR780/L012)以用于FUS觸發的機械發光和腦部光子遞送。
本文要點：
1）在FUS照射下，脂質體內會發生級聯反應，進而在溶液中產生穩定的藍光發射。體外實驗表明，在不同的刺激頻率下，FUS可以觸發Lipo@IR780/L012的光發射，從而激活表達視蛋白的尖刺 HEK細胞。
2）體內光遺傳刺激實驗進一步表明，靜脈注射脂質納米顆粒后，重復進行FUS照射可實現無創、可逆地運動皮層神經元激活以及肢體運動。
Wenliang Wang. et al. Ultrasound-Triggered In Situ Photon Emission for Noninvasive Optogenetics. Journal of the American Chemical Society. 2023
DOI: 10.1021/jacs.2c10666
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10666
5. JACS：乏氧觸發聚(N-氧化物)-藥物偶聯物的生物還原以增強其腫瘤穿透和抗腫瘤療效
聚乙二醇修飾能夠延長藥物的血液循環時間，但同時也會由于PEG的無臟污功能和較大的水動力體積而降低藥物在腫瘤中的穿透，導致其對實體腫瘤的治療效果不夠理想。有鑒于此，北京大學高衛平研究員在一種重要的蛋白質藥物干擾素(IFN)中原位生長了可生物還原型聚(N-氧化物)聚合物，以構建得到位點特異性的IFN?聚(N-氧化物)偶聯物，其生物活性也高于臨床使用的PEG化IFN（PEGASYS）。
本文要點：
1）實驗篩選出的IFN?聚(N-氧化物)偶聯物具有長達51 h的循環半衰期，這與PEGASYS相似，但比IFN高96倍。研究發現，該偶聯物在荷瘤小鼠的腫瘤內穿透和抗腫瘤療效方面大大優于PEGASYS和IFN。這種增強的腫瘤穿透可歸因于吸附介導的偶聯物的轉胞作用，其中的聚(N-氧化物)會在乏氧條件下被生物還原為聚（叔胺），其在酸性腫瘤微環境中也會進一步發生質子化。
2）實驗結果表明，聚(N-氧化物)不僅具有長循環性能，而且在乏氧條件下具有生物還原性，有望作為新一代載體以將藥物遞送到實體腫瘤內部和增強其抗腫瘤療效。
Longshuai Zhang. et al. Hypoxia-Triggered Bioreduction of Poly(N?oxide?Drug Conjugates Enhances Tumor Penetration and Antitumor Efficacy. Journal of the American Chemical Society. 2023
DOI: 10.1021/jacs.2c10188
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10188
6. JACS：抗水解的酯基連接劑用于構建活性基近紅外生物發光探針
具有近紅外生物發光性能的活性傳感(ABS)探針因其高靈敏度和深層組織相容性而發展成為研究癌癥生物標志物的重要化學工具。然而，由于近紅外底物 (如BL660(近紅外熒光素模擬物))往往不具有合適的連接位點以安裝ABS觸發器，因此這類探針在目前仍然缺乏。利用標準的自毀型芐基連接劑掩蓋羧酸部分會因酯水解而導致顯著的背景信號產生。有鑒于此，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校Jefferson Chan合理設計了一種具有異丙基屏蔽臂的新型抗水解酯基連接劑以解決這一難題。
本文要點：
1）與母體相比，該新型設計的連接劑對自發水解和酯酶介導的水解的抗性分別提高了140.5倍和67.8倍。當與一組具有酯水解活性的酶孵育時，該探針的酯部分的裂解程度也最低。研究者也通過一系列體外活細胞實驗對其水解抗性進行了證明。
2）隨后，研究者也進一步開發了首個用于硝酸還原酶(NTR)活性成像的近紅外生物發光探針，并將其應用于對乏氧的肺癌細胞和非小細胞肺癌小鼠模型中的NTR表達升高進行可視化，以證明該技術的實用性。鑒于NTR與腫瘤乏氧有關，而腫瘤乏氧又與耐藥性和侵襲性癌癥表型有關，因此在深層組織環境中監測這一關鍵生物標志物活性也具有重要的應用價值。
Anuj K Yadav. et al. Hydrolysis-Resistant Ester-Based Linkers for Development of Activity-Based NIR Bioluminescence Probes. Journal of the American Chemical Society. 2023
DOI: 10.1021/jacs.2c12984
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c12984
7. JACS：具有可調諧六齒配體的分子開關鈷氧化還原穿梭體
染料敏化太陽能電池（DSSC）仍然是一種很有前途的可再生發電技術，可以以最低的成本生產，并具有很大的可調諧性。近日，來自密歇根州立大學化學系的Thomas W. Hamann等人合成了強場六齒配體，并與鈷金屬中心配位，形成了三個新的低自旋到低自旋Co(III/II)氧化還原偶。
本文要點：
1) 配體骨架由二甲胺基修飾，使得Co(III/II)氧化還原偶的氧化還原電位相對于Fc+/0從?200轉變至?430 mV，盡管配體是六齒的，但氧化還原偶卻經歷了從Co(II)到Co(III)的可逆分子開關重排；
2) 此外，與0.27 M–1 s–1時的高自旋到低自旋氧化還原偶[Co(bpy)3]3+/2+相比，配合物表現出2.2–4.2 M–1 s–1的適度較快的電子自交換速率常數，這主要是歸因于自旋狀態的變化在某種程度上被這種配位切換行為抵消。在具有近紅外AP25+D35染料系統的染料敏化太陽能電池中，該絡合物用作氧化還原穿梭物，并表現出比[Co(bpy)3]3+/2+氧化還原穿梭體（19.8 vs 18.0mA/cm2）更高的光電流。
Thomas W.H., et al. Molecular Switch Cobalt Redox Shuttle with a Tunable Hexadentate Ligand. J. Am. Chem. Soc. (2023).
DOI: 10.1021/jacs.2c12017
https://doi.org/10.1021/jacs.2c12017
8. EES: 過氧化物介導的太陽能催化生物質多糖在高熵硫化物上的選擇性轉化
作為豐富的可再生碳資源，生物質轉化是替代化石燃料的理想選擇，特別是在使用清潔和可持續的太陽能時。然而，由于高分子量生物質轉化需要苛刻的反應條件，并且生物質轉化產物產率低，選擇性有限，有鑒于此，急需開發高效催化劑。近日，三峽大學葉立群、Huang Yingping、墨爾本皇家理工大學Ma Tianyi利用過氧化物介導的太陽能催化實現生物質多糖在高熵硫化物上的選擇性轉化。
本文要點：
1)在溫和反應條件、環境溫度和大氣壓下，作者在新型高熵硫化物（CdZnCuCoFe）Sx上，利用過氧化物氧化劑對生物質多糖進行高效和選擇性的光催化轉化。并且在1.73 mmol g-1 h-1下的一氧化碳（CO）選擇性高達99.1%。此外，在溶液中還有機酸（甲酸和乙酸）作為副產物生成。
2)（CdZnCuCoFe）Sx的合適電子環境使其具有優異的光吸收能力，并且多元素的存在實現了有效的電子轉移，這兩者充分發揮了其表面催化活性，并進一步促進了光催化過程中CO的生成。該工作為生物質選擇性轉化為CO提供了一個新的反應路線，有助于解決迫在眉睫的能源短缺問題。
Xu Yixue, et al. Peroxides-Mediated Selective Conversion of Biomass Polysaccharides over High Entropy Sulfides via Solar Energy Catalysis. EES 2023
DOI: 10.1039/D2EE03357G
https://doi.org/10.1039/D2EE03357G
9. Angew：電化學界面聚合制備超薄COF膜用于鹽水淡化
超薄共價有機骨架膜(COF)是分子/離子分離的迫切需求。近日，天津大學姜忠義教授，Fusheng Pan報道了一種電化學界面聚合策略，通過主動調控自愈合效應和自抑制效應制備厚度為85 nm的超薄COF膜。
本文要點：
1）制備的COF膜具有較好的海水淡化性能，滲透通量為92 kg m-2 h-1，去除率為99.96%。
2）電化學界面聚合策略豐富了COF膜的制備方法，有利于超薄膜的合理設計。
Meidi Wang, et al, Electrochemical interfacial polymerization toward ultrathin COF membranes for brine desalination, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202219084
DOI: 10.1002/anie.202219084
https://doi.org/10.1002/anie.202219084
10. AM：N-甲基咪唑分子作為高可逆鋅金屬陽極的自發質子泵實現的動態界面pH緩沖效應
水基鋅金屬電池因其高安全性和低成本的突出優點而受到廣泛關注。然而，鋅在含水電解質中固有的熱力學不穩定性不可避免地導致氫析出，并且隨后在界面處產生的OH-將顯著加劇死鋅和枝晶的形成。廣東工業大學Cheng Chao Li等提出了通過N-甲基咪唑(NMI)添加劑實現的動態界面pH緩沖策略，以實時去除鋅/電解質界面上的有害OH-，從而從根本上消除副產物的積累。
本文要點：
1）電化學石英晶體微天平和分子動力學模擬結果揭示了NMI和質子化NMI (NMIH+)組裝的界面吸附層的存在，起到離子泵的作用，不斷向界面補充質子。此外，作者發展了一種基于超微電極技術的具有微米級空間分辨率的原位界面pH檢測方法，以探測擴散層中的pH演化，確定含NMI電解質中穩定的界面化學環境。因此，在NMI的存在下，鋅電極實現了4.2 Ah·cm-2的優異累積鍍容量和99.74%的超高庫侖效率。
2）同時，NMI/NMIH+緩沖添加劑可以加速MnO2/Mn2+在正極上的溶解/沉積過程，從而提高循環容量。
Zhang, M., et al, Dynamically interfacial pH-buffering effect enabled by N-methylimidazole molecules as spontaneous proton pumps toward highly reversible zinc metal anodes. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2208630.
DOI: 10.1002/adma.202208630
https://doi.org/10.1002/adma.202208630
11. AEM：弱溶劑化效應為含水鋅鈉混合電池產生可靠的界面化學
對水環境中鋅陽極和電解液界面化學的研究不足，限制了水基鋅電池的應用潛力。
南方科技大學Hongfei Li和Xinming Li等通過設計具有弱溶劑化效應的水性電解質來操縱金屬離子(Zn2+/Na+)的溶劑化結構，構建了具有高離子傳導性能的耐用的陰離子衍生的固體電解質界面(SEI)。
本文要點：
1）所構建的SEI顯著抑制了鋅陽極表面上枝晶的形成和不良反應的發生，賦予鋅金屬陽極高的沉積/剝離可逆性和超過5000 h的超長壽命，具有超過2.5 Ah cm-2的優異累積容量。重要的是，作者詳細闡明了通過弱溶劑化效應促進陰離子和金屬離子(Zn2+/Na+)之間的配位而實現的SEI的形成機理，以及陰離子衍生的富含無機物的SEI的組成分布。
2）此外，得益于精心設計的SEI和調控的電解質環境的協同作用，Zn//普魯士藍類似物(PBA)全電池可以在2.1 V的高壓平臺下工作，并在5000次循環后保持99.3%的容量。
Yang, Y., et al., Weakly Solvating Effect Spawning Reliable Interfacial Chemistry for Aqueous Zn/Na Hybrid Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2203729.
DOI: 10.1002/aenm.202203729
https://doi.org/10.1002/aenm.202203729
12. AEM：通過富含磺酸鹽的離子交換層調節陽極-電解質界面的離子傳輸用于耐用鋅碘電池
可充水鋅碘電池被認為是一種很有前途的新型儲能系統，但陽極腐蝕和枝晶生長嚴重阻礙了其應用前景。魯汶大學Feili Lai和鄭州大學Jiajia Huang等詳細揭示了聚碘的腐蝕機理，顯示它能自發地與鋅發生反應，導致電池迅速失效。
本文要點：
1）為了解決這個問題，富磺酸根離子交換層(SC-PSS)被特意構建來調節多碘化合物和Zn2+在鋅/電解質界面的傳輸和反應化學。所得ZIB可以正常工作超過6000次循環，具有高容量保持率(90.2%)和可逆性(99.89%)。理論計算和實驗表征表明，SC-PPS層通過靜電排斥阻止多碘化物滲透，同時促進Zn(H2O)62+的去溶劑化并通過化學吸附限制Zn2+的不期望的2D擴散。
2）該工作不僅系統地分析了多碘化合物對鋅陽極的不利影響，而且為開發長壽命、低成本、本質安全的水基鋅碘電池提供了一個可操作性強的解決方案。
Zhang, L., et al, Tuning Ion Transport at the Anode-Electrolyte Interface via a Sulfonate-Rich Ion-Exchange Layer for Durable Zinc-Iodine Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2203790.
DOI: 10.1002/aenm.202203790
https://doi.org/10.1002/aenm.202203790
