1. Chem. Soc. Rev：活性X(其中X = O, N, S, C, Cl, Br和I)物種納米醫學
同濟大學彭波教授、上海大學陳雨教授和馮煒研究員對活性X(X = O, N, S, C, Cl, Br和I)物種納米醫學相關研究進行了綜述。1）活性氧、氮、硫、羰基、氯、溴和碘(RXS，X = O、N、S、C、Cl、Br和I)會在多種正常的生理過程中發揮重要作用，其也是細胞代謝的重要調節因子，能夠控制細胞信號傳導、免疫平衡和組織穩態。然而，RXS的產生與消耗失衡也會誘發多種疾病的發生和發展。近年來，納米醫學取得了長足的進步，研究者合理地設計并構建了多種可以調控RXS的納米系統，并將其用于恢復RXS的平衡，阻止不同疾病的病理進展。構建可調節自由基的納米材料能夠為疾病治療提供許多新的可能性，并有望進一步推動納米醫學領域的發展。2）作者在文中總結了基于RXS的納米藥物在多種疾病治療中的最新研究進展，重點介紹了這些活性物質的類型和病理效應，探討了基于RXS的納米材料的生物學效應，并對RXS納米藥物面臨的挑戰和未來的臨床轉化前景進行了討論和展望。
Keyi Wang. et al. Reactive X (where X = O, N, S, C, Cl, Br, and I) species nanomedicine. Chemical Society Reviews. 2023https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/cs/d2cs00435f
2. Nature Commun.：構建不對稱雙原子位點協同催化電化學CO2還原
闡明多個活性中心之間的協同催化機制對于多相催化具有重要意義；然而，由于催化劑結構和界面環境的復雜性，尋找相應的實驗證據仍然具有挑戰性。在這里，天津理工大學魯統部教授，Jiqing Jiao，華中科技大學Xuan Yang，內蒙古大學Jiangwei Zhang構建了一種不對稱的 TeN2-CuN3 雙原子位催化劑，并通過全范圍同步加速器對分布函數對其進行了分析。1）在電化學 CO2 還原中，催化劑具有協同機制，雙原子位點激活兩個關鍵分子：操作光譜證實 Te 中心激活 CO2，Cu 中心幫助解離 H2O。2）實驗和理論結果表明，TeN2-CuN3 可以協同降低速率決定步驟的能壘，促進質子轉移動力學。3）TeN2-CuN3 顯示出較寬的電位范圍、高 CO 選擇性、改進的動力學和良好的穩定性。這項工作提出了雙原子位催化劑的合成和表征策略，并通過實驗揭示了協同催化的基礎機制。
Jiao, J., Yuan, Q., Tan, M. et al. Constructing asymmetric double-atomic sites for synergistic catalysis of electrochemical CO2 reduction. Nat Commun 14, 6164 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41863-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41863-w
3. Nature Commun.：金屬硫化物的金屬到非金屬位點將產物從 CO 轉換為 CH4，用于光催化 CO2 還原
二氧化碳吸附和活化的活性中心對于光催化CO2還原的轉化率和產物選擇性起著至關重要的作用。在這里，福州大學Zizhong Zhang發現了多種金屬硫化物 CuInSnS4 八面體納米晶體，具有暴露的 (111) 平面，可選擇性光催化 CO2 還原為甲烷。盡管如此，產物在相應的單個金屬硫化物 In2S3、SnS2 和 Cu2S 上轉化為一氧化碳。1）與常見的金屬或缺陷作為活性位點不同，CuInSnS4 中的非金屬硫原子被認為是響應 CH4 產物選擇性的吸附中心。2）CuInSnS4的缺電子硫原子上吸附的CO2碳原子有利于穩定中間體，從而促進CO2轉化為CH4。通過使用各種助催化劑進行修飾，可以進一步提高 CH4 產物相對于原始 CuInSnS4 納米晶體的活性和選擇性，以增強光生電荷載流子的分離。這項工作提供了一個非金屬活性位點來確定光催化二氧化碳還原的轉化率和選擇性。
Chai, Y., Kong, Y., Lin, M. et al. Metal to non-metal sites of metallic sulfides switching products from CO to CH4 for photocatalytic CO2 reduction. Nat Commun 14, 6168 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41943-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41943-x
4. Nature Commun.：小平面設計的 TiO2 在析氫過程中可提高負載型貴金屬簇的光催化活性和穩定性
TiO2 負載的金屬簇廣泛用于許多光催化應用，包括污染控制和太陽能燃料的生產。除了高光活性之外，光反應過程中的穩定性是高性能光催化劑的另一個基本品質，然而對于TiO2負載的金屬團簇缺乏對此屬性的系統研究。在這里，加泰羅尼亞理工大學Jordi Llorca，Lluís Sole通過實驗和第一原理模擬方法研究了通過球磨在納米銳鈦礦納米顆粒上制備的 Pt、Pd 和 Au 簇的穩定性，在納米顆粒上優先暴露 {001}（板）和 {101}（雙錐體）晶面。1）研究發現，Pt/TiO2 比 Pd/TiO2 和 Au/TiO2 表現出優異的穩定性，并且無論考慮何種金屬種類，{001} 面基光催化劑總是比其 {101} 類似物更穩定。2）與簇燒結相關的穩定性損失，這是通過光激發載流子從金屬物質轉移到鄰近的 Ti 和 O 原子而促進的，最顯著且有害地影響析氫光活性。
Chen, Y., Soler, L., Cazorla, C. et al. Facet-engineered TiO2 drives photocatalytic activity and stability of supported noble metal clusters during H2 evolution. Nat Commun 14, 6165 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41976-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-41976-2
5. JACS：用于高性能制氫的光催化 π 共軛聚合物納米纖維中的定制能量漏斗
創建具有可定制天線系統的人工高性能光合作用組件，將吸收的太陽能傳遞到光合作用反應中心，從而模仿生物光合作用，仍然是一個重大挑戰。近日，維多利亞大學Ian Manners報道了可回收的高性能光合納米纖維的構建，其具有結晶π共軛聚芴核作為天線系統，將吸收的太陽能輸送到空間限定的敏化Co(II)卟啉光催化劑以進行析氫反應。1）通過調整納米纖維的尺寸，以利用與使用活性結晶驅動的自組裝晶種生長方法形成的高度結晶聚芴核相關的非常長的激子擴散長度（> 200 nm），實現了高效的能量漏斗。2）這使得太陽能光驅動的水高效產氫成為可能，在 8 小時的照射下，轉換次數超過 450，氫氣生產率約為 100%。65 mmol h?1 g?1 ，并且在超出分子光催化劑吸收的波長區域（<405 nm）內總量子產率為0.4%。3）這項工作中報道的使用基于 π 共軛聚合物的定制天線系統和最大化激子傳輸到反應中心的策略為未來在其他領域的潛在應用開辟了機會，例如太陽能整體水分解、二氧化碳還原和光催化小分子合成。
Yifan Zhang, et al, Tailored Energy Funneling in Photocatalytic π?Conjugated Polymer Nanofibers for High-Performance Hydrogen Production, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07443https://doi.org/10.1021/jacs.3c07443
6. JACS：調節雙金屬三硫化磷的自旋態構型以促進硫氧化還原動力學
由于硫陰極的導電性差和多硫化物閉塞，鋰硫（Li?S）電池動力學緩慢。目前硫氧化還原催化的研究主要集中在多硫化鋰的吸附和催化轉化上，而忽略了催化劑電子結構的調控，其中涉及自旋相關的電荷轉移和軌道相互作用。在這項工作中，深圳大學Jinlong Yang，清華深圳國際研究生院Guangmin Zhou精心合成了嵌入普魯士藍類似物衍生的氮摻雜空心碳納米立方體（FeCoPS3/NCs）中的雙金屬三硫化二磷作為主體，以揭示Li?S電池的催化活性和自旋態構型之間的關系。1）FeCoPS3 中的軌道自旋分裂驅動電子結構從低自旋態向高自旋態轉變，在 3d 軌道上產生更多不成對的電子。具體來說，FeCoPS3 高自旋構型涉及的非簡并軌道導致能級上升，產生更活躍的電子態。2）這種定制的電子結構增加了電荷轉移，影響了d帶中心，并進一步改變了多硫化鋰的吸附能和潛在的反應途徑。因此，采用 FeCoPS3/NC主體的電池在 1000 次循環中表現出每循環 0.037% 的超低容量衰減。這項研究提出了一種雕刻幾何構型的通用策略，以實現鋰硫電池催化劑中的自旋和軌道拓撲調節。
Hong Li, et al, Regulating the Spin State Configuration in Bimetallic Phosphorus Trisulfides for Promoting Sulfur Redox Kinetics, J. Am. Chem. Soc., 2023https://doi.org/10.1021/jacs.3c07213
7. JACS：金(I)-有機框架作為炔烴與 CO2 羧化的催化劑
構建金基金屬有機框架（Au-MOF）將金化學的優點引入MOF。然而，這仍然具有挑戰性，因為金陽離子在溶劑熱條件下很容易還原成金屬金。在此，暨南大學Guo-Hong Ning，李丹提出了第一個由環狀三核金（I）絡合物網絡制備的 Au-MOF 的例子，通過在環境條件下以快速（<15 分鐘）和可擴展（高達 1 g）的方式進行正式轉亞胺反應。1）Au-MOF 具有均勻的孔隙率、高結晶度和對堿（即 20 M NaOH）優異的化學穩定性。2）骨架中具有開放的 Au(I) 位點，Au-MOF 作為非均相催化劑，為炔烴與 CO2 的羧化反應提供了良好的性能和底物耐受性。這項工作展示了一種通過結合配位和動態共價化學來網狀合成 Au-MOF 的簡便方法。
Rong-Jia Wei, et al, Gold(I)-Organic Frameworks as Catalysts for Carboxylation of Alkynes with CO2, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08262https://doi.org/10.1021/jacs.3c08262
8. JACS：響應性核酸基有機二氧化硅納米粒子
開發在結構框架中編碼響應特征的智能納米粒子(NPs)的有望能夠拓展納米粒子在藥物、疫苗和診斷工具等方面的應用。在理想的情況下，新型納米載體是由最少數量的生物相容性成分組成，并且可以對特定的生物分子表現出多重響應行為。然而，如何合成適宜的構建模塊仍是一項嚴峻的難題。意大利馬里奧·內格里藥理研究所Luisa De Cola、麥吉爾大學Hanadi Sleiman、帕爾馬大學Roberto Corradini和羅馬大學Alessandro Porchetta設計了一種將核酸相互作用的可編程性和與溶膠-凝膠化學相結合的仿生策略，進而將合成核酸和類似物作為組成成分納入到有機二氧化硅納米粒子中。1）實驗制備了多種含有單鏈核酸的納米材料，這些核酸被共價嵌入到二氧化硅網絡中。通過將功能性核酸整合到有機硅框架中，這些顆粒可以響應多種生物、物理和化學輸入，從而產生能夠被檢測到的物理化學變化。2）實驗結果表明，這種一步法自下而上制備有機二氧化硅納米粒子的方法能夠用于構建將寡核苷酸的可調諧性與二氧化硅的硬度、低成本和生物相容性相結合的多功能系統，以實現包括藥物遞送和生物傳感在內的多種應用。
Pierre Picchetti. et al. Responsive Nucleic Acid-Based Organosilica Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c00393https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00393
9. AEM：利用軟接觸共面電荷泵策略的高性能耐用旋轉摩擦納米發電機
摩擦納米發電機（TENG）是一種新興的獲取環境機械能的方法。然而，實際應用中存在電荷密度不足和材料磨損的問題。鑒于此，西南大學Zhiming Lin、香港科技大學楊征保等介紹了一種旋轉式TENG，該TENG在機械能收集方面具有卓越的輸出性能和耐用性，并通過軟接觸將巧妙的共面電荷泵與懸浮式靜電感應模式相結合。1）得益于中央電荷泵單元的連續同步電荷注入，電荷密度可達74.62 μC m-2，峰值功率密度高達20.72 W m-2。此外，在電荷泵單元中使用屈服聚酯毛皮作為軟接觸的三層，可減少材料磨損，從而提高耐用性和堅固性。2）TENG在100000次工作循環后仍能保持99.2%的電輸出。通過優化設計，原型可連續驅動四個串聯的12 W額定功率商用燈。此外，還演示了為電子設備供電的無線供電系統，展示了TENG的廣泛應用。鑒于其引人注目的特性，這項工作有望為提高TENG在自供電傳感器系統領域的輸出和耐用性提供合理的策略。
Lv, S., et al, High-Performance and Durable Rotational Triboelectric Nanogenerator Leveraging Soft-Contact Coplanar Charge Pumping Strategy. Adv. Energy Mater. 2023, 2301832.DOI: 10.1002/aenm.202301832https://doi.org/10.1002/aenm.202301832
10. AEM：利用親鋅疏水電解質添加劑抑制水反應性打造卓越的水系鋅金屬電池
作為最有前途的水性電池負極之一，金屬鋅面臨著難以控制的副反應和有害的枝晶生長問題，這嚴重影響了其循環壽命和庫侖效率（CE）。鑒于此，北京理工大學Ying Bai、Chuan Wu、Ran Zhao等報道了一種多功能電解質添加劑，它可以調節溶解結構，吸附在鋅表面，并在原位生成一種新型的親鋅-微疏水相，從而將負極與活性水分子隔離開來。1）得益于其對水反應性調制的三重效應，金屬鋅負極表現出了極佳的可逆性，在ZnSO4電解質體系中，5 mA cm-2時的平均CE值達到了99.92%的超高水平，而添加了乙烷磺酰胺添加劑的Zn||Zn對稱電池則實現了超過6000小時的長壽命。2）ESA添加劑的優點在Zn//MnO2全電池和鋅離子混合電容器中得到了進一步體現，在5 C條件下，1000次循環后的容量保持率為81.60%，在5 A g-1條件下，50000次循環后的容量保持率為92.25%。此外，全電池在0.1攝氏度下循環120次后仍能保持100%的容量，表現出卓越的穩定性。這種策略為進一步開發以低成本ZnSO4為電解質的水性鋅金屬電池提供了一種可行的選擇。
Wang, Y., et al, Suppressed Water Reactivity by Zincophilic-Hydrophobic Electrolyte Additive for Superior Aqueous Zn Metal Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2302707.DOI: 10.1002/aenm.202302707https://doi.org/10.1002/aenm.202302707
11. Nano Letters：原子分散在 Pd金屬烯上的 CrOx用于耐CO甲醇氧化
高性能甲醇氧化反應（MOR）電催化劑的有效設計和構建對于直接甲醇燃料電池的發展具有重要意義。但MOR電催化劑的活性位點容易受到CO中毒，導致耐久性較差。在此，吉林大學Weitao Zheng，Xiaoqiang Cui報道了一種原子分散的 CrOx 物質通過橋接 O 原子錨定在 Pd 金屬烯上。1）該催化劑表現出出色的 MOR 性能，其質量活性比商用 Pd/C 高 7 倍，CO 電氧化電位低 100 mV。2）原位電化學傅里葉變換紅外光譜的結果證明了 CrOx-Pd 金屬烯上 CO* 的快速去除。理論計算表明，原子分散的CrOx可以降低CO*在Pd位點上的吸附能，并通過形成氫鍵增強OH*的吸附能，從而降低COOH*的形成能。這項工作提供了一種通過原子工程氧化物/金屬界面來提高 MOR 性能的新策略。
Yu Qiu, et al, Atomically Dispersed CrOx on Pd Metallene for CO-ResistantMethanol Oxidation, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03141https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03141
12. Nano Letters：均質空位增強軌道雜交選擇性高效 CO2 轉化為 CO 電催化
制造空位提供了一條有效的途徑來提高納米材料用于二氧化碳電還原的選擇性和生產率。然而，有缺陷的納米電催化劑主要在其表面具有催化活性空位，其余內部原子對于二氧化碳到產物的轉化是無水的。在此，河南大學Ke Chen，Jie Li，中南大學Min Liu以納米銀為原型，通過鹵化銀的電化學重構實現均勻空位，從而激發內部原子的催化能力。1）與表面空位為主的納米銀相比，均勻的富含空位的納米銀具有更正的d帶中心，可觸發Ag_d軌道與*COOH中間體的C_P軌道的強化雜化，從而加速CO2轉化為CO轉型。2）這些結構和電子優點使得大面積(9 cm?2)電極能夠在7.5 A的施加電流下產生幾乎純的CO，CO/H2法拉第效率比為6932。這些發現凸顯了設計新型電極的潛力。電催化CO2還原工業化實現的缺陷。
Yuntong Qin, et al, Homogeneous Vacancies-Enhanced Orbital Hybridization for Selective and Efficient CO2?to-CO Electrocatalysis, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01905https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01905
