1. Nature Commun.：防止陽離子混合使亞 15 nm 短波紅外發射稀土基核殼納米晶體的量子產率達到 50%
由于缺乏自發熒光、血液和組織對光子的吸收較弱以及光子散射系數較低等重要優點，短波紅外（SWIR）熒光可能成為生物醫學應用光學成像的新金標準。因此，與可見光和近紅外區域相反，組織在短波紅外區域變得半透明。然而，明亮且生物相容性探針的缺乏是釋放短波紅外熒光的全部潛力必須克服的關鍵挑戰。盡管基于稀土的核殼納米晶體似乎是有前途的短波紅外探針，但它們的光致發光量子產率（PLQY）有限。對此類復雜材料的原子尺度組織缺乏控制是限制其光學性能的主要障礙之一。在此，卡爾斯魯厄理工學院Damien Hudry，Bryce S. Richards，安特衛普大學Sandra Van Aert，慕尼黑亥姆霍茲中心Andriy Chmyrov報道了光學活性 α-NaYF4:Yb:Er（有或沒有 Ce3+ 共摻雜）核納米晶體上均質 (α-NaYF4) 或異質 (CaF2) 殼域的生長。1）可以通過僅在異質核殼納米晶體中防止陽離子混合來控制原子尺度組織，這對 PLQY 有巨大影響。2）后者在60 mW/cm2時達到50%；亞 15 nm 納米晶體的最高 PLQY 值之一。最有效的納米晶體實現了用于 1450 nm 以上的體內成像。
Arteaga Cardona, F., Jain, N., Popescu, R. et al. Preventing cation intermixing enables 50% quantum yield in sub-15 nm short-wave infrared-emitting rare-earth based core-shell nanocrystals. Nat Commun 14, 4462 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40031-4https://doi.org/10.1038/s41467-023-40031-4
2. Nature Commun.：雙原子催化劑的協同作用偏離了析氧反應的標度關系
雙原子催化劑，特別是具有異核活性位點的雙原子催化劑，在析氧反應方面有可能超越成熟的單原子催化劑，但仍然缺乏潛在的機理理解。近日，中國科學院青島生物能源與過程技術研究所Xiaoyan Sun，國科大Yuxiao Ding采用大尺度密度泛函理論探討*O-*O耦合機制的可行性，該機制可以規避結垢關系，提高N摻雜石墨烯負載Fe-、Co-、Ni-、含Cu異核雙原子催化劑，即M'M@NC。1）基于構建的活性圖，可以獲得合理設計的描述符來預測同核催化劑。七種異核和四種同核雙原子催化劑具有優于最小理論超電勢的高活性。2）研究人員揭示了有利于 *O-*O 偶聯機制從而導致反應活性增強的化學和結構起源。這項工作不僅為反應機制的基本理解提供了更多見解，而且為加速發現高效催化劑提供了指導。
Fang, C., Zhou, J., Zhang, L. et al. Synergy of dual-atom catalysts deviated from the scaling relationship for oxygen evolution reaction. Nat Commun 14, 4449 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40177-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-40177-1
3. Nature Commun.：解鎖光催化二氧化碳還原的充分和快速轉化用于放射性羰基化
收集陽光來推動二氧化碳 (CO2) 增值是支持可持續和碳中和經濟的理想概念。雖然二氧化碳光化學還原為一氧化碳 (CO) 已成為熱門研究課題，但二氧化碳到二氧化碳的完全轉化仍然是一個經常被忽視的標準，它阻礙了二氧化碳直接高效轉化為高附加值化學品。近日，巴黎薩克雷大學Davide Audisio，Zakaria Halime報道了一種有效的光催化方法，可以在幾分鐘內將 CO2 完全還原為 CO，并在不同類型的羰基化反應中直接使用產生的 CO。1）這種反應歧管的多功能性也顯示了其在更容易和直接制備放射性示蹤劑方面的潛力，這在當今人類健康領域（例如診斷、藥物和農用化學品開發）中至關重要。2）使用基于反應模型的動力學模擬實現光物理和電化學數據，已經合理化了這種轉變的優化。整個過程允許通過一步從 CO2 標記結構多樣的衍生物庫，包括酰胺、酯、酮、醛和羧酸。3）該技術為從主要同位素來源 [11C]CO2 和 [14C]CO2 直接獲取 11C 和 14C 標記藥物開辟了新的機會。
Monticelli, S., Talbot, A., Gotico, P. et al. Unlocking full and fast conversion in photocatalytic carbon dioxide reduction for applications in radio-carbonylation. Nat Commun 14, 4451 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40136-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-40136-w
4. Angew：Ni-Cu雙金屬電催化HMF氧化
電驅動有機氧化反應受到人們的持續關注。但是，有機氧化反應面臨OER競爭反應，尤其是在高電流密度。OER競爭反應導致目標產物的法拉第效率較低，并且導致催化劑容易從電極表面脫落。有鑒于此，西湖大學孫立成等將Ni-Cu雙金屬電催化劑擔載于泡沫Ni上，顯著改善HMF（5-羥甲基糠醛）氧化反應，抑制OER反應。1）在HMF催化氧化反應中，當1.5 V過電勢，實現了1000 mA cm-2電流密度。在較寬的過電勢窗口，法拉第效率和產率都接近100 %。通過實驗和理論計算，Cu摻雜能夠阻礙OH*脫質子生成O*，因此鈍化OER反應。2）本文研究結果有助于調控OER反應的相關研究，有助于實現生物質的高效率轉化。
Dexin Chen, et al, Highly Efficient Biomass Upgrading By A Ni-Cu Electrocatalyst Featuring Passivation of Water Oxidation Activity, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202309478https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202309478
5. Angew：石墨的大層距和雜原子摻雜為雙碳電池中的雙離子存儲機制提供了新的見解
雙離子電池（DIBs）是一種很有前途的大規模儲能技術。然而，材料結構對陰離子存儲行為的影響仍是個問題。近日，北京理工大學陳人杰教授，Yongxin Huang合成了具有超大層間距和異質原子摻雜的石墨，系統地研究了它們對DIBs的聯合作用。1）較大的0.51 nm層間距為陰離子的存儲提供了更大的空間，而雜原子的摻雜降低了陰離子的嵌入和遷移的能壘，同時增強了界面上的快速離子存儲。2）在協同效應的基礎上，由碳正極和鋰負極組成的DIBs在100 mA g-1的電流密度下具有240 mA h g-1的超高容量。以石墨為正負極的雙碳電池（DCBs）在1 A g-1的電流密度下穩定循環2400次。因此，這項工作為DIBs和DCBs的設計策略提供了參考。
Xin Hu, et al, Large Interlayer Distance and Heteroatom-Doping of Graphite Provide New Insights into the Dual-Ion Storage Mechanism in Dual-Carbon Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307083DOI: 10.1002/anie.202307083https://doi.org/10.1002/anie.202307083
6. Angew：用于無線檢測早期和成熟微生物生物膜的快速響應傳感器
生物被膜相關感染能夠耐受抗生素，在臨床治療中構成了重大挑戰。這類感染與各種醫療條件有關，包括慢性傷口和植入物相關感染，使其成為一個主要的公共衛生問題。及早發現生物膜的形成在減輕生物膜造成的不良影響方面具有顯著的優勢。在這項工作中，馬爾默大學Tautgirdas Ruzgas，Atefeh Shafaat旨在探索使用一種新型無線傳感器來跟蹤由醫學相關細菌金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌形成的早期和成熟生物膜的可行性。1）該傳感器利用電化學法還原連接噴墨打印制作的兩個銀色支腿的AgCl層，形成近場通信標簽天線的一部分。2）天線與碳布連接，旨在促進微生物的生長，從而充當電子來源，將阻性AgCl還原為高導電性的銀橋。AgCl-Ag轉換顯著改變了天線的阻抗，便于無線識別由微生物生長引起的終點。3）據了解，這項研究首次提出了證據，表明通過細菌的作用釋放的電子可以被利用來將AgCl轉化為Ag，從而能夠無線、無電池和無芯片地早期檢測生物膜的形成。
Atefeh Shafaat, et al, A Rapidly Responsive Sensor for Wireless Detection of Early and Mature Microbial Biofilms, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308181DOI: 10.1002/anie.202308181https://doi.org/10.1002/anie.202308181
7. Angew：液體電解質的各種原位聚合的效率及其對準固態電池的實際意義
液態電解液的原位聚合是目前構建固態電池最可行的方法，但它受到各種反應干擾因素的影響，從而影響電池的電化學性能。為了揭示聚合條件對聚合反應的影響，北京化工大學Shu-Meng Hao，Weidong Zhou研究了開環聚合(ROP)和雙鍵自由基聚合(DBRP)兩種常用的原位聚合反應的單體轉化率和電化學性能(Li+電導率和界面穩定性)。1）ROP生成的聚酯和聚碳酸酯的單體轉化率高達~90%，但室溫下Li+-電導率低于2×10-5 S cm-1。此外，從ROP衍生的端烷氧基陰離子不耐高壓陰極。而DBRP生產的聚乙二醇碳酸酯(VEC)和聚乙二醇碳酸酯(VC)的單體轉化率較低，為50-80%，在RT下提供了相對較高的Li+-電導率2×10-4 S cm-1。2）研究人員比較兩種聚合反應和四種單體，VEC基含氟共聚物在鋰離子導電性和抗氧化性方面具有優勢，同時在LiF基鈍化層的幫助下對鋰金屬表現出穩定的同時，允許高壓準固態電池長期穩定循環。
Peiying Li, et al, Efficiencies of Various in-situ Polymerizations of Liquid Electrolytes and the Practical Implications for Quasi Solid-state Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309613DOI: 10.1002/anie.202309613https://doi.org/10.1002/anie.202309613
8. Angew：低含量Ru限制在氮化硼上作為酸性析氧反應的高效穩定電催化劑
迄今為止，只有少數貴金屬氧化物在酸性高壓條件下表現出質子交換膜水電解(PEMWE)所需的析氧反應(OER)催化劑的效率和穩定性。這些催化劑的高成本和稀缺性阻礙了其規模化應用。在這里，南方科技大學Hui Li，Shaoyi Xu報道了一種用于OER的新型OER電催化劑，該催化劑由均勻分散的Ru團簇限制在BCN(BCN)載體上。1）與RuO2相比，BCN負載的催化劑表現出更強的電荷轉移能力。在電流密度為10 mA cm-2時，其過電勢為164 mV，表明其具有良好的OER催化活性。2）該催化劑在酸性條件下能夠連續工作12 h以上，而沒有載體的RuO2在1 h內失效。3）密度泛函理論(DFT)計算證實，BCN載體上的N與Ru團簇的相互作用改變了催化劑的吸附能力，降低了OER勢壘，從而提高了Ru的電催化活性。
Xiaofang Bai, et al, Low Ruthenium Content Confined on Boron Carbon Nitride as an Efficient and Stable Electrocatalyst for Acidic Oxygen Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308704DOI: 10.1002/anie.202308704https://doi.org/10.1002/anie.202308704
9. Angew：將雙向軸向配位引入 BiVO4@金屬酞菁核殼光陽極以實現高效水氧化
核殼型光陽極在光電化學(PEC)水氧化中顯示出巨大的潛力。然而，在核殼之間建立高質量的界面以及高度催化的表面仍然是一個挑戰。在此，以計算為指導，湖南大學Shuang-Feng Yin，Sheng Shen提出了一種以吡嗪為配位劑，在BiVO4光陽極上涂覆鋅鈷鐵多酞菁的方法。1）吡嗪的雙向軸向配位起到了雙重作用，一方面促進了BiVO4與鋅鈷鐵多酞菁之間的緊密界面接觸，另一方面也調節了鋅鈷鐵酞菁中金屬中心的電子密度和自旋構型，從而促進了*OH型脫附的勢限步驟。2）得到的光陽極在1.23 VRHE下表現出5.7±0.1 mA·cm-2的高光電流密度。本研究介紹了一種構建核-殼型光陽極的新方法，揭示了吡嗪軸向配位在調控金屬酞菁催化活性中的關鍵作用。
Jin-Bo Pan, et al, Introducing Bidirectional Axial Coordination into BiVO4@Metal Phthalocyanine Core–Shell Photoanodes for Efficient Water Oxidation., Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307246DOI: 10.1002/anie.202307246https://doi.org/10.1002/anie.202307246
10. Angew：具有電負性通道的烯烴共價有機骨架作為可持續鋰金屬電池陽極的陽離子高速通道
盡管鋰金屬作為理想的負極材料引起了人們的極大興趣，但不可控的鋰枝晶生長和不穩定的固體電解質界面一直困擾著其實際應用。這些限制可歸因于Li+向鋰金屬表面的遷移緩慢且不均勻。在這里，延世大學Sang-Young Lee，中原工學院Diandian Han，Lipeng Zhai報道了具有負電通道的烯烴連接的共價有機框架（COF），用于促進選擇性Li + 傳輸。1）COF 的三嗪環和氟化基團作為富電子位點引入，能夠增強鹽解離并引導通道內均勻的 Li+ 通量，從而產生高 Li+ 遷移數 (0.85) 和高離子電導率 (1.78 mS cm?1) ）。2）COF 與聚合物粘合劑混合形成混合基質膜。這些膜在 Li/Li 對稱電池中實現了超過 700 小時的可靠的鋰沉積/剝離循環能力，并在 Li/LiFePO4 電池中實現了穩定的容量保留，證明了其作為加速 Li+ 傳導的可行陽離子高速通道的潛力。
Zhongping Li, et al, Olefin-Linked Covalent Organic Frameworks with Electronegative Channels as Cationic Highways for Sustainable Lithium Metal Battery Anodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307459DOI: 10.1002/anie.202307459https://doi.org/10.1002/anie.20230745911. Joule：高效烯烴氧化制二醇的界面電化學-化學反應耦合電化學和化學反應的耦合已經在傳統串聯反應器系統中得到了證明，但它們的實際應用仍有待優化。在這里，萊斯大學汪淏田報道了一個完全集成的系統，與傳統的串聯系統相比，該系統的催化性能顯著提高。1) 以過氧化氫的電合成和烯烴環氧化反應為代表性例子，作者發現，通過將化學反應限制在固體電解質反應器中的電極/電解質界面，可以充分利用電催化產生H2O2產物的界面高濃度來促進隨后的乙烯環氧化反應，與串聯反應器系統相比，其實現了無電解質乙二醇生成的3倍改進。2) 這種整合策略可以擴展到其他電化學-化學偶聯反應，特別是當偶聯反應對反應物濃度敏感時，這可以避免電化學和化學反應之間通常需要的能量密集型分離或濃縮步驟。
Shou-Kun Zhang, et al. Interfacial electrochemical-chemical reaction coupling for efficient olefin oxidation to glycols. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.06.022https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.06.022
12. ACS Nano：頭發衍生天然顆粒可作為多功能防曬霜用于高效紫外防護
過度的紫外線輻射會導致一系列的皮膚問題。盡管商用防曬霜可以在一定程度上保護皮膚免受紫外線損傷，但此類產品造成的副作用仍然令人擔憂。受人類頭發自然光保護作用的啟發，武漢大學張先正和中山大學Sheng Hong從人類頭發中提取了多功能顆粒作為防曬霜，用于紫外線防護。1）體外和體內研究結果表明，毛發衍生顆粒（HDPs）可以有效保護皮膚免受紫外線輻射。此外，HDPs保留了頭發中黑色素的抗氧化能力，避免了紫外線誘導的氧化損傷。HDPs獨特的形狀也可以防止它們滲入皮膚，從而避免潛在的毒性。2）由于其介孔結構，該顆粒還可以用作藥物載體。通過負載辛丙烯，顆粒在阻擋紫外線輻射方面更加有效。這項研究為天然物質防曬霜的設計和開發提供了一種巧妙的策略。
Sheng Hong, et al. Human-Hair-Derived Natural Particles as Multifunctional Sunscreen for Effective UV Protection. ACS Nano. 2023DOI：10.1021/acsnano.3c03504https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03504
