1. Chem. Rev.：光催化抗菌劑：原理、設計策略及應用 如今，越來越多的抗藥性病原微生物出現，要求尋找不會導致抗藥性的替代方法。基于光響應材料的光療策略(PTS)因其時空可控性和副作用可忽略不計而成為病原微生物滅活的新趨勢。在這些光療策略中，光催化抗菌療法(PCAT)是近年來出現的一種有效的、有前途的抗菌策略。在光催化處理過程中，光催化材料在不同波長的光激發下產生活性氧(ROS)或其他有毒物質，以殺滅各種病原微生物，如細菌、病毒、真菌、寄生蟲和藻類。近日，大連理工大學彭孝軍院士總結了PCAT領域的最新進展。1）作者重點介紹了各種光催化抗菌劑(PCAMs)的開發、抗菌機理、設計策略，以及在局部感染治療、個人防護用品、水凈化、抗菌涂層、傷口敷料、食品安全、抗菌紡織品和空氣凈化等方面的多種實用抗菌應用。2）同時，作者也提出了PCAT作為抗菌療法廣泛實際應用的挑戰和前景。通過這一綜述，PCAT將蓬勃發展，成為對抗病原微生物和抗生素耐藥性的有效武器。
Bei Ran, et al, Photocatalytic Antimicrobials: Principles, Design Strategies, and Applications, Chem. Rev., 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00326https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00326
2. Chem. Rev.：透射電子顯微鏡在納米材料相工程中的應用
納米材料相工程(PEN)是一個新興的領域，旨在通過精確地操縱納米材料的晶相來調整其物理化學性質。為了有效地推進PEN的發展，具有精確表征納米材料的結構和組成的能力至關重要。透射電子顯微鏡是一種多功能工具，它結合了互易空間衍射、真實空間成像和光譜技術，允許在時間、空間、動量以及越來越多的能量領域以非凡的分辨率進行全面的表征。在這篇綜述中，華南理工大學Hui Zhang，阿卜杜拉國王科技大學Yu Han綜述了各種瞬變電磁相關技術背后的基本機制，以及它們各自的應用范圍和局限性。1）作者綜述了透射電子顯微鏡在PEN研究中值得注意的應用，包括在金屬納米結構、碳同素異形體、低維材料和納米孔材料等領域的應用。具體地說，強調了它在相識別、成分和化學狀態分析、相演變的原位觀察以及在處理束流敏感材料時遇到的挑戰方面的有效性。2）此外，還討論了在瞬變電磁成像過程中可能產生的偽影，特別是在掃描模式下，并提出了將偽影的發生降至最低的方法。3）最后，對這一領域的現狀和未來趨勢提出了見解，討論了新出現的技術，包括四維掃描電子顯微鏡、三維原子分辨率成像和電子顯微鏡自動化，同時強調了這些進展的重要性和可行性。
Guanxing Li, et al, Applications of Transmission Electron Microscopy in Phase Engineering of Nanomaterials, Chem. Rev., 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00364https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00364
3. Nature Commun.：用于過氧化氫光合作用的雙供體-受體共價有機框架
構建包含氧化和還原反應中心的光催化活性和穩定的共價有機框架仍然是一個挑戰。在這項研究中，湖南大學Hou Wang，Xingzhong Yuan，南洋理工大學趙彥利教授合理設計了具有空間分離的氧化還原中心的基于苯并三噻吩的共價有機框架，用于在沒有犧牲劑的情況下從水和氧氣光催化生產過氧化氫。1）含三嗪的骨架對H2O2光生具有高選擇性，產率為2111 μM h?1（21.11 μmol h?1和1407 μmol g?1 h?1），太陽能-化學轉化效率為0.296%。2）在周期性框架的雙供體-受體結構中驗證了鍵和連接體之間的同向電荷轉移和巨大的能量差異。3）活性位點主要集中在亞胺鍵附近的電子受體片段上，其調節相鄰碳原子的電子分布，以最佳地降低H2O2形成過程中O2*和OOH*中間體的吉布斯自由能。
Qin, C., Wu, X., Tang, L. et al. Dual donor-acceptor covalent organic frameworks for hydrogen peroxide photosynthesis. Nat Commun 14, 5238 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40991-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-40991-7
4. Nature Commun.：非均相液晶膠體的熱力學控制多相分離
相分離是一種普遍的物理轉變過程，通過這種過程，均勻的混合物分裂成兩個不同的隔室，這兩個隔室由組分的活性、彈性或組成驅動。近日，阿爾托大學Guang Chu，Orlando J. Rojas，Eero Konttur開發了一系列非均相膠體懸浮液，既表現出半柔性二元聚合物的液-液相分離，又表現出剛性棒狀納米纖維素顆粒的液晶相分離。1）在兩個轉變過程中，多組分混合物的相行為受熱力學和動力學之間的權衡控制，顯示出納米纖維素在隔間水相內或跨隔水相的膽甾型自組裝。2）在熱力學控制下，實現了富液晶層的兩相、三相和四相共存行為。其中，每個相關的多相分離動力學都表現出根本不同的路徑，這些路徑受控于聚合物液滴和納米纖維類玉米粉的成核和生長。此外，通過調節組成和平衡溫度，可以實現耦合的多相轉變，從而導致聚合物在溶致液晶基質中的熱致行為。3）最后，在干燥時，多組分混合物經歷了納米纖維素和聚合物的分級自組裝成分層的膽甾相薄膜，表現出分隔的聚合物分布和各向異性的微孔結構。
Tao, H., Rigoni, C., Li, H. et al. Thermodynamically controlled multiphase separation of heterogeneous liquid crystal colloids. Nat Commun 14, 5277 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41054-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-41054-7
5. Nature Commun.：用粗糙的構筑塊增韌膠體凝膠
膠體凝膠通常用作介孔中間體或功能材料，但存在脆性，對于膠體懸浮液，通常表現出1%或更低的小屈服應變。大多數這類凝膠中的短程粘附力是中心力--再加上顆粒的光滑形態，對屈服和剪切誘導的重組的阻力是有限的。在這項研究中，蘇黎世聯邦理工學院Jan Verman提出了一種創新的方法來改善膠體凝膠，通過在顆粒中引入表面粗糙度來改變屈服應變，從而產生非中心相互作用。1）為了闡明顆粒粗糙度對凝膠性能的影響，使用一種可靠的類點擊化學表面接枝技術制備了由粗糙或光滑的二氧化硅顆粒制成的熱可逆凝膠。2）流變學和光學表征表明，粗顆粒凝膠具有增強的韌性和自愈性能。這些顯著的特性可用于各種應用，例如干凝膠制造和高保真擠壓3D打印，正如我們在這項研究中所展示的那樣。
Müller, F.J., Isa, L. & Vermant, J. Toughening colloidal gels using rough building blocks. Nat Commun 14, 5309 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41098-9https://doi.org/10.1038/s41467-023-41098-9
6. Nature Commun.：通過羰基到鎳交換邏輯進行內酰胺的骨架金屬化
金屬-鹵素交換等經典金屬化反應由于其在從碳-鹵素鍵構建碳-碳鍵方面具有廣泛的適用性，對有機合成產生了變革性的影響。將金屬-鹵素交換邏輯擴展到金屬-碳交換將使碳框架的直接修飾成為可能，在逆合成分析中具有新的意義。然而，這種轉變需要選擇性斷裂高度惰性的化學鍵并形成適合進一步合成的穩定中間體，因此其發展仍然相當具有挑戰性。在這里，蘇黎世聯邦理工學院Bill Morandi介紹了一種骨架金屬化策略，該策略允許內酰胺（生物活性分子中常見的基序）輕松轉化為明確的、合成上有用的有機鎳試劑。1）該反應的特點是通過易于制備的 Ni(0) 試劑選擇性激活無張力的酰胺 C-N 鍵，然后在溫和的室溫條件下在正式的羰基到鎳的交換過程中脫嵌和解離 CO。2）這種獨特反應性的基本原理通過有機金屬和計算研究得到合理化。骨架金屬化進一步應用于直接CO切除反應和內酰胺的碳同位素交換反應，強調了金屬-碳交換邏輯在有機合成中的廣泛潛力。
Zhong, H., Egger, D.T., Gasser, V.C.M. et al. Skeletal metalation of lactams through a carbonyl-to-nickel-exchange logic. Nat Commun 14, 5273 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40979-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-40979-3
7. JACS: 固態 NMR 揭示蜂窩層狀 Na2MgxZn2?xTeO6 固體電解質中的鈉離子動力學
全固態鈉離子電池（SIB）有潛力通過補充行業領先的鋰離子電池來提供大規模、安全、經濟高效和可持續的儲能解決方案。然而，為了增強SIB組件（例如固體電解質）的整體性能，全面了解其原子尺度結構和鈉(Na)離子的動態行為至關重要。在這里，阿爾伯塔大學Vladimir K. Michaelis利用強大的多核（23Na、125Te、25Mg和67Zn）磁共振方法探索一種新型Mg/Zn均勻混合陽離子蜂窩層狀氧化物Na2MgxZn2?xTeO6固溶體系列。1）這些新的中間化合物表現出可調節的本體鈉離子電導率(σ)，Na2MgZnTeO6在室溫下的最高σ=0.14×10?4Scm?1，適合SIB固體電解質應用，如粉末電化學阻抗譜(EIS)所觀察到的。粉末X射線衍射(XRD)、能量色散X射線(EDX)光譜和場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)的結合揭示了P6322空間群中的高度結晶相純化合物。2）研究人員使用125Te核磁共振(NMR)證明了蜂窩層內的Mg/Zn無序是隨機的，并使用二維（三量子魔角旋轉(3QMAS)）23NaNMR解析了多個Na位點。通過25Mg和67ZnNMR的結合揭示了蜂窩層中的中程無序，并輔以密度泛函理論(DFT)的電子結構計算。3）此外，通過使用激光實現可變高溫（～860K）23NaNMR，暴露出非常快的局部Na離子跳躍過程（跳躍率，1/τNMR=0.83×109Hz），該過程對不同的Mg/鋅比率。具有最大Mg/Zn無序度的Na2MgZnTeO6在所有固溶體成員中表現出最高的短程Na離子動力學。
Diganta Sarkar, et al, Unraveling Sodium-Ion Dynamics in Honeycomb-Layered Na2MgxZn2?xTeO6 Solid Electrolytes with Solid-State NMR, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04928https://doi.org/10.1021/jacs.3c04928
8. JACS: 溫和水熱條件下鎳鐵氮化物異質結構由 CO2 和 H2O 直接合成甲酰胺
甲酰胺可以作為合成與代謝前過程相關的有機分子的關鍵組成部分。在早期地球條件下，缺乏從二氧化碳合成其的自然途徑。在這里，馬克斯·普朗克煤炭研究所Harun Tüysüz 報道了在溫和水熱條件下，在沒有合成H2和N2的情況下，CO2和H2O在Ni?Fe氮化物異質結構上熱催化轉化為甲酸鹽和甲酰胺。1）水分子既充當溶劑又充當氫源，而金屬氮化物則充當氮源，在5?50 bar的溫度下在25?100 °C的溫度范圍內產生甲酰胺。較長的反應時間促進C?C鍵偶聯以及乙酸酯和乙酰胺作為附加產物的形成。2）除液體產品外，甲烷和乙烷也以氣相產品形式生產。Ni?Fe氮化物顆粒的后反應表征揭示了結構變化并提供了對潛在反應機制的見解。研究結果表明，在模擬熱液噴口條件下，氣態CO2可以作為在Ni-Fe氮化物異質結構上的甲酰胺和乙酰胺中形成CN鍵的碳源。
Tug?c?e Beyazay, et al, Direct Synthesis of Formamide from CO2 and H2O with Nickel?Iron Nitride Heterostructures under Mild Hydrothermal Conditions, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c05412https://doi.org/10.1021/jacs.3c05412
9. JACS：揭示鋰在鎳催化芳基醚交叉偶聯中的隱藏作用
鎳催化芳基醚的交叉偶聯反應是將廣泛使用的苯酚衍生物轉化為功能化芳香族分子的有力合成工具。最近的理論和實驗機制研究已經證實，異雙金屬鎳是關鍵的中間體，在溫和的條件下促進了具有挑戰性的轉化，而且通常不需要外部配體或添加劑。在這項工作中，伯爾尼大學Eva Hevia，克勞德大學Marie-Eve L. Perrin，里昂大學Pierre-Adrien Payard報道了在密度泛函理論(DFT)水平上進行了計算，并通過光譜和動力學數據的比較，研究了Ni(COD)2催化的2-甲氧基萘與PhLi的交叉偶聯反應的機理，并對鎳酸鋰中間體的形態進行了評估。1）研究人員解釋了溶劑在反應中的關鍵作用，揭示了鋰在反應中的多重作用。實驗研究已經確定了支持和幫助發展計算的反應機理并最終完成催化循環的關鍵鎳酸鋰物種。2）基于這一新的機理知識，這些轉化的一個眾所周知的實驗挑戰，即所謂的“萘問題”，限制了親電偶聯伙伴的使用，使π擴展體系能夠在溫和的條件下實現無偏芳基醚的交叉偶聯。
Haosheng Liang, et al, Shedding Light on the Hidden Roles of Lithium in the NickelCatalyzed Cross-Coupling of Aryl Ethers, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06647https://doi.org/10.1021/jacs.3c06647
10. Angew：基于親和力結合的雙光子熒光探針可快速檢測活細胞和膠質瘤組織中的單胺氧化酶A
單胺氧化酶A（MAO-A）的異常表達與人類神經膠質瘤的發展有關，使得MAO-A成為了一種極具前景的治療靶點。因此，對MAO-A進行快速測定對于疾病診斷而言至關重要。通過對雙光子熒光團進行計算機篩選，廈門大學李林教授、西北工業大學黃維院士和彭勃教授發現N，N-二甲基萘胺的衍生物（pre-mito）可以有效地適應MAO-A空腔的入口。1）N-吡啶上的取代基不僅能夠進一步探索MAO-A空腔，而且可以實現對線粒體的靶向。研究發現，氨丙基取代的分子（CD1）具有最快的MAO-A檢測效率（在20秒內）、高的MAO-A親和力和選擇性。2）實驗結果表明，該探針可用于對活細胞中的MAO-A進行原位成像，并且能夠對人類神經膠質瘤和癌旁組織中的MAO-A含量進行比較。綜上所述，該研究通過對基于親和結合的熒光探針進行優化，顯著提高了它們的檢測率，有望為設計和優化具有快速檢測性能的探針提供一種通用的方法。
Congcong Zhang. et al. Ultrafast Detection of Monoamine Oxidase A in Live Cells and Clinical Glioma Tissues Using an Affinity Binding-Based Two-Photon Fluorogenic Probe. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202310134https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310134
11. Angew：水溶液中高選擇性電催化烯烴加氫
在常溫條件下以綠水為氫源進行烯烴選擇性加氫仍然是催化領域的一大挑戰。近日，中科院化學所李玉良院士，薛玉瑞教授以石墨炔基氧化銅量子點（CuxO/GDY）為陰極，水為氫源，實現了純脂肪族和官能化烯烴的電催化加氫，在室溫下高電流密度的水溶液中具有高活性和選擇性。1）sp-/sp2雜化石墨炔催化劑允許順反異構烯烴的選擇性加氫。2）GDY特殊的化學和電子結構導致GDY和Cu原子之間不完全的電荷轉移，從而優化反應中間體的吸附/解吸，最終導致加氫反應的高反應選擇性和活性。
Chengyu Xing, et al, Highly Selective Electrocatalytic Olefin Hydrogenation in Aqueous Solution, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310722DOI: 10.1002/anie.202310722https://doi.org/10.1002/anie.202310722
12. AM：氫氣泡加速釋放的超疏氧鎳納米陣列的高效堿性析氫反應
盡管粘附在催化劑表面的氫氣氣泡對水電解性能產生不利影響，但在堿性析氫反應（HER）過程中有效釋放氫氣氣泡的機制仍然難以捉摸。在這項研究中，浦項科技大學Jong Kyu Kim，Yong-Tae Kim通過采用由一系列表面孔隙率受控的鎳納米棒（NR）陣列組成的地球豐富的鎳催化劑，系統研究了納米級表面形態對氫氣氣泡釋放行為和析氫反應性能的影響。1）催化劑表面的疏氣性和親水性根據催化劑的表面孔隙率而變化。孔隙率最高約52%的Ni催化劑表現出超疏氣性質以及Ni催化劑中最好的HER性能。2）研究發現，Ni催化劑的超疏氣性與有效的開孔通道相結合，能夠加速H2氣泡從表面的釋放，從而顯著改善幾何活性，特別是在高電流密度下，以及內在活性，包括比活性和比活性。此外，還證明，高度多孔的 Ni NR 實現的超疏氣性可以與具有最佳結合能力的 Pt 和 Cr 相結合，以進一步優化電催化性能。
Jaerim Kim, et al, Efficient alkaline hydrogen evolution reaction using superaerophobic Ni nanoarrays with accelerated H2 bubble release, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202305844https://doi.org/10.1002/adma.202305844
