1. Chem. Rev.綜述：非常規(guī)相多組分金屬納米材料的應(yīng)變和表面工程
具有非常規(guī)相的多元金屬納米材料由于獨特的晶體結(jié)構(gòu)和豐富的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，在電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換方面顯示出巨大的前景。近日，廈門大學(xué)黃小青教授強調(diào)了這些新型納米材料在應(yīng)變和表面工程方面的進(jìn)展。1）作者首先根據(jù)組件之間的相互作用類型簡要介紹這些材料的結(jié)構(gòu)配置。2）接下來，作者討論了應(yīng)變的基本原理、相關(guān)非常規(guī)相金屬納米材料的應(yīng)變效應(yīng)及其形成機制。3）作者然后從形貌控制、結(jié)晶度控制、表面改性和表面重構(gòu)等方面展示了這些多元金屬納米材料表面工程的進(jìn)展。此外，還介紹了應(yīng)變和表面工程非常規(guī)納米材料主要在電催化方面的應(yīng)用，其中除了催化性能外，還強調(diào)了結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性。4）最后，作者展望了這一前景廣闊的領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和機遇。
Qing Yao, et al, Strain and Surface Engineering of Multicomponent Metallic Nanomaterials with Unconventional Phases, Chem. Rev., 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00252https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00252
2. Chem. Rev.綜述：用于吸附的離子液體功能化 MOF
金屬有機框架（MOF）和離子液體（IL）是有前景的吸附分離材料。已開發(fā)出摻入MOF材料的離子液體（稱為IL/MOF復(fù)合材料），IL/MOF復(fù)合材料結(jié)合了MOF和IL的優(yōu)點，可在基于吸附的流體混合物分離中實現(xiàn)增強的性能。將設(shè)計的不同IL引入到各種MOF中以調(diào)整其功能特性，從而影響最佳的吸附分離性能。在這篇文章中，石河子大學(xué)Zhong Wei提出了IL/MOF復(fù)合材料的合理制造，并論證了它們的功能特性。1）作者對一種被稱為IL/MOF復(fù)合材料的新興材料進(jìn)行了重要概述，以及IL/MOF復(fù)合材料作為流體分離中的吸附劑或膜應(yīng)用的最新進(jìn)展。2）此外，IL/MOF在吸附氣體分離（煙氣中CO2捕集、天然氣凈化、乙炔和乙烯分離、室內(nèi)污染物去除）和液體分離（生物活性成分分離、有機污染物去除、吸附脫硫、放射性核素去除）進(jìn)行了討論。3）最后，作者強調(diào)了IL/MOF現(xiàn)有的挑戰(zhàn)，并提出了有效探索新型IL/MOF吸附材料的適當(dāng)設(shè)計策略方向。
Xueqin Li, et al, Ionic Liquids Functionalized MOFs for Adsorption, Chem. Rev., 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00248https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00248
3. Science Advances：多金屬氧酸鹽簇的單層晶體共價網(wǎng)絡(luò)
單層二維（2D）材料因其獨特的電子結(jié)構(gòu)、顯著的面內(nèi)限制效應(yīng)和優(yōu)異的催化性能而引起人們極大的興趣。在這里，清華大學(xué)王訓(xùn)教授，Zhong Li，Qichen Lu制備了多金屬氧酸鹽簇（CN-POM）的二維共價網(wǎng)絡(luò)，其特征是單層結(jié)晶分子片，由四方排列的POM簇之間的共價連接形成。1）CN-POM在苯甲醇的氧化中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化效率，轉(zhuǎn)化率比POM簇單元高5倍。2）理論計算表明，CN-POM的面內(nèi)電子離域有助于更容易的電子轉(zhuǎn)移并提高催化效率。此外，共價互連分子片的電導(dǎo)率比單個POM簇的電導(dǎo)率高46倍。3）POM簇單層共價網(wǎng)絡(luò)的制備為合成先進(jìn)的基于簇的二維材料提供了一種策略，并為研究晶體共價網(wǎng)絡(luò)的電子結(jié)構(gòu)提供了精確的分子模型。
Haoyang Li, et al, A monolayer crystalline covalent network of polyoxometalate clusters, Sci. Adv. 9, eadi6595 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adi6595https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi6595
4. Science Advances：使用空氣捕集膜的壓力驅(qū)動蒸餾可快速、選擇性地凈化水
解決日益嚴(yán)重的水資源短缺問題需要能夠有效凈化受損水源的膜技術(shù)。然而，最先進(jìn)的工程膜受到普遍的、有害的權(quán)衡的限制，其中具有高透水性的膜缺乏選擇性。目前的膜去除低分子量中性溶質(zhì)的能力也很差，并且容易被水處理中使用的氧化劑降解。近日，科羅拉多大學(xué)博爾德分校Anthony P. Straub展示了一種海水淡化技術(shù)，該技術(shù)利用施加的壓力來驅(qū)動蒸汽通過帶有截留空氣層的膜進(jìn)行傳輸。1）由于分離是由于氣-液相變而發(fā)生的，因此觀察到溶解的溶質(zhì)（包括氯化鈉、硼、尿素和N-亞硝基二甲胺）幾乎完全被排除。2）用亞200nm厚的空氣層制造的膜的透水性超過了商業(yè)膜，且不犧牲脫鹽率。此外，還發(fā)現(xiàn)空氣捕集膜可以耐受氯和臭氧氧化劑的暴露。這些結(jié)果增進(jìn)了研究人員對蒸發(fā)行為的理解，并促進(jìn)高通量超選擇性分離。
Duong T. Nguyen, et al, Pressure-driven distillation using air-trapping membranes for fast and selective water purification, Sci. Adv. 9, eadg6638 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adg6638https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6638
5. Science Advances：鋰離子電池固體電解質(zhì)界面的操作光譜成像
鋰離子電池目前是從智能手機到電動汽車等應(yīng)用的首選電源。以納米級空間分辨率和化學(xué)特異性對控制其功能的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成像，是一個長期存在的懸而未決的問題。近日，加州大學(xué)洛杉磯分校B. C. Regan報道了在掃描透射電子顯微鏡(STEM)中使用電子能量損失光譜(EELS)展示了鋰離子電池陽極在多個充放電循環(huán)中的操作光譜成像。1）研究人員使用超薄鋰離子電池，獲取固體電解質(zhì)相間(SEI)層各種成分的參考EELS光譜，然后將這些“化學(xué)指紋”應(yīng)用于相應(yīng)物理結(jié)構(gòu)的高分辨率、真實空間映射。2）研究人員觀察了SEI中Li和LiH枝晶的生長，并對SEI本身進(jìn)行了指紋識別。這種對鋰離子電池的空氣敏感液體化學(xué)成分進(jìn)行高空間和光譜分辨率操作成像，為了解影響電池安全、容量和壽命的復(fù)雜動態(tài)機制開辟了直接途徑。
Jared J. Lodico, et al, Operando spectral imaging of the lithium ion battery’s solid-electrolyte interphase, Sci. Adv. 9, eadg5135 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adg5135https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg5135
6. Science Advances：水化層結(jié)構(gòu)通過三價 La3+ 電解質(zhì)調(diào)節(jié)超潤滑
水基潤滑劑在許多技術(shù)、生物和生理應(yīng)用中為摩擦表面提供潤滑。吸附在固體表面上的水合離子層的結(jié)構(gòu)決定了水性潤滑劑的潤滑性能，被認(rèn)為在水合潤滑中是不變的。近日，清華大學(xué)Ming Ma，Chenhui Zhang，蒙特利爾大學(xué)Xavier Banquy證明離子表面覆蓋度決定了水化層的粗糙度及其潤滑性能，特別是在亞納米限制下。1）研究人員表征了由水性三價電解質(zhì)潤滑的表面上的不同水合層結(jié)構(gòu)。根據(jù)水化層的結(jié)構(gòu)和厚度，觀察到摩擦系數(shù)為10?4和10?3的兩種超潤滑狀態(tài)。每種狀態(tài)都表現(xiàn)出獨特的能量耗散途徑和對水化層結(jié)構(gòu)的不同依賴性。2）研究人員的分析結(jié)果支持邊界潤滑膜的動態(tài)結(jié)構(gòu)與其摩擦學(xué)特性之間存在密切關(guān)系的想法，并提供了在分子水平上研究這種關(guān)系的框架。
Tianyi Han, et al, Hydration layer structure modulates superlubrication by trivalent La3+ electrolytes, Sci. Adv. 9, eadf3902 (2023DOI: 10.1126/sciadv.adf3902https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf3902
7. Science Advances：人工智能耦合等離子體紅外傳感器用于檢測神經(jīng)退行性疾病中的結(jié)構(gòu)蛋白生物標(biāo)志物
由于缺乏檢測臨床前生物標(biāo)志物的工具，包括帕金森病和阿爾茨海默病在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病(NDD)的診斷具有挑戰(zhàn)性。蛋白質(zhì)錯誤折疊成寡聚體和纖維狀聚集體在NDD的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用，因此強調(diào)了基于結(jié)構(gòu)生物標(biāo)志物的診斷的必要性。近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Hatice Altug，Hilal A. Lashuel開發(fā)了一種免疫分析耦合納米等離子體紅外超表面?zhèn)鞲衅鳎商禺愋詸z測與NDD相關(guān)的蛋白質(zhì)，例如α-突觸核蛋白，并利用其獨特的吸收特征區(qū)分不同的結(jié)構(gòu)種類。1）研究人員用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)增強了傳感器，能夠?qū)旌衔镏械墓丫酆屠w維蛋白聚集體進(jìn)行前所未有的定量預(yù)測。2）微流體集成傳感器可以在存在復(fù)雜生物基質(zhì)的情況下檢索時間分辨的吸光度指紋，并且能夠進(jìn)行多路復(fù)用以同時監(jiān)測多個病理相關(guān)的生物標(biāo)志物。因此，該傳感器是NDD臨床診斷、疾病監(jiān)測和新療法評估的有前途的候選者。
Deepthy Kavungal, et al, Artificial intelligence–coupled plasmonic infrared sensor for detection of structural protein biomarkers in neurodegenerative diseases, Sci. Adv. 9, eadg9644 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adg9644https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg9644
8. Science Advances：工業(yè)Bi-Mo-Co-Fe-K-O丙烯氧化催化劑的結(jié)構(gòu)
工業(yè)多相催化劑表現(xiàn)出高性能和高材料復(fù)雜性。將這種復(fù)雜性分解為簡化模型可以簡化機理研究。然而，這種方法削弱了相關(guān)性，因為模型的性能通常較差。近日，巴斯夫公司Kazuhiko Amakawa提出了一種整體方法，通過將系統(tǒng)轉(zhuǎn)向工業(yè)基準(zhǔn)來揭示高性能的起源，同時又不失去相關(guān)性。1）結(jié)合動力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析，研究人員展示了Bi-Mo-Co-Fe-K-O工業(yè)丙烯醛催化劑的性能。2）表面BiMoO整體裝飾有β-Co1?xFexMoO4上的K，可進(jìn)行丙烯氧化，而摻K的鉬酸鐵則聚集電子以激活雙氧。3）納米結(jié)構(gòu)的富空位和自摻雜體相確保了兩個活性位點之間的電荷傳輸。真實系統(tǒng)特有的功能可實現(xiàn)高性能。
Kazuhiko Amakawa, et al, Architecture of industrial Bi-Mo-Co-Fe-K-O propene oxidation catalysts, Sci. Adv. 9, eadh5331 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adh5331https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh5331
9. Nature Commun.：互變異構(gòu) 3D 共價有機框架中的對稱性破缺動力學(xué)
烯醇胺-酮烯胺互變異構(gòu)現(xiàn)象已被用來構(gòu)建具有更高水平的化學(xué)魯棒性和優(yōu)異的光電活性的2D共價有機框架（COF）。然而，由于兩個其他原子之間質(zhì)子轉(zhuǎn)移的移動平衡，完全控制互變異構(gòu)狀態(tài)并關(guān)聯(lián)其互變異構(gòu)結(jié)構(gòu)光電特性仍然具有挑戰(zhàn)性。近日，上海科技大學(xué)Yue-Biao Zhang報道了從二亞胺醇到亞胺醇/順式酮烯胺的對稱-不對稱互變異構(gòu)可以在結(jié)晶、多孔和動態(tài) 3D COF (dynaCOF-301) 中穩(wěn)定并通過去除和適應(yīng)性包含后的協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和主客體相互作用進(jìn)行各種客體分子轉(zhuǎn)換。1）具體來說，互變異構(gòu)體dynaCOF-301是通過亞胺鍵將氫醌與四面體結(jié)構(gòu)單元連接起來，形成具有一維通道的7重交織的金剛形網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)建的。2）可逆的框架變形和有序無序轉(zhuǎn)變是從溶劑化相到活化相和水合相確定的，伴隨著溶劑化變色和水變色效應(yīng)，可用于快速、穩(wěn)定和視覺的肉眼化學(xué)傳感。
Xu, Y., Sun, T., Zeng, T. et al. Symmetry-breaking dynamics in a tautomeric 3D covalent organic framework. Nat Commun 14, 4215 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39998-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-39998-x
10. EES：用于可逆固體氧化物電化學(xué)電池的通用氧電極
固體氧化物電化學(xué)電池（SOC）是一種極具潛力的儲能和轉(zhuǎn)換設(shè)備，其代表了一種將化學(xué)燃料轉(zhuǎn)化為電能的有效途徑。在這里，韓國科學(xué)技術(shù)院納米世紀(jì)研究所Kang Taek Lee、WooChul Jung報道了Ta摻雜的BaCoO3-δ催化劑，其在燃料電池和電解操作中都表現(xiàn)出優(yōu)異的電極性能。1) 五價Ta離子的引入使母體氧化物保持高度對稱的立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，這大大提高了其相穩(wěn)定性、電子和離子導(dǎo)電性，甚至提高了對氧還原和析出的催化活性。2) 因此，該催化劑在650℃下實現(xiàn)峰值功率密度為2.26W cm-2的質(zhì)子傳導(dǎo)SOC。作者提出的多用途電極設(shè)計原理不僅可以實現(xiàn)高性能SOC，而且有助于顯著降低相關(guān)電化學(xué)設(shè)備的成本。
Jun Hyuk Kim, et al. A Universal Oxygen-Electrode for Reversible Solid Oxide Electrochemical Cells at Reduced Temperatures. EES 2023https://doi.org/10.1039/D2EE04108A
11. AM：ZnSeTe 量子點中分子添加劑輔助碲均質(zhì)化
在膠體量子點 (QD) 的合成過程中添加含水氫鹵酸 (HX, X = F, Cl, Br) 現(xiàn)在被廣泛用于獲得高質(zhì)量的 QD。然而，這種對水溶液使用的依賴與對氧和水敏感的前體（例如用于合成 Te 合金 ZnSe QD 的前體）不相容。在這里，多倫多大學(xué)Sjoerd Hoogland證明了這種不相容性，導(dǎo)致相分離成富碲區(qū)域和貧碲區(qū)域，導(dǎo)致在高激光照射和施加電偏壓下光譜展寬和發(fā)光峰偏移。研究人員提出了一種使用苯碳酰氟（BF）作為化學(xué)添加劑原位生產(chǎn)無水HF的合成策略。1）通過原位19F核磁共振波譜，研究人員發(fā)現(xiàn)BF與表面活性劑串聯(lián)反應(yīng)，最終生成中間體F???H??三辛胺加合物。它們充當(dāng)釋放無水氟化氫的偽氟化氫源。2）在成核和生長步驟中，HF 的受控釋放使 ZnSeTe 晶格中的 Te 分布均勻化，在激光通量從 ~3 μW 增加到 ~12 mW 以及施加偏壓從 2.6 到 10 V 的情況下，產(chǎn)生光譜穩(wěn)定的藍(lán)光量子點。3）單點光致發(fā)光（PL）光譜以及吸收光譜、PL 和瞬態(tài)吸收光譜的分析以及密度泛函理論表明無水 HF 作為 Te 均化劑的作用。
Muhammad Imran, et al, Molecular Additive-Assisted Tellurium Homogenization in ZnSeTe Quantum Dots, Adv. Mater. 2023, 2303528DOI: 10.1002/adma.202303528https://doi.org/10.1002/adma.202303528
12. AM：通過解決方案處理的集成電路提高有機光電探測器的性能，實現(xiàn)無處不在的健康監(jiān)測
有機光電探測器作為一種新興的可穿戴光電體積描記（PPG）技術(shù)，為下一代光子醫(yī)療保健電子產(chǎn)品提供了令人興奮的機會。然而，光響應(yīng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和制造成本之間的相互制約，本質(zhì)上限制了有機光電探測器在日常活動中無處不在的健康監(jiān)測的發(fā)展。在這里，蘇州大學(xué)Xiaohong Zhang，Xiujuan Zhang，Wei Deng報道了一種有效的途徑，通過用于健康監(jiān)測應(yīng)用的解決方案處理的集成電路來顯著提高有機光電探測器的性能。1）通過創(chuàng)建理想的金屬-半導(dǎo)體結(jié)界面，最大限度地減少器件內(nèi)的陷阱態(tài)，實現(xiàn)了溶液印刷的有機場效應(yīng)晶體管 (OFET)，其信號放大效率高達(dá) 37.1 S A-1 ，接近理論熱電子極限。2）因此，OFET與有機光電導(dǎo)體的單片集成使得光響應(yīng)信噪比顯著放大四個數(shù)量級以上，從5.5到4.6×105，能夠滿足從生物體中準(zhǔn)確提取生理信息的需求。研究工作提供了一種有效且通用的方法來極大地提高光電探測器的性能，有望徹底改變健康監(jiān)測技術(shù)。
Gan Luo, et al, Boosting the Performance of Organic Photodetectors with a Solution-Processed Integration Circuit toward Ubiquitous Health Monitoring, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202301020https://doi.org/10.1002/adma.202301020
