1. Nature Nanotechnology：人工酶武裝長雙歧桿菌益生菌緩解腸道炎癥和微生物群失調
炎癥性腸病可由腸粘膜屏障功能障礙和腸道微生物群失調引起，傳統的治療方法主要是使用藥物來管理炎癥，并可能使用益生菌療法作為佐劑。然而，目前的標準做法往往存在代謝不穩定、靶向性有限的問題，并導致不令人滿意的治療結果。鑒于此，來自浙江大學高分子科學與工程系的Zhengwei Mao和Weilin Wang，新加坡國立大學Xiaoyuan Chen等人報道了人工酶修飾的長雙歧桿菌益生菌在炎癥性腸病中重塑健康免疫系統。1) 該研究發現，長雙歧桿菌益生菌可以促進生物相容性人工酶的靶向和保留，從而可以持續清除升高的活性氧并緩解炎癥因子；2) 此外，人工酶引起的炎癥減少提高了細菌的生存能力，從而迅速重塑腸道屏障功能并恢復腸道微生物群，在小鼠和犬模型中證明了其治療效果，并展現出優于傳統臨床藥物的效果。
Cao, F., Jin, L., Gao, Y. et al. Artificial-enzymes-armed Bifidobacterium longum probiotics for alleviating intestinal inflammation and microbiota dysbiosis. Nat. Nanotechnol. (2023).10.1038/s41565-023-01346-xhttps://doi.org/10.1038/s41565-023-01346-x
2. Chem. Rev.: 氧化釩：相圖、結構、合成和應用
具有多種氧化狀態和各種晶體結構的釩氧化物具有獨特的電、光、光電和磁性質，其可用于各種應用。近日，南洋理工大學Long Yi、Hu Peng、武漢理工大學麥立強對氧化釩的相圖、結構、合成和應用進行了綜述研究。1) 在過去的30年里，人們對基礎科學進行了大量研究，并探索了釩氧化物材料在離子電池、水分解、超級電容器、傳感器等方面的潛力。作者綜述了一些熱力學穩定和亞穩態釩氧化物的合成方法和應用的最新進展，包括但不限于V2O3、V3O5、VO2、V3O7、V2O5、V2O2、V6O13和V4O9。2) 作者從V–O系統的相位圖開始，詳細綜述了每種釩氧化物的晶體結構、合成方案和應用，特別是在電池、催化劑和超級電容器中的應用。最后，作者簡要介紹了如何改進當前材料和設備的不足。該綜述可以加速新型釩氧化物結構在相關應用中的發展。
Hu Peng, et al. Vanadium Oxide: Phase Diagrams, Structures, Synthesis, and Applications. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00546https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00546
3. Nature Communications：原位構建釕基非晶雜化結構中的原子界面促進太陽析氫
高效穩定的原子界面的合理引導和構建具有重要意義，但在太陽能轉換中仍然具有較大的挑戰性。鑒于此，來自中國科學技術大學國家同步輻射實驗室的Tao Yao和Tao Ding等人報道了一種原位氧浸漬策略，以建立由具有超快電荷轉移的均勻Ru和RuOx非晶雜化混合物組成的豐富原子界面，用于無犧牲劑的太陽能析氫。1) 該研究通過原位同步加速器X射線吸收和光電子能譜，可以在原子水平上精確跟蹤和識別原子界面向均勻Ru-RuOx雜化結構的逐漸形成，且得益于豐富的界面，非晶RuOx位點可以在超快過程中固有地捕獲光激發空穴（<100?fs），并且無定形Ru位點能夠實現隨后的電子轉移（~1.73?ps）；2) 此外，這種雜化結構觸發了長壽命的電荷分離態，并產生了60.8 μmol·h?1的高析氫率，這種將兩個位點整合在一個單一的雜交結構中完成每一半反應的設計，為高效的人工光合作用提供了潛在的指導。
Liu, D., Ding, T., Wang, L. et al. In situ constructing atomic interface in ruthenium-based amorphous hybrid-structure towards solar hydrogen evolution. Nat Commun 14, 1720 (2023).10.1038/s41467-023-37451-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-37451-7
4. Nature Communications：鉑/富勒烯界面鉑位點的多樣性加速堿性析氫
基于膜的堿水電解槽有望用于成本效益高的綠色氫氣生產，其關鍵技術障礙之一是開發用于堿性析氫反應（HER）的活性催化劑材料。鑒于此，來自新加坡國立大學化學與生物分子工程系的Lei Wang，Wei Chen、Sergey M. Kozlov，浙江大學Wenping Sun等人通過將鉑團簇錨定在二維富勒烯納米片上，可以顯著增強鉑對堿性HER的活性。1) 該研究發現，異常大的晶格距離（~0.8 nm）和鉑團簇的超小尺寸（~2?nm）導致鉑團簇的強約束，伴隨著在緊密的鉑/富勒烯界面處的明顯的電荷重新分布,因此，鉑-富勒烯復合物對堿性HER的本征活性是最先進的鉑/炭黑催化劑的12倍；2) 此外，詳細的動力學和計算研究表明，活性增強的原因是鉑/富勒烯界面上鉑位點的不同結合性質，它為堿性HER中的所有基本步驟尤其是緩慢的Volmer步驟生成高度活性的位點，并且在工業相關測試條件下，研究使用鉑-富勒烯復合材料組裝的堿水電解槽實現了74%的能量效率和穩定性。
Chen, J., Aliasgar, M., Zamudio, F.B. et al. Diversity of platinum-sites at platinum/fullerene interface accelerates alkaline hydrogen evolution. Nat Commun 14, 1711 (2023).10.1038/s41467-023-37404-0https://doi.org/10.1038/s41467-023-37404-0
5. EES: 具有原子級間距的銅用于將二氧化碳和硝酸鹽高效電催化共還原為尿素
通過 C-N 鍵偶聯將二氧化碳 (CO2 ) 和硝酸鹽 (NO3-) 電化學共同還原為尿素是傳統工業過程的一種有效替代方案。然而，由于缺乏合適的催化劑，使得尿素合成的電化學過程存在法拉第效率、電流密度和產物產率較低的問題，因此急需開發新型高效催化劑。近日，蔚山國立科學技術研究院Hyun-Kon Song、Hyun-Wook Lee、Youngkook Kwon、臺灣成功大學Mu-Jeng Cheng將具有原子級間距的銅用于將二氧化碳和硝酸鹽高效電催化共還原為尿素。1) 作者發現在銅刻面之間具有原子級間距的銅可以顯著增強從 CR-CO2 /NO3-電化學合成尿素的催化過程。作者使用鋰化方法在銅刻面之間創建原子級間距（ds），并通過控制每個樣品的鋰化程度，制備了四個具有不同ds值的 Cu 樣品。2) 在四個樣品中，ds接近6 ?的Cu具有7,541.9 μg h-1 mgcat-1 的高尿素產率和 115.25 mA cm?2 的電流密度，這大大高于裸銅對應物（尿素產率僅為 444.7μg h-1 mgcat-1和尿素電流密度為1.96 mA cm?2 )。作者通過密度泛函理論計算表明，與裸銅相比，ds為 6.0 ? 的銅顯著降低了 C-N 的偶聯能壘，使得在動力學和熱力學上增強了 C-N 鍵的形成，因此大大改善了催化性能。
Seokmin Shin, et al. Copper with an atomic-scale spacing for efficient electrocatalytic co-reduction of carbon dioxide and nitrate to urea. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE00008G
6. AM: 電荷濃度限制有機納米粒子光催化劑中的析氫速率
由于膠體有機納米顆粒在水環境中的分散性，且在可見光區域內的強吸收性以及其組成材料的氧化還原電位可調性，使其成為一類極具潛力的析氫反應 (HER) 光催化劑。然而，當這些材料與水形成共享高界面面積的納米粒子時，有機半導體中的電荷產生和積累對析氫反應的影響知之甚少。近日，科羅拉多大學Garry Rumbles、Obadiah G. Reid報道了電荷濃度限制有機納米粒子光催化劑中的析氫速率。1) 作者使用時間分辨微波電導率研究了由非富勒烯受體 EH-IDTBR 和共軛聚合物 PTB7-Th 的各種混合比例組成的水溶性有機納米粒子和塊狀薄膜，并研究了組成、界面表面積之間的關系、載流子動力學和光催化活性。作者定量測量了由各種供體：受體混合比組合物組成的納米粒子的析氫反應速率，并發現最活躍的混合比具有0.83% 的氫量子產率。2) 此外，作者發現納米粒子的光催化活性直接對應于電荷的產生，并且相對于具有相同材料成分的大塊樣品，納米粒子具有3倍以上的長壽命累積電荷。這些結果表明，在大約3倍的太陽通量下，這些納米粒子的催化活性受到電子和空穴濃度的限制，而不是有限數量的活性表面或界面處的催化速率。
Max M. O'Connor, et al. Charge Concentration Limits the Hydrogen Evolution Rate in Organic Nanoparticle Photocatalysts. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202210481https://doi.org/10.1002/adma.202210481
7. Angew：可被遠程控制的納米系統用于時空特異性基因調控和腫瘤聯合治療
缺乏具有高時空精度的基因調控和治療技術是生物醫學研究及其應用的主要瓶頸之一。有鑒于此，國家納米科學中心李樂樂研究員和Jian Zhao構建了一種近紅外(NIR)光控納米系統，其能夠實現時空控制的基因表達調節，從而用于腫瘤聯合治療。1）實驗通過對酶激活的反義寡核苷酸進行工程改造，并進一步結合基于上轉換納米顆粒的光動力系統和線粒體定位信號而構建了該納米系統。2）該系統依賴于由光動力效應誘導的DNA修復酶從細胞核到線粒體的易位，從而通過酶催化反應實現空間選擇性基因調控。實驗結果表明，近紅外光誘導的線粒體光損傷和基因調控能夠產生增強的抗腫瘤作用。綜上所述，該研究設計的方法可以實現時空控制的特定基因表達調節和高精度的腫瘤治療。
Xin Chai. et al. A Remotely Controlled Nanosystem for Spatiotemporally Specific Gene Regulation and Combinational Tumor Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202217702https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202217702
8. Angew: 協同光催化劑中的電子流和熱流以直接轉化捕獲CO2
光化學CO2還原反應可以將豐富清潔的太陽能轉化為化學能，并同時防止地球碳排放增加。而光化學CO2還原的關鍵步驟包括電子-空穴對的生成、電子向催化活性位點的轉移和催化CO2還原。近日，耶魯大學Wang Hailiang通過協同光催化劑中的電子流和熱流以直接轉化捕獲CO2。1) 作者報道了一種三元混合光催化劑結構，其具有定制的界面，并通過協同光催化劑中的電子流和熱流來促進太陽能在光化學CO2還原中的利用。該光催化劑包含組裝在多壁碳納米管(CNT)上的鈷酞菁(CoPc)分子，并且這些碳納米管修飾有單分散的硫化鎘量子點(CdS QD)。CdS QD可以吸收可見光并產生電子-空穴對。2) CNT 迅速將光生電子從CdS轉移到CoPc。然后，CoPc分子選擇性地將 CO2還原為CO。作者通過時間分辨和原位振動光譜揭示了界面動力學和催化行為。作者發現，除了充當電子高速公路外，CNT組件的黑體特性還可以產生局部光熱加熱，以活化胺捕獲的CO2，即氨基甲酸酯，其可用于直接光化學轉化，而無需額外的能量輸入。
Chungseok Choi, et al. Synergizing Electron and Heat Flows in Photocatalyst for Direct Conversion of Captured CO2. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202302152https://doi.org/10.1002/anie.202302152
9. Angew：結構簡單的鋨(II)多吡啶基配合物可作為近紅外光敏劑以用于光動力治療
巴黎文理研究大學Gilles Gasser和中山大學巢暉教授通過改變配體L的性質，合成了5種通式為 [Os(4,7-二苯基-1,10-菲羅啉)2L]2+的Os (II)多吡啶配合物，并將其作為光敏劑以用于光動力治療。1）由于配體具有明顯的π擴展結構以及Os中心提供的重原子效應，因此這些配合物會在近紅外(NIR)區域(高達740 nm)表現出與相關的釕配合物所不同的較高吸收效率。研究發現，Os (II)多吡啶配合物能夠在體外對2D細胞層培養的癌細胞表現出很好的光毒性，而且可在740 nm照射下對多細胞腫瘤球體產生有光毒性。2）實驗結果表明，配合物[Os(4,7-二苯基-1,10-菲羅啉)2(2,2 ' -聯吡啶)]2+對多種癌細胞系的抑制效果最好，具有較高的光毒性指數。在CT26荷瘤BALB/c小鼠模型上，Os(II)配合物可在740 nm激光照射下顯著抑制腫瘤生長。綜上所述，該結構簡單的復合物在生物窗口中具有很好的光毒性，因此有望作為一種高效的光敏劑以用于癌癥光動力治療。
Asma Mani. et al. Structurally Simple Osmium (II) Polypyridyl Complexes as Photosensitizers for Photodynamic Therapy in the Near Infrared. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202218347https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202218347
10. AEM: 可擴展和可控地合成Pt-Ni團簇納米氣凝膠作為氧還原反應的有效電催化劑
通過經濟可控的途徑開發高效穩定的 Pt 基氧還原反應 (ORR) 電催化劑對于電化學能源裝置的實際應用至關重要。近日，中山大學Liu Wei、哥本哈根大學Jan Rossmeisl將可擴展和可控地合成Pt-Ni團簇納米氣凝膠作為氧還原反應的有效電催化劑。1) 作者報道了一種可擴展的、可控的水溶液培養策略來制備PtxMy(M=Ni,Fe,Co) 成束納米籠氣凝膠(BNCs AG)。Pt83Ni17 BNCs AG 具有優異的ORR性能，質量活度(MA)為1.95 A mgPt?1和比活度為3.55 mA cm?2，這分別是碳載鉑 (Pt/C) 的8.9倍和 9.6倍。2) 經過20000次循環加速耐久性測試后，該催化劑與Pt/C（MA僅保留31.8%）相比Pt83Ni17BNCs AG 具有顯著增強的耐用性（MA保留82.6%）。此外，作者利用密度泛函理論計算表明，優異的活性與優化的配體和應變效應密切相關，并且優異的耐久性得益于其優化的 Pt/Ni 比降低了 Ni 浸出和由于其適當的孔隙率而抑制了其燒結。
Yuanyuan Zheng, et al. Scalable and Controllable Synthesis of Pt-Ni Bunched-Nanocages Aerogels as Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202204257https://doi.org/10.1002/aenm.202204257
