1. Chem. Soc. Rev.：表面修飾細菌的合成、功能化及其生物醫學應用
上海交通大學劉盡堯教授對表面修飾細菌的合成、功能化及其生物醫學應用相關研究進行了綜述。1）在過去的十年內，基于細菌的生物制劑（包括可成像的探針、診斷試劑和治療藥物等）因具有可基因操作、快速增殖、可定植和特異性靶向疾病部位等性能而取得了一系列顯著的進展。然而，如何成功實現細菌生物制劑的臨床應用仍是一項極具挑戰性的難題，主要原因在于細菌生物制劑具有對環境損傷的固有易感性、難以避免的毒性副作用以及在感興趣部位的積累有限等問題。細胞表面成分在塑造細菌行為等方面能夠發揮重要作用，這也為化學修飾細菌和引入不同的、無法在自然條件下實現的外源性功能提供了新的契機。近年來，研究者通過表面修飾制備了多種功能化細菌，它們在多種生物醫學應用中表現出了巨大的潛力。2）作者在文中對表面修飾細菌的合成、功能化及其在生物醫學領域中的應用進行綜述。首先，作者介紹了基于細菌表面結構的化學修飾方法，并重點介紹了通過修飾細菌表面的特定成分而實現的一些高級功能；此外，作者還總結了表面化學修飾細菌在生物成像、診斷和治療應用中的優勢和局限性，并進一步討論了該領域目前面臨的挑戰和可行的解決方案，旨在為開發制備新一代生物醫學細菌制劑的化學策略提供借鑒和參考。
Sisi Lin. et al. Surface-modified bacteria: synthesis, functionalization and biomedical applications. Chemical Society Reviews. 2023https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/cs/d3cs00369h
2. Science Advances：通過閃蒸焦耳加熱回收電池金屬
報廢鋰離子電池（LIB）的驚人積累和電池金屬來源的日益稀缺，引發了對有效回收策略的緊急呼吁。然而，以高效率和低環境足跡回收這些金屬具有挑戰性。近日，萊斯大學James M. Tour，Boris I. Yakobson使用脈沖直流閃蒸焦耳加熱(FJH)策略，將黑色物質（陽極和陰極組合）在幾秒鐘內加熱到>2100開爾文，導致隨后的浸出動力學增加約1000倍。1）即使使用0.01MHCl等稀酸，所有電池金屬（無論其化學成分如何）的回收率都很高，從而減少了二次廢物流。2）超快高溫實現了鈍化固體電解質界面的熱分解和難溶金屬化合物的價態還原，同時減少了揮發性金屬的擴散損失。3）與現有回收方法相比，生命周期分析表明，FJH顯著減少了廢鋰離子電池處理的環境足跡，同時將其轉變為經濟上有吸引力的工藝。
Weiyin Chen, et al, Battery metal recycling by flash Joule heating, Sci. Adv. 9 (39), eadh5131.DOI: 10.1126/sciadv.adh5131https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh5131
3. Science Advances：氟化多孔框架可實現堅固的無陽極鈉金屬電池
鈉金屬電池在高能量密度和低成本儲能技術方面有著巨大的前景，但由于災難性的枝晶問題而嚴重受阻。包括親鈉晶種/托管界面設計在內的最新策略在抑制枝晶方面取得了巨大成功，同時在電鍍前忽略了不可避免的界面耗盡的Na+，這會造成過量的鈉使用，犧牲輸出電壓，并最終降低能量密度。近日，西北工業大學Hongqiang Wang，Fei Xu證明，精心設計的氟化多孔骨架可以同時實現優異的親鈉性能，而對于無樹枝晶和耐用的鈉電池來說，界面消耗的Na+可以忽略不計。1）正如物理化學和理論表征所闡明的那樣，多孔通道上清晰的氟化邊緣既可確保高親和力，確保均勻沉積，又可確保低反應性，從而為電鍍提供了卓越的Na+利用率。2）因此，在無陽極電池中，實現了穩定的400次循環和優越的平臺與斜率容量比的協同性能提高。概念驗證軟包電池提供每公斤325瓦時的能量密度和在無陽極條件下堅固的300次循環，為金屬電池的實際部署開辟了一條具有極大可擴展性的途徑。
Rong Zhuang, et al, Fluorinated porous frameworks enable robust anodeless sodium metal batteries, Sci. Adv. 9 (39), eadh8060.DOI: 10.1126/sciadv.adh8060https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh8060
4. Science Advances：通過波長分辨中子成像揭示電池電解液中溫度的影響
了解電解質混合物在極端條件下的局限性是確保可靠和安全的電池性能的關鍵。在先進的表征方法中，飛行時間中子成像 (ToF-NI) 的獨特之處在于它能夠繪制金屬外殼和電池組內含氫材料的物理化學變化。然而，該技術需要在脈沖源中長時間暴露，這限制了其適用性，特別是對于低溫下的分析。為了克服這些限制，保羅謝勒研究所Pierre Boillat在連續源上使用高占空比 ToF-NI，證明其能夠暴露由于整體分子擴散變化而導致的電解質的物理和化學變化。1）這項工作中描述的策略減少了所需的暴露，并為研究電解質混合物的熱穩定性提供了基線，從最先進的電解質混合物的驗證到其在電池中的性能。2）這種分析和方法適用于含氫材料，其應用范圍遠遠超出電解質。
Eric Ricardo Carreon Ruiz, et al, Revealing the impact of temperature in battery electrolytes via wavelength-resolved neutron imaging, Sci. Adv. 9 (39), eadi0586.DOI: 10.1126/sciadv.adi0586https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi0586
5. Science Advances：用于軟組織再生的逆向工程仿生柔性網絡支架
人工合成支架在軟組織再生中的臨床應用中，移植物-宿主機械失配是一個長期存在的問題。盡管已經投入了大量的努力來解決這一重大挑戰，但現有合成支架的再生性能仍然受到組織生長緩慢(與自體移植相比)和機械故障的限制。近日，清華大學Yihui Zhang， 解放軍總醫院Qi Quan展示了一類設計合理的柔性網絡支架，它可以精確地復制軟組織的非線性力學響應，并通過減少移植物與宿主的機械失配來增強組織再生。1）這種柔性網絡支架包括一個管狀網絡框架，其中包含反向工程的彎曲微結構，以產生所需的機械性能，并在網絡周圍包裹一層電紡超薄膜，為細胞生長提供適當的微環境。2）在大鼠坐骨神經缺損或跟腱損傷模型上，網絡支架的再生性能明顯優于臨床批準的電紡管道支架，在預防靶器官萎縮和恢復靜態坐骨神經指數方面取得了與自體神經移植相似的結果。
Shunze Cao, et al, Inversely engineered biomimetic flexible network scaffolds for soft tissue regeneration, Sci. Adv. 9 (39), eadi8606.DOI: 10.1126/sciadv.adi8606https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi8606
6. Science Advances：通過在膜電極組件上直接涂覆氧化鎢層誘導的選擇性電導來提高汽車燃料電池的耐久性
由于啟動/關閉（SU/SD）期間催化劑腐蝕而導致的耐久性差是燃料電池電動汽車（FCEV）商業化的主要障礙。近日通過利用WO3中的質子嵌入/脫嵌實現金屬-絕緣體轉變(MIT)，實現了SU/SD條件下的耐久性增強。然而，由于其物理和化學性質，此類氧化物負載催化劑不適合直接應用于膜電極組件（MEA）工藝的大規模生產階段。在這里，浦項科技大學Yong-Tae Kim報道了一種獨特的方法，該方法可以在SU/SD情況下實現相同的耐久性增強，同時直接適用于傳統的MEA制造工藝。1）研究人員在雙極板、氣體擴散層和MEA上涂覆WO3，以研究MIT現象是否實現。2）WO3涂層MEA在SU/SD過程中表現出94%的性能保持率，這是所知的最高水平。它可以直接有助于提高商用FCEV的耐用性，并立即應用于MEA批量生產過程。
Sang-Hoon You, et al, Enhancing durability of automotive fuel cells via selective electrical conductivity induced by tungsten oxide layer coated directly on membrane electrode assembly, Sci. Adv. 9 (39), eadi5696.DOI: 10.1126/sciadv.adi5696https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi5696
7. Science Advances：針尖活化單原子催化：金紅石型二氧化鈦表面Au吸附原子的CO氧化
金屬氧化物表面一氧化碳氧化的單原子催化對于溫室回收、汽車催化等至關重要，但有關原子尺度機制的報道仍然很少。在這里，大阪大學Yan Jun Li使用掃描探針顯微鏡表明，在氧化金紅石二氧化鈦表面上充電單個金原子（無論是正電還是負電）都可以顯著促進一氧化碳的吸附。1）研究人員在中性金原子上沒有觀察到一氧化碳吸附。確定了金原子上兩種不同的一氧化碳吸附幾何形狀。2）研究人員證明了原子力顯微鏡尖端對吸附金單原子的氧化還原態、一氧化碳吸附幾何形狀以及一氧化碳吸附/解吸的完全控制。3）在帶電的金原子上，研究人員通過尖端激活一氧化碳和鄰近的氧吸附原子之間的 Eley-Rideal 氧化反應。研究結果為一氧化碳吸附提供了前所未有的見解，并表明電子或空穴附著后金對一氧化碳氧化的雙重活性也是現實條件下光催化的關鍵成分。
Yuuki Adachi, et al, Tip-activated single-atom catalysis: CO oxidation on Au adatom on oxidized rutile TiO2 surface, Sci. Adv. 9 (39), eadi4799.DOI: 10.1126/sciadv.adi4799https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi4799
8. Nature Photonics：具有淀粉-聚碘界面緩沖層的鈣鈦礦太陽能電池疲勞性能的改善
金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池有望引領光伏領域的革命。然而，由于其柔軟的離子晶格，鈣鈦礦對外部刺激很敏感，并且在實際應用中，所產生的器件在循環應力下會出現明顯的疲勞。且由于對材料降解的亞穩態動力學缺乏基本的了解，缺乏在循環照明下緩解器件疲勞的有效手段。鑒于此，來自北京大學材料科學與工程學院的周歡萍等人開發了一種淀粉-聚碘超分子作為鈣鈦礦界面的雙功能緩沖層。1) 該研究開發的這種緩沖層既能抑制離子遷移，又能促進缺陷自修復，改性后的鈣鈦礦太陽能電池在運行42個晝夜循環（12/12?h亮/暗周期）后仍保持了較好的穩定性，維持了98%的初始能量轉換效率；2) 此外，這些器件還提供了24.3%的功率轉換效率（經認證，23.9%）和12.0%以上的外量子效率的強電致發光，這一發現揭示了超分子化學如何調節鈣鈦礦和其他具有軟晶格的材料的亞穩態降解動力學。
Zhang, Y., Song, Q., Liu, G. et al. Improved fatigue behaviour of perovskite solar cells with an interfacial starch–polyiodide buffer layer. Nat. Photon. (2023).10.1038/s41566-023-01287-whttps://doi.org/10.1038/s41566-023-01287-w
9. Angew：基于四苯基卟啉的螯合配體添加劑作為耐用水性鋅金屬電池的分子篩界面屏障
持續的水消耗和不可控的枝晶生長嚴重阻礙了可充電鋅（Zn）金屬電池（ZMB）的實際應用。在此，清華大學深圳國際研究生院康飛宇教授，Dong Zhou首次證明微量的螯合配體添加劑可以作為“分子篩狀”界面屏障并實現高效的鍍/脫鋅。1）理論模型和實驗研究證明，添加劑分子上的苯磺酸基團不僅有利于其水溶性和在Zn陽極上的選擇性吸附，而且有效加速了Zn2+的去溶劑化動力學。同時，螯合配體上的中心卟啉環通過化學結合防止析氫，有效地從Zn2+中排出游離水分子，并可逆地釋放捕獲的Zn2+，從而實現無枝晶的Zn沉積。2)憑借這種非消耗性添加劑，Zn||MnO2全電池在2100次循環中實現了高達99.7%的平均鍍鋅/脫鋅效率，同時延長了使用壽命并抑制了水分解，從而為開發高耐用性開辟了新途徑ZMB。
Xin Zhao, et al, Tetraphenylporphyrin-based Chelating Ligand Additive as a Molecular Sieving Interfacial Barrier toward Durable Aqueous Zinc Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202312193DOI: 10.1002/anie.202312193https://doi.org/10.1002/anie.202312193
10. Angew: 通過調節一維共價有機框架中的電荷轉移能力促進二氧化碳光還原
二維（2D）亞胺基共價有機骨架（COF）具有光催化二氧化碳還原的潛力。然而，亞胺鍵的高能壘阻礙了面內光電子轉移過程，導致CO2光還原效率不足。在此，中科院福建物構所曹榮研究員，YuanBiao Huang通過構建一維（1D）芘基共價有機框架（PyTTA-COF）提出了一種維數誘導的局部電子調制策略。1）1D PyTTA-COF 的雙鏈狀邊緣結構能夠穩定芳香族主鏈，從而減少激子解離和熱弛豫過程中的能量損失，從而提供高能光電子來穿越亞胺鍵的能壘。2）因此，當與金屬鈷離子配合時，1D PyTTA-COF 在可見光照射下表現出顯著增強的 CO2 光還原活性，在 8 小時內產生 1003 μmol g?1 的 CO 釋放量，超過了相應的二維對應物增加了 59 倍。這些發現為解決亞胺基 COF 中的面內電荷轉移限制提供了一種有價值的方法。
Lei Zou, et al, Boosting CO2 Photoreduction via Regulating Charge Transfer Ability in a One-Dimensional Covalent Organic Framework, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309820DOI: 10.1002/anie.202309820https://doi.org/10.1002/anie.202309820
11. Angew：通過塑料催化劑界面工程實現塑料廢棄物的無溶劑解聚
通過化學溶解對縮聚聚合物進行解聚通常需要使用大量溶劑和均相催化劑，如酸、堿和金屬鹽。異相催化劑的催化效率在很大程度上受到固體催化劑與熔點以下固體塑料之間界面接觸不良的限制。。鑒于此，美國路易斯安那州立大學Kunlun Ding等報告在一般認為的均相催化解聚過程中，在聚對苯二甲酸乙二醇酯表面發現了自生異相催化劑層。1）受工業氯硅烷生產中 "接觸質量 "概念的啟發，我們進一步證明了塑料-催化劑固-固界面的構建可在相對較低的溫度下通過氣相甲醇分解實現聚對苯二甲酸乙二醇酯的無溶劑解聚。2）通過靜電吸附引入的微量地球富集元素（鋅）足以催化解聚過程。塑料-催化劑接觸質量界面催化的概念可能會為解決塑料廢物問題提供新的途徑。
Bai, Xiaoshen, et al, Solvent-Free Depolymerization of Plastic Waste Enabled by Plastic-Catalyst Interfacial Engineering. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309949.DOI: 10.1002/anie.202309949https://doi.org/10.1002/anie.202309949
12. Angew：具有可調永久孔隙率的多元氫鍵有機框架用于芥子氣模擬物捕獲
精確合成具有永久孔隙的可預測拓撲離散分子晶體仍然是一項長期挑戰。鑒于此，福建師范大學陳邦林等首次成功合成了一系列異構多元氫鍵有機框架(MTV-HOFs)，這些框架由含有-H、-CH3、-NH2和-F基團的芘基衍生物通過形狀擬合、π-π堆疊自組裝策略合成。1）通過單晶衍射、核磁共振（NMR）光譜和拉曼光譜驗證，這些MTV-HOFs是由多達4種不同官能團的構造子組成的單晶材料。通過調整官能團的組合和比例，這些MTV-HOFs表現出可調的疏水性，吸水率從相對濕度50%到80%不等。2）作為應用證明，所產生的MTV-HOFs能夠從濕氣中捕捉芥子氣模擬物：2-氯乙基硫醚（CEES）。不同官能團在MTV-HOFs孔隙中的位置產生了協同效應，從而使CEES/H2O的選擇性（高達94%）優于僅含純成分的 HOFs，并且與基準MOF材料相比，突破性能更強（高達4000 min/g）。MTV-HOFs的合成為開發多種應用的多孔分子材料提供了一個平臺。
Gao, Xiangyu, et al. Multivariate hydrogen-bonded organic frameworks with tunable permanent porosity for a mustard gas simulant capture, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202312393.DOI: 10.1002/anie.202312393https://doi.org/10.1002/anie.202312393
