1. Nature Commun.：通過多材料3D打印制造具有多模式傳感能力的聚電解質彈性體基離子電子傳感器
在過去的十年里，可拉伸離子電子學引起了越來越多的關注，在工程和生物醫學中有著無數的應用場景。然而，由于器件結構簡單，現有的離子電子傳感器的傳感能力有限，同時由于成分泄漏，其穩定性也較差。南方科技大學楊燦輝和葛锜使用基于數字光處理（DLP）的3D打印和聚電解質彈性體，合理地設計和制造了大量具有多模傳感能力的無泄漏離子電子傳感器。1）研究合成了一種用于聚電解質彈性體的光聚合離子單體，該單體具有拉伸性、透明性、離子導電性、熱穩定性和防漏性。由此打印的傳感器具有堅固的接口和非凡的長期穩定性。2）多材料3D打印允許結構設計的高度靈活性，能夠通過對設備架構的精心編程，以按需定制的靈敏度感測張力、壓縮、剪切和扭轉。3）此外，研究制造了集成的離子電子傳感器，可以在沒有相互信號干擾的情況下同時感知不同的機械刺激。研究展示了一個由四個剪切傳感器和一個壓縮傳感器組成的傳感套件，并將其連接到一個遠程控制系統，該系統可被進一步編程以無線控制無人機的飛行。4）無泄漏聚電解質彈性體的多材料3D打印通過同時解決穩定性和功能性的缺陷，為制造可拉伸離子電子學開辟了新的途徑。
Caicong Li, et al. Polyelectrolyte elastomer-based ionotronic sensors with multi-mode sensing capabilities via multi-material 3D printing. Nature Communications. 2023DOI：10.1038/s41467-023-40583-5https://www.nature.com/articles/s41467-023-40583-5
2. Nature Commun.：成像官能團對金屬-有機框架的動態影響
具有不同官能團的金屬有機框架（MOFs）具有廣泛的應用，但對MOF功能化的影響仍然理解不足。以往的研究主要集中在電子結構或化學環境的靜態變化上，而在動態影響方面尚未進行深入探索，尤其是在功能化后動態變化的直接成像方面。清華大學王鐵峰和陳曉使用積分微分相位對比掃描透射電子顯微鏡（iDPC STEM）直接“觀察”UiO-66連接體中苯環的旋轉特性，并觀察到有機連接體上的官能團與局部剛性之間的高度相關性。1）上述剛性與CO2吸收的宏觀特性相關，表明功能化不僅可以通過靜態電子效應，還可以通過動態旋轉特性來改變能力。2）該研究首次闡釋了直接成像MOFs中連接體旋轉特性的技術例子，為研究局部柔性提供了一種方法，并為在捕獲、分離和分子機器中的潛在應用鋪平了道路。
Boyang Liu, et al. Imaging the dynamic influence of functional groups on metal-organic frameworks. Nature Communications. 2023DOI：10.1038/s41467-023-40590-6https://www.nature.com/articles/s41467-023-40590-6
3. Nature Commun.：對固態鋰金屬電池聚合物電解質的思考
在鋰離子電池(LIB)首次出現在商品市場之前，固態金屬鋰電池(SSLMB)被認為是很有前途的高能電化學儲能系統，但由于安全問題，在20世紀80年代末幾乎被淘汰。然而，經過30年的發展，LIB技術現在正在接近搖椅化學施加的能量含量和安全限制。這些方面正在促使在學術和工業層面上復興小島嶼發展中國家的技術研究活動。近日，華中科技大學Heng Zhang，Zhibin Zhou，迪肯大學Fangfang Chen，巴斯克研究與技術聯盟Michel Armand提出了對固體聚合物電解質(SPE)的個人思考，從早期的開發到它們在SSLMB中的實施，強調了關鍵的里程碑。1）考慮到C. Austen Angell在20世紀90年代初提出的耦合和解耦的SPE的概念，作者討論了SPE的特征。2）作者還研究了改善SPE的物理化學和電化學性質的可能的補救措施。作者旨在強調在構建理想的SSLMBs方面的缺失塊，并鼓勵對未來可充電高能電池的創新電解液材料的研究。
Song, Z., Chen, F., Martinez-Iba?ez, M. et al. A reflection on polymer electrolytes for solid-state lithium metal batteries. Nat Commun 14, 4884 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40609-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-40609-y
4. Science advances：用于穩定激光的相純2D鹵化錫鈣鈦礦薄片
Ruddlesden-Popper錫鹵化物鈣鈦礦是一類具有優異光電性質、高載流子遷移率和低毒的二維半導體材料。然而，相純的2D TiN鈣鈦礦的合成仍然是具有挑戰性的，與它們的鉛同行相比，對它們的光電性質的基礎了解還是不足的。在這里，西湖大學Enzheng Shi，浙江大學Haiming Zhu報道了通過混合溶劑策略合成了一系列具有高相純度的二維錫鈣鈦礦大塊晶體。1）通過改變量子阱厚度(與n值有關)和有機配體，其光電性質，包括光致發光、激子-聲子耦合強度和激子結合能，都表現出很寬的可調性。此外，這些二維錫鈣鈦礦材料還表現出了優異的激光性能。2）研究人員成功地實現了高n值鈣鈦礦(n>1)和n=1錫鈣鈦礦薄片的激光泵浦。此外，2D TiN鈣鈦礦的激光可以維持到室溫。研究發現突出了2D TiN鈣鈦礦作為高性能激光候選材料的巨大潛力。
Yahui Li, et al, Phase-pure 2D tin halide perovskite thin flakes for stable lasing, Sci. Adv., 9 (32), eadh0517.DOI: 10.1126/sciadv.adh0517https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh0517
5. Science advances：下一代鎂離子電池：多價金屬離子存儲的準固態方法
鎂離子電池為當前的鋰離子電池提供了一種安全、低成本和高能量密度的替代品。然而，非水鎂離子電池的離子導電性很差，而水電池面臨著一個狹窄的電化學窗口。之前，研究人員開發了一種鹽中水電池，其工作電壓高于2V，但仍低于非水電池，這是因為質子在陰極中的優勢超過了鎂離子的插入。近日，香港大學Dennis Y. C. Leung設計了一種準固態鎂離子電池(QSMB)，它限制了氫鍵網絡，實現了真正的多價金屬離子存儲。1）QSMB的能量密度為264 W·hour kg?1，比水鎂離子電池高近5倍，電壓平臺(2.6V至2.0V)，優于其他鎂離子電池。此外，它在零下溫度(?22°C)下循環900后仍能保持90%的容量。QSMB利用水和非水系統的優勢，為設計高性能鎂離子電池和其他多價金屬離子電池提供了一種創新的方法。
Kee Wah Leong, et al, Next-generation magnesium-ion batteries: The quasisolid-state approach to multivalent metal ion storage, Sci. Adv., 9 (32), eadh1181.DOI: 10.1126/sciadv.adh1181https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh1181
6. Science advances：用于納米級可擴展二維陣列制作的量子點和棒的超快致密DNA功能化
具有納米級精度的二維(2D)量子點(QD)和量子棒(QR)陣列的可伸縮制造是許多器件應用的需要。然而，由于QD和QR DNA功能化效率低下，使用DNA折紙的基于自組裝的這種陣列的制造通常受到低成品率的影響。此外，在2D設備襯底上組織解決方案組裝的DNA折紙陣列，同時保持其結構保真度是具有挑戰性的。在這里，麻省理工學院Mark Bathe通過脫水和復水過程從有機溶液中制備高密度的DNA偶聯量子點/QR，將制造時間從幾天減少到幾分鐘。1）研究人員采用表面輔助大規模組裝(SALSA)的方法，直接在固體襯底上構建二維折紙晶格，形成具有取向控制的QD和QR二維陣列，總負載率超過90%。2）制造方法使可伸縮、高保真的2D可尋址量子點和QR的制造成為可能，這些量子點和QR具有納米級的定向和間距控制，用于功能2D光子器件。
Chi Chen, et al, Ultrafast dense DNA functionalization of quantum dots and rods for scalable 2D array fabrication with nanoscale precision, Sci. Adv., 9 (32), eadh8508.DOI: 10.1126/sciadv.adh8508https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh8508
7. Science advances：超分子電解液在固態電池中的閉路陰極循環
解構固態電池(SSB)以物理方式分離陰極和固體電解質顆粒的工作仍然很密集，從回收材料中重新制造陰極和隔膜也是如此。為了應對這一挑戰，勞倫斯伯克利國家實驗室Brett A. Helms設計了超分子有機離子(ORION)電解質，這種電解質在電池工作溫度(?40°C至45°C)下是粘彈性固體，但在100°C以上是粘彈性液體，這使得能夠制造高質量的SSB并在壽命結束時回收其陰極。1）與鋰金屬陽極和LFP或NMC陰極一起使ORION電解質的SSB在45°C下運行數百次循環，容量衰減率低于20%。2）使用低溫溶劑法，研究人員將陰極從電解液中分離出來，并證明了翻新后的電池恢復了初始容量的90%，并在第二次生命中保持了84%的容量，再循環100次。
Jiwoong Bae, et al, Closed-loop cathode recycling in solid-state batteries enabled by supramolecular electrolytes, Sci. Adv. 9, eadh9020 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adh9020https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh9020
8. Science advances：通過深度學習輔助應變傳感器陣列無需定位即可監測血壓和心功能
連續、可靠地監測血壓和心功能對心血管疾病的診斷和預防具有重要意義。然而，現有的心血管監測方法體積大、成本高，限制了它們在早期診斷中的廣泛應用。在這里，清華大學Yingying Zhang開發了一種基于共形柔性應變傳感器陣列和深度學習神經網絡的智能血壓和心功能監測系統。1）該傳感器具有靈敏度高、線性度高、響應和恢復快、各向同性高等優點。實驗和仿真協同驗證了該傳感器陣列無需精確定位即可采集到高精度、特征豐富的腕部脈搏波。2）通過將高質量的脈搏波與訓練有素的深度學習模型相結合，可以監測血壓和心功能參數。3）作為概念驗證，作者進一步構建了一個智能可穿戴系統，用于實時和長期監測血壓和心功能，有助于個性化的健康管理、精確的早期診斷和遠程治療。
Shuo Li, et al, Monitoring blood pressure and cardiac function without positioning via a deep learning–assisted strain sensor array, Sci. Adv. 9, eadh0615 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adh0615https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh0615
9. PNAS：用于硝酸鹽高效合成氨的雙金屬合金納米結構的原子配位環境工程
電化學硝酸鹽還原反應（NO3RR）制氨是平衡全球氮循環的一種有效策略。然而，在非均相電催化劑上，特別是在中性溶液中，它仍然存在法拉第效率（FE）差和氨生產產率有限的問題。在此，中國科學院Chu Shengqi、清華大學谷林、香港理工大學Huang Bolong、香港城市大學Fan Zhanxi報道了具有低配位Ru位點的超薄納米片組裝的RuFe納米花的一鍋合成，以提高其中性電解質中的NO3RR性能。1) RuFe納米花在?0.30和?0.65 V下分別具有92.9%的優異氨FE和38.68 mg h?1 mgcat?1（64.47 mg h?1 mgRu?1）的產率。實驗研究和理論計算表明，具有低配位Ru位點的RuFe納米花具有優異的電催化活性。2) 此外，d帶中心的增加可以保證有效的電子轉移，從而降低硝酸鹽還原的能壘。作者使用RuFe納米花制成了大比容量的可再充電硝酸鋅電池，進而表明了它們在下一代電化學能源系統中的巨大潛力。
Yunhao Wang et.al Atomic coordination environment engineering of bimetallic alloy nanostructures for efficient ammonia electrosynthesis from nitrate. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2306461120https://doi.org/10.1073/pnas.2306461120
10. EES：二維金屬-有機骨架主體對水性非流動性溴化鋅電池的吸附催化作用
水性非流動溴化鋅電池（NF-ZBBs）具有低制造成本、良好的安全性和大容量，使其成為極具潛力的儲能系統。然而，溴化物轉化主體的性能在很大程度上受到多溴穿梭效應和緩慢氧化還原反應的阻礙。近日，深圳大學Liu Zhuolin、香港城市大學支春義、南方科技大學Li Hongfei開發了一種高性能的水性NF-ZBB，其中采用二維共軛鎳多酞菁（NiPPc）作為吸附催化陰極主體。1) 該設計解決了現有NF ZBB中的穿梭效應、低溴利用率和低放電電壓問題。實驗測量和理論模擬都表明，NiPPc中原子分散的Ni–N4位點是溴氧化還原反應的有效位點，同時表現出對溴和多溴化物有效吸附的強極性。這種協同機制顯著提高了全電池的電化學性能。2) 所制備的NF-ZBB在2 A g?1下表現出265 mAh g?1的大比容量，并且具有1.82 V的高放電電壓平臺。即使在5 A g?1的情況下，它也能達到240 mAh g?1，并在3000次充放電循環后保持約95%的容量。NiPPc主體以其獨特的吸附催化機制克服了傳統NF-ZBB的局限性，并成為構建高性能水性電池的一種有效途徑。
Hua Wei, et al. Boosting Aqueous Non-Flow Zinc-Bromine Batteries with a Two-Dimensional Metal-Organic Framework Host: An Adsorption-Catalysis Approach. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01639K
11. Angew綜述：靶點特異性生物正交反應的精準生物醫學應用
中國科學院長春應化所曲曉剛研究員對靶點特異性生物正交反應的精準生物醫學應用相關研究進行了綜述。1）生物正交化學是對天然化學轉化的一種重要補充，能夠在自然環境中剖析生物過程。近年來，生物正交反應在疾病治療領域備受關注，其可通過原位合成藥物來提高藥物的療效和減少藥物的不良反應。為了實現精準的生物醫學應用，使反應發生在正確的位置以針對正確的治療靶點是重要的先決條件。2）作者在文中重點介紹了用于精準治療的靶向生物正交反應的設計原則和新興前沿，總結了近年來用于實現靶點特異性生物正交反應的策略；隨后，作者也介紹了其在不同治療靶點的精準治療中的應用；最后，作者對這一新興領域面臨的挑戰和未來的發展方向進行了討論和展望，以推動其實現安全、高效的臨床轉化和疾病治療應用。
Zhengwei Liu. et al. Target-Specific Bioorthogonal Reactions for Precise Biomedical Applications. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202308396https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202308396
12. Angew：生物發光傳感器可利用與工程納米熒光素酶結合的DNA酶進行體內金屬離子的比率成像
DNA基探針因具有可編程性和生物相容性而成為生物化學分析的重要通用工具。然而，現有的大多數DNA基探針都會將熒光作為信號輸出，其在應用于活細胞或組織等復雜的生物環境時會產生自發熒光和散射等問題。有鑒于此，湖南大學張曉兵教授和德克薩斯大學奧斯汀分校陸藝教授開發了生物發光核酸(bioLUNA)傳感器，該傳感器能夠對體內靶標進行不依賴于激發光的比率成像。1）該系統基于計算模型和對環狀排列的納米熒光素酶(NLuc)和HaloTag之間的基因融合的突變研究，能夠使該蛋白與DNA酶結合。在有Zn2+存在的情況下，該DNA酶傳感器可釋放熒光基團標記的鏈，導致熒光素酶和熒光基團之間的生物發光共振能量轉移(BRET)減少，進而誘導生物發光信號發生比率變化。2）實驗結果表明，這種bioLUNA傳感器能夠對體內外源性的Zn2+和正常上皮性前列腺和前列腺腫瘤中的內源性Zn2+外排情況進行成像。綜上所述，該研究工作將DNA酶傳感器拓展到生物發光領域，進一步豐富了核酸傳感器的工具箱，有望實現更加廣泛的生物醫學應用。
Mengyi Xiong. et al. A Semisynthetic Bioluminescence Sensor for Ratiometric Imaging of Metal Ions In Vivo Using DNAzymes Conjugated to An Engineered Nano-Luciferase. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202308086https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202308086
