1. Nature Materials：雙極性電荷轉移石墨烯等離子體腔范德華材料中的等離子體極性子有望用于各種光子學應用，等離子體腔和納米級電路中高載流子密度空間圖案的確定性印記可以實現先進的非線性納米光電，和強光-物質相互作用平臺。鑒于此，來自哥倫比亞大學物理系的D. N. Basov等人開發了一種氧化激活的電荷轉移策略，以編程雙極低損耗石墨烯等離子體結構。1) 該研究通過使用過渡金屬二硫族化合物覆蓋石墨烯，然后將過渡金屬二硅族化合物氧化為過渡金屬氧化物，成功激活了過渡金屬氧化物和石墨烯之間不同功函數的電荷轉移，且納米紅外成像揭示了過渡金屬氧化物/石墨烯界面處的雙極低損耗等離子體激元；2) 此外，通過插入介電范德華間隔物，研究可以精確控制由氧化激活的電荷轉移引起的電子和空穴密度，并實現具有接近本征質量因子的等離子體，且使用這種策略，研究以納米級精度壓印具有橫向突變摻雜輪廓的等離子體腔，并構建了基于封裝在過渡金屬氧化物中的懸浮石墨烯的等離子體回音壁諧振器。
Kim, B.S.Y., Sternbach, A.J., Choi, M.S. et al. Ambipolar charge-transfer graphene plasmonic cavities. Nat. Mater. (2023).10.1038/s41563-023-01520-5https://doi.org/10.1038/s41563-023-01520-5
2. JACS：膠體 ALD 生長的金屬氧化物殼使光活性配體/納米晶體復合材料的合成成為可能
膠體納米晶體(NC)是適用于從催化和光電子學到生物成像等各種應用和設備的理想材料。有機發色團通常與NC作為光活性配體結合，以擴展NC的功能或實現最佳的器件性能。引入這些發色團的最常見方法涉及配體交換程序。盡管它們無處不在，但配體交換受到一些限制，包括可逆結合、結合位點的訪問受限以及樣品純化的需要，這可能導致膠體穩定性喪失。近日，洛桑聯邦理工學院Raffaella Buonsanti通過生長氧化鋁殼將光活性PAH分子嵌入各種納米晶核上，通過cALD合成了配體/NC復合材料。1）c-ALD將這些功能性配體固定在適當位置，并允許組裝混合金屬氧化物殼，這些殼能夠將能量從NC核心匯集到復合材料的表面。2）該方案可以擴展到其他金屬氧化物，并且可以使用具有不同結合頭基團的各種配體來促進能量轉移。3）研究人員認為c-ALD可用于在NC核周圍的混合殼中引入多種功能性配體的方案，以創建各種功能性復合材料。因此，c-ALD成為一種組裝膠體穩定的復雜混合結構的方法，可以在非相干光子轉換和光催化等領域找到實際應用。
Philippe B. Green, et al, Colloidal-ALD-Grown Metal Oxide Shells Enable the Synthesis of Photoactive Ligand/Nanocrystal Composite Materials, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c01439https://doi.org/10.1021/jacs.3c01439
3. JACS：將水納米管限制在 Cu10O13 基金屬有機框架中用于丙烯/丙烷分離具有創紀錄的高選擇性
化工行業對丙烯(C3H6)/丙烷(C3H8)的節能分離有很高的需求。然而，由于這些氣體分子大小的細微差別，這一過程具有挑戰性。在這里，南京工業大學Jingui Duan，Junfeng Bai報道了一種專門限制在基于Cu10O13的金屬有機框架(MOF)中的連續水納米管，它可以在所有多孔材料中以1570（在1 bar和298 K下）的創紀錄高選擇性吸附C3H6而不是C3H8。1）如此高的選擇性源于C3H6吸附而非C3H8引起的受限水納米管(~4.5?)的初始膨脹和隨后收縮的新機制。2）動態突破測量進一步證實了這種獨特的響應，其中一個吸附/解吸循環產生二元混合物的每個組分高純度（C3H6：98.8%；C3H8：>99.5%）和良好的C3H6生產率（1.6 mL mL?1）。3）此外，得益于框架的高穩健性，水納米管可以通過將MOF浸泡在水中輕松回收，確保長期使用。分子洞察表明，限制策略為擴展MOF的功能開辟了一條新途徑，特別是對于具有挑戰性的混合物的唯一識別。
Qiubing Dong, et al, Confining Water Nanotubes in a Cu10O13-Based Metal?Organic Framework for Propylene/Propane Separation with Record-High Selectivity, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c00515https://doi.org/10.1021/jacs.3c00515
4. JACS：給電子體鐵催化劑助力低溫氨合成
Haber-Bosch工藝生產的氨為超過 50 億人提供食物；然而，目前要求在不使用化石燃料的情況下生產，以將全球二氧化碳排放量減少3%或更多。設計用于在100-150 °C 以下合成氨的多相催化劑是必不可少的，以最大限度地減少過程的能量消耗。近日，東京工業大學Michikazu Hara發現，金屬鐵顆粒可以在100°C下與BaH2結合催化H2和N2合成氨。1）與以其他過渡金屬為反應位點的多相催化劑相比，鐵催化劑表現出更高的TOF。這可歸因于金屬鐵表面在<100 °C的低溫下將H吸附原子解吸為H2分子的固有性質。2）許多用于合成氨的過渡金屬，如Ru、Co和Ni，與H吸附原子的結合比鐵更緊密，這些H吸附原子可在>150?200 °C的寬溫度范圍內引起這些過渡金屬的氫中毒。因此，鐵被認為是一種特殊的過渡金屬，可以防止氫中毒。在BaH2存在下向金屬鐵顆粒提供強電子也對鐵催化劑上的低溫氨形成有顯著貢獻，這表明堿金屬氫化物可以提高鐵的催化性能。因此，100多年前Mittasch首次發現可在高溫下催化氨形成的鐵，也可能對低溫氨合成有效。
Masashi Hattori, et al, Low-Temperature Ammonia Synthesis on Iron Catalyst with an Electron Donor, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13015https://doi.org/10.1021/jacs.2c13015
5. JACS：二氧化硅負載的有機金屬 IrI 配合物可實現高效的催化甲烷硼化
催化C?H硼酸化是一種很有吸引力的方法，可將最豐富的碳氫化合物甲烷(CH4)轉化為溫和的親核結構單元。然而，現有的CH4硼酸化催化劑通常存在周轉數和轉化率較低的問題，據推測這是由不活潑的金屬氫化物團聚造成的。在此，阿貢國家實驗室Massimiliano Delferro，David M. Kaphan，賓夕法尼亞大學Daniel J. Mindiola報道了雙膦分子預催化劑[(dmpe)Ir(cod)CH3]在無定形二氧化硅上的異質化顯著提高了其性能，產生的催化劑比當前CH4硼化標準的效率高12倍。1）該催化劑在150°C下可在16小時內提供超過2000次轉換，單硼化與二硼化的選擇性為91.5%。更高的催化劑負載量提高了單硼化產物(H3CBpin)的產率和選擇性，產率為82.8%，選擇性超過99%，轉化率為1255。2）X射線吸收和動態核極化增強固態NMR光譜研究將負載的預催化劑確定為IrI物種，并表明在催化完成后，不會形成多核Ir多氫化物。這與將有機金屬Ir物種固定在表面上會阻止雙分子分解途徑的假設是一致的。將均勻的IrI片段固定到無定形二氧化硅上代表了一種獨特而簡單的策略，可以提高CH4硼化催化劑的TON和壽命。
Orion Staples, et al, Silica Supported Organometallic IrI Complexes Enable Efficient Catalytic Methane Borylation, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13612https://doi.org/10.1021/jacs.2c13612
6. JACS: 用于室溫CO2加氫制甲醇的hcp-PdMo金屬間化合物催化劑
CO2加氫制甲醇是極具潛力的CO2利用途徑之一。然而，低溫下的CO2活化、催化劑穩定性、催化劑制備和產物分離等方面的困難阻礙了室溫條件下CO2加氫工藝的發展。近日，東京工業大學Hideo Hosono、Masaaki Kitano報道了用于室溫CO2加氫制甲醇的hcp-PdMo金屬間化合物催化劑。1) 作者報道了一種用于低溫CO2加氫的PdMo金屬間催化劑，該催化劑可以通過氧化物前體的簡單氨解合成，并且在空氣和反應氣氛中具有優異的穩定性，以及與Pd催化劑相比具有顯著提高的CO2加氫制甲醇和CO的催化活性。2) 作者發現，該催化劑在0.9 MPa和25°C條件下的甲醇合成周轉頻率為0.15 h–1，這與最先進的多相催化劑在更高壓力條件下（4–5 MPa）的周轉頻率相當。該工作不僅可用于低溫甲醇合成和CO2轉化反應的催化劑設計，還可用于鈀催化的其他反應。
Hironobu Sugiyama, et al. Room-Temperature CO2 Hydrogenation to Methanol over Air-Stable hcp-PdMo Intermetallic Catalyst. JACS 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13801https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13801
7. JACS: 用于增強析氧反應的高密度鈷單原子催化劑
由于具有低配位和不飽和活性中心，單原子催化劑具有獨特的催化特性。然而，SAC的性能受到低SAC負載、較差的金屬-載體相互作用和不穩定性能的限制。近日，卡爾加里大學Pawan Kumar、Jinguang Hu、Md Golam Kibria報道了用于增強析氧反應的高密度鈷單原子催化劑。1) 作者報道了一種大分子輔助的SAC合成方法，該方法能夠在富含吡啶N的石墨烯網絡中合成高密度的Co單原子催化劑（10.6wt%的Co-SAC）。作者利用高度多孔的碳網絡結構，使Co-SAC具有修飾的共軛和鄰近的Co位點，從而可以顯著增強在1M KOH中的電催化析氧反應（OER）活性。2) 該催化劑的η10為351 mV，并且1.65 V時的質量活性為2209 mA mgCo–1，以及穩定性超過300小時。此外，作者通過X射線吸收近邊緣結構表征發現，形成的缺電子Co-O配位中間體可以加速OER動力學。作者利用密度泛函理論（DFT）計算發現，電子可以更加容易地從鈷轉移到氧物種，從而加速OER。
Pawan Kumar, et al. High-Density Cobalt Single-Atom Catalysts for Enhanced Oxygen Evolution Reaction. JACS 2023DOI: 10.1021/jacs.3c00537https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00537
8. Angew：具有超穩定長壽命室溫磷光的堅韌、可再加工和可回收動態共價聚合物
室溫磷光(RTP)聚合物在光激發后可以長時間發光，在實際應用中具有重要意義。在此基礎上，南京大學Cheng-Hui Li將具有B-N配位的動態共價硼酸酯鍵引入到商業環氧樹脂基質中。1）B-N鍵在負載時的可逆解離為環氧網提供了有效的能量耗散途徑，而剛性的環氧基則抑制了三重態激子在硼酸酯中的猝滅。2）所得聚合物具有較高的機械韌性(12.26 mJ·m-3)、超長RTP(τ=540.4 ms)和形狀記憶行為。值得注意的是，由于網絡的健壯，在各種溶劑中長時間浸泡后，RTP性能沒有明顯下降。此外，動態成鍵使聚合物具有優異的再加工性和可回收性。3）基于這些新的性質，研究人員展示了它們在信息加密和防偽方面的潛在應用。
Zi-Han Zhao, et al, Tough, Reprocessable and Recyclable Dynamic Covalent Polymers with Ultrastable Long-Lived Room-Temperature Phosphorescence, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301993DOI: 10.1002/anie.202301993https://doi.org/10.1002/anie.202301993
9. Nano Letters：氫通過尺寸相關的對稱破缺促進鉑金字塔形納米晶體的生長
聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)已顯示出作為工業部門電源的優勢，在重型和海軍工業中具有巨大潛力。然而，要使聚合物電解質膜燃料電池成為一種可行的替代能源，還需要重大的技術突破。近日，意大利理工學院Mauro Moglianetti，熱那亞大學Riccardo Ferrando采用合成/表征實驗和密度泛函理論計算相結合的方法，研究了錐形鉑納米晶的生長過程。1）結果表明，金字塔形狀的生長是由于一種特殊類型的對稱性破缺，這種對稱性破缺是由氫在生長的納米晶體上的吸附引起的。2）具體地說，金字塔形狀的生長是由于氫原子在{100}面上的吸附能與尺寸有關，只有當氫原子足夠大時，它的生長才會受到阻礙。3）在還原過程不涉及氫的實驗中，沒有金字塔納米晶，進一步證實了氫吸附的關鍵作用。
Diana Nelli, et al, Hydrogen Promotes the Growth of Platinum Pyramidal Nanocrystals by Size-Dependent Symmetry Breaking, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04982https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04982
10. Nano Letters：石墨烯空心球和多壁納米管的合成及其在水凈化和拉曼傳感中的應用
控制石墨炔(GDY)的結構對于發現新的性質和開發新的應用是至關重要的。近日，中國檢驗檢疫研究院Guangcheng Xi首次報道了GDY中空球(HSS)和由超薄納米片組成的多壁納米管的微乳液合成。1）水包油(O/W)微乳液的形成是控制GDY生長的關鍵因素。2）由于避免了納米片之間的重疊，這些GDY HSS具有完全裸露的表面，從而顯示出1246 m2 g?1的超高比表面積，并在水凈化和拉曼傳感領域具有潛在的應用。
Lu Zhang, et al, Synthesis of Graphdiyne Hollow Spheres and Multiwalled Nanotubes and Applications in Water Purification and Raman Sensing, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00416https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00416
11. ACS Nano：用于健康管理的智能穿戴過濾系統
開發智能可穿戴防護系統對人類健康工程具有重要意義。理想的智能空氣過濾系統應具有可靠的過濾效率、低的壓降、醫療監護功能和人機交互能力(Man?Machine Interactive)。然而，現有的智能保護系統沒有涵蓋所有這些基本方面。在這里，香港城市大學Jinlian Hu利用先進的納米技術和機器學習技術開發了一種智能可穿戴過濾系統(IWFS)。1）基于摩擦電學原理，制備的IWFS具有持久的高顆粒過濾效率和100%的細菌保護效率，低壓降為5.8 mmH2O。2）相應地，優化后的IWFS(87 NC)的電荷積累增加到原始納米網格的3.5倍，顯著提高了粒子的過濾效率。3）通過分子動力學模擬、能帶理論和開爾文探針力顯微鏡定量研究了修飾后納米網格的β相增強和低表面電勢等理論原理。此外，還通過機器學習和無線傳輸技術賦予了綜合工作人員健康監護功能和MAN?機器交互能力。4）研究人員對人的呼吸、咳嗽、說話等關鍵生理信號進行了檢測和分類，識別率高達92%；制作的IWF可以實時采集醫療數據，并通過便攜式電子設備無障礙地傳輸語音命令。所實現的IWFS不僅對人類健康管理具有現實意義，而且對先進的可穿戴系統也具有重要的理論價值。
Shuo Shi, et al, An Intelligent Wearable Filtration System for Health Management, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c02099https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02099
12. ACS Nano：仿生溫和光熱效應增強型多功能纖維支架促進骨再生
骨折常常伴隨著骨愈合不良和高感染率。早期募集間充質干細胞(MSCs)是啟動有效骨修復的關鍵，溫和的熱刺激可以加速慢性病的恢復。近日，北京化工大學Jiajia Xue，北京大學Jin Cheng，哈佛醫學院Wei Tao將一種仿生，階段性光熱效應增強的多功能支架被制作出來用于骨修復。1）研究人員將電紡聚己內酯納米纖維單軸取向摻雜到黑磷納米片(BP NSS)中，使其具有優異的近紅外(NIR)響應能力。然后將Apt19S裝飾在支架的表面，選擇性地向損傷部位招募MSCs。隨后，載抗菌藥物的相變材料微粒也沉積在支架表面，可以在39℃以上發生固-液相轉變，觸發有效載荷的釋放，以消除細菌和防止感染。2）在近紅外光照射下，光熱誘導熱休克蛋白表達上調，促進BP-NSS生物降解，可促進MSCs的成骨分化和生物礦化。這一策略顯示了在體內外光熱效應的輔助下清除細菌、MSCs募集和促進骨再生的能力，強調了一種生物靈感支架的設計及其在骨組織工程中的溫和光熱效應的潛力。
Xiaodi Zhang, et al, Bioinspired Mild Photothermal Effect-Reinforced Multifunctional Fiber Scaffolds Promote Bone Regeneration, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c11486https://doi.org/10.1021/acsnano.2c11486
