1. PNAS: 不協調的化學能為固態鋰硫電池提供高導電性和穩定的電解質/填料界面
嵌入先進填充材料的復合聚合物電解質（CPE）在快速Li+導電中具有巨大應用前景。而填料表面化學決定了其與電解質分子的相互作用，從而可以調節界面處的Li+傳輸行為。近日，滑鐵盧大學陳忠偉院士、清華深圳國際研究生院周光敏發現不協調的化學能為固態鋰硫電池提供高導電性和穩定的電解質/填料界面。
本文要點：
1) 作者研究了電解質/填料界面（EFI）在CPE中的作用，并通過引入不飽和配位普魯士藍類似物（UCPBA）填料來促進Li+導電性。此外，作者結合掃描透射X射線顯微鏡堆棧成像研究和第一性原理計算發現，只有在化學穩定的EFI下才能實現快速Li+傳導，并且EFI可以通過UCPBA中的不飽和Co–O配位來構建，從而可以避免副反應。
2) 此外，UCPBA中暴露的路易斯酸金屬中心能有效地吸引Li鹽的路易斯堿陰離子，從而促進Li+的解離并提高了其轉移數。由于這些優勢，所獲得的CPE具有高達0.36 mS cm?1的高室溫離子電導率和0.6的轉移數，進而使鋰金屬電極在4000小時內具有優異的可循環性，并使固態鋰硫電池在0.5C下經過180次循環的容量保持率達到97.6%。
Yanfei Zhu, et al. Uncoordinated chemistry enables highly conductive and stable electrolyte/filler interfaces for solid-state lithium–sulfur batteries. PNAS 2023
DOI: 10.1073/pnas.2300197120
https://doi.org/10.1073/pnas.2300197120
2. Matter：探索微米級鍺從低溫到高溫的缺陷行為和尺寸效應
鍺（Ge）在機械應變下表現出增強的載流子遷移率，這使其成為光電子和超快半導體器件的重要材料。但是，它在環境溫度下非常脆。在這里，我們通過使用微米級樣品的原位壓縮，展示了單晶Ge在很寬的溫度范圍內的可塑性，即使在低溫下也是如此。近日，蘇黎世聯邦理工學院Jeffrey M. Wheeler應用聚焦離子束 (FIB) 加工來制造具有從幾微米到亞微米尺寸的各種直徑和晶體取向的鍺柱。
本文要點：
1）實驗提供了在 -100 °C—400 °C (0.14–0.56 Tm) 的常規脆性溫度范圍內進行測試的樣本，以定量研究尺寸對 Ge 強度的影響。
2）除了在不同溫度和柱直徑下的單調壓縮外，還進行了瞬態塑性測試，以通過改變應變率來提取變形機制的激活參數。此外，還使用掃描電子顯微鏡 (SEM) 和透射電子顯微鏡 (TEM) 分析變形的微結構。這允許在很寬的溫度范圍內將測量的激活參數與微觀結構特征和變形機制相關聯。
Chen et al., Exploring defect behavior and size effects in micron-scale germanium from cryogenic to elevated temperatures, Matter (2023)
DOI：10.1016/j.matt.2023.03.025
https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.03.025
3. Matter：亞穩態Mo4P3的納米成型
降維導致量子材料出現涌現現象，需要加速發現降維納米級量子材料。熱機械納米成型是一種快速合成方法，可生產高質量的單晶納米線，其尺寸可控超過晶圓級尺寸。近日，康奈爾大學Judy J. Cha報道了來自多晶MoP原料的單晶納米線的納米成型。
本文要點：
1）令人驚訝的是，晶體學和成分分析表明納米線是Mo4P3而不是MoP。Mo4P3在室溫和環境壓力下是亞穩相，幾乎沒有實驗表征。
2）密度泛函理論(DFT)能帶結構計算和電阻率測量表明，Mo4P3是一種非拓撲金屬，其電阻率值可與其他磷化鉬化合物相媲美。這些結果表明，高溫和高壓，以及TMNM中原料和模具材料之間的界面能，可以為亞穩相的納米加工提供一條新途徑。
Kiani et al., Nanomolding of metastable Mo4P3, Matter (2023)
DOI：10.1016/j.matt.2023.03.023
https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.03.023
4. Matter：確定性自組裝二維材料和電子產品
自組織機械不穩定性為編程微/納米圖案化二維 (2D) 材料提供了一條有前途的途徑，它依賴于對不穩定性引起的自組裝的確定性控制。然而，由于超低的彎曲剛度，二維材料極易引發各種不確定的多模耦合機械不穩定性，這使得二維納米晶體難以可控地自組裝成設計模式。
近日，上海交通大學張文明教授和Kai-Ming Hu，中國科學院上海微系統與信息技術研究所Zeng-Feng Di通過從根本上克服原子薄2D晶體彎曲剛度極低帶來的失穩模式操縱這一關鍵問題，實現了2D材料的高度可設計性的解耦單模機械不穩定性和確定性模式自組裝。
本文要點：
1）解決超薄2D材料中多模耦合力學不穩定性的關鍵是引入一種通用的、可編程的IML和微機械互鎖鍵合來構建2D材料/IML-襯底三層膜系統。原子薄2D材料中的去耦合單模不穩定性為2D納米晶體的確定的三階跨尺度和2D定向自組裝開辟了一條新的途徑。
2）更有趣的是，研究人員設計了一種非侵入性和非接觸式的原位操縱策略，用于2D材料的后可調動態自組裝。此外，上述高度可設計的確定性自組裝賦予了2D材料新的性質，如各向異性壓阻和機械-光電耦合效應。
3）利用上述確定性自組裝特性，報道了一種全新的概念，用于制造2D材料的確定性自組裝微納電子學，如超快響應可穿戴手勢傳感器和3D各向異性觸覺傳感器。單模不穩定性驅動的確定性自組裝技術可以極大地促進二維材料和可變形自組裝電子學的微納技術的發展。
Hu et al., Deterministically self-assembled 2D materials and electronics, Matter (2023)
DOI：10.1016/j.matt.2023.03.019
https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.03.019
5. Matter：相結工程觸發內建電場助力-30°C下的快充電池
快充鋰離子電池(LIBs)在低溫（< 30 °C）下的高運行能力對于寒冷地區電網的調頻和調峰至關重要。然而，低溫性能受到Li+擴散緩慢和高壓極化的嚴重困擾。基于此，哈工大尹鴿平教授，Shuaifeng Lou提出了具有原子界面電場的馬賽克TiNb2O7/TiNbN2(TNO/TNN)異質結，以實現改進的離子擴散動力學以實現優異的鋰存儲。
本文要點：
1）密度泛函理論（DFT）計算進一步表明，相結界面可以顯著降低擴散勢壘，提高電導率，增強Li+去溶劑化能力，賦予TNO/TNN高Li+擴散系數和快速充電能力低溫條件。
2）實驗結果顯示，即使在-30 ° C時，TNO/TNN也能提供較大的可逆容量（241.5 mAh g-1）、卓越的倍率性能（20C時為108.6 mAh g-1）和令人振奮的耐久性（大約1,000次循環后為96%）。此外，TNO/TNN在25 °C下循環3,000次后容量衰減可忽略不計。
這種巧妙的結構設計為寒區電網儲能快充電池功能電極的構建提供了新的方向。
Zhang et al., Phase-junction engineering triggered built-in electric field for fast-charging batteries operated at-30 °C, Matter (2023)
DOI：10.1016/j.matt.2023.03.026
https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.03.026
6. JACS: 螺硼酸酯連接的離子共價自適應網絡具有快速再加工和閉環回收能力
共價自適應網絡（CANs）代表了一類通過動態共價鍵進行交聯的新型聚合物材料。自第一次發現以來，CANs因其在使用條件下具有傳統熱固性材料那樣的高機械強度和穩定性以及熱塑性塑料在一定外界刺激下的易再加工性而引起了人們的極大關注。在這里，科羅拉多大學博爾德分校Wei Zhang 展示了第一個離子共價自適應網絡(ICANS)，這是一種由負電荷主鏈結構組成的交聯型離聚體。更具體地說，通過螺硼酸鹽化學方法制備了兩種不同骨架組成的ICAN。
本文要點：
1）考慮到螺硼酸鍵的動態性質，得到的離聚體熱固性在溫和的條件下表現出快速的再加工性和閉合循環可回收性。機械破碎成小塊的材料可以在120°C的條件下在1分鐘內重新加工成粘結固體，機械性能幾乎100%恢復。
2）在室溫下用稀鹽酸處理ICAN后，這些有價值的單體可以很容易地以幾乎定量的產率進行化學回收。
這項工作展示了螺硼酸鍵作為一種新型的動態離子鍵在開發可再加工和可回收的新型離聚體熱固性材料方面的巨大潛力。
Hongxuan Chen, et al, Spiroborate-Linked Ionic Covalent Adaptable Networks with Rapid Reprocessability and Closed-Loop Recyclability, J. Am. Chem. Soc, 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c00774
https://doi.org/10.1021/jacs.3c00774
7. JACS: 用蛋黃?殼層設計解鎖NaTi2(PO4)3/碳材料的電容去離子
基準碳材料（通常低于 20 mg g-1）的低鹽吸附能力（SAC）是限制電容去離子（CDI）進一步商業化發展的最具挑戰性的問題之一，這是一種在能量上有利的可持續水淡化方法。鈉超離子導體（NASICON）結構的NaTi2(PO4)3（NTP）材料，特別是與碳結合制備NTP/C材料，為更高的CDI性能提供了新興選擇，但面臨循環穩定性差和活性成分溶解的問題材料。
在這項研究中，浙江海洋大學Xingtao Xu，日本國家材料科學研究所Yusuke Yamauchi報道了使用金屬有機骨架@共價有機聚合物（MOF@COP）作為犧牲模板開發 NASICON 結構的 NTP/C 材料（表示為 ys-NTP@C）的蛋黃殼納米結構的發展和空間受限的納米反應器。
本文要點：
1）正如預期的那樣，ys-NTP@C 表現出良好的 CDI 性能，包括在恒定電壓模式下 1.8 V 時最大 SAC 為 124.72 mg g-1 和在恒定電壓模式下 100 mA g-1 時最大 SAC 為 202.76 mg g-1 的示例性 SAC -電流模式，循環穩定性好，循環100次以上無明顯性能下降或能耗增加。
2）此外，用于研究 CDI 循環的 X 射線衍射清楚地展示了 ys-NTP@C 在重復離子嵌入/脫嵌過程中的良好結構穩定性，并且有限元模擬顯示了為什么蛋黃-殼納米結構表現出比其他材料更好的性能。
這項研究為從 MOF@COP 制備蛋黃殼結構材料提供了一種新的合成范例，并強調了蛋黃殼納米結構在電化學脫鹽中的潛在用途。
Xiaohong Liu, et al, Unlocking Enhanced Capacitive Deionization of NaTi2(PO4)3/Carbon Materials by the Yolk?Shell Design, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c01755
https://doi.org/10.1021/jacs.3c01755
8. JACS: 超高相對分子質量聚(二氧戊環)：提高化學可回收聚合物的力學性能
超高相對分子質量(UHMW)聚合物隨著分子質量的增加，分子的物理性質發生明顯的變化，按從單體(一部分)到齊聚物(幾部分)，再到聚合物(多部分)，最后到環狀聚合物(非常多部分)的轉變來分類。近日，康奈爾大學Geoffrey W. Coates報道了一種合成超高相對分子質量聚1，3-二氧雜環戊烷(UHMW PDXL)的方法，這是一種具有優異物理性能的可化學回收的熱塑性材料。
本文要點：
1）研究人員通過增加分子量來提高可持續聚合物的力學性能，并發現UHMW pDXL具有與超高相對分子質量聚乙烯(UHMWPE)相似的拉伸性能。
2）新的聚合方法使用不含金屬的經濟友好的引發劑，獲得了相對分子質量大于1000 kDa的UHMW pDXL。
UHMW pDXL的開發為從塑料垃圾中獲取價值和解決塑料垃圾的有害影響提供了一種潛在的解決方案。
H. Grace Hester, et al, Ultra-High-Molecular-Weight Poly(Dioxolane): Enhancing the Mechanical Performance of a Chemically Recyclable Polymer, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c01901
https://doi.org/10.1021/jacs.3c01901
9. JACS: 鋰雙位替代實現層狀氧化物陰極的大容量零應變助力鈉離子電池
鈉離子電池作為一種電化學儲能技術得到了前所未有的關注，但在動態(去)鹽化過程中如何設計出高能量密度、低結構應變的正極材料仍然是一項具有挑戰性的工作。在這里，南開大學張凱研究員，程方益教授報道了一種P2層鋰雙晶位取代的Na0.7Li0.03[Mg0.15Li0.07Mn0.75]O2（NMLMO）正極材料，其中Li離子同時占據了過渡金屬(TM)和堿金屬(AM)位。
本文要點：
1）理論計算和實驗表征相結合的結果表明，LiAM產生Na?O?Li電子組態以提高氧陰離子氧化還原的容量，而LiAM作為LiO_6棱柱通過抑制有害的相變來穩定層狀結構。
2）實驗結果顯示，NMLMO提供了266 mAh g?1的高比容量，同時在1.5?4.6 V的寬電壓范圍內表現出近零應變特性。
研究發現突出了雙位替代的有效方法，以打破先進充電電池正極材料的容量?穩定性權衡。
Zhonghan Wu, et al, Realizing High Capacity and Zero Strain in Layered Oxide Cathodes via Lithium Dual-Site Substitution for Sodium-Ion Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c00117
https://doi.org/10.1021/jacs.3c00117
10. JACS：利用凋亡放大卟啉納米纖維的組裝以增強對口腔腫瘤的光動力治療效果
口腔鱗狀細胞癌(OSCC)是一種最常見的口腔癌，具有高復發和易轉移等特點。除手術外，光動力療法(PDT)被認為是治療OSCC的另一種有效方法。然而，目前可用的PDT光敏劑(PSs)的水溶性較差，極大地降低它們的單線態氧(1O2)產量和PDT效率。目前已有的PS組裝策略能夠提高1O2產率，但仍需進一步改善以提高其PDT效率。有鑒于此，東南大學梁高林教授利用細胞凋亡來放大卟啉納米纖維的組裝，以增強對OSCC的PDT效果。
本文要點：
1）實驗設計了一種水溶性卟啉衍生物Ac-Asp-Glu-Val-Asp-Asp-TPP (Ac-DEVDD-TPP)。在caspase-3 (Casp3，一種在凋亡過程中被激活的的酶)切割和激光照射下，Ac-DEVDD-TPP會轉化為D-TPP。D-TPP可通過自發的自組裝形成卟啉納米纖維，進而在體外和細胞內分別實現1.4倍和2.1倍的1O2產生。
2）研究發現，形成的卟啉納米纖維能夠誘導細胞發生凋亡和焦亡。體內實驗結果表明，與對照化合物Ac-DEVDD-TPP相比，Ac-DEVDD-TPP可在口腔腫瘤的皮下和原位模型中分別使Casp3的表達量增加6.2倍和1.3倍，并對腫瘤表現出顯著的抑制作用。綜上所述，該研究設計的凋亡放大卟啉組裝策略有望應用于OSCC的臨床治療。
Xiaoyang Liu. et al. Apoptosis-Amplified Assembly of Porphyrin Nanofiber Enhances Photodynamic Therapy of Oral Tumor. Journal of the American Chemical Society. 2023
DOI: 10.1021/jacs.2c13189
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13189
11. JACS：基于可逆識別的硼酸探針用于檢測活細胞和斑馬魚中的葡萄糖
葡萄糖是一種重要的能量來源，直接決定了人體的平衡狀態。然而，由于缺乏強大的成像探針，人體葡萄糖平衡變化的機制仍不清楚。鑒于此，英國巴斯大學、河南師范大學Tony D. James，山東第一醫科大學Qixin Chen和Qingqiang Yao、山東師范大學Ping Li、南開大學Xiujie Zhao等在原氨基甲基苯硼酸探針——苯基（二）硼酸（PDBA）的基礎上合成了具有良好生物相容性和高靈敏度的二硼酸探針。
本文要點：
1）通過將水溶性基團-CN直接引入硼酸基團對面，并將-COOCH3或-COOH基團引入PDBA中蒽的β位點，得到了具有敏感反應的水溶性探針Mc-CDBA（F/F0=47.8，檢測限（LOD）=1.37μM）和對葡萄糖具有最高親和力的Ca-CDBA（Ka=4.5 × 103 M-1）。
2）Mc-CDBA被用來識別正常和腫瘤細胞之間的葡萄糖異質性。最后，Mc-CDBA和Ca-CDBA被用于斑馬魚的葡萄糖成像。該研究為設計高效的硼酸葡萄糖探針提供了新的策略，也為評估葡萄糖相關疾病提供了強有力的新工具。
Kai Wang, et al. Reversible Recognition-Based Boronic Acid Probes for Glucose Detection in Live Cells and Zebrafish. Journal of the American Chemical Society Article ASAP
DOI: 10.1021/jacs.2c13694
https://doi.org/10.1021/jacs.2c13694
12. JACS：作為“電子泵”的TADF光敏劑與作為“電子庫”的BSA相集成以增強I型光動力治療
I型光敏化可有效解決了腫瘤乏氧所引起的光動力治療(PDT)效果不理想的問題。開發I型光敏模式所面臨的挑戰之一是如何提高光敏劑自身的電子傳遞能力。大連理工大學宋鋒玲教授發現，使用牛血清白蛋白(BSA)包封熱激活延遲熒光(TADF)光敏劑（PS）可以顯著增強I型PDT過程，并產生大量的超氧陰離子(O2??)。
本文要點：
1）實驗以BSA為“電子庫”，以TADF光敏劑為“電子泵”，設計了一種新型的I型光敏化策略。通過制備納米光敏劑PS@BSA，研究者能夠將BSA和PS的作用整合在一個系統中。
2）在乏氧條件下，PS@BSA能夠在腫瘤細胞中表現出I型PDT的性能。此外，PS@BSA也可以充分利用BSA的腫瘤靶向作用，進而在體內實驗中對荷瘤小鼠表現出高效的PDT作用。綜上所述，這項工作能夠為提高對乏氧腫瘤的PDT效率提供一條新的有效途徑。
Wenlong Chen. et al. Integration of TADF Photosensitizer as “Electron Pump” and BSA as“Electron Reservoir” for Boosting Type I Photodynamic Therapy. Journal of the American Chemical Society. 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c01042
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c01042
