1. Chem. Soc. Rev.: 用于電化學轉化反應的MXene基催化劑的工程策略和活性位點鑒定
MXenes因其高金屬導電性、親水性、可調層結構和表面化學特性而被廣泛研究，使其在能源相關應用中備受關注。然而，緩慢的催化反應動力學和有限的活性位點嚴重阻礙了它們的進一步實際應用。而MXenes的表面工程已被合理設計和研究，用以調節其電子結構，增加活性位點的密度，優化結合能，從而提高電催化性能。近日，悉尼科技大學 Guoxiu Wang、Jinqiang Zhang、Liu Hao對用于電化學轉化反應的MXene基催化劑的工程策略和活性位點鑒定進行了綜述研究。
本文要點：
1) 作者全面總結了MXene納米結構的表面工程策略，包括表面終止工程、缺陷工程、雜原子摻雜工程（金屬或非金屬）、二次材料工程以及MXene類似物的擴展。作者通過在原子水平上確定工程MXenes中每個組分的作用，并討論了它們的內在活性位點，以建立原子結構和催化活性之間的關系。
2) 作者重點介紹了MXenes在電化學轉化反應中的最新進展，包括氫氣、氧氣、二氧化碳、氮氣和硫轉化反應。介紹了用于電化學轉化反應的MXene基催化劑的挑戰和前景。
Yufei Zhao, et al. Engineering strategies and active site identification of MXene-based catalysts for electrochemical conversion reactions. Chem. Soc. Rev. 2023
DOI:10.1039/D2CS00698G
https://doi.org/10.1039/D2CS00698G
2. Nature Catalysis：通過三步中繼機制將硝酸鹽還原為氨
氨在農業和下一代無碳能源供應中發揮著重要作用。電催化硝酸鹽還原為NH3對于在環境條件下去除硝酸鹽和生產NH3具有重要意義。然而，其能量效率受到高反應過電位的限制。近日，天津大學Zhang Bin、Yu Yifu通過三步中繼機制將硝酸鹽還原為氨。
本文要點：
1) 作者提出了一種由自發氧化還原反應、電化學還原和電催化還原組成的三步中繼機制來克服這個問題，從而設計并采用RuxCoy合金作為模型催化劑。Ru15Co85的起始電位為+0.4?V（vs. RHE），能量效率為42?±?2%. 其高催化性能使氨的生產成本降至$0.49±?0.02 kg-1。
2) 此外，Ru15Fe85和Ru15Ni85的有效NO3?RR性能證實了中繼機制的普遍性。這項工作提供了一種提高NO3?RR能源效率的反應途徑，并將啟發科研工作者為其他電催化過程設計高效催化劑。
Shuhe Han, et al. Ultralow overpotential nitrate reduction to ammonia via a three-step relay mechanism. Nature Catalysis 2023
DOI: 10.1038/s41929-023-00951-2
https://doi.org/10.1038/s41929-023-00951-2
3. Nature Materials: WSe2/MoS2莫爾超晶格中的層相關相
電子關聯在莫爾異質結構中的宏觀量子現象中起著至關重要的作用，如反鐵磁性和相關絕緣相。近日，南洋理工大學Weibo Gao、德克薩斯大學奧斯丁分校Allan H. MacDonald報道了WSe2/MoS2莫爾超晶格中的層相關相。
本文要點：
1) 與相互作用只涉及一層電子的現象不同，兩層或多層中不同相的相互作用代表了一個新的方向，例如近藤晶格模型。作者使用層間激子作為探針，并發現二硒化鎢和二硫化鉬（WSe2/MoS2）的異質雙層中的層間相互作用可以被電控制開關，從而產生層依賴的相關相圖，包括單層、層選擇性、激子絕緣體和層雜化區域。
2) 作者證明了這些相關相影響層間激子的非輻射衰變途徑，進而揭示了強關聯對層間激子動力學的作用，并為研究莫爾異質結構中的層分辨強關聯行為鋪平了道路。
Qinghai Tan, et al. Layer-dependent correlated phases in WSe2/MoS2 moiré superlattice. Nature Materials 2023
DOI: 10.1038/s41563-023-01521-4
https://doi.org/10.1038/s41563-023-01521-4
4. Nature Nanotechnology：用于仿生傳感器內運動感知的光電子分級神經元
對于運動的處理仍是一個計算挑戰，并且其需要大量的計算資源。與此形成鮮明對比的是，飛行昆蟲可以用它們微小的視覺系統靈活地感知現實世界的運動。近日，香港理工大學Chai Yang、延世大學Jong-Hyun Ahn報道了用于仿生傳感器內運動感知的光電子分級神經元。
本文要點：
1) 作者使用光電晶體管陣列可以直接感知終端的不同運動類型，從而模擬昆蟲視覺系統的分級神經元。其中MoS2光電晶體管中淺陷阱中心的電荷動力學模擬了分級神經元的特征，其具有1200 bit?s?1的信息傳輸率并且可以有效地編碼時間光信息。
2) 作者構建了一個20?×?20的光電傳感器陣列，并將其用于檢測視野中的軌跡，從而可以有效感知運動物體的方向，進而使其通過四層神經網絡實現了99.2%的識別準確率。此外，通過調控MoS2的淺俘獲中心的電荷動力學，該傳感器陣列可以識別時間分辨率在101到106 ms之間的運動?狀態
Jiewei Chen, et al. Optoelectronic graded neurons for bioinspired in-sensor motion perception. Nature Nanotechnology 2023
DOI: 10.1038/s41565-023-01379-2
https://doi.org/10.1038/s41565-023-01379-2
5. Nature Nanotechnology：電池電極表面附近金屬溶解和再沉積動力學的操作表征和調節
錳的溶解一直是一個長期普遍存在的問題，從而對錳基電池材料的性能產生了負面影響。錳的溶解涉及電極-電解質界面的復雜化學和結構轉變。不斷演變的電極-電解質界面使得對動態界面過程表征和定量建立與電池性能的相關性極具挑戰性。近日，弗吉尼亞理工學院Lin Feng、阿貢國家實驗室Li Luxi、布魯克海文國家實驗室Sooyeon Hwang報道了電池電極表面附近金屬溶解和再沉積動力學的操作表征和調節。
本文要點：
1) 作者對電化學操作含錳陰極的時間和空間分辨錳溶解/再沉積（D/R）動力學進行了可視化和量化。通過粒子級和電極級分析表明，在不同的電荷狀態下，D/R動力學與不同的界面降解機制有關。該結果在統計上區分了表面重建和Jahn–Teller畸變對不同工作電壓下Mn溶解的貢獻。
2) 在復合電極中引入磺化聚合物（Nafion）可以通過捕獲溶解的Mn物種和快速建立局部Mn D/R平衡來調節D/R動力學。該工作通過操作同步加速器來研究確定導致Mn溶解的化學和結構轉變機制，并開發了一種調節Mn界面動力學以提高電池性能的有效方法。
Yuxin Zhang, et al. Operando characterization and regulation of metal dissolution and redeposition dynamics near battery electrode surface. Nature Nanotechnology 2023
DOI:10.1038/s41565-023-01367-6
https://doi.org/10.1038/s41565-023-01367-6
6. Nature Synthesis: 烯丙基溴和氟化鈉使強C（sp3）–H鍵的光化學多樣化
開發對強中性C（sp3）-H鍵（如石油衍生烴中的鍵）進行選擇性官能化的實用方法具有重要意義，但在合成化學中仍極具挑戰性。近日，廈門大學龔磊報道了一種在光化學過程中使用烯丙基溴化物作為試劑和氟化鈉作為活化劑的方便方法。
本文要點：
1) 在NaF存在的情況下，作者通過使用化學計量或催化量的烯丙基溴化物作為引發劑，實現了烷烴、環烷烴和其他相對不活潑物質的各種C（sp3）-H官能化，并以高化學選擇性和位點選擇性的高產率合成了各種烯丙基化、雜芳基化、烷基化、肼化和胺化產物。
2) 原位產生的二元NaF–烯丙基溴加合物作為光活性物質、自由基介導的C–H切割引發劑和功能化試劑在反應中發揮著重要作用。這種不含過渡金屬和光敏劑的策略將為碳氫化合物原料的C–H多樣化和鉛化合物的后期改性提供新的機會。
Ziqi Ye, et al. Photochemical diversification of strong C(sp3)–H bonds enabled by allyl bromide and sodium fluoride. Nature Synthesis 2023
DOI: 10.1038/s44160-023-00291-w
https://doi.org/10.1038/s44160-023-00291-w
7. Nature Commun.：通過多步串聯內源性生物合成構建全API納米藥物以用于連續時空治療
納米醫學具有增強癌癥治療的重要潛力。然而，低的活性藥物成分(API)負載量、難以預測的藥物釋放以及輔料的潛在毒性等問題都會極大地限制納米藥物的轉化前景。有鑒于此，北京理工大學張金鳳教授構建了一種由FDA批準的5-氨基乙酰丙酸(ALA)、人必需元素Fe3+和天然活性化合物姜黃素組成的全API納米藥物，其具有理想的API含量和pH響應釋放譜，可通過多步串聯內源性生物合成策略實現持續的時空癌癥治療。
本文要點：
1）研究發現，ALA會首先通過酶促反應轉化為光敏劑原卟啉IX(PpIX)，并隨后通過PpIX-血紅素-CO/Fe2+/BV-BR代謝通路、生物合成一氧化碳(CO)、Fe2+、膽綠素(BV)和膽紅素(BR)等多種下游產物，并進一步與釋放的Fe3+和姜黃素產生協同作用，最終引起線粒體損傷、膜破壞和胞漿內損傷。
2）綜上所述，這項研究工作不僅為利用多種代謝物實現腫瘤抑制提供了新的范例，而且也構建了一種安全高效的全原料納米藥物，有望進一推動納米藥物的臨床應用和轉化。
Fang Fang. et al. Continuous Spatiotemporal Therapy of A Full-API Nanodrug via Multi-Step Tandem Endogenous Biosynthesis.Nature Communications. 2023
https://www.nature.com/articles/s41467-023-37315-0
8. AM：苯并[c]噻吩熒光團的抗猝滅NIR-II J聚集體用于高效生物成像和光學診療
具有近紅外二區(NIR-II)發射性能的分子熒光團因其良好的生物相容性和高分辨成像性能而在深部組織生物成像領域中廣受關注。近年來，已有研究證明了J聚集體能夠被用于構建長波長NIR-II發射器，主要原因在于J聚集體在形成水分散的納米聚集體時，其光學波段會出現顯著的紅移。然而，由于J型主鏈的種類有限，且熒光猝滅嚴重，因此它們在NIR-II熒光成像中的應用仍會受到很大的限制。有鑒于此，香港城市大學李振聲教授、Yingpeng Wan、蘇州大學李盛亮教授和臺灣大學Ken-Tsung Wong開發了一種具有抗猝滅作用的苯并[c]噻吩(BT) J聚集體熒光團(BT6)，并將其用于實現高效的NIR-II生物成像和光學診療。
本文要點：
1）為了克服J型熒光團的自猝滅問題，實驗對BT熒光團進行了調控以使其具有超過400 nm的Stokes位移和聚集誘導發光(AIE)性能。在水環境中形成BT6組裝體后，其800 nm以上的吸收和1000 nm以上的NIR-II發射會分別提高41倍和26倍以上。
2）對全身血管的體內可視化和成像指導的光學治療結果表明，BT6 NPs是一種能夠用于NIR-II熒光成像和癌癥光學診療的優秀藥物。綜上所述，這項工作能夠為開發具有抗猝滅性能的明亮NIR-II J聚集體以用于生物醫學領域提供一個新的策略。
Ka-Wai Lee. et al. Anti-Quenching NIR-II J-Aggregates of Benzo[c]thiophene Fluorophore for Highly Efficient Bioimaging and Phototheranostics.Advanced Materials. 2023
DOI: 10.1002/adma.202211632
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211632
9 AEM: 通過遷移學習加速發現先進熱電材料
熱電（TE）技術可以將廣泛分布的熱量直接轉化為有用的電力，從而為解決日益嚴重的全球能源危機提供了一條有效途徑。然而，通過傳統的試錯方法研發先進的TE材料是極其復雜和耗時的。近日，武漢大學Fang Ying、Liu Huijun通過遷移學習加速發現先進熱電材料。
本文要點：
1) 作者使用用于電子帶隙的預訓練神經網絡架構，提出了一種遷移學習（TL）策略，該策略可以在任意溫度下對任何TE材料的ZT值進行準確的預測。與直接機器學習算法相比，TL驅動的模型在初始數據集之外具有顯著增強的預測能力，其將p型系統的Pearson相關系數從23%提高到95%，n型系統的Pearson相關系數從46%提高到94%。
2) 在AFLOW儲存庫中篩選的6353個具有相對較小間隙的材料中，925個p型和788個n型系統被快速識別出具有超過2.0的ZT值。此外，作者所建立的TL模型也適用于在更大的搜索空間中的ZT預測，其中可以對篩選系統的組成原子和/或化學計量組成進行各種調整，以進一步優化其TE性能。
Mengke Li, et al. Accelerated Discovery of Advanced Thermoelectric Materials via Transfer Learning. Adv. Energy Mater. 2023
DOI: 10.1002/aenm.202300049
https://doi.org/10.1002/aenm.202300049
