1. Nature Materials：利用增材制造優化甲烷氧化偶聯的分級膜/催化劑體系
與傳統的反應體系相比，膜/催化劑體系在甲烷氧化偶聯中的優勢在于，其可以通過膜將氧引入催化位點，從而可以避免O2（g）的寄生氣相反應，進而導致產物選擇性降低。然而，膜/催化劑系統的設計和制造受到化學轉化率低、成本高以及低性能的阻礙。在這里，密西根大學Suljo Linic通過開發一種基于相轉化的雙層增材制造工藝來解決這些問題，以設計、制造和優化用于甲烷氧化偶聯的中空纖維膜/催化劑系統。1) 作者將BaCe0.8Gd0.2O3–δ作為催化劑層和分離層來證明該方法的可靠性。通過使用該制造方法，作者可以共同設計膜厚度和催化劑表面積，使通過膜的氧氣輸送通量和催化劑層中的甲烷活化率相互匹配。2) 作者發現，這種“速率匹配”對于最大限度地提高性能至關重要，因為膜/催化劑系統在相同條件下的性能大大超過了傳統的反應器設計。
James Wortman, et al. Optimizing hierarchical membrane/catalyst systems for oxidative coupling of methane using additive manufacturing. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01687-xhttps://doi.org/10.1038/s41563-023-01687-x
2. Nature Materials：過渡金屬二硫族化合物層的熱誘導原子重構成完全相稱的結構
二維層之間的扭曲角是決定其界面性質的關鍵參數，如莫爾激子和界面鐵電性。為了在基礎研究和各種應用中更好地控制這些特性，科研工作者已經做出了相當大的努力來操縱扭轉角。然而，由于機械限制，在實現晶體取向的完美排列方面仍然存在挑戰。在這里，首爾大學Gwan-Hyoung Lee通過封裝退火將隨機堆疊的過渡金屬二硫族化合物多層熱誘導原子重建為具有零扭轉角的完全相稱的異質結構。1) 作者使用化學氣相沉積的過渡金屬二硫族化合物選擇性形成具有無縫橫向結的R型和H型完全相稱相。即使在室溫下，由于其具有對齊動量坐標的相稱結構，所產生的完全相稱相也表現出層間激子的強光致發光增強特性。2) 該工作不僅展示了一種制造具有R型和H型構型的零扭曲二維雙層的方法，還為研究其未探索的性質提供了一個平臺。
Ji-Hwan Baek, et al. Thermally induced atomic reconstruction into fully commensurate structures of transition metal dichalcogenide layers. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01690-2https://doi.org/10.1038/s41563-023-01690-2
3. Nature Catalysis：通過結合熱效應和非熱效應在等離子體催化中實現最大的整體光增強
等離子體光催化是一種極具潛力的光物質轉化方法。然而，目前的大多數研究都集中在理解熱效應和非熱效應的相對重要性上，而對它們的協同效應的研究較少。在這里，杜克大學Liu Jie提出了一個成為整體光效的概念，以捕捉這些光效對反應的綜合影響。1) 通過改變催化劑層的厚度，作者分離了熱貢獻和非熱貢獻，并對它們進行了優化，以實現最大的光增強。作者展示了使用二氧化鈦負載的銠納米顆粒上的二氧化碳加氫反應作為模型反應系統的方法。2) 此外，它在設計具有加熱和光照最佳組合的催化劑體系方面顯示出巨大潛力，特別是在寬帶光照（如陽光）的情況下，其可以在等離子體催化中實現最經濟的光物質轉化。
Zhijia Geng, et al. Achieving maximum overall light enhancement in plasmonic catalysis by combining thermal and non-thermal effects. Nature Catalysis 2023DOI: 10.1038/s41929-023-01045-9https://doi.org/10.1038/s41929-023-01045-9
4. Nature Synthesis：二元納米晶體超晶格的結晶與短程引力的相關性
二元納米晶體超晶格（BNSL）的合成使光致發光和磁性等正交物理特性能夠有針對性地集成到單個超結構中，為多功能材料打開了廣闊的設計空間。然而，對BNSL的形成機制仍知之甚少，這限制了對超晶格結構和性質的預測。在這里，賓夕法尼亞大學Christopher B. Murray、密歇根大學Sharon C. Glotzer結合原位散射和分子模擬來闡明兩種常見的BNSL（AlB2和NaZn13）通過乳液模板的自組裝。1) 自組裝實驗表明，BNSL在最終二元相形成之前沒有中間結構，這表明它們的形成是通過經典成核進行的。作者通過模擬發現，盡管AlB2和NaZn13的形成通常歸因于熵，但它們的自組裝與具有短程粒子間吸引力的納米晶體最為一致，該發現可以加速BNSL中的成核動力學。2) 作者還在模擬中發現了均勻的經典成核，這證實了上述實驗結果。這些結果在實驗和理論之間建立了可靠的對應關系，為BNSL的預測鋪平了道路。
Emanuele Marino, et al. Crystallization of binary nanocrystal superlattices and the relevance of short-range attraction. Nature Synthesis 2023DOI: 10.1038/s44160-023-00407-2https://doi.org/10.1038/s44160-023-00407-2
5. Nature Commun.：利用氧化鐵納米酶穩定氟化亞錫以靶向殺傷生物膜和協同預防口腔疾病
盡管氟化物已被廣泛用作抗齲劑，但齲齒仍然是由口腔生物膜引起的最常見的人類疾病之一。最近，FDA批準的一種納米氧化鐵顆粒(ferumoxytol，Fer)可通過催化激活過氧化氫來殺滅和降解導致齲病的生物膜。然而，Fer并不能干擾牙釉質酸脫礦。賓夕法尼亞大學David P. Cormode和Hyun Koo發現當Fer與氟化亞錫(SnF2)聯合使用時，可以產生比單獨使用更為有效的抑制生物膜積累和牙釉質損傷的效果。1）研究發現，在沒有任何添加劑的情況下，當SnF2與Fer混合在水溶液中時，SnF2的穩定性得到了顯著的提高，Fer的催化活性也會同時被增強。2）實驗結果表明，聯合使用Fer和SnF2能夠在體內有效地控制齲齒（即使在低4倍的濃度條件下），并且不會對宿主組織或口腔微生物組產生不良影響。綜上所述，該研究證明了使用FDA批準的藥物不僅能夠實現協同治療作用，也可以簡便有效地穩定SnF2，從而在預防口腔疾病的同時減少氟暴露。
Yue Huang. et al. Iron oxide nanozymes stabilize stannous fluoride for targeted biofilm killing and synergistic oral disease prevention. Nature Communications. 2023https://www.nature.com/articles/s41467-023-41687-8
6. Joule：氫鍵促進二甲基銨萃取用于穩定高效的CsPbI3太陽能電池
無機銫鉛三碘化鈣鈦礦在光伏應用中具有巨大潛力。目前，制備高質量的β或γ相CsPbI3薄膜在很大程度上依賴于DMAPbI3（二甲基銨[DMA]）或“HPbI3”輔助結晶方法，不幸的是，這會產生DMAPbI3-殘留，并降低光伏性能和穩定性。中國科學院化學研究所Hu Jinsong開發了一種通用的氫鍵促進DMA提取方法來制備高質量的γ-CsPbI3薄膜。1) 理論和實驗證據表明，聚丙烯酸（PAA）與DMAPbI3之間形成的氫鍵降低了DMA逸出能壘，這不僅提前了DMAPbI3-的分解過程，而且加速了CsPbI3-的結晶動力學，產生了沒有任何DMAPbI3殘留物痕跡的無針孔CsPbI3膜以及延長的制造濕度（高達80%的相對濕度[RH]）和溫度窗口。2) 由于其具有環境友好的結晶動力學，使得具有無摻雜劑的聚（3-己基噻吩）（P3HT）的CsPbI3太陽能電池具有20.25%的高效率以及優異的濕度和操作穩定性。
Ming-Hua Li, et al. Hydrogen-bonding-facilitated dimethylammonium extraction for stable and efficient CsPbI3 solar cells with environmentally benign processing. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.09.009https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.09.009
7. Chem：手性自由基中心不對稱誘導對映選擇性自由基N-雜雙環化的新模式
人們越來越多地致力于利用氨基自由基作為構建含氮有機化合物的通用中間體。近日，波士頓學院X. Peter Zhang通過金屬自由基催化（MRC）研究了N-烯丙基氨磺酰基疊氮化物的對映選擇性自由基N-雜雙環化反應。1) 在溫和條件下，基于Co（II）的催化體系在不需要氧化劑的情況下，均溶活化具有不同電子和空間性質的有機疊氮化物，并進行不對稱自由基N-雜雙環化，從而以優異的產率，高的非對映選擇性和對映選擇性，立體選擇性地構建手性[3.1.0]-雙環氨磺酰基氮丙啶。2) 作者發現，使用新一代D2對稱手性橋接酰胺基卟啉配體HuPhyrin，并適當改變烷基橋長度，可以決定基于Co（II）的MRC的反應性和選擇性。作者進行了實驗和計算研究，揭示了由對映面選擇性自由基加成（RA）和立體特異性自由基取代（RS）組成的不對稱誘導模式的機理。
Hao Xu, et al. New mode of asymmetric induction for enantioselective radical N-heterobicyclization via kinetically stable chiral radical center. Chem 2023DOI: 10.1016/j.chempr.2023.09.010https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.09.010
8. Angew：超熒光單發色團型BODIPY-四嗪系列探針用于雙色生物正交成像
在過去的幾十年里，利用四氮(Tz)作為熒光猝滅劑和生物正交反應組合的熒光探針得到了廣泛的研究。首爾國立大學Seung Bum Park利用單發色團設計策略合成了一系列適用于生物正交細胞成像的硼-二吡咯甲基(BODIPY)-Tz探針。1）BODIPY-Tz探針具有優異的雙環[6.1.0]壬炔(BCN)選擇性熒光性，其在包括遠紅外區域在內的廣泛發射波長范圍內能夠實現3到4倍的熒光增強。此外，研究者也證明了BODIPY-Tz探針能夠用于對細胞器進行生物正交熒光成像，且無需洗滌步驟。研究發現，芳香化噠嗪部分是產生BCN選擇性熒光行為的源頭。2）在水介質中，反式環辛烯(TCO)加合物的熒光會通過光誘導電子轉移(PeT)過程而被猝滅。當暴露于疏水介質后，BODIPY-Tz-TCO的淬滅熒光會發生顯著恢復，并且與對應的BODIPY-Tz-BCN相比，其發射波長也會產生明顯的深色位移。綜上所述，該研究首次利用單一的BODIPY-Tz探針實現了雙色生物正交細胞成像。
Dahham Kim. et al. Ultrafluorogenic Monochromophore-Type BODIPY-Tetrazine Series for Dual-Color Bioorthogonal Imaging with a Single Probe. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202310665https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310665
9. Angew：可激活的近紅外熒光探針用于肺轉移瘤的精準檢測
準確檢測肺轉移瘤對于更好地制定治療方案和改善腫瘤預后而言具有重要意義，但如何實現這一目標也是臨床實踐面臨的一大嚴峻挑戰。有鑒于此，西安電子科技大學王忠良教授提出了一種全新的策略，即通過將近紅外(NIR)染料IR780和磷酸鈣(CaP)進行組裝，以開發一種可由pH激活的近紅外(NIR)熒光納米探針（肺轉移示蹤劑，PMT）。1）實驗通過精細調節組裝過程中的分子間相互作用、染料摻雜量以及探針的合成條件，使得PMT的熒光能夠被腫瘤酸性觸發的解組裝精準調控。研究發現，實驗構建的PMT9探針可以將微妙的pH變化有效轉化為明顯的熒光信號，從而產生高的熒光ON/OFF對比，并顯著降低背景信號。2）基于這些良好的特性，PMT9探針不僅能夠在原位肺癌模型中準確識別腫瘤部位，也可以在小鼠模型中檢測肺轉移灶，且具有優異的信號背景比(signal-to-background ratio，SBR)。綜上所述，該研究開發了一種能夠將傳統染料IR780在活體成像中的缺點轉化為優勢的獨特策略，有望進一步拓展熒光探針在肺部相關腫瘤病變成像中的應用。
Qian Jia. et al. An Activatable Near-Infrared Fluorescent Probe for Precise Detection of the Pulmonary Metastatic Tumors: A Traditional Molecule Having a Stunning Turn. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202313420https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202313420
10. AM：利用生物正交樹枝狀納米探針進行呼吸活檢以揭示系統性免疫血栓的形成及其解決途徑
免疫血栓形成是一種對炎癥依賴的凝血級聯激活過程，會導致小血管內形成微血栓，其不僅是COVID-19的并發癥之一，也是造成呼吸衰竭的主要原因。由于其大小和播散性等因素，目前微血栓仍無法被有效檢測。有鑒于此，哈佛醫學院Ali Hafezi-Moghadam設計了對呼出氣體中的揮發性報告子進行無創檢測，以評估系統性免疫血栓形成的策略。1）含有高負載凝血酶敏感性底物的樹枝狀納米探針會被凝血酶選擇性裂解，從而釋放合成的生物正交揮發性有機化合物(VOC)。實驗通過氣相色譜-質譜(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)對呼出氣活檢中的VOC進行定量分析，以實時地評估全身性免疫血栓形成。基于MS的快速、靈敏的檢測技術可以進一步改進對VOC的檢測。研究發現，呼出氣中VOC的量會隨著微血管炎癥和血管內纖維蛋白沉積的消退而減少。2）通過將凝血酶敏感性肽與對甲氨基酚衍生物進行結合，實驗開發了一種新型的凝血酶敏感性熒光納米探針，并將其用于對活性生長血栓中的凝血酶活性進行可視化成像。實驗結果表明，該探針能夠有效檢測體內的凝血酶活性。綜上所述，該研究開發的新方法有助于實現對糖尿病并發癥、彌散性血管內凝血和COVID-19等疾病的免疫血栓形成的準確診斷。
Yuanlin Zhang. et al. Breath Biopsy Reveals Systemic Immunothrombosis and Its Resolution through Bioorthogonal Dendritic Nanoprobes. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202304903https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304903
