1. JACS：路易斯酸金屬摻雜 Cuδ+ 催化劑上親氧性控制的 CO2 電還原為 C2+醇
銅基電催化劑在促進二氧化碳還原以生產(chǎn)能源密集型燃料和化學(xué)品方面具有巨大潛力。然而，由于各種途徑之間不可避免的激烈競爭，獲得高產(chǎn)品選擇性仍然具有挑戰(zhàn)性。在這里，中科院化學(xué)所韓布興院士，Xiaofu Sun提出了一種通過引入親氧金屬來調(diào)節(jié)Cu上與氧相關(guān)的活性物種的吸附的策略，可以有效提高C2+醇的選擇性。1）理論計算表明，路易斯酸金屬Al摻雜到Cu中可以影響C?O鍵和Cu?C鍵朝著選擇性確定的中間體（乙醇和乙烯共享）斷裂，從而優(yōu)先考慮乙醇途徑。2）實驗表明，Al摻雜Cu催化劑表現(xiàn)出出色的C2+法拉第效率（FE）為84.5%，并且具有出色的穩(wěn)定性。特別是，C2+醇的FE可以達到55.2%，部分電流密度為354.2 mA cm?2，生成速率為1066.8 μmol cm?2 h?1 。3）詳細的實驗研究表明，Al摻雜提高了Cu表面活性氧的吸附強度，并穩(wěn)定了關(guān)鍵中間體*OC2H5，從而對乙醇具有高選擇性。進一步的研究表明，該策略也可以擴展到其他路易斯酸金屬。
Libing Zhang, et al, Oxophilicity-Controlled CO2 Electroreduction to C2+ Alcohols over Lewis Acid Metal-Doped Cuδ+ Catalysts, J. Am. Chem. Soc.DOI: 10.1021/jacs.3c06697https://doi.org/10.1021/jacs.3c06697
2. JACS：通過非晶原沸石納米粒子的定向附著來進行硅烷醇工程的沸石納米片的非經(jīng)典生長
通過顆粒附著的沸石非經(jīng)典生長已經(jīng)被提出了二十年，但附著機制和動力學(xué)調(diào)節(jié)仍然難以捉摸。近日，吉林大學(xué)于吉紅院士, 中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院Jun Xu通過使用含有封裝的TPA+模板和豐富的硅烷醇(Si?OH)作為唯一前體的無定形原沸石(PZ)納米粒子，在水熱條件下實現(xiàn)了MFI型沸石的非經(jīng)典生長。1）研究人員通過二維(2D)固態(tài)核磁共振(NMR)相關(guān)光譜研究了前驅(qū)體的硅烷醇特性，事實證明，二維(2D)固態(tài)核磁共振(NMR)在確定前驅(qū)體附著行為和晶體生長方向方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。2）在機械球磨或壓片過程中，壓力驅(qū)動球形PZ融合成片狀集成PZ（IPZ），同時外部硅烷醇從均勻分布轉(zhuǎn)變?yōu)榍室蕾嚪植迹瑑?nèi)部硅烷醇從孤立轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g鄰近。3）與孤立的硅烷醇相比，空間上鄰近的硅烷醇與TPA+具有更強的相關(guān)性，有利于通過硅烷醇縮合形成Si?O?Si鍵。隨后，在表面能最小化的驅(qū)動下，片狀I(lǐng)PZ前體的顆粒附著優(yōu)先發(fā)生在具有高密度硅烷醇的高曲率表面，導(dǎo)致非經(jīng)典生長的各向異性速率，從而形成高縱橫比的MFI-型沸石納米片。4）先進的電子顯微鏡提供了非晶IPZ前體沿c軸方向附著到結(jié)晶中間表面并形成非晶-結(jié)晶界面的直接證據(jù)，隨后界面消除和結(jié)構(gòu)演變?yōu)閱尉唷?/span>研究結(jié)果不僅揭示了沸石非經(jīng)典生長機制，而且揭示了硅烷醇化學(xué)在動力學(xué)調(diào)節(jié)中的關(guān)鍵作用，這對于追求定制沸石合成非常重要。
Qiang Zhang, et al, Silanol-Engineered Nonclassical Growth of Zeolite Nanosheets from Oriented Attachment of Amorphous Protozeolite Nanoparticles, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04031https://doi.org/10.1021/jacs.3c04031
3. JACS：用于堿性水電解槽中高效析氫反應(yīng)的 Ru?Cu 納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)
將多個物種串聯(lián)起來用于不同的析氫反應(yīng)(HER)步驟是設(shè)計HER電催化劑的有效策略。在這里，意大利理工學(xué)院Yong Zuo，Liberato Mann，Sebastiano Bellani設(shè)計了一種用于HER的分層電極，由非晶態(tài)TiO2/Cu納米棒(NR)組成，并裝飾有經(jīng)濟高效的Ru?Cu納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)（Ru質(zhì)量負載=52 μg/cm2）。1）對于1 M NaOH中的HER，這種電極在-200 mA/cm2下表現(xiàn)出穩(wěn)定的250小時以上74 mV的低過電勢。2）通過結(jié)構(gòu)分析、原位X射線吸收光譜和第一原理模擬，電極的高活性歸因于協(xié)同功能：(1)機械堅固、垂直排列的CuNR具有高電導(dǎo)率和孔隙率，可提供快速充電和氣體傳輸通道；（2）Ru電子結(jié)構(gòu)受表面Cu簇尺寸的調(diào)節(jié)，促進水解離（Volmer步驟）；(3)在Ru頂部生長的Cu團簇表現(xiàn)出接近于零的氫吸附吉布斯自由能，促進了快速的Heyrovsky/Tafel步驟。3）連接所提出的陰極和不銹鋼陽極的堿性電解槽（AEL）可以在連續(xù)（1 A/cm2超過200小時）和間歇模式（加速應(yīng)力測試）下穩(wěn)定運行。此外，技術(shù)經(jīng)濟分析預(yù)測，基于我們的AEL單電池，壽命為30年的1 M WAEL工廠的最低總體制氫成本為2.12美元/kg，達到全球目標（2?2.5美元/kgH2）。
Yong Zuo, et al, Ru?Cu Nanoheterostructures for Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Water Electrolyzers, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06726https://doi.org/10.1021/jacs.3c06726
4. JACS：共聚物納米顆粒的界面超組裝能夠形成具有可調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合晶體
精確控制晶體納米復(fù)合材料的空間組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)是非常理想的，但在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性，特別是在一鍋合成路線中。在此，暨南大學(xué)Yin Ning展示了一種通過摻入策略來調(diào)整主體無機晶體內(nèi)客體物種空間分布的通用途徑。1）具體來說，通過聚合誘導(dǎo)的自組裝合成了明確的嵌段共聚物納米粒子，聚（甲基丙烯酸）x-嵌段-聚（苯乙烯-alt-N-苯基馬來酰亞胺）y [PMAAx-P(St-alt-NMI)y] 。2）這種陰離子納米顆粒可以通過靜電相互作用超組裝到較大的陽離子納米顆粒的表面上，形成膠體納米復(fù)合顆粒（CNP）。值得注意的是，這種 CNP 可以以空間控制的方式摻入方解石單晶中：CNP 摻入方解石的深度是可調(diào)的。3）系統(tǒng)研究表明，這種有趣的現(xiàn)象是由 CNP 的膠體穩(wěn)定性決定的，而 CNP 的膠體穩(wěn)定性又由 PMAAx-P(St-alt-NMI)y 吸附密度和鈣離子濃度決定。這項研究為制備各種具有受控內(nèi)部成分和結(jié)構(gòu)的晶體納米復(fù)合材料開辟了一條通用且有效的途徑。
Zhenghong Zhao, et al, Interfacial Supra-Assembly of Copolymer Nanoparticles Enables the Formation of Nanocomposite Crystals with a Tunable Internal Structure, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07435https://doi.org/10.1021/jacs.3c07435
5. JACS：具有量子干涉效應(yīng)的超分子晶體管
通過超分子結(jié)的電荷傳輸表現(xiàn)出獨特的量子干涉（QI）效應(yīng)，這為超分子晶體管的設(shè)計提供了機會。受益于 QI 的構(gòu)型依賴性，超分子組裝體的構(gòu)型控制以展示 QI 特征是關(guān)鍵但具有挑戰(zhàn)性的步驟。在這項工作中，廈門大學(xué)Jie Bai，Wenjing Hong，蘭州大學(xué)Zitong Liu制造了超分子晶體管，并使用電化學(xué)門控掃描隧道顯微鏡斷裂結(jié)技術(shù)研究了通過單個π堆疊噻吩/亞苯基共聚低聚物（TPCO）的導(dǎo)電通道的電荷傳輸。1）研究人員控制了超分子通道的構(gòu)型，并在超分子通道的反共振和共振狀態(tài)之間切換QI特征。2）研究人員觀察到超分子晶體管的開/關(guān)比高于 103 (~1300)，高選通效率~165 mV/dec，低斷態(tài)漏電流~30 pA，溝道長度縮小至 <2.0nm。3）密度泛函理論計算表明，π 堆疊 TPCO 中的 QI 特征根據(jù)超分子結(jié)構(gòu)而變化，并且可以通過微調(diào)超分子構(gòu)型來有效操縱。這項工作揭示了分子電子學(xué)超分子通道的潛力，并提供了對分子間電荷傳輸?shù)幕纠斫狻?/span>
Xiaohui Li, et al, Supramolecular Transistors with Quantum Interference Effect, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08615https://doi.org/10.1021/jacs.3c08615
6. JACS：用于高功率全固態(tài)鋰金屬電池的具有高離子電導(dǎo)率的高熵層壓板
固態(tài)電解質(zhì)（SSE）對于高能量密度鋰金屬電池至關(guān)重要，但它們通常存在鋰離子傳輸動力學(xué)緩慢和機械強度低的問題，嚴重阻礙了全固態(tài)電池的應(yīng)用。在這里，北京航空航天大學(xué)Zhiguo Du，Shubin Yang開發(fā)了一種二維（2D）高熵鋰離子導(dǎo)體，即含鋰過渡金屬磷硫化物，HELixMPS3（Lix（Fe1/5Co1/5Ni1/5Mn1/5Zn1/5）PS3），具有五個過渡金屬原子鋰離子（Li+）分散到[P2S6]2?骨架層中，表現(xiàn)出高晶格畸變和大量陽離子空位。1）這種獨特的功能能夠有效加速二維[P2S6]2?層間中Li+的遷移，在室溫下提供5×10?4 S cm?1的高離子電導(dǎo)率。此外，HE-LixMPS3層壓板可用作構(gòu)建塊，基于HE-LixMPS3和丁腈橡膠之間的強CS鍵構(gòu)建超薄SSE薄膜（~10μm）。2）SSE薄膜具有很強的機械強度（6.0 MPa，310%伸長率）和4×10?4 S cm?1的高離子電導(dǎo)率，在鋰對稱電池中表現(xiàn)出800小時的長循環(huán)穩(wěn)定性。與LiFePO4正極和鋰負極相結(jié)合，全固態(tài)電池在5.0 C下2000次循環(huán)內(nèi)呈現(xiàn)出高達99.8%的庫倫效率。
Qi Zhao, et al, High-Entropy Laminates with High Ion Conductivities for High Power All Solid-State Lithium Metal Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04279https://doi.org/10.1021/jacs.3c04279
7. JACS：體外選擇非M2+依賴、快速響應(yīng)的酸性脫氧核酶以用于細菌檢測
大連理工大學(xué)劉猛教授首次通過體外選擇的方法，從隨機序列DNA庫中分離得到酸性RNA剪切DNA酶(aRCDs)，其能夠在pH=5.3的條件下被微生物大腸桿菌（E. coli）激活。1）這些對大腸桿菌敏感的aRCDs只需要將單價金屬離子作為輔助因子就能夠剪切熒光嵌合DNA/RNA底物。這種特性能夠有效地保護RCDs免受其化學(xué)不穩(wěn)定性和外部酶降解等作用的影響。研究發(fā)現(xiàn)，DNA酶（aRCD-EC1）對大腸桿菌具有特異性，其靶點是一種蛋白質(zhì)。此外，截短的aRCD-EC1具有顯著提高的催化活性，速率常數(shù)(kobs)為1.18 min-1，是迄今為止最快的細菌響應(yīng)RCD。2）對40例患者尿液樣本的臨床評估結(jié)果表明，在不進行細菌培養(yǎng)以及總分析時間為50 min時，這種基于aRCD的熒光檢測方法的診斷靈敏度為100%，特異性為100%。綜上所述，這項研究工作進一步豐富了在非生理條件下具有活性的DNA酶庫，有望推動基于DNA酶的生物傳感器在臨床診斷中的應(yīng)用。
Qinbin Zhou. et al. In Vitro Selection of M2+-Independent, Fast-Responding Acidic Deoxyribozymes for Bacterial Detection. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06155https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06155
8. JACS：光催化 ATRP 解聚：低 ppm 催化劑濃度下的時間控制
可逆失活自由基聚合 (RDRP) 能夠精確控制分子量、摩爾質(zhì)量分布、序列、結(jié)構(gòu)和端基保真度。在原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）和可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）聚合中，可以說是兩種最主要的受控自由基方法，這種控制是通過調(diào)節(jié)活性物質(zhì)和休眠物質(zhì)之間的活化/失活平衡來實現(xiàn)的。近日，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Athina Anastasaki，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)匹茲堡分校Krzysztof Matyjaszewsk引入光催化 ATRP 解聚，可將反應(yīng)溫度顯著抑制在 170 至 100 °C，同時實現(xiàn)時間調(diào)節(jié)。1）在低毒性鐵基催化劑存在和可見光照射下，可以實現(xiàn)近定量的單體回收率（高達 90%），盡管需要最小的時間控制。2）通過使用 ppm 濃度的 FeCl2 或 FeCl3，可以完全消除黑暗期間的解聚，從而實現(xiàn)時間控制并可以通過簡單地“打開”和“關(guān)閉”燈來調(diào)節(jié)速率。3）值得注意的是，我們的方法可以在整個反應(yīng)過程中保持端基保真度，可以在高聚合物負載量（高達 2M）下進行，并且與各種聚合物和光源兼容。該方法提供了一種簡便、環(huán)保且臨時調(diào)節(jié)的途徑來化學(xué)回收 ATRP 合成的聚合物，從而為進一步的機會打開了大門。
Kostas Parkatzidis, et al, Photocatalytic ATRP Depolymerization: Temporal Control at Low ppm of Catalyst Concentration, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c05632https://doi.org/10.1021/jacs.3c05632
9. Nano Letters：一種高活性、耐用的大電流密度水分解多級電催化劑
在工業(yè)環(huán)境下設(shè)計高電流密度的雙功能催化劑對于推動氫能從基礎(chǔ)到實際應(yīng)用的推動至關(guān)重要。在這項工作中，中南大學(xué)Guangyi Liu，阿爾伯塔大學(xué)Xiaolei Wang設(shè)計了由氧化錳和磷化鈷（表示為MnO-CoP/NF）組成的異質(zhì)結(jié)納米線陣列，通過調(diào)節(jié)與眾多納米異質(zhì)界面的協(xié)同質(zhì)量傳輸和電子結(jié)構(gòu)耦合來滿足工業(yè)需求。1）最佳的MnO-CoP/NF電極表現(xiàn)出卓越的雙功能電催化性能，在1000 mA cm?2的大電流密度下析氫過電勢為259.5 mV，在1500 mA cm?2的大電流密度下析氧過電勢為392.2 mV。2）此外，MnOCoP/NF電極表現(xiàn)出優(yōu)異的耐用性和500 mA cm-2下1.76 V的超低電壓，優(yōu)于商用RuO2||Pt/C電極。這項工作為實際工業(yè)水分解應(yīng)用中具有優(yōu)化界面電子結(jié)構(gòu)和大量活性位點的金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了線索。
Yan Dong, et al, A Highly Active and Durable Hierarchical Electrocatalyst for LargeCurrent-Density Water Splitting, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02940https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02940
10. Nano Letters：用于雙模光電應(yīng)用的 MAPbI3 鈣鈦礦納米晶體的可控膠體合成
納米尺寸的膠體鈣鈦礦納米晶體（PNC）因其窄發(fā)射帶寬、高光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）和高缺陷容限而吸引了越來越多的研究興趣。近日，南開大學(xué)Qian Zhao，蘇州大學(xué)Jianyu Yuan展示了一種醋酸配體 (AcO?) 輔助策略，用于可控和可調(diào)地合成膠體甲基碘化鉛 (MAPbI3) 鈣鈦礦納米晶體 (PNC)，以實現(xiàn)高效光伏和光電探測器器件。1）通過改變反應(yīng)前體中的 AcO?/MA 比率，可以將膠體 MAPbI3 PNC 的尺寸從 9 調(diào)整到 20 nm。2）原位觀察和詳細表征結(jié)果表明，AcO? 配體的摻入改變了 PbI6 八面體籠的形成，從而控制了 PNC 的生長。3）充分優(yōu)化的 AcO?/MA 比率使 MAPbI3 PNC 具有低缺陷密度、長載流子壽命和獨特的固態(tài)各向同性特性，可用于制造溶液處理的雙模光伏和光電探測器器件，轉(zhuǎn)換效率為 13.34%和探測率分別為 2 × 1011 Jones。這項研究為進一步精確可控合成用于多功能光電應(yīng)用的混合 PNC 提供了途徑。
Hehe Huang, et al, Controllable Colloidal Synthesis of MAPbI3 Perovskite Nanocrystals for Dual-Mode Optoelectronic Applications, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03354https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03354
11. Nano Letters：通過智能口罩追蹤流感癥狀的進展
呼吸和體溫在很大程度上受到高傳染性流感病毒的影響，這對全球公共衛(wèi)生構(gòu)成持續(xù)挑戰(zhàn)。在這里，加州大學(xué)洛杉磯分校Jun Chen，東華大學(xué)Yongchun Zeng推出了一款由超靈敏纖維溫度傳感器制成的無線一體式傳感口罩（WISE 口罩）。1）WISE口罩具有卓越的熱敏性、出色的透氣性和佩戴舒適性。它提供高度靈敏的體溫監(jiān)測和呼吸檢測功能。2）利用物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的進步，WISE口罩通過定制的柔性電路、深度學(xué)習(xí)算法和用戶友好的界面進一步證明，可以持續(xù)識別呼吸和體溫的異常情況。3）WISE 口罩代表了一種以經(jīng)濟高效且便捷的方式追蹤流感癥狀進展的引人注目的方法，在面對持續(xù)的流感相關(guān)公共衛(wèi)生問題時，它可以作為個性化健康監(jiān)測和護理點系統(tǒng)的強大解決方案。
Tienan Zhao, et al, Tracing the Flu Symptom Progression via a Smart Face Mask, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02492https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02492
12. ACS Nano：具有三維互連多孔網(wǎng)絡(luò)的可拉伸熱電纖維，用于低級身體熱能收集
作為可穿戴生物電子產(chǎn)品的可持續(xù)電源，體熱發(fā)電引起了人們的極大興趣。在這項工作中，南京郵電大學(xué)Yannan Xie，加州大學(xué)洛杉磯分校Jun Chen通過濕紡工藝報道了基于 Ti3C2TX MXene 納米片和聚氨酯 (MP) 混合的可拉伸 n 型熱電纖維。1）所提出的纖維采用 3D 互連多孔網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，可同時實現(xiàn)令人滿意的導(dǎo)電性 (σ)、導(dǎo)熱性 (κ) 和拉伸性。2）研究人員系統(tǒng)地優(yōu)化了 MP 纖維的熱電和機械特性，MP-60（MXene 含量為 60 wt%）表現(xiàn)出 1.25 × 103 S m?1 的高 σ，n 型塞貝克系數(shù)為 -8.3 μV K? 1，并且 κ 非常低，為 0.19 W m-1 K-1 。此外，MP-60纖維具有良好的拉伸性和機械強度，拉伸應(yīng)變?yōu)?34%，斷裂應(yīng)力為11.8 MPa。3）在實際應(yīng)用中，研究人員基于 MP-60 纖維構(gòu)建了紡織熱電發(fā)電機，電壓達到 3.6 mV，人體皮膚和周圍環(huán)境之間存在溫度梯度，凸顯了低品位人體熱能收集的巨大潛力。
Jiahui Li, et al, Stretchable Thermoelectric Fibers with Three Dimensional Interconnected Porous Network for Low-Grade Body Heat Energy Harvesting, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c05797https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05797
