1. Nat. Biomed. Eng：皮下注射吸附IL-6的水凝膠以抑制CAR-T細胞治療期間的細胞因子釋放綜合征
注射的嵌合抗原受體(CAR)T細胞可能會觸發(fā)危及生命的超生理水平促炎細胞因子的釋放。然而，由于此類細胞因子釋放綜合征(CRS)的時間和嚴重程度難以確定，因此需要對注射中和抗體所需的條件進行仔細監(jiān)測。有鑒于此，國家納米科學中心梁興杰研究員、吳雁研究員和宮寧強博士開發(fā)了一種結(jié)合了促炎細胞因子白細胞介素-6(IL-6)抗體的溫敏性水凝膠，并在輸注CAR-T細胞輸注前皮下注射該水凝膠，證明了其能夠在CRS期間顯著降低IL-6的水平，并同時保持CAR-T細胞治療的抗腫瘤療效。1）在免疫缺陷小鼠和移植了人類造血干細胞的小鼠模型中，與注射游離的IL-6抗體相比，皮下注射該吸附IL-6的水凝膠能夠顯著抑制CAR-T細胞誘導的CRS，進而改善動物的生存期，并減輕它們的發(fā)熱、低血壓和體重減輕等水平。2）實驗結(jié)果表明，植入的水凝膠可在發(fā)生冷卻誘導的凝膠-溶膠轉(zhuǎn)換后被注射器輕松取出，進而可以將對CRS的管理模式從監(jiān)測轉(zhuǎn)變?yōu)轭A防。
Xianlei Li. et al. Suppression of cytokine release syndrome during CAR-T-cell therapy via a subcutaneously injected interleukin-6-adsorbing hydrogel. Nature Biomedical Engineering. 2023https://www.nature.com/articles/s41551-023-01084-4
2. Angew：多陽離子混合氯化物固態(tài)電解質(zhì)中的通用超陽離子電導率
作為下一代儲能的候選材料，全固態(tài)鋰電池(ASSLB)高度依賴先進的固態(tài)電解液(SSE)。在這里，寧波東方理工大學孫學良院士，Meng Gu，GRINM(廣東)先進材料與技術(shù)研究所Jianwen Liang，湖北大學Tao Mei以高性價比的LaCl3和CeCl3晶格(UCl3型結(jié)構(gòu))為主體，進一步結(jié)合多陽離子混合策略，報道了一系列UCl3型SSE，其室溫離子電導超過10-3 S cm-1，并與高壓氧化物陰極具有良好的兼容性。1）由多金屬陽離子物種誘導的本征大尺寸六方一維溝道和高度無序的非晶相被認為觸發(fā)了Li+、Na+、K+、Cu+和Ag+的快速多離子電導。2）UCl3型SSE實現(xiàn)了穩(wěn)定的ASSLB原型，能夠在-30 °C下進行超過3000次循環(huán)和高可逆性。3）對新型多元陽離子混合氯化物的進一步探索，很可能導致適合于高能量密度ASSLB的先進鹵化物SSE的發(fā)展。
Xiaona Li, et al, The Universal Super Cation-Conductivity in Multiple-cation Mixed Chloride Solid-State Electrolytes, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202306433DOI: 10.1002/anie.202306433https://doi.org/10.1002/anie.202306433
3. Angew：氮化碳光催化劑的單重態(tài)-三重態(tài)轉(zhuǎn)變
都靈大學Enrico Salvadori等通過時間分辨ESR表征，說明氮化碳能夠形成自旋三重態(tài)激子。這個現(xiàn)象說明氮化碳能夠形成跨越多個三三嗪(tri-s-triazine)結(jié)構(gòu)單元的三重態(tài)波函數(shù)。1）通過分析時間分辨ESR光譜結(jié)果說明三重態(tài)激子具有在材料中擴散移動的能力。通過在430-600 nm區(qū)間的單色光進行激發(fā)，說明三重態(tài)的能量比導帶高≈0.2 eV，三重態(tài)激子的能量高于單重態(tài)。2）通過對比無定形結(jié)構(gòu)和石墨結(jié)構(gòu)氮化碳，說明單重態(tài)-三重態(tài)轉(zhuǎn)變是氮化碳的一種普遍特征。
Arianna Actis, et al, Singlet‐triplet energy inversion in carbon nitride photocatalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202313540https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202313540
4. AM：以脂質(zhì)為中心設計模擬質(zhì)膜的納米載體實現(xiàn)對化療藥物的靶向遞送
哺乳動物細胞的質(zhì)膜(PM)含有多種脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和碳水化合物，其對于健康和疾病的系統(tǒng)識別和交流而言至關(guān)重要。細胞膜包被技術(shù)能夠?qū)⑻烊毁|(zhì)膜的獨特性能賦予被包裹的納米顆粒表面，使其成為可用于藥物遞送、免疫調(diào)節(jié)和疫苗接種的強大平臺。然而，目前的包覆方法往往會破壞PM的復雜性和功能性的基本特征，未能充分展現(xiàn)自然系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢。有鑒于此，南開大學劉書琳教授和伊利諾大學芝加哥分校Wonhwa Cho通過結(jié)合仿生和系統(tǒng)性變異的方法優(yōu)化脂質(zhì)成分而開發(fā)了一種新的脂質(zhì)包覆方法，并將其用于定制設計納米載體系統(tǒng)，以實現(xiàn)對藥物的精準遞送。1）研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的脂質(zhì)所包被的納米載體在生物利用度、腫瘤靶向性、腫瘤穿透性、細胞攝取和藥物釋放等方面具有獨特的優(yōu)勢。2）綜上所述，該研究能夠為合理設計和優(yōu)化腫瘤化療藥物的納米載體提供新的思路，并為通過系統(tǒng)整合其他成分以進一步定制模擬細胞膜的納米載體奠定重要的研究基礎(chǔ)。
Di Ning. et al. Lipid-Centric Design of Plasma Membrane-Mimicking Nanocarriers for Targeted Chemotherapeutic Delivery. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202306808https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306808
5. AEM：用于高容量和穩(wěn)定鉀離子電池的皮膚啟發(fā)式轉(zhuǎn)換負極
轉(zhuǎn)化材料是一種很有前景的負極，可滿足新興的高能量密度鉀離子電池的需求。然而，由于不可逆的體積膨脹以及由此導致的循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)失效，將其用作負極具有挑戰(zhàn)性。鑒于此，湖南大學魯兵安、中南大學高楊等受皮膚結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，合成了皮膚啟發(fā)碳包覆的Fe3O4 QDs（SC-Fe3O4）。1）該材料具有優(yōu)異的電化學性能，容量保持率高達84.3%，可穩(wěn)定工作7個月以上。同樣的方法還用于合成一系列具有表皮啟發(fā)結(jié)構(gòu)的其他轉(zhuǎn)換材料負極。2）受表皮啟發(fā)的碳包覆Fe1-xS QDs（SC-Fe1-xS）顯示出506 mAh g-1的高可逆容量和1200周期的長期穩(wěn)定性。這項研究說明了生物仿生策略的普遍性和優(yōu)越性，并為制造高性能充電電池提供了新的見解和方向。
Yang, X., Gao, Y., Fan, L., Rao, A. M., Zhou, J., Lu, B., Skin-Inspired Conversion Anodes for High-Capacity and Stable Potassium Ion Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2302589.DOI: 10.1002/aenm.202302589https://doi.org/10.1002/aenm.202302589
6. AEM：在摻鎳Co3O4上負載銥同時引發(fā)金屬和晶格氧氧化還原對從而增強析氧反應
由于催化體系中的活性位點要么是金屬位點，要么是晶格氧，因此以低能障同時觸發(fā)金屬和晶格氧氧化還原對有望提供多樣化的高效位點，加速析氧反應（OER）動力學，但這是一個巨大的挑戰(zhàn)。鑒于此，南開大學深圳研究院王衛(wèi)超等設計了負載在摻雜鎳的Co3O4上的Ir物種（Ir簇和Ir單原子）（Ir/Ni-Co3O4），其中金屬Ir簇縮小成高密度的Ir單原子，負載在重構(gòu)衍生的摻雜鎳的CoOOH上。1）原位光譜、同位素標記和化學探針實驗證明，金屬位點和晶格氧同時被激活，參與到OER中。進一步的理論研究表明，Co位點是通過吸附劑演化機制促進OER的最有利位點，其能量勢壘低至1.69 eV。鎳與銥原子的協(xié)同作用使O p帶中心的能量位置上移。因此，連接鎳原子和銥原子的晶格O被激活，通過與銥位點上吸附的O的耦合參與到OER中，從而實現(xiàn)O─O鍵的形成。2）得益于金屬和晶格氧氧化還原對的共同參與，Ir/Ni-Co3O4在相應的10 mA cm-2和500 mA cm-2條件下，具有極低的OER過電位，分別為177 mV和263 mV。
Wang, A., Wang, W., Xu, J., Zhu, A., Zhao, C., Yu, M., Shi, G., Yan, J., Sun, S., Wang, W., Enhancing Oxygen Evolution Reaction by Simultaneously Triggering Metal and Lattice Oxygen Redox Pair in Iridium Loading on Ni-Doped Co3O4. Adv. Energy Mater. 2023, 2302537.DOI: 10.1002/aenm.202302537https://doi.org/10.1002/aenm.202302537
7. AEM：闡明石墨負載的氧化錳納米片在水分離過程中的活性位點和協(xié)同作用
光系統(tǒng)II是大自然驅(qū)動析氧反應氧化水的解決方案。錳氧化物簇是這種蛋白質(zhì)的活性中心，用于水的分裂，而最有效的人造催化劑是昂貴的貴金屬基氧化物。面對氣候變化，研究價格低廉、資源豐富的電催化劑至關(guān)重要。鑒于此，冰島大學Egill Skúlason、日本大阪工業(yè)科學技術(shù)研究所Jun Maruyama、慕尼黑工業(yè)大學Aliaksandr S. Bandarenka等為了模擬生物溶液，合成了氧化錳納米片，并將其沉積在高取向熱解石墨上。1）通過光譜和電化學測量、電化學噪聲掃描隧道顯微鏡和密度泛函理論計算對這種電催化劑進行了研究。2）詳細的研究結(jié)果表明，該催化劑之所以能提高水分解性能，是因為在納米片邊緣檢測到了活性，而所提出的機制則進一步解釋了這一點。因此，研究結(jié)果為如何利用豐富的材料設計高效的水氧化電催化劑提供了藍圖。
Schmidt, T. O., et al, Elucidating the Active Sites and Synergies in Water Splitting on Manganese Oxide Nanosheets on Graphite Support. Adv. Energy Mater. 2023, 2302039.DOI: 10.1002/aenm.202302039https://doi.org/10.1002/aenm.202302039
8. ACS Nano：通過陰陽離子共摻雜消除應力集中以獲得高度穩(wěn)定的富鎳陰極
具有優(yōu)異能量密度的富鎳LiNi0.8Co0.15Al0.015O2（NCA）被認為是最有前途的鋰離子電池正極之一。然而，Li+/Ni2+混合和氧空位引起的應力集中導致NCA的結(jié)構(gòu)崩潰和明顯的容量下降。在此，江蘇大學Yunjian Liu，山東高等技術(shù)研究院Ruiqiang Guo，新南威爾士大學戴黎明教授提出了一種簡便的陰離子（F-）陽離子（Mg2+）共摻雜策略來解決這些問題。1）受益于F?和Mg2+的協(xié)同效應，共摻雜材料表現(xiàn)出減輕的Li+/Ni2+混合，并在高電壓（≥4.5V）下表現(xiàn)出增強的電化學性能，優(yōu)于原始材料和F?/Mg2+單摻雜材料。2）綜合實驗和理論研究表明，Mg2+和F?共摻雜降低了Li+擴散能壘并增強了Li+傳輸動力學。特別是，共摻雜協(xié)同抑制Li+/Ni2+混合和晶格氧逃逸，減輕應力應變積累，從而抑制裂紋擴展并提高NCA的電化學性能。3)因此，即使在2.8?4.5 V下循環(huán)200次后，設計的Li0.99Mg0.01Ni0.8Co0.15Al0.05O0.98F0.02(Mg1+F2)仍表現(xiàn)出比NCA(55.69%)高得多的容量保持率82.65%此外，與NCA相比，Mg1+F2||軟包電池在500次循環(huán)后的容量保持率為89.6%（僅為79.4%）。
Yu Zhou, et al, Relieving Stress Concentration through Anion?Cation Codoping toward Highly Stable Nickel-Rich Cathode, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c07655https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07655
9. ACS Nano：通過連續(xù)柔性的非晶MOF層提高金屬陽極的性能
近日，來自西南大學團隊與浙江大學團隊，在國際頂級期刊ACS Nano上發(fā)表題為“Continuous Amorphous Metal?Organic Frameworks Layer Boosts the Performance of Metal Anodes”的觀點文章。該觀點文章報道了一種新型的連續(xù)柔性的非晶MOF層。當晶態(tài)MOF作為金屬陽極保護層時，通常會遇到三個挑戰(zhàn)：（1）聚合物粘合劑（PVDF）的引入會堵塞MOF的通道，阻礙金屬離子的傳輸。（2） 金屬枝晶將隨著裂紋、空隙和晶界而生長，導致電池短路。（3） MOF晶體的剛性晶格（來源于MOF的結(jié)晶性質(zhì)）將導致晶態(tài)MOF保護層的較差的機械性能。面對這些障礙，本文提出了一種新型的連續(xù)非晶MOF層作為金屬陽極的保護層，以調(diào)節(jié)金屬陽極的成核、生長和可逆性，并通過使用鋅陽極證明了其有效性。
本文要點：
1）通過擴展X射線吸收精細結(jié)構(gòu)（EXAFS）、傅立葉變換紅外光譜（FTIR）和拉曼光譜（Raman）等一系列表征，證實了連續(xù)無定形MOF的復雜結(jié)構(gòu)，證明了配位缺陷導致的無定形結(jié)構(gòu)。
2）連續(xù)的非晶態(tài)MOF層可以抑制晶界處的枝晶生長，消除晶界附近的鋅離子遷移，表現(xiàn)較大的陽離子遷移數(shù)。理論計算和納米劃痕表明連續(xù)非晶MOF層與金屬基底之間的結(jié)合力比晶態(tài)MOF層更強。同時，分子動力學（MD）模擬和實驗擬合表明，與晶態(tài)MOF層相比，非晶MOF層的致密堆積結(jié)構(gòu)縮短了鋅離子的輸運距離，完全消除了由空洞引起的傳輸間隙，展現(xiàn)出較低的鋅離子擴散活化能和更高的擴散系數(shù)。
3）制備的非晶MOF層可以有效解決鋅陽極的腐蝕、析氫反應、鋅枝晶的生長等關(guān)鍵挑戰(zhàn)。非晶MOF層的鋅陽極具有超長循環(huán)壽命（約一年，超過7900 h）和低過電位（<40 mV），是晶態(tài)MOF保護層的12倍。
4）此外，采用非晶MOF層的鋅陽極的柔性對稱電池在不同彎曲角度（0°、90°和180°）下表現(xiàn)出良好的循環(huán)性。更重要的是，各種金屬基底成功地涂覆了緊湊的非晶MOF層。非晶MOF層可以明顯提高其他金屬陽極的穩(wěn)定性，包括Mg和Al等，表明其作為金屬陽極保護層具有廣闊的應用潛力。
Yang Xiang, et al, Continuous Amorphous Metal?Organic Frameworks Layer Boosts the Performance of Metal Anodes, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c06367https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06367
10. ACS Nano：用于導熱木基復合材料的強導熱蜘蛛絲大豆蛋白基粘合劑的制備
通過制備強韌、多功能的大豆蛋白膠粘劑來替代甲醛樹脂，開發(fā)無甲醛功能木質(zhì)復合材料是一個重要的研究領(lǐng)域。然而，在保證大豆蛋白膠粘劑的粘接性能的同時，開發(fā)導熱膠粘劑及其相應的木材復合材料是具有挑戰(zhàn)性的。近日，借鑒蜘蛛絲的微相分離結(jié)構(gòu)，北京林業(yè)大學Qiang Gao，Jingchao Li 采用球磨法將氮化硼(BN)與大豆分離蛋白(SPI)混合得到BN@SPI基質(zhì)，并與自制的超支化反應底物作為無定形區(qū)域增強劑和交聯(lián)劑縮水甘油三胺，制備了具有交聯(lián)型微相分離結(jié)構(gòu)的強導熱大豆蛋白粘合劑。1）這些結(jié)果表明，可以采用機械球磨來剝離BN，然后結(jié)合SPI，從而獲得緊密的結(jié)合界面連接。隨后，膠粘劑的干剪切強度和濕剪切強度分別提高了14.3%和90.5%，達到1.83和1.05 Mpa。制得的膠粘劑還具有良好的導熱系數(shù)(0.363 W/mK)。2）令人印象深刻的是，由于熱壓有助于膠粘劑建立熱傳導途徑，所得到的木質(zhì)復合材料的熱導率是SPI膠粘劑的10倍，表現(xiàn)出與瓷磚類似的熱導率，并具有開發(fā)生物導熱材料、地熱地板和儲能材料的巨大潛力。該膠粘劑具有良好的阻燃性(極限氧指數(shù)為36.5%)和耐霉性(>50d)。這種仿生設計為開發(fā)多功能生物質(zhì)粘合劑和復合材料提供了一種有效的技術(shù)。
Xin Zhang, et al, Preparation of Strong and Thermally Conductive, Spider Silk-Inspired, Soybean Protein-Based Adhesive for Thermally Conductive Wood-Based Composites, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c03782https://doi.org/10.1021/acsnano.3c03782
11. ACS Nano：用于高性能多硫化物氧化還原液流電池的分級納米電催化反應器
水相多硫化物是一種重要的富土多電子氧化還原電偶，可用于構(gòu)建高容量密度和低成本的水氧化還原液流電池，但S2?/Sx2?的轉(zhuǎn)化和動力學行為緩慢，導致輸出功率密度低，活性物質(zhì)利用率低。在這里，廈門大學Le Yang，Xiang Wang，Jiajia Chen提出了納米受限自組裝有序多孔鈷氮共摻碳(OHP-Co/NC)作為電催化反應器來增強水相多硫化物的傳質(zhì)和氧化還原活性。1）有限元模擬結(jié)果表明，大孔和中孔相互連通的OHP-Co/NC具有更好的傳質(zhì)性能，其氧化還原電解液利用率為50.1%，而傳統(tǒng)的Co/NC為23.3%。2）值得注意的是，在850°C獲得的OHP-Co/NC具有最小的氧化還原峰電位差(ΔE=99 mV)。對多硫化物在氧化還原電解液中的在位拉曼光譜和在OHP-Co/NC單顆粒上的電化學拉曼光譜進行了對比研究。證實了OHPCo/NC-850催化劑對S42?有較強的吸附作用，并能延緩多硫化物在電催化劑界面上的強烈歧化和水解行為。3）因此，基于OHP-Co/NC-850型膜電極組件的多硫化物/亞鐵氰化物RFB具有110mW cm?2的高功率密度，300次循環(huán)容量保持率穩(wěn)定在99.7%以上。
Jinji Lan, et al, Hierarchical Nano-Electrocatalytic Reactor for High Performance Polysulfides Redox Flow Batteries, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c07085https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07085
12. ACS Nano：高離子轉(zhuǎn)移隔膜與鋰硼復合材料負極協(xié)同作用穩(wěn)定鋰金屬電池
鋰(Li)金屬電池的發(fā)展一直受到枝晶生長嚴重、界面反應劇烈、體積變化大等問題的限制。為了解決這些問題，中南大學Gui-Chao Kuang，Libao Chen設計了一種LMB(8AP@LIB)，它將聚氧化石墨烯-聚環(huán)氧乙烷(8AP)功能化聚丙烯隔膜(8AP)與鋰?硼(LiB)陽極結(jié)合在一起。1）拉曼結(jié)果表明，8AP上的PEO鏈可以影響電解液中Li+的溶劑化結(jié)構(gòu)，導致Li+的均勻擴散和Li+沉積勢壘的降低。8AP具有良好的離子導電性(4.9×10?4 S cm?1)、高的Li+遷移數(shù)(0.88)和顯著的電解質(zhì)吸收(2 93%)。3D LiB骨架可以顯著降低充放電過程中的陽極體積變化和局部電流密度。2）因此，8AP@LIB有效地調(diào)節(jié)了Li+的通量，促進了無枝晶的均勻Li沉積。8AP@LIB的Li||Li對稱電池在1 mA cm?2和5 mAhcm?2下表現(xiàn)出高達1000h的電化學穩(wěn)定性。重要的是，8AP@LIB的Li||LiFePO4全電池在2C下實現(xiàn)了令人印象深刻的2000次循環(huán)，同時保持了86%的高容量保持率。功能化隔膜與LiB陽極的協(xié)同效應可能為高性能LMBs的發(fā)展提供方向。
Tuoya Naren, et al, Stabilizing Lithium Metal Batteries by Synergistic Effect of High Ionic Transfer Separator and Lithium?Boron Composite Material Anode, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c06336https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06336
