1. Nature Commun.：用于 N-羧酸酐聚合的基于 MOF 的納米級多相催化系統(tǒng)能夠直接通往多肽和相關(guān)雜化材料
由于其可調(diào)特性和生物降解性，合成多肽已成為材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程中的多功能工具。雖然 N-羧酸酐 (NCA) 開環(huán)聚合 (ROP) 技術(shù)的進步旨在加速聚合并降低環(huán)境敏感性，但此類方法的更廣泛影響仍未得到充分探索，而且 ROP 產(chǎn)品與其他材料的集成仍然是一個挑戰(zhàn)。在這里，湖南大學(xué)Yugang Bai，Hang Xing展示了一種受許多多相催化劑成功啟發(fā)的方法，使用納米級金屬有機框架（MOF）作為 NCA-ROP 的助催化劑，也通過鄰近的肽螺旋加速。1）這種多相方法具有多種優(yōu)點，包括動力學(xué)快、環(huán)境敏感性低、催化劑可回收性以及與混合材料制備的無縫集成。2）該催化系統(tǒng)不僅簡化了多肽和多肽包被的MOF復(fù)合物（MOF@多肽雜化物）的制備，而且保留和增強了它們從構(gòu)成MOF和多肽繼承的均質(zhì)性、可加工性和整體功能。
Liu, Y., Ren, Z., Zhang, N. et al. A nanoscale MOF-based heterogeneous catalytic system for the polymerization of N-carboxyanhydrides enables direct routes toward both polypeptides and related hybrid materials. Nat Commun 14, 5598 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41252-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-41252-3
2. Nature Commun.：有機半導(dǎo)體中的定向激子傳輸高速通道
激子帶寬和激子輸運很難通過材料設(shè)計來控制。近日，德累斯頓工業(yè)大學(xué)Frank Ortmann展示了具有特別定制的官能團的有機半導(dǎo)體材料中有趣的激子性質(zhì)。1）電子能量損失譜觀察到電磁光譜的近紅外-可見部分的極寬激子帶，并從理論上解釋了緊密堆積分子之間的緊密接觸和它們之間的強相互作用。這是由施主-受主類型的分子結(jié)構(gòu)和由此產(chǎn)生的晶體堆積引起的，這導(dǎo)致了顯著的各向異性，這應(yīng)該導(dǎo)致激子的強烈定向傳輸。2）這些觀察和對結(jié)果的詳細理解為分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了藍圖，其中類似的分子特征可能被用來進一步探索激子帶的可調(diào)性，并為具有強烈增強的輸運和內(nèi)在地控制傳播方向的有機材料鋪平道路。
Müller, K., Schellhammer, K.S., Gr??ler, N. et al. Directed exciton transport highways in organic semiconductors. Nat Commun 14, 5599 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41044-9https://doi.org/10.1038/s41467-023-41044-9
3. Nature Commun.：使用含硅原子的多共振熱激活延遲熒光主體材料的高性能藍色OLED
目前，有機發(fā)光二極管(OLED)已經(jīng)商業(yè)化，使用在綠色和紅色發(fā)射區(qū)具有100%內(nèi)部量子效率(IQE)的熒光粉。近日，首爾大學(xué)Soo Young Park，慶熙大學(xué)Jongwook Park報道了三種高效的多共振熱激活延遲熒光藍色發(fā)射主體材料，包括5，9-二氧雜-13b-硼并[3，2，1-去]茂(DOBNA)和四苯基硅基。1）研究人員用常規(guī)的N7，N7，N13，N13，5，9，11，15-octaphenyl5，9，11，15-tetrahydro-5，9，11，15-tetraaza-19b，20b-diboradinaphtho[3，2，1de:1’，2’，3’-jk]pentacene-7，13-diamine((4-(2，12-di-tert-butyl-5，9-dioxa-13b-boranaphtho[3，2，)藍色發(fā)光材料制備的器件具有較高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率大于0.82，水平取向大于88%，光致發(fā)光衰減時間為0.96~1.93 μS。2）三苯基硅烷(TDBA-Si)在最大亮度/500 cd m?2/1,000 cd m?2時表現(xiàn)出36.2/35.0/31.3%的高外量子效率。3）這種高性能歸功于從主體到摻雜劑的快速能量轉(zhuǎn)移。其他可能導(dǎo)致高性能的因素包括T1激發(fā)態(tài)貢獻、大體積四苯基硅基對聚集的抑制、高水平取向和高熱穩(wěn)定性。采用TDBA-Si為襯底材料，在1000 cd m?2上獲得了大于30%的高效率和4.9%的小滾降值。
Park, D., Kang, S., Ryoo, C.H. et al. High-performance blue OLED using multiresonance thermally activated delayed fluorescence host materials containing silicon atoms. Nat Commun 14, 5589 (2023).DOI：org/10.1038/s41467-023-41440-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-41440-1
4. Nature Commun.：構(gòu)建塊長寬比控制合成和天然蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的組裝、結(jié)構(gòu)和力學(xué)
由高縱橫比蛋白質(zhì)構(gòu)建塊構(gòu)建的纖維網(wǎng)絡(luò)在自然界中無處不在。盡管這種普遍存在，但此類結(jié)構(gòu)單元相對于球狀蛋白的功能優(yōu)勢尚不清楚。為了回答這個問題，利茲大學(xué)Lorna Dougan設(shè)計了具有不同數(shù)量的蛋白質(zhì) L 結(jié)構(gòu)域的水凝膠網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建塊，以控制縱橫比。然后使用剪切流變學(xué)和小角中子散射來表征光化學(xué)交聯(lián)的蛋白質(zhì) L 網(wǎng)絡(luò)的機械和結(jié)構(gòu)特性。1）研究人員通過將結(jié)構(gòu)從平移擴散主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)擴散主導(dǎo)，證明了縱橫比是定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和機制的關(guān)鍵屬性。2）此外，研究人員證明在模型生命系統(tǒng)中觀察到類似的轉(zhuǎn)變：纖維蛋白血凝塊網(wǎng)絡(luò)。這種轉(zhuǎn)變的功能優(yōu)勢是增加機械強度和在臨界蛋白質(zhì)濃度以上快速組裝同質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，這對于血液凝固等體內(nèi)生物過程至關(guān)重要。此外，控制縱橫比還為未來仿生和仿生材料的設(shè)計提供了參數(shù)。
Hughes, M.D.G., Cussons, S., Hanson, B.S. et al. Building block aspect ratio controls assembly, architecture, and mechanics of synthetic and natural protein networks. Nat Commun 14, 5593 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40921-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-40921-75. JACS：構(gòu)筑大面積MOF膜實現(xiàn)安培級電催化生物質(zhì)轉(zhuǎn)化MOF納米結(jié)構(gòu)的制備目前得到顯著進展，但是如何精確控制界面結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)進行大面積MOF膜的合成仍非常困難。有鑒于此，山東大學(xué)張進濤、新南威爾士大學(xué)戴黎明等報道一種將金屬腐蝕與仿生礦化結(jié)合的策略，在溫和反應(yīng)條件和7種金屬基底之上合成16種MOF薄膜。1）通過合成包括羧酸鹽、N-雜環(huán)、酚類和膦酸鹽構(gòu)成多種多樣MOF材料，能夠研究金屬的氧化還原、電解液性質(zhì)、有機配體對于HER或ORR的影響，因此為指導(dǎo)如何基于Pourbaix圖進行調(diào)節(jié)MOF的微結(jié)構(gòu)和成分提供基本的指導(dǎo)。通過多種制備方法，作者實現(xiàn)了“微米-米”多個尺度進行MOF圖案打印。2）制備64 cm2的大面積電極用于5-羥甲基糠醛電化學(xué)氧化制備2,5-呋喃二羧酸，在1.63 V的電流達到創(chuàng)紀錄的3.0 A，實現(xiàn)了制備H2的同時進行電催化制備高附加值生物質(zhì)。通過顯著改善的電催化活性和大幅度增強5-羥甲基糠醛電化學(xué)氧化，展示了MOF薄膜材料用于生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化的前景。
Yueqing Wang, et al, Bionic Mineralization toward Scalable MOF Films for Ampere-Level Biomass Upgrading, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07790https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07790
6. EES：用于柔性鈣鈦礦太陽能電池的分子偶極工程輔助應(yīng)變釋放
由于鈣鈦礦層中的缺陷，機械耐久性和長期運行穩(wěn)定性是柔性鈣鈦礦太陽能電池（f-PSC）商業(yè)化的關(guān)鍵因素。在此，中國科學(xué)院Li Wei、葛子義合成了一系列具有不同分子偶極子的-CN添加劑，包括2'-氟-[1,1'-聯(lián)苯]-3,5-二腈（1F-2CN）、2'，6'-二氟-[1,2'-聯(lián)苯]-3,5-二腈（2F-2CN）和2'，3'，4'-三氟-[1,6'-聯(lián)苯]-3,5-三腈（3F-2CN）。1) 添加劑中的兩個-CN基團可以與Pb2+缺陷配位，氟原子可以調(diào)節(jié)添加劑的偶極矩，并與帶電荷的FA+基團形成氫鍵。因此，添加劑成功縫合了鈣鈦礦晶界處的缺陷，并釋放了晶界應(yīng)力，導(dǎo)致低楊氏模量和高機械柔韌性。同時，添加劑可以削弱電荷載流子與縱向光學(xué)聲子之間的相互作用，并促進載流子的提取和傳輸。2) 此外，分子偶極更強的2F-2CN可以更好地提高f-PSCs效率和穩(wěn)定性。因此，基于1F-2CN-、2F-2CN-和3F-2CN-的f-PSC分別具有21.87%、23.64%、24.08%和23.30%的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）。得益于完美的鈣鈦礦膜，含有改性添加劑的未封裝f-PSC具有優(yōu)異的機械可靠性以及良好的光、熱和空氣穩(wěn)定性。
Lisha Xie, et al. Molecular dipole engineering assisted strain release for mechanically robust flexible perovskite solar cells. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02569A
7. EES：C=S修飾3D sp2雜化碳骨架實現(xiàn)陽極的優(yōu)異電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)
碳陽極中有效的三維（3D）空間電荷轉(zhuǎn)移對于改善堿金屬離子電池的存儲動力學(xué)至關(guān)重要。為了實現(xiàn)這一點，在3D滲透網(wǎng)絡(luò)中調(diào)節(jié)sp2混合碳骨架是一種創(chuàng)新的方法。湖南大學(xué)劉金水、季華實驗室Zhang Chengzhi、Tan Jun開發(fā)了用于修飾sp2雜化碳骨架的C=S基團。1) C=S可以優(yōu)化碳層之間的空間π電子共軛和空間sp2雜化，從而實現(xiàn)優(yōu)異的電子和原子結(jié)構(gòu)性能。含有C=S（C5=S/HCSs）的中空碳球的碳骨架實現(xiàn)了有效的3D電荷轉(zhuǎn)移通道，并具有快速的電化學(xué)動力學(xué)。2) 與鉀離子電池中的對照樣品相比，C5=S/HCSs陽極在2000次循環(huán)后，在2.0 A g?1下具有238 mAh g?1的可逆容量，在10.0 A g?1下具有158 mAh g–1的高容量。這一發(fā)現(xiàn)為碳骨架中三維空間電荷轉(zhuǎn)移的設(shè)計提供了有效途徑，并可實現(xiàn)快速可逆的離子存儲動力學(xué)。
Fei Wang, et al. Delocalized C=S decorates 3D sp2-hybridized carbon skeleton for superior charge transfer kinetics of anodes. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01493B
8. EES：用于從空氣和海水中電化學(xué)捕獲CO2的雙極膜
從大氣中清除二氧化碳可以減輕氣候變化的負面影響，而雙極膜電滲析（BPM-ED）是一種極具潛力的技術(shù)，它使用可再生電力將水分解成酸和堿，以再生基于碳酸氫鹽的CO2捕獲溶液，例如用于直接空氣捕獲（DAC）過程的化學(xué)回路溶液，以及用于直接海洋捕獲（DOC）中的溶液。在此，勞倫斯伯克利國家實驗室Adam Z. Weber開發(fā)了一個實驗驗證的1D模型，即使用BPM-ED從基于碳酸氫鹽的碳捕獲溶液和海水中電化學(xué)再生CO2。1) 對于DAC，作者通過實驗和計算表明，BPM水離解引起的pH波動驅(qū)動CO2在CEL|cBL界面的形成。然而，在電流密度>100 mA cm?2時，高氣泡形成率會增加能量強度。此外，加速水分解催化和進行氣泡去除可以在能量強度<100 kJ mol?1和電流密度>100 mA cm?2時實現(xiàn)CO2回收。2) 對于DOC，與海水中低碳濃度相關(guān)的質(zhì)量傳輸限制表明，DOC最適合清潔生產(chǎn)下游工藝中可用的酸和堿。這些結(jié)果為使用BPM-ED進行工業(yè)規(guī)模CO2回收提供了設(shè)計策略。
Justin C. Bui, et al. Analysis of bipolar membranes for electrochemical CO2 capture from air and oceanwater. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01606D
9. EES：硫改性高活性穩(wěn)定氧空位在鋰硫電池中的高效催化
在鋰硫電池（LSB）催化劑中引入氧空位（Vo）是提高催化劑性能的有效途徑。然而，Vo的高活性是一把雙刃劍，其不穩(wěn)定性通常被忽視。在這里，哈爾濱工業(yè)大學(xué)Zhang Naiqing、Zhang Yu報道了一種“錨空位”的方法，通過S修飾將Vo的高活性和高穩(wěn)定性結(jié)合起來。1) S改性可以有效提高多硫化鋰（LiPSs）的吸附和催化性能，同時，表面的S原子可以錨定附近的空位，防止其形成能降低而向內(nèi)遷移，從而提高了催化的穩(wěn)定性。2) 基于該催化劑的電池在0.2C下具有高達1291mAh g-1的初始放電比容量，并且在1C下的1500次循環(huán)期間具有0.035%的低平均容量衰減。該研究為提高LSB中Vo的活性和穩(wěn)定性提供了一種有效策略，為LSB中先進催化劑的設(shè)計開辟了一條新途徑。
Chenghao Zhao, et al. Highly Active and Stable Oxygen Vacancies via Sulfur Modification for Efficient Catalysis in Lithium-Sulfur Batteries. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01774E10. Angew：半導(dǎo)體鐵螯合納米免疫調(diào)節(jié)劑用于實現(xiàn)特異性和增敏的癌癥聲-金屬-免疫治療聲-免疫治療能夠有效抑制深部腫瘤。然而，能夠同時消除腫瘤細胞和調(diào)控腫瘤免疫微環(huán)境的智能型超聲治療試劑目前仍鮮有報道。有鑒于此，南洋理工大學(xué)浦侃裔教授開發(fā)了一種時空可控的半導(dǎo)體鐵螯合納米金屬調(diào)節(jié)劑(SINM)，并將其用于實現(xiàn)高靈敏度的腫瘤聲-金屬-免疫治療。1）SINM由具有噻吩基希夫堿結(jié)構(gòu)、鐵離子(Fe3+)螯合的半導(dǎo)體聚合物(SP)骨架和親水側(cè)鏈所組成。全身給藥后，SINM會在腫瘤內(nèi)富集，并響應(yīng)腫瘤氧化還原環(huán)境以特異性地引發(fā)鐵死亡和M1型巨噬細胞極化。2）同時，螯合的Fe3+也能夠增強了SPs的聲敏作用，進一步增強活性氧的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致免疫原性細胞死亡。實驗結(jié)果表明，基于SINM的聲動力-金屬-免疫聯(lián)合治療可有效消融深部腫瘤，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對免疫表型的時空調(diào)節(jié)。
Shasha He. et al. A Semiconducting Iron-Chelating Nano-immunomodulator for Specific and Sensitized Sono-metallo-immunotherapy of Cancer. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202310178https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310178
11. AEM：強韌介孔金屬催化劑上硝酸鹽選擇性氨電合成的中間約束
介孔金屬由于其獨特的結(jié)構(gòu)特征而在催化和電催化領(lǐng)域引起了廣泛的研究興趣。然而，大多數(shù)研究都集中在增強活性上，而很少關(guān)注促進選擇性。近日，四川大學(xué)Ben Liu報道了介觀水平的雙金屬鈀銅(PdCu)合金的設(shè)計是一種可靠且穩(wěn)健的策略，可以限制反應(yīng)中間體，從而促進選擇性NH3電合成的硝酸鹽還原反應(yīng)(NITRR)電催化。1）優(yōu)化的PdCu介孔納米球(MSs)具有較高的電催化NO3-to-NH3性能，NH3法拉第效率(FENH3)為85%，產(chǎn)率為3058 μg h?1 mg?1，能量效率為31%，并且具有多轉(zhuǎn)彎穩(wěn)定性。2）表面分析和實驗技術(shù)相結(jié)合表明，NO3-轉(zhuǎn)化為NH3的高性能源于PdCuMS的高滲透性和活性介孔通道，不僅在動力學(xué)上促進NO3-的吸附和反應(yīng)性，而且還增強了關(guān)鍵中間體的限制(NO2-)朝向八電子NITRR途徑進行選擇性NH3電合成。3）更重要的是，結(jié)合成分控制，三金屬PdCuRu合金MS具有高達95%的優(yōu)異FENH3和令人印象深刻的8518 μg h?1 mg?1的NH3產(chǎn)率，用于選擇性NO3-至NH3電還原。
Lizhi Sun, et al, Intermediate Confinement for Selective Ammonia Electrosynthesis from Nitrate on Robust Mesoporous Metal Catalysts, Adv. Energy Mater. 2023, 2302274DOI: 10.1002/aenm.202302274https://doi.org/10.1002/aenm.202302274
12. ACS Nano：用于雙功能氧電催化的多金屬單原子催化劑
多金屬合金在金屬-空氣電池的應(yīng)用中表現(xiàn)出了良好的性能，但設(shè)計多金屬單原子催化劑（MM-SAC）仍然是一個挑戰(zhàn)。近日，海南大學(xué)Daoxiong Wu，Xinlong Tian以金屬-C3N4和氮摻雜碳為基石，通過一般的兩步法合成MM-SAC，并驗證了原子色散的固有特征和多金屬位點之間的強電子互易性。1）研究發(fā)現(xiàn)三金屬FeCoZn-SAC和四金屬FeCoCuZn-SAC分別具有優(yōu)異的析氧反應(yīng)和氧還原反應(yīng)活性，以及出色的雙功能耐久性。2）密度泛函理論計算闡明了FeCoCuZn-SAC的Co位點對ORR和OER有效催化的關(guān)鍵貢獻。3）更重要的是，以FeCoCuZn SAC作為陰極催化劑的鋅空氣電池表現(xiàn)出高功率密度（252 mW cm?2）、高比容量（817 mAh gZn?1）和充放電過程的相當(dāng)大的穩(wěn)定性（超過225小時）。這項工作為MM-SAC在氧電催化方面的優(yōu)勢提供了直觀的視角。
Ruisong Li, et al, Multimetallic Single-Atom Catalysts for Bifunctional Oxygen Electrocatalysis, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c04945https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04945
