1. Nature Commun.：用于跨尺度液滴全向操縱的磁性Janus折紙機(jī)器人 跨尺度液滴的多功能操縱在許多領(lǐng)域都至關(guān)重要。磁激勵(lì)由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于液滴操縱。然而，仍然缺乏簡(jiǎn)便的磁驅(qū)動(dòng)策略來實(shí)現(xiàn)多功能的多尺度液滴操縱。在這里，中科大Yanlei Hu，Dong Wu ，香港理工大學(xué)Liqiu Wang非常簡(jiǎn)單的制造了一種磁驅(qū)動(dòng)的 Janus 折紙機(jī)器人，用于多功能的跨尺度液滴操縱，包括三維傳輸、合并、分裂、分配和釋放子液滴、攪拌和遠(yuǎn)程加熱。1）該機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了不受束縛的液滴操縱，范圍從約 3.2 nL 到約 51.14 μL。它能夠分裂液滴、精確分配（最小~3.2 nL）和釋放（最小~30.2 nL）子液滴。2）磁控旋轉(zhuǎn)和光熱特性的結(jié)合進(jìn)一步賦予機(jī)器人遠(yuǎn)程攪拌和加熱液滴的能力。3）研究人員最后探討了機(jī)器人在聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）中的應(yīng)用?？梢猿晒?shí)現(xiàn)核酸的提取和純化。
Jiang, S., Li, B., Zhao, J. et al. Magnetic Janus origami robot for cross-scale droplet omni-manipulation. Nat Commun 14, 5455 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41092-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-41092-1
2. Nature Commun.：基于柱狀等軸晶轉(zhuǎn)變的各向同性納米纖維氣凝膠的大規(guī)模組裝
冰模板技術(shù)在構(gòu)建從納米到宏觀尺度的工業(yè)多孔材料以定制熱、電子或聲學(xué)傳輸方面具有巨大的潛力。在此，清華大學(xué)Hui Wu，北京大學(xué)Xiaoding We，中北大學(xué)Weiwei Li，南京大學(xué)朱嘉教授描述了一種通用的冰模板技術(shù)，通過將材料冷凍在旋轉(zhuǎn)的低溫滾筒表面上，將其粉碎，然后重新澆鑄納米纖維漿料。1）通過解耦冰成核和生長(zhǎng)過程，研究人員在冷凍過程中實(shí)現(xiàn)了柱狀等軸晶轉(zhuǎn)變。等軸冰晶的高度隨機(jī)堆疊和集成可以將納米纖維組織成數(shù)千個(gè)具有曲折通道拓?fù)涞闹貜?fù)微米級(jí)單元。2）由于空間上明確的各向同性結(jié)構(gòu)，所獲得的Al2O3·SiO2納米纖維氣凝膠表現(xiàn)出超低導(dǎo)熱率、超彈性、良好的損傷容限和抗疲勞性。這些特性加上高達(dá) 1200 °C 的自然穩(wěn)定性，使其在極端熱機(jī)械環(huán)境下具有高度的隔熱性能。由LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極組成的高容量鋰離子電池模塊具有215kW的超高熱沖擊功率，薄納米纖維氣凝膠層可以完全防止級(jí)聯(lián)熱失控傳播。這些發(fā)現(xiàn)不僅建立了傳統(tǒng)上具有挑戰(zhàn)性的納米材料組件的通用生產(chǎn)路線，而且還展示了具有高安全標(biāo)準(zhǔn)的高能量密度電池模塊配置，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。
Li, L., Zhou, Y., Gao, Y. et al. Large-scale assembly of isotropic nanofiber aerogels based on columnar-equiaxed crystal transition. Nat Commun 14, 5410 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41087-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41087-y
3. Nature Commun.：晶圓級(jí)石墨烯基范德華超晶格的堆疊轉(zhuǎn)移
高質(zhì)量石墨烯基范德華超晶格對(duì)于研究物理特性和開發(fā)功能器件至關(guān)重要。然而，實(shí)現(xiàn)具有受控扭轉(zhuǎn)角的均勻晶圓級(jí)石墨烯基超晶格具有挑戰(zhàn)性。在這里，南京大學(xué)Libo Gao提出了一種用于制造晶圓級(jí)石墨烯和石墨烯基超晶格的平面到平面轉(zhuǎn)移方法。1）通過具有最佳潤(rùn)濕角的兩步旋轉(zhuǎn)輔助脫水程序去除石墨烯和基底之間的水溶液。2）質(zhì)子輔助處理進(jìn)一步用于清潔石墨烯表面和界面，這也可以解耦石墨烯并中和摻雜水平。3）通過晶圓平面調(diào)整宏觀堆疊角度，可以精確控制不同層之間的扭曲角度。轉(zhuǎn)移薄膜在晶圓尺度上表現(xiàn)出最小的缺陷、均勻的形態(tài)和均勻的電性能。即使在室溫下，在厘米級(jí)線寬的石墨烯薄膜中也可以觀察到強(qiáng)大的量子霍爾效應(yīng)。這種堆疊轉(zhuǎn)移方法可以促進(jìn)基于石墨烯的范德華超晶格的制造并加速功能器件的應(yīng)用。
Yuan, G., Liu, W., Huang, X. et al. Stacking transfer of wafer-scale graphene-based van der Waals superlattices. Nat Commun 14, 5457 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41296-5https://doi.org/10.1038/s41467-023-41296-5
4. Nature Commun.：可靠的雙功能磷酸鎳/TiO2 集成可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的 n-GaAs 光陽極用于堿性條件下的水氧化
氫是全球使用最廣泛的基本化學(xué)品之一，它還用于生產(chǎn)許多其他化學(xué)品，特別是通過光電化學(xué)（PEC）水分解生產(chǎn)的無碳能源燃料。目前，砷化鎵代表了用于PEC水氧化的最有效的光陽極材料，但已知它在競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)中要么被陽極光腐蝕，要么被天然金屬氧化物光鈍化，限制了效率和穩(wěn)定性。在這里，全南大學(xué)Soon Hyung Kang，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室Kai Zhu報(bào)道了化學(xué)蝕刻的砷化鎵，其裝飾有薄二氧化鈦（約30納米厚，結(jié)晶）表面鈍化層以及磷酸鎳（Ni-Pi）助催化劑作為表面空穴沉降層。1）Ni-Pi 雙功能助催化劑的集成產(chǎn)生了高效 GaAs 電極，其起始電位陰極漂移約為 100 mV。2）在這項(xiàng)工作中，該電極在穩(wěn)定電流密度Jph > 25 mA·cm?2 的110小時(shí)PEC水氧化測(cè)試中也具有增強(qiáng)的光穩(wěn)定性。3）Et-GaAs/TiO2/Ni-Pi║Ni-Pi 串聯(lián)配置實(shí)現(xiàn)了最佳的無輔助無偏水分解裝置，具有最高的 Jph (~7.6 mA·cm?2 ) 和9.5%的穩(wěn)定太陽能到氫氣的轉(zhuǎn)換效率。
Arunachalam, M., Kanase, R.S., Zhu, K. et al. Reliable bi-functional nickel-phosphate /TiO2 integration enables stable n-GaAs photoanode for water oxidation under alkaline condition. Nat Commun 14, 5429 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41120-0
5. Nature Commun.：定制的光酶系統(tǒng)用于選擇性還原光驅(qū)動(dòng)的脂肪族和芳香族硝基化合物
硝基脂肪族和硝基芳香族化合物分別選擇性酶促還原為脂肪胺和氨基、氧化偶氮和偶氮芳香族化合物仍然是生物催化領(lǐng)域持續(xù)存在的挑戰(zhàn)。在這里，格羅寧根大學(xué)Gerrit J. Poelarends展示了從相應(yīng)的硝基化合物中以光為動(dòng)力、選擇性光酶法合成脂肪胺以及氨基、氧化偶氮和偶氮芳香族化合物。1）來自解淀粉芽孢桿菌的硝基還原酶與基于葉綠素的光催化系統(tǒng)協(xié)同作用，促進(jìn)電子多樣化的硝基芳烴選擇性轉(zhuǎn)化為一系列芳香族氨基、氧化偶氮和偶氮產(chǎn)物，產(chǎn)率優(yōu)異（高達(dá) 97%）。2）利用來自陰溝腸桿菌的替代硝基還原酶，可以定制光酶系統(tǒng)，用于從硝基烯烴和硝基烷烴合成脂肪胺的挑戰(zhàn)性合成（產(chǎn)率高達(dá) 90%）。這種光酶還原克服了競(jìng)爭(zhēng)性生物 Nef 反應(yīng)，通常會(huì)阻礙硝基脂肪族化合物的完全酶還原。3）研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了硝基還原酶在創(chuàng)建用于合成貴重化學(xué)品的選擇性光酶系統(tǒng)方面的有用性，以及葉綠素作為無害光催化劑的有效性，使得能夠利用陽光來驅(qū)動(dòng)光生物催化反應(yīng)。
Luján, A.P., Bhat, M.F., Tsaturyan, S. et al. Tailored photoenzymatic systems for selective reduction of aliphatic and aromatic nitro compounds fueled by light. Nat Commun 14, 5442 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41194-w
6. Nature Commun.：通過電解質(zhì)化學(xué)調(diào)節(jié)界面反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)低溫鋅金屬電池的梯度界面
在鋅表面原位形成穩(wěn)定的中間相層是抑制枝晶生長(zhǎng)的有效解決方案。然而，二價(jià)鋅離子在固體夾層內(nèi)的快速傳輸仍然非常具有挑戰(zhàn)性。在此，南開大學(xué)Huan Wang，復(fù)旦大學(xué)Fei Wang設(shè)計(jì)了 SEI 組件，并通過調(diào)節(jié)界面化學(xué)反應(yīng)的順序，使鋅金屬電池在惡劣條件下具有優(yōu)異的動(dòng)力學(xué)性能。1）利用Zn2+溶劑化殼層中磷酸三甲酯共溶劑和三氟甲磺酸根陰離子化學(xué)反應(yīng)活性的差異，在Zn金屬表面依次生成Zn3(PO4)2和ZnF2，形成梯度ZnF2–Zn3(PO4)2界面相。2）機(jī)理研究表明，外部 ZnF2 促進(jìn) Zn2+ 去溶劑化，內(nèi)部 Zn3(PO4)2 作為快速 Zn2+ 傳輸?shù)耐ǖ?，有助于在零度以下的長(zhǎng)期循環(huán)。3）令人印象深刻的是，梯度 SEI 使 Zn 對(duì)稱電池的使用壽命超過 7000 小時(shí)，并且在 –50 °C 下 Zn-KVOH 全電池循環(huán) 12000 次后容量保持率為 86.1%。
Wang, W., Chen, S., Liao, X. et al. Regulating interfacial reaction through electrolyte chemistry enables gradient interphase for low-temperature zinc metal batteries. Nat Commun 14, 5443 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41276-9
7. Nature Commun.：由相變材料實(shí)現(xiàn)的運(yùn)輸和儲(chǔ)存容器的自適應(yīng)多溫度控制
食品和疫苗等必需品的運(yùn)輸通常需要自適應(yīng)多溫度控制，以保持高安全性和高效率。雖然利用相變材料的現(xiàn)有方法已顯示出前景，但與傳熱和材料物理化學(xué)性質(zhì)相關(guān)的挑戰(zhàn)仍然存在。在這項(xiàng)研究中，復(fù)旦大學(xué)Jiping Huang提出了一種利用液-固相變的自適應(yīng)多溫度控制系統(tǒng)，利用一對(duì)熱源和冷源實(shí)現(xiàn)高效的熱管理。1）通過利用硬脂酸和蒸餾水的特性，研究人員制造了一個(gè)多溫度維護(hù)容器，并證明在兩小時(shí)內(nèi)溫度變化僅為 0.14-2.05%，這突顯了該方法的有效性。2）研究結(jié)果為解決可靠貨物運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵挑戰(zhàn)提供了實(shí)用的解決方案，對(duì)物理、工程和生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域都有潛在影響。
Zhou, X., Xu, X. & Huang, J. Adaptive multi-temperature control for transport and storage containers enabled by phase-change materials. Nat Commun 14, 5449 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40988-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-40988-2
8. JACS：光敏劑修飾的共價(jià)有機(jī)框架上 CO2 的光耦合電還原
引入外部可見光場(chǎng)將是提高電催化二氧化碳還原反應(yīng)（CO2RR）活性的一種有前途的策略，但由于活性位點(diǎn)的激發(fā)態(tài)壽命短，它仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在此，中科院福建物構(gòu)所曹榮研究員，Yuan-Biao Huang報(bào)道了Ru(bpy)3Cl2支柱作為強(qiáng)大的光敏供體被固定在基于Co-卟啉的共價(jià)有機(jī)框架的主鏈上（命名為Co-Bpy-COF-Rux，x是Ru和Co物質(zhì)的摩爾比，x = 1 /2和2/3）通過配位鍵，使光耦合CO2RR產(chǎn)生CO。1）最佳Co-BpyCOF-Ru1/2在-0.7 V表現(xiàn)出96.7%的高CO法拉第效率在光的輔助下，-1.1 V vs RHE 下的 CO 部分電流密度為 16.27 mA cm?2，這兩個(gè)值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了在黑暗中觀察到的值。2）活性顯著增強(qiáng)主要?dú)w因于Co-Bpy-COF-Ru1/2中引入了具有長(zhǎng)激發(fā)態(tài)壽命的Ru(bpy)3Cl2供體以及隨之而來的巨大內(nèi)建電場(chǎng)，有效地加速了光誘導(dǎo)反應(yīng)在外部光下電子從 Ru(bpy)3Cl2 轉(zhuǎn)移到鈷卟啉。因此，鈷卟啉活性位點(diǎn)具有更長(zhǎng)的激發(fā)態(tài)壽命，以降低實(shí)際光耦合電催化 CO2RR 過程中發(fā)生的速率決定步驟的能量。這是基于卟啉的COF用于光耦合CO2RR的第一個(gè)工作，為構(gòu)建高效光耦合電催化劑開辟了新領(lǐng)域。
Qiu-Jin Wu, et al, Photocoupled Electroreduction of CO2 over Photosensitizer Decorated Covalent Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06113https://doi.org/10.1021/jacs.3c06113
9. JACS：利用雙色/可逆熒光成像揭示O2?-和ATP在肝臟缺血再灌注損傷中的關(guān)鍵作用
肝缺血-再灌注損傷(HIRI)是肝移植術(shù)后因排斥反應(yīng)引起的發(fā)病或死亡的主要原因。在HIRI過程中，超氧陰離子(O2??)和三磷酸腺苷(ATP)分別是氧化應(yīng)激和能量代謝相關(guān)的關(guān)鍵生物標(biāo)志物。然而，O2??和ATP在HIRI中的時(shí)空波動(dòng)會(huì)如何協(xié)調(diào)變化以及它們?cè)贖IRI的病理機(jī)制中的相互協(xié)同調(diào)節(jié)作用目前仍不明確。有鑒于此，山東師范大學(xué)唐波教授、李平教授、張?chǎng)└苯淌凇菑]陵和巴斯大學(xué)Tony D. James合理設(shè)計(jì)并成功構(gòu)建了一種雙色、雙重可逆的分子熒光探針(UDP)，并將其用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、同時(shí)成像O2??和ATP，以揭示兩者在HIRI中的相互關(guān)系和協(xié)同作用。1）UDP對(duì)O2??和ATP具有良好的響應(yīng)靈敏度、選擇性和可逆性，可用于檢測(cè)O2??和ATP，并且能夠在無光譜交互的藍(lán)色和紅色熒光通道中產(chǎn)生獨(dú)立的響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，基于UDP的原位成像技術(shù)能夠首次揭示肝細(xì)胞和小鼠肝臟在HIRI過程中的O2??爆發(fā)和ATP耗竭情況。2）此外，研究者也在再灌注期間觀察到ATP會(huì)略有增加。更重要的是，該研究也揭示了細(xì)胞內(nèi)的O2??-琥珀酸脫氫酶(SDH)-線粒體(Mito)還原煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)-Mito ATP-細(xì)胞內(nèi)ATP級(jí)聯(lián)信號(hào)通路在HIRI過程中的作用，從而首次闡明了O2??與ATP的相關(guān)性。綜上所述，該研究證實(shí)了UDP具有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)HIRI的重要潛力，有望為闡明HIRI的發(fā)病機(jī)制提供新的借鑒。
Jihong Liu. et al. Unveiling the Crucial Roles of O2?? and ATP in Hepatic Ischemia?Reperfusion Injury Using Dual-Color/Reversible Fluorescence Imaging. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04303https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c04303
10. Angew：通過精心策劃的反應(yīng)擴(kuò)散動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)宏觀結(jié)構(gòu)的超分子水凝膠
生物體能夠通過復(fù)雜的反應(yīng)擴(kuò)散過程動(dòng)態(tài)改變其結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)性功能。在這里，華東理工大學(xué)Yiming Wang，Zhixing Cao展示了如何依靠簡(jiǎn)單的反應(yīng)擴(kuò)散策略來創(chuàng)建具有可編程壽命和宏觀結(jié)構(gòu)的活性超分子水凝膠。1）兩種水凝膠前體（聚丙烯酸）PAA/CaCl2 和 Na2CO3）從不同位置擴(kuò)散，并在擴(kuò)散前沿生成無定形碳酸鈣（ACC）納米顆粒，從而形成由 PAA 和 ACC 納米顆粒之間的靜電相互作用驅(qū)動(dòng)的水凝膠結(jié)構(gòu)。2）有趣的是，由于靜電相互作用抑制劑（NaCl）的延遲流入，形成的水凝膠能夠隨著時(shí)間的推移自動(dòng)崩解。反應(yīng)擴(kuò)散模型很好地解釋了水凝膠的生長(zhǎng)過程，該模型提供了編程結(jié)構(gòu)化水凝膠動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的理論方法。此外，展示了使用開發(fā)的反應(yīng)擴(kuò)散策略對(duì)軟材料中動(dòng)態(tài)信息存儲(chǔ)的概念訪問。這項(xiàng)工作可以作為開發(fā)具有自適應(yīng)結(jié)構(gòu)和功能的逼真材料的起點(diǎn)。
Hucheng Wang, et al, Dynamic growth of macroscopically structured supramolecular hydrogels through orchestrated reaction-diffusion, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310162DOI: 10.1002/anie.202310162https://doi.org/10.1002/anie.202310162
11. Angew：銥(III)光敏劑標(biāo)記工程細(xì)菌增強(qiáng)實(shí)體腫瘤的光動(dòng)力免疫治療
盡管金屬基光敏劑在腫瘤治療的光動(dòng)力療法中顯示出巨大的潛力，但光敏劑的應(yīng)用因其不良的癌癥靶向性而受到限制。中山大學(xué)毛宗萬、夏煒和溫州醫(yī)科大學(xué)沈建良通過將銥（III）光敏劑共價(jià)標(biāo)記到基因工程細(xì)菌的表面，報(bào)道了一種基于金屬光敏劑-細(xì)菌雜化體Ir-HEcN。1）由于其固有的自推進(jìn)運(yùn)動(dòng)性和趨向缺氧性，Ir-HEcN可選擇性靶向并深入腫瘤組織。Ir-HEcN能夠在輻射下誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的焦亡和免疫原性細(xì)胞死亡，從而在體內(nèi)顯著引發(fā)抗腫瘤的先天和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，并通過組合光動(dòng)力療法和免疫療法導(dǎo)致實(shí)體瘤消退。2）研究介紹，Ir-HEcN是第一種用于增強(qiáng)光動(dòng)力免疫療法的金屬?gòu)?fù)合物修飾細(xì)菌。
Wenkai Lin, et al. Engineered Bacteria Labeled with Iridium(III) Photosensitizers for Enhanced Photodynamic Immunotherapy of Solid Tumors. Angew. 2023DOI：10.1002/anie.202310158https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310158
12. AEM：具有推拉電子結(jié)構(gòu)的 5-氯-2-羥基吡啶衍生物可實(shí)現(xiàn)耐用且高效的鈣鈦礦太陽能電池
鈣鈦礦缺陷的靶向鈍化是含官能團(tuán)添加劑設(shè)計(jì)的首要考慮因素。然而，官能團(tuán)中電子結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控以及電子構(gòu)型與鈣鈦礦太陽能電池（PSC）性能之間的構(gòu)效關(guān)系仍需探索。近日，陜西師范大學(xué)劉生忠教授，Dapeng Wang選擇帶有-NH2 (HNCLP) 和-F (HFCLP) 端基的5-氯-2羥基吡啶衍生物來實(shí)現(xiàn)推挽電子結(jié)構(gòu)構(gòu)型。1）密度泛函理論表明，與HFCLP相比，給電子末端為-NH2的HNCLP具有較長(zhǎng)的偶極矩，固定了間隙I3-，且吡啶的N側(cè)具有高密度電子云，能夠?qū)η放湮坏腜b2+進(jìn)行強(qiáng)鈍化離子。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，電子構(gòu)型優(yōu)化的HNCLP具有很強(qiáng)的鈍化能力，極大地抑制了鈣鈦礦吸收體的非輻射復(fù)合，隨著光生載流子的提取和轉(zhuǎn)移過程，顯著提高了薄膜晶體質(zhì)量。3）含有HNCLP的PSC表現(xiàn)出24.47%的顯著效率，HNCLP有助于增強(qiáng)鈣鈦礦薄膜的防潮性和器件的存儲(chǔ)穩(wěn)定性。
Can Zheng, et al, 5-Chloro-2-Hydroxypyridine Derivatives with Push-Pull Electron Structure Enable Durable and Efficient Perovskite Solar Cells, Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301302https://doi.org/10.1002/aenm.202301302
