1. Nature Biomedical Engineering：柔軟可拉伸的有機生物電子學在顯微外科手術(shù)中用于連續(xù)的術(shù)中神經(jīng)生理學監(jiān)測
在顯微神經(jīng)外科手術(shù)中，通過持續(xù)的術(shù)中神經(jīng)解剖識別來保持神經(jīng)的結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要。鑒于此，首都醫(yī)科大學賈旺、李德嶺和斯坦福大學鮑哲南等人報道了一種可轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的開發(fā)，該系統(tǒng)利用柔軟可拉伸的有機電子材料進行連續(xù)的術(shù)中神經(jīng)生理學監(jiān)測。該系統(tǒng)使用具有低阻抗和低模量的導電聚合物電極在顯微外科手術(shù)期間連續(xù)記錄近場動作電位，與用于術(shù)中神經(jīng)生理學監(jiān)測的手持式臨床探針相比，提供更高的信噪比和更低的侵入性，并且可以多路復用，從而允許在沒有解剖標志的情況下精確定位目標神經(jīng)。與商業(yè)金屬電極相比，該神經(jīng)生理學監(jiān)測系統(tǒng)可以提高大鼠腫瘤切除手術(shù)后的術(shù)后預后。在顯微外科手術(shù)期間連續(xù)記錄近場動作電位可以允許在整個過程中精確識別神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)。
Zhou, W., Jiang, Y., Xu, Q. et al. Soft and stretchable organic bioelectronics for continuous intraoperative neurophysiological monitoring during microsurgery. Nat. Biomed. Eng (2023).https://doi.org/10.1038/s41551-023-01069-3
2. Nature Commun.：模擬還原脫鹵酶，實現(xiàn)高效電催化水脫氯
電化學技術(shù)是去除水中有毒和持久性氯化有機污染物的有效方法；然而，像天然還原脫鹵酶一樣精心設計具有高活性和選擇性的電催化劑仍然是一個挑戰(zhàn)。在這里，中科大Han-Qing Yu，Jie-Jie Chen，熊宇杰教授報道了通過模仿還原性脫鹵酶的結(jié)合袋構(gòu)型和催化中心來設計用于水脫氯的高性能電催化劑。1）具體來說，設計的電催化劑是通過將分子催化劑夾在二維氧化石墨烯的夾層中而組裝的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。2）該電催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的脫氯性能，與沒有夾心結(jié)構(gòu)的情況相比，中間體二氯乙酸的還原能力提高了7.8倍，并且可以選擇性地從三氯基團生成一氯基團。3）分子模擬表明夾層內(nèi)部空間在調(diào)節(jié)溶劑化殼層、改變質(zhì)子化狀態(tài)和促進碳-氯鍵斷裂方面發(fā)揮著重要作用。這項工作展示了模仿天然還原脫鹵酶可持續(xù)處理有機鹵素污染的水和廢水的概念。
Min, Y., Mei, SC., Pan, XQ. et al. Mimicking reductive dehalogenases for efficient electrocatalytic water dechlorination. Nat Commun 14, 5134 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40906-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-40906-6
3. Nature Commun.：通過解折疊聚集策略從常見蛋白質(zhì)合成堅固的水下膠
生物分泌的水下黏附蛋白極大地啟發(fā)了水下膠的發(fā)展。然而，除了貽貝黏附蛋白、藤壺水泥蛋白、卷曲蛋白及其相關(guān)重組蛋白等特定蛋白質(zhì)外，人們認為豐富的常見蛋白質(zhì)不能轉(zhuǎn)化為水下膠。在這里，陜西師范大學Peng Yang證明了未折疊的共同蛋白通過淀粉樣蛋白在水中的聚集表現(xiàn)出對表面的高親和力和強大的內(nèi)部凝聚力。1）以牛血清白蛋白(BSA)為模型蛋白，利用三氟乙醇(TFE)和尿素等穩(wěn)定劑，通過裂解二硫鍵和維持去折疊狀態(tài)，獲得了穩(wěn)定的去折疊蛋白。2）穩(wěn)定劑在水中的擴散暴露了未折疊蛋白質(zhì)的疏水殘基，并啟動了未折疊蛋白質(zhì)聚集成固體塊。因此，可以從幾十種常見的蛋白質(zhì)中制備出堅固而穩(wěn)定的水下膠水。這一策略破譯了常見蛋白質(zhì)中的一種通用密碼，可以從豐富的生物質(zhì)中構(gòu)建強大的水下膠水。
Liu, Y., Li, K., Tian, J. et al. Synthesis of robust underwater glues from common proteins via unfolding-aggregating strategy. Nat Commun 14, 5145 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40856-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-40856-z
4. Nature Commun.：用于低銥負載質(zhì)子交換膜電解槽的具有強耦合 TaOx/IrO2 催化層的納米金屬二硼化物負載陽極催化劑
析氧反應（OER）的緩慢動力學和催化劑涂層膜（CCM）中的高銥負載量是實用質(zhì)子交換膜水電解槽（PEMWE）的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。在此，吉林大學Xiaoxin Zou，Hui Chen證明了高表面積納米金屬二硼化物作為銥基 OER 納米催化劑的有前景的載體，可實現(xiàn)高效、低銥負載的 PEMWE。1）納米金屬二硼化物是通過一種新穎的二硫化物到二硼化物轉(zhuǎn)變路線制備的，其中通過產(chǎn)生氣態(tài)含硫產(chǎn)物對吉布斯自由能的熵貢獻起著至關(guān)重要的作用。2）研究了納米金屬二硼化物，特別是TaB2作為IrO2納米催化劑的載體，最終在TaB2表面形成TaOx/IrO2異質(zhì)結(jié)催化層。3）所得復合材料（表示為IrO2@TaB2）同時實現(xiàn)了多種有利性能，包括高導電性、改進的銥質(zhì)量活性和增強的耐腐蝕性。因此，IrO2@TaB2 可用于制備銥負載量低至 0.15 mg cm?2 的膜電極，并在催化反應中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能（3.06 A cm?2 @2.0 V@80 °C）。
Wang, Y., Zhang, M., Kang, Z. et al. Nano-metal diborides-supported anode catalyst with strongly coupled TaOx/IrO2 catalytic layer for low-iridium-loading proton exchange membrane electrolyzer. Nat Commun 14, 5119 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-40912-8https://doi.org/10.1038/s41467-023-40912-8
5. PNAS：一種具有優(yōu)異類Fenton活性的綠色邊緣負載鋅單位點多相催化劑
開發(fā)具有優(yōu)異類Fenton活性的綠色多相催化劑是水修復技術(shù)的關(guān)鍵。然而，目前的催化劑通常依賴于有毒的過渡金屬，并且作為均相類Fenton催化劑的替代品，它們的催化性能仍不能滿足應用需求。在本研究中，中國科學院Zhang Shuo、南開大學Zhu Lingyan以ZIF?8為前驅(qū)體，在銨氣氛中制備了一種基于Zn單原子的綠色催化劑。1) 作者通過多項表征分析發(fā)現(xiàn)，由于邊緣位置產(chǎn)生了大量本征缺陷，導致形成了熱穩(wěn)定的邊緣Zn?N4單原子催化劑（ZnN4?edge）。密度泛函理論計算表明，邊緣位點使單原子Zn具有超強的催化性能，不僅促進了過氧化物分子（HSO5?）的分解，而且大大降低了?OH生成的活化勢壘。2) 因此，在寬pH范圍內(nèi)，所制備的ZnN4?Edge對以苯酚為代表的有機污染物的氧化和礦化表現(xiàn)出極高的類Fenton性能。ZnN4?Edge的原子利用效率比同等量無邊緣位點的對照樣品（ZnN4）高出約104倍，翻轉(zhuǎn)頻率是均相催化劑（Co2+）的103倍。
Xiaoyong Yu, et al. A green edge-hosted zinc single-site heterogeneous catalyst for superior Fenton-like activity. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2221228120https://doi.org/10.1073/pnas.2221228120
6. Angew：通過疏水性誘導電動力學延遲促進 CO2 電還原為多碳產(chǎn)品
提高Cu催化電化學二氧化碳還原反應（CO2RR）的性能對其實際應用至關(guān)重要。盡管如此，可潤濕的原始銅表面通常會受到二氧化碳暴露量較低的影響，從而降低了多碳 (C2+) 產(chǎn)品的法拉第效率 (FE) 和電流密度。最近的研究提出，通過陽離子交換離聚物增加 CO2 的表面可用性可以提高 C2+ 產(chǎn)物的形成速率。然而，由于 *CO 的快速形成和消耗，這種反應動力學的促進可以縮短 *CO 的停留時間，而 *CO 的吸附?jīng)Q定 C2+ 的選擇性，因此所得的 C2+ FE 仍然較低。在此，蘇州大學Yuhang Wang，復旦大學鄭耿鋒教授，新西蘭奧克蘭大學Ziyun Wang，西南民族大學Yaoyue Yang報道了季銨基官能化聚降冰片烯離聚物的強疏水性引起的電動延遲可以大大延長*CO在Cu上的停留時間。1）這種非常規(guī)的電動效應通過塔菲爾斜率的增加和 *CO 覆蓋度變化對電勢的敏感性降低來證明。2）因此，強疏水性 Cu 電極在 223 mA cm-2 的部分電流密度下表現(xiàn)出約 90% 的 C2+ 法拉第效率，是裸露或親水性 Cu 表面的兩倍多。
Mengjiao Zhuansun, et al, Promoting CO2 Electroreduction to Multi-Carbon Products by Hydrophobicity-Induced Electro-Kinetic Retardation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309875DOI: 10.1002/anie.202309875https://doi.org/10.1002/anie.202309875
7. Angew：在鎳/TiO2 催化劑上水相中碳酸鹽氫化成甲酸鹽
碳酸鹽加氫生成甲酸鹽是將捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價值的化學品的一條很有前途的途徑，從而減少碳排放并創(chuàng)造收入回報。開發(fā)具有高活性、選擇性和穩(wěn)定性的廉價催化劑仍然具有挑戰(zhàn)性。近日，北京大學馬丁教授，Meng Wang，上海交通大學Xi Liu報道了一系列負載型非貴金屬催化劑 Ni/TiO2，可以將碳酸鹽轉(zhuǎn)化為甲酸鹽，具有優(yōu)異的反應活性和選擇性。1）非貴金屬和載體的使用可以大大降低催化劑制備和反應后分離的成本，從而為二氧化碳捕集利用碳酸鹽水溶液提供可行的策略。2）通過研究Ni/TiO2催化劑活性物種的微觀結(jié)構(gòu)和化學狀態(tài)，揭示了Ni0和Ni2+物種的協(xié)同效應，從而導致了良好的反應性能。
Xiaochen Zhang, et al, Carbonate Hydrogenated to Formate in the Aqueous Phase over Nickel/TiO2 Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307061DOI: 10.1002/anie.202307061https://doi.org/10.1002/anie.202307061
8. Angew：二芳基二氫吩嗪基多孔有機聚合物增強可見光驅(qū)動有機轉(zhuǎn)化中的協(xié)同催化作用
有機構(gòu)筑塊的分子可調(diào)整性允許結(jié)合用于光催化有機轉(zhuǎn)化的功能單元。在這里，合肥工業(yè)大學Yuan-Yuan Zhu報道了通過乙烯基官能化二氫吩嗪(DADHP)單體(POP1)的均聚合和乙烯基官能化DADHP與2，2‘-聯(lián)吡啶單體(POP2)的共聚，合成了兩種POP基光催化劑。1）POPs中DADHP單元的熒光壽命顯著延長，導致光催化性能優(yōu)于均相對照。POP1在可見光驅(qū)動的C?N鍵形成交叉偶聯(lián)反應中具有很高的催化效率。在與Ni2+離子配位后，POP2-Ni由于POP框架內(nèi)的限制效應，在光催化循環(huán)和鎳催化循環(huán)之間表現(xiàn)出很強的協(xié)同作用，導致了能量、電子和有機自由基的高效轉(zhuǎn)移。2）POP2-Ni在催化二芳基膦氧化物與芳基碘之間的C?P成鍵反應中表現(xiàn)出良好的活性。在C?N和C?P交叉偶聯(lián)反應中，它們的光催化活性提高了30倍以上。這些POP催化劑很容易通過離心分離回收，并在六個催化循環(huán)中重復使用，而不會失去活性。因此，基于光敏劑的POPs為多相光催化有機轉(zhuǎn)化提供了一個很有前途的平臺。
Yan Cheng, et al, Diaryl Dihydrophenazine-Based Porous Organic Polymers Enhance Synergistic Catalysis in Visible-Light-Driven Organic Transformations, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310470DOI: 10.1002/anie.202310470https://doi.org/10.1002/anie.202310470
9. Angew：具有鋁梯度的空心 STW 型沸石單晶用于甲醇-甲苯烷基化高選擇性生產(chǎn)對二甲苯
具有均勻微孔的沸石是重要的擇形催化劑。然而，沸石的外部酸性中心對擇形催化有負面影響，分子篩的單一微孔有可能導致嚴重的擴散限制。近日，南京大學Hongbin Du，中國石油大學（華東）Hailing Guo報道了表面為硅質(zhì)的分級中空STW型沸石單晶的直接合成方法。1）在堿性氟化物介質(zhì)中，高硅量的STW沸石首先成核，晶化后納米晶優(yōu)先排列在凝膠團聚體的外表面，生長成單晶殼。2）由于富鋁非晶凝膠內(nèi)部在納米沸石晶殼內(nèi)表面的滯后晶化，導致沸石晶核形成空洞。中空沸石單晶從表面到核心具有從低到高的鋁梯度，導致固有的惰性外表面，在甲苯甲基化反應中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。
Feng Jiao, et al, Hollow STW-Type Zeolite Single Crystals with Aluminum Gradient for Highly-Selective Production of p-Xylene from Methanol–Toluene Alkylation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310419DOI: 10.1002/anie.202310419https://doi.org/10.1002/anie.202310419
10. AM：雜多離子水凝膠使無枝晶的水性 Zn-I2 電池具有快速動力學
可充電水系Zn-I2電池（ZIB）被認為是一種有前途的儲能候選者。然而，可溶性聚碘化物的穿梭和鋅枝晶的猖獗生長阻礙了其商業(yè)化實施。在此，南洋理工大學范紅金教授，武漢大學Peihua Yang設計了一種雜聚離子水凝膠作為 ZIB 的電解質(zhì)。1）在正極側(cè)，親碘聚陽離子水凝膠（PCH）有效減輕了穿梭效應并促進了碘物質(zhì)的氧化還原動力學。同時，針對鋅金屬負極的聚陰離子水凝膠（PAH）使Zn2+通量均勻，并通過聚碘化物的靜電排斥防止表面腐蝕。2）因此，采用 PAH 電解質(zhì)的 Zn 對稱電池在 1 mA cm–2 (1 mAh cm–2 ) 下表現(xiàn)出 3000 小時以上的循環(huán)穩(wěn)定性，在 10 mA cm–2 (5 mAh cm–2 ) 下表現(xiàn)出 800 小時的顯著循環(huán)穩(wěn)定性。3）此外，采用 PAH-PCH 雜聚離子水凝膠電解質(zhì)的 Zn-I2 全電池在 8 C 下 18000 次循環(huán)期間，每次循環(huán)的容量衰減為 0.008 ‰。這項工作為長壽命轉(zhuǎn)換型水凝膠電解質(zhì)水性電池的設計提供了線索。
Jin-Lin Yang, et al, Hetero-Polyionic Hydrogels Enable Dendrites-Free Aqueous Zn-I2 Batteries with Fast Kinetics, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202306531https://doi.org/10.1002/adma.202306531
11. AEM：常溫低壓無陽極全固態(tài)電池
無陽極全固態(tài)電池（ASSB）因其卓越的能量密度和安全性以及材料的經(jīng)濟性而成為下一代電動汽車的目標。然而，由于采用無陽極配置，由于鋰（脫）鍍反應動力學緩慢以及界面空隙的形成，在室溫和低壓下同時運行電池并非易事。近日，首爾大學Jang Wook Choi，現(xiàn)代汽車公司Samick Son通過引入由鎂上層和下層 Ti3C2TX MXene 緩沖層組成的雙薄膜，克服了無陽極 ASSB 的這些固有挑戰(zhàn)。1）Mg層通過低反應勢壘的（脫）合金反應與Li反應，從而在室溫下實現(xiàn)可逆的Li電鍍和剝離。2）由于 MXene 的高延展性，即使在 2 MPa 的低壓下，MXene 緩沖層也能通過抑制空隙的形成來維持電解質(zhì)-電極界面。這項研究強調(diào)了在設計無陽極電極以實際適應無陽極 ASSB 時結(jié)合化學和機械方法的重要性。
Jihoon Oh, et al, Anode-Less All-Solid-State Batteries Operating at Room Temperature and Low Pressure, Adv. Energy Mater. 2023, 2301508DOI: 10.1002/aenm.202301508https://doi.org/10.1002/aenm.202301508
12. AEM: 通過陰離子表面活性劑電解質(zhì)添加劑進行界面調(diào)節(jié)可促進高放電深度下穩(wěn)定的 (002) 織構(gòu)鋅陽極
水性鋅離子電池已被確定為電網(wǎng)儲能的可行選擇。然而，它們的實際應用由于鋅的高使用率下性能較差而受到限制。提高高放電深度 (DOD) 下循環(huán)穩(wěn)定性的合適策略是通過實現(xiàn) (002) 織構(gòu)鍍鋅來抑制枝晶生長和副反應。在此，中山大學Chengxin Wang，Gongzheng Yang引入了一種新型電解質(zhì)添加劑3-巰基-1-丙磺酸鈉（MPS）來調(diào)節(jié)鋅/電解質(zhì)界面結(jié)構(gòu)。1）MPS 陰離子可以在陽極表面形成吸附層，從而誘導 Zn 在（002）方向沉積，如第一原理計算所示。另外，吸附層可以促進與鋅沉積相關(guān)的能量勢壘的降低。2）這種修飾的界面有效地抑制了枝晶和副反應，從而使 Zn||Zn 對稱電池具有顯著的循環(huán)壽命，在 50% 高 DOD 下超過 800 小時，在 1.0 mA cm?2/1.0 mAh cm?2 下超過 4500 小時。此外，采用V2O5·H2O或聚苯胺正極的全電池的容量穩(wěn)定性也得到了顯著提高。軟包Zn||V2O5·H2O全電池顯示出42 mAh的高容量和250次循環(huán)后86.6%的良好容量保持率，突出了實際應用的巨大潛力。
Yuexing Lin, et al, Interfacial Regulation via Anionic Surfactant Electrolyte Additive Promotes Stable (002)-Textured Zinc Anodes at High Depth of Discharge, Adv. Energy Mater. 2023,DOI: 10.1002/aenm.202301999https://doi.org/10.1002/aenm.202301999
