1. Chem. Soc. Rev.：可持續鋅-空氣電池化學的進展、挑戰和前景
可持續鋅-空氣電池（ZABs）由于其固有的安全性、高能量密度、寬工作溫度窗口、環境友好等優點，被認為是極具潛力的儲能裝置，并且在未來的大規模應用中具有巨大前景。因此，科研工作者付出了巨大努力來應對與可持續ZAB相關的關鍵挑戰，旨在顯著提高其能源效率并延長其運行壽命。近日，南方科技大學徐強院士、Xiao Xin綜述研究了可持續鋅-空氣電池化學的進展、挑戰和前景。
本文要點：
1) 作者從ZAB的基本特性和設計原理出發，系統總結了ZAB的原理、用于空氣陰極的氧電催化劑、ZAB電解質的物理化學性質以及鋅陽極穩定的問題和策略。
2) 作者強調了ZABs的原位/操作表征方面的重大進展，以深入了解電解質|電極界面的反應機制和動態演變。最后，作者就可持續ZAB的挑戰和機遇提出了一些批判性的想法和觀點。
Qichen Wang, et al. Sustainable zinc–air battery chemistry: advances, challenges and prospects. Chem. Soc. Rev. 2023
DOI: 10.1039/D2CS00684G
https://doi.org/10.1039/D2CS00684G
2. Nature Commun.：具有垂直磁各向異性和低阻尼的超薄鋁酸鋰尖晶石鐵氧體薄膜
具有垂直磁各向異性的低阻尼鐵磁絕緣體超薄膜已被認為對于推進基于自旋的電子學至關重要，它可以顯著降低電流感應磁化切換的閾值，同時實現新型混合結構或器件。在這里，斯坦福大學Yuri Suzuk，Xin Yu Zheng報道了在 MgGa2O4 (MGO) 襯底上開發了一種新型超薄尖晶石結構 Li0.5Al1.0Fe1.5O4 (LAFO) 薄膜。
本文要點：
1）所開發的薄膜具有：1) 垂直磁各向異性；2) 低磁阻尼和 3) 不存在退化層或磁死層等特點。
2）研究人員將這些薄膜與外延 Pt 自旋源層集成，展示出創紀錄的低磁化切換電流和高自旋軌道扭矩效率。因此，這些 MGO 上的 LAFO 薄膜將鐵磁絕緣體的所有理想特性與垂直磁各向異性結合在一起，為基于自旋的電子學開辟了新的可能性。
Zheng, X.Y., Channa, S., Riddiford, L.J. et al. Ultra-thin lithium aluminate spinel ferrite films with perpendicular magnetic anisotropy and low damping. Nat Commun 14, 4918 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-40733-9
https://doi.org/10.1038/s41467-023-40733-9
3. Nature Commun.：超彈性多層氟化類金剛石碳疏水表面
目前，全球百分之七十的電力是由蒸汽循環發電廠產生的。這些工廠內的疏水冷凝器表面可以將整體循環效率提高 2%。到 2022 年，這一增強相當于每年額外發電 1000 太瓦時，即全球太陽能發電量的 83%。此外，這種效率的提高每年可減少 4.6 億噸二氧化碳排放，同時每年減少 2 萬億加侖冷卻水的使用。然而，疏水表面的主要挑戰是其耐用性差。在這里，伊利諾伊大學Nenad Miljkovic證明了固體微米級厚度的氟化類金剛石碳（F-DLC）具有機械和熱性能，可確保在潮濕、磨損和熱惡劣條件下的耐久性。
本文要點：
1）F-DLC 涂層無需依賴大氣相互作用、注入潤滑劑、自愈策略或犧牲表面設計即可實現這一目標。通過定制基材粘合和多層沉積，研究人員開發了一種無針孔的 F-DLC 涂層，具有低表面能和與金屬相當的楊氏模量。
2）在一項為期三年的蒸汽冷凝實驗中，F-DLC 涂層保持了疏水性，從而在多個金屬基材上實現持續和改善的滴狀冷凝。因此，研究結果為解決疏水性材料的脆弱性提供了一種有前途的解決方案，并且可以增強可再生和不可再生能源的可持續性。
Hoque, M.J., Li, L., Ma, J. et al. Ultra-resilient multi-layer fluorinated diamond like carbon hydrophobic surfaces. Nat Commun 14, 4902 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-40229-6
https://doi.org/10.1038/s41467-023-40229-6
4. Nat Commun ：具有仿生亞納米通道的二維 MXene 膜實現強陽離子篩分
具有高離子滲透性和選擇性的膜對于可持續水處理、資源提取和能源儲存具有很大的意義。在此，南京大學Weiming Zhang，Bingcai Pan，昆士蘭大學Xiwang Zhang受鏈霉菌A(KcsAK+)的K+通道的啟發，使用MXene納米片和乙二胺四乙酸(EDTA)分子作為構建塊構建了陽離子篩膜。
本文要點：
1）EDTA分子中的大量帶負電的氧原子和MXene納米片的6.0 ?二維(2D)亞納米通道使得所得膜具有仿生通道尺寸、化學基團和可調電荷密度。
2）該膜具有識別一價/二價陽離子的能力，以混合鹽溶液為進料，實現了121.2的優異K+/Mg2+選擇性，在類似測試條件下優于其他報道的膜，并超越了目前的上限。
3）表征和模擬表明，EDTA的陽離子識別效應和部分脫水效應在陽離子選擇性篩分中發揮著關鍵作用，增加亞納米通道內的局部電荷密度可顯著提高陽離子選擇性。
研究結果為亞納米通道中的離子傳輸提供了理論基礎，并為設計離子分離膜提供了替代策略。
Xu, R., Kang, Y., Zhang, W. et al. Two-dimensional MXene membranes with biomimetic sub-nanochannels for enhanced cation sieving. Nat Commun 14, 4907 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-40742-8
https://doi.org/10.1038/s41467-023-40742-8
5. Nature Commun.：使用基于人工智能的差分開口環諧振器系統對多層涂層進行非破壞性侵蝕磨損監測
使用基于人工智能的差分開口環諧振器系統對多層涂層進行非破壞性侵蝕磨損監測由于侵蝕磨損而去除涂層的未受保護的表面可能會因腐蝕、機械沖擊或化學降解而發生災難性故障，從而導致重大安全隱患、經濟損失，甚至死亡。作為預防措施，航空、船舶和可再生能源等行業正在積極尋求實時、自主監測涂層健康的解決方案。
近日，不列顛哥倫比亞大學Mohammad H. Zarif提出了一種實時、無損檢測系統，通過利用人工智能支持的微波差分開口環諧振器傳感器，集成到智能嵌入式監控電路中，用于涂層的侵蝕磨損檢測。
本文要點：
1）差分微波系統通過位于涂層下方的開口環諧振器的諧振特性的變化來檢測涂層的侵蝕，同時補償外部噪聲。
2）該系統的響應和性能通過對厚度不超過 2.5 毫米的單層和多層聚合物涂層的沖蝕磨損測試進行驗證。該系統能夠區分哪一層被侵蝕（對于多層涂層），并通過與基于循環神經網絡的預測分析模型的集成來估計磨損深度和速率。
3）人工智能微波諧振器和智能監控系統的協同組合進一步證明了其在現實世界涂層侵蝕應用中的實用性。
Balasubramanian, V., Niksan, O., Jain, M.C. et al. Non-destructive erosive wear monitoring of multi-layer coatings using AI-enabled differential split ring resonator based system. Nat Commun 14, 4916 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-40636-9
https://doi.org/10.1038/s41467-023-40636-9
6. Angew：半導體上等離子體誘導電荷轉移增強的拉曼散射可對SARS-CoV-2進行無需放大的量化檢測
半導體作為基于化學機制的表面增強拉曼散射（SERS）基底，在高選擇性測定復雜生命系統中的生物物種方面表現出巨大的潛力。然而，與歸因于電磁機制的基于貴金屬的拉曼增強相比，低靈敏度是其實際應用的瓶頸。華東師范大學田陽、鄭婷婷和清華大學李景虹院士自組裝了一種新型Cu2O納米陣列（NA），其自由載流子密度為1.78*1021 cm-3，與貴金屬的自由載流子密度相當，在半導體襯底中創造了3.19×1010增強因子（EF）的新記錄。該研究還首次發現，顯著的EF主要歸因于半導體中等離子體誘導的熱電子轉移（PIHET）。
本文要點：
1）研究進一步將所制備的Cu2O納米陣列開發為一種非酶促和無擴增的SERS芯片，其具有內置校正功能，可靈敏快速地定量SARS-CoV-2的RNA，檢測限（LOD）在不到5分鐘的時間內可降至60拷貝/mL。
2）由于無需生物酶和擴增過程，大大縮短了測定時間并將成本降至0.15美元/樣本，同時還賦予了SERS芯片在環境空氣條件下6個月以上的長期穩定性。
3）此外，利用從Cu2O NAs到探針分子的選擇性電荷轉移、探針分子的特征指紋峰以及探針DNA和病毒RNA之間的核酸雜交的三重識別策略，所開發的SERS芯片實現了對多種SARS-CoV-2 RNA突變的識別，并且該識別能力具有單核苷酸分辨率和可實現高檢測通量的20-in-1聯合篩查能力。
4）值得注意的是，這些SERS芯片為SARS-CoV-2變種和其他病原體檢測提供了短至3天的更新定制時間，從而有望制造出追蹤病毒進化和流行的高效測試工具。
Enduo Feng, et al. Plasmon-Induced Charge Transfer-Enhanced Raman Scattering on a Semiconductor: Toward Amplification-Free Quantification of SARS-CoV-2. Angew. 2023
DOI：10.1002/anie.202309249
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202309249
7. Angew：用于甲醇氧化反應的富缺陷結構活化3D鈀催化劑
通過原子排列控制催化劑的結構和性能是產生新一代先進催化劑的源泉。催化反應中高活性和穩定的催化劑很大程度上取決于金屬原子的理想排列結構。近日，中科院化學所李玉良院士，Lan Hui證明了通過與石墨炔中的sp-C鍵合的氯在三維(3D)海膽狀鈀納米顆粒中引入了富含缺陷的結構、低配位數(CN)和拉伸應變(Pd-UNs/Cl-GDY)可以調節鈀納米顆粒中金屬原子的排列，形成特殊的結構。
本文要點：
1）原位傅里葉紅外光譜(FTIR)和理論計算結果表明Pd-UNs/Cl-GDY催化劑有利于CO中間體的氧化和去除。
2）用于甲醇氧化反應（MOR）的PdUNs/Cl-GDY表現出高電流密度（363.6 mA cm?2）和質量活性（3.6 A mgPd-1），分別比Pd納米顆粒高12.0和10.9倍。PdUNs/Cl-GDY催化劑還表現出強大的穩定性，在2000次循環后仍保留95%的活性。
3）通過在石墨炔中引入氯，合成了面心立方和六方密堆積晶體催化劑（FH-NP）的缺陷庫。這種富含缺陷的結構、低CN和拉伸應變定制方法為MOR的催化反應開辟了一條新途徑。
Xueting Zhang, et al, Defect Rich Structure Activated 3D Palladium Catalyst for Methanol Oxidation Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308968
DOI: 10.1002/anie.202308968
https://doi.org/10.1002/anie.202308968
8. Angew：高效有機太陽能電池三維固體添加劑引導分子組裝的熱力學相變
通過揮發性固體添加劑微調分子的熱力學自組裝已成為構建高性能有機太陽能電池的有效方法。在這里，北京化工大學Zhan'ao Tan設計和應用了三維結構的固體分子，以促進活性層中有組織的分子組裝的形成。
本文要點：
1）通過基于四種固體候選物的系統理論分析和薄膜形貌表征，研究人員預選了最佳的一種，即4-氟-N,N-二苯基苯胺，其具有良好的揮發性和強的電荷極化作用。
2）三維固體可以通過強分子間相互作用誘導活性層中的分子堆積，并隨后在熱力學轉變過程中為活性層的自重組提供足夠的空間。
3）得益于 FPA 加工器件的優化形態、改進的電荷傳輸和減少的能量無序，實現了超過 19% 的高效率。三維添加劑誘導有序自組裝結構的策略代表了高效器件中合理形態控制的實用方法，有助于更深入地了解高效揮發性固體添加劑的結構設計。
Runnan Yu, et al, Thermodynamic Phase Transition of Three-Dimensional Solid Additive Guiding Molecular Assembly for Efficient Organic Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308367
DOI: 10.1002/anie.202308367
https://doi.org/10.1002/anie.202308367
9. Angew：CdTe 量子點預成核階段預成核團簇的熱致異構化
膠體半導體量子點（QD）預成核階段的預成核簇的演化仍未被探索。近日，四川大學Kui Yu以CdTe作為模型系統，報道了物質在量子點成核和生長之前形成和異構化。
本文要點：
1）研究發現，成核前團簇被稱為前體化合物（PC），相對光學透明，可以轉變為吸收魔尺寸團簇（MSC）。當25、45或80°C的預成核階段樣品在室溫下分散在環己烷(CH)和辛胺(OTA)的混合物中時，MSC-371、MSC-417或MSC-448會隨著吸收而演化峰值分別為371、417或448nm。
2）研究人員建議PC-371在25°C時形成，并在45°C時異構化為PC-417，在80°C時異構化為PC-448。PC和MSC是準異構體。相對大量和少量的OTA分別有利于PC-371和PC-448的分散。
目前的研究結果表明在QD成核前階段存在PC到PC異構化。
Tinghui Wang, et al, Thermally-Induced Isomerization of Prenucleation Clusters During the Prenucleation Stage of CdTe Quantum Dots, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310234
DOI: 10.1002/anie.202310234
https://doi.org/10.1002/anie.202310234
10. Angew：通過產生和轉化單線態氧促進噻唑基共軛聚合物太陽能驅動的過氧化氫生產
太陽能驅動的從水和空氣中合成過氧化氫（H2O2）為傳統蒽醌方法提供了一種低成本且環保的替代路線。在此，武漢理工大學Shaowen Cao通過醛亞胺縮合合成了四種噻唑基共軛聚合物（Tz-CPs：TTz、BTz、TBTz 和 BBTz）。
本文要點：
1）研究發現，BBTz在純水中表現出最高的H2O2產率，為7274 μmol g-1 h-1 。
2）研究人員進一步通過電子順磁共振（EPR）、原位漫反射紅外傅里葉變換（DRIFT）和理論計算對反應路徑進行了分析，凸顯了單線態氧（1O2）的突出作用。 1O2 的生成是通過超氧自由基 (·O2-) 的氧化產生的，隨后通過 BBTz 上的 [4+2] 環加成轉化為內過氧化物，從而促進電荷分離并降低 H2O2 生成的勢壘。
這項工作為光催化氧氣還原機制和優質單聚合物光催化劑的分子設計提供了新的見解。
Jingzhao Cheng, et al, Promoting Solar-driven Hydrogen Peroxide Production over Thiazole-based Conjugated Polymers via Generating and Converting Singlet Oxygen, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310476
DOI: 10.1002/anie.202310476
https://doi.org/10.1002/anie.202310476
11. Angew：金屬硅氧烷存在下的沸石合成用于定量封裝金屬物質實現選擇性催化還原 (SCR) 氮氧化物 (NOx)
通過一鍋水熱合成（HTS）將金屬封裝在沸石材料中是制備具有高金屬分散度的沸石的一種有吸引力的技術。由于其簡單性和在多種催化體系中觀察到的優異催化性能，該方法在過去幾年中引起了廣泛關注。雖然大多數研究應用涉及不同有機配體的合成方法來在合成條件下穩定金屬，然而，近日，阿卜杜拉國王科技大學Jorge Gascon, Javier RuizMartinez報道了使用金屬硅氧烷作為替代金屬前體。
本文要點：
1）金屬硅氧烷可以由簡單且成本低廉的化學品合成，當在標準合成條件下與沸石結構單元結合使用時，可以實現定量的金屬負載和高分散性。
2）由于硅氧烷與 TEOS 的結構相似，合成凝膠通過形成硅氧烷橋來穩定，從而防止金屬沉淀和聚集。
3）當采用鐵包封時，研究人員證明通過這種方法獲得的 Fe-MFI 沸石在 NH3 介導的選擇性催化還原 (SCR) NOx 中表現出高催化活性，并且具有良好的 H2O/SO2 耐受性。
這種合成方法為將過渡金屬封裝在沸石結構中開辟了一條新的合成路線。
Rushana Khairova, et al, Zeolite Synthesis in the Presence of Metallosiloxanes for the Quantitative Encapsulation of Metal Species for the Selective Catalytic Reduction (SCR) of NOx, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311048
DOI: 10.1002/anie.202311048
https://doi.org/10.1002/anie.202311048
12. ACS Nano：二甲雙胍-ZIF系統輔助聚多巴胺介導的免疫調節貼片用于糖尿病牙周組織再生
如何從高血糖炎癥微環境向再生微環境過渡是實現糖尿病牙周再生所面臨的一項重要挑戰。有鑒于此，四川大學劉瑾教授和西南交通大學謝超鳴研究員將聚多巴胺(PDA)介導的超長絲素微纖維(PDA-mSF)和負載二甲雙胍(Met)的ZIF結合到絲素蛋白/明膠(SG)貼劑中，并證明了其可通過調節免疫微環境以促進牙周軟硬組織再生。
本文要點：
1）PDA-mSF使得該貼片具有清除活性氧(ROS)和抗炎等活性，可通過抑制M1型巨噬細胞極化減輕炎癥反應。此外，PDA也能夠通過其細胞親和力促進牙周膜的重建。
2）與此同時，從Met-ZIF系統中持續釋放的Met可通過激活M2巨噬細胞極化分泌成骨相關細胞因子以使得該貼片具有抗衰老和免疫調節的能力。此外，釋放的Zn2+也能夠進一步促進骨再生。實驗結果表明，Met-ZIF系統能夠為牙周組織再生提供良好的微環境，從而協同促進糖尿病牙周骨和韌帶再生。綜上所述，該研究有望為實現糖尿病性牙周炎軟硬組織再生提供一項新的治療策略。
Jinglei Gong. et al. Polydopamine-Mediated Immunomodulatory Patch for Diabetic Periodontal Tissue Regeneration Assisted by Metformin-ZIF System. ACS Nano. 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c02407
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c02407
