1. Chem. Soc. Rev.：用于電化學能源應用的過渡金屬二硫族化合物/碳異質結構的界面工程
為了實現碳中和的全球目標，人們致力于推進電化學能量轉換（EEC）和電化學能量存儲（EES）技術。對于這些技術，過渡金屬二硫族化合物/碳（TMDC/C）異質結構由于其互補優勢，在過去十年中已成為極具潛力的電極材料和電催化劑。界面性質在建立TMDC/C異質結構的整體電化學特性方面起著至關重要的作用。近日，天津大學Fang He、胡文彬、阿德萊德大學喬世璋對用于電化學能源應用的過渡金屬二硫族化合物/碳異質結構的界面工程進行了綜述研究。1) 該綜述的目的是關注TMDC/C異質結構的三種界面工程，即界面取向工程、界面堆疊工程和界面摻雜工程，以了解它們在EES和EEC器件中的潛在應用。為了實現這一目標，作者結合實驗和理論方法，分析和總結了TMDC/C異質結構的基本電化學性質和制備策略。2) 此外，作者重點介紹了用于特定EES和EEC器件的TMDC/C異質結構的界面工程設計和利用。最后，作者概述了在實際的EES和EEC器件中使用TMDC/C異質結構界面工程的挑戰和機遇。
Biao Chen, et al. Interfacial engineering of transition metal dichalcogenide/carbon heterostructures for electrochemical energy applications. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D3CS00445G
2. Science Advances：揭示糖基化反應中的促進劑效應和抗衡離子交換的作用
糖苷鍵形成的立體選擇性仍然是合成碳水化合物的一個值得注意的障礙，主要是因為在糖基化反應中SN1和SN2過程同時發生。在這里，臺灣中央研究院Cheng-Chung Wang應用低溫核磁共振和統計學方法對糖基化機制進行了深入的分析。1）研究人員首先發現了一條由反離子交換和反應副產物驅動的途徑，以勾勒出中間體的立體貢獻。2）此外，相對反應性值、受體親核常數和Hammett取代基常數(σ值)為指示機理提供了一個通用的指數。這些結果可以極大地方便和簡化碳水化合物合成過程中的構建塊裁剪和反應條件優化。
Chun-Wei Chang, et al, Unraveling the promoter effect and the roles of counterion exchange in glycosylation reaction, Sci. Adv. 9 (42), eadk0531. DOI: 10.1126/sciadv.adk0531https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk0531
3. Science Advances：用于無線心臟電療的自組裝植入式微管起搏器
目前的心臟起搏器依賴電池，起搏導線容易導致瓣膜損傷和感染，而且需要完整的起搏器回收才能更換電池。盡管報道了無線生物電子設備來調整心外膜的速度，但需要進行開胸手術(開胸手術)來植入設備，而且這一過程是侵入性的，需要長時間的傷口愈合和醫療負擔。近日，加州大學洛杉磯分校Tzung K. Hsiai展示了一種完全生物兼容的無線微電子產品，它具有自組裝設計，可以卷成輕量級微管起搏器，用于血管內植入和起搏。1）研究人員利用射頻將能量傳遞給微管起搏器進行電刺激。2）在麻醉的豬模型中，研究人員證明這種起搏器提供了有效的起搏來恢復心臟停止跳動的心臟收縮，并有能力進行超速起搏以增強血液循環。3）因此，這種微管起搏器為無鉛、無電池微電子設備的微創植入鋪平了道路。
Shaolei Wang, et al, A self-assembled implantable microtubular pacemaker for wireless cardiac electrotherapy, Sci. Adv. 9 (42), eadj0540. DOI: 10.1126/sciadv.adj0540https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj0540
4. Science Advances：通過流體和界面自適應進行水凝膠輔助可拉伸纖維的微流體紡絲
可伸縮聚合物纖維具有巨大的潛力，但其生產需要嚴格的環境控制和相當大的資源消耗。這對高性能但可紡性差的彈性聚合物也是一個挑戰，例如聚二甲基硅氧烷和Ecoflex等有機硅。近日，西安交通大學Feng Xu，海南大學Dong Wang，Guoxu Zhao提出了一種水凝膠輔助微流控紡絲(HAMS)方法，通過將它們的預聚體封裝在任意長度的、具有保護作用的和可犧牲的水凝膠纖維中來應對這些挑戰。1）通過設計簡單的設備和操縱油/水流動的流體和界面自適應，成功地生產出直徑廣泛可控(0.04至3.70毫米)、顯著的長度、高質量(例如，表面光滑、全長均勻和圓形截面)以及顯著的延伸性(高達1300%)的纖維，而與可紡性無關。2）獨特的是，這種方法可以輕松、有效和可控地重塑螺旋纖維，并具有出色的延伸性和機械柔順性。3）研究人員深入揭示了這些纖維的產生機制，并展示了它們作為紡織元件、光電子器件和致動器的潛力。HAMS方法將是大規模生產高質量可伸縮纖維的有力工具。
Guoxu Zhao, et al, Hydrogel-assisted microfluidic spinning of stretchable fibers via fluidic and interfacial self-adaptations, Sci. Adv. 9 (42), eadj5407. DOI: 10.1126/sciadv.adj5407https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj5407
5. Nature Commun.：用于混合被動制冷的大氣濕度感生聚丙烯酸酯水凝膠
全球變暖正在加劇熱應激，危及人類和社會的可持續性。因此，可靠和節能的冷卻方法備受追捧。在這里，紐約州立大學Qiaoqiang Gan報道了一種利用自吸濕水凝膠制備的聚丙烯酸酯薄膜，用于高效混合被動制冷。1）研究人員使用成本最低的工業材料之一(例如聚丙烯酸鈉)，展示了通過減少高太陽反射率(0.93)的太陽采暖和高中紅外發射率(0.99)的最大熱發射來實現輻射制冷。重要的是，制造過程只使用大氣濕度，不需要額外的化學品或能源消耗，使其成為一個完全綠色的過程。2）在800 W m?2的太陽光照射下，在紐約州布法羅觀測到的部分多云的天空下，薄膜的表面溫度降低了5 ℃。結合其吸濕特性，該薄膜可以同時引入蒸發冷卻，而不依賴于進入晴朗的天空。與目前電力驅動的空調設施相比，混合被動冷卻方法預計將減少全球碳排放1184億公斤/年。3）由于其低成本的原材料和出色的成型功能，該薄膜可以通過簡單且具有成本效益的滾壓工藝來制造，使其適合未來的建筑施工和個人熱管理需求。
Galib, R.H., Tian, Y., Lei, Y. et al. Atmospheric-moisture-induced polyacrylate hydrogels for hybrid passive cooling. Nat Commun 14, 6707 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42548-0https://doi.org/10.1038/s41467-023-42548-0
6. Nature Commun.：具有折紙功能組轉換和環重構的可重新編程機械超材料
可重新編程超材料的最新進展使得能夠在原位開發具有可變特殊屬性的智能物質。這些超材料采用元素內物理重構和元素間結構變換。然而，現有的單特性同元機械超材料的重編程功能有限。在這里，上海交通大學Zhimiao Yan介紹了一種由具有異質機械性能的折紙元素組成的可重新編程的機械超材料，它通過官能團轉換和環重構來實現各種機械行為模式。1）通過將兩個異質元素各向異性組裝成一個功能組，可以實現正剛度和負剛度之間的機械行為切換。所得的多邊形環表現出旋轉變形、零泊松比拉伸/壓縮變形和負泊松比拉脹變形。2）周期性排列這些環會產生均質超材料。四邊形環的重新配置允許機械響應和負泊松比的連續微調。3）這種機械超材料可以為可重新編程的機械計算、多用途機器人、可變形車輛和不同規模的建筑提供多功能材料平臺。
Hu, X., Tan, T., Wang, B. et al. A reprogrammable mechanical metamaterial with origami functional-group transformation and ring reconfiguration. Nat Commun 14, 6709 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42323-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-42323-1
7. Nature Commun.：用于可持續能量收集的光電響應離子通道
在當今世界，獲得可持續能源至關重要，特別強調太陽能和水基能源。在此，浙江大學Qi Sun，Sai Wang開發了光響應離子染料敏化共價有機框架膜。1）這些創新膜旨在通過利用光子、電子和離子之間復雜的相互作用來顯著增強選擇性離子傳輸。2）研究中設計的納米流體裝置展示了卓越的陽離子電導率。此外，由于光激發觸發的離子運動，它們可以熟練地將光轉換為電信號。3）將鹽度梯度的影響與光誘導離子運動相結合，這些設備的效率顯著提高。具體而言，在 0.5/0.01 M NaCl 鹽度差和光照下，該器件達到 129 W m?2 的峰值功率密度，比當前市場標準高出約 26 倍。除了介紹離子膜中光電活動的概念之外，研究還強調了滿足不斷增長的全球能源需求的潛在途徑。
Guo, Q., Lai, Z., Zuo, X. et al. Photoelectric responsive ionic channel for sustainable energy harvesting. Nat Commun 14, 6702 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42584-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42584-w
8. Nature Commun.：色氨酸拉鏈肽分層組裝成應力松弛生物活性水凝膠
自然界中的軟材料是通過生物聚合物可逆超分子組裝成動態分層網絡而形成的。合理的設計使得自組裝肽與天然材料的結構相似。然而，重建自然系統固有的動態功能特性仍然具有挑戰性。在這里，新南威爾士大學Kristopher A. Kilian報道了基于色氨酸拉鏈（trpzip）基序的短肽的發現，它顯示了導致出現動態特性的多尺度層次排序。1）Trpzip 水凝膠具有抗菌和自愈功能，具有可調的粘彈性和獨特的屈服應力特性，只需輕輕一抖手腕即可立即收獲嵌入的細胞。2）這一特性使得 Trpzip 水凝膠適合注射器擠出，研究人員通過細胞輸送和生物打印的例子證明了這一點。3）Trpzip 水凝膠顯示出固有的生物活性，允許具有頂端-基底極化的人類腸道類器官的繁殖。考慮到這些廣泛的屬性，預計 Trpzip 基序將成為生物技術和醫學軟材料超分子組裝的通用構建模塊。
Nguyen, A.K., Molley, T.G., Kardia, E. et al. Hierarchical assembly of tryptophan zipper peptides into stress-relaxing bioactive hydrogels. Nat Commun 14, 6604 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41907-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-41907-1
9. JACS：揭示溶酶體丙二醛在腦缺血/再灌注損傷期間影響維生素B12轉運的作用
腦缺血再灌注損傷(CIRI)常伴有同型半胱氨酸(Hcy)上調的發生。過量的Hcy會損傷腦血管內皮細胞和神經元，進而誘發神經毒性甚至神經變性。正常情況下，補充維生素B12是一種能夠降低Hcy的干預措施。然而，利用維生素B12治療CIRI的臨床效果并不理想。研究表明，氧化應激與CIRI密切相關，而溶酶體是也維生素B12轉運的關鍵部位。因此，溶酶體氧化應激可能會阻礙維生素B12的轉運。作為溶酶體氧化應激的重要生物標志物，溶酶體丙二醛(溶酶體MDA)是否會干擾維生素B12的轉運目前仍尚未被闡明，原因在于缺乏可實時、原位測量活體腦內溶酶體MDA的有效方法。有鑒于此，山東師范大學唐波教授、李平教授、王昕教授、山東大學齊魯醫院吳偉教授和焉傳祝教授構建了一種熒光顯像劑Lyso-MCBH，其可通過進入大腦并靶向溶酶體來特異性地監測溶酶體MDA。1）實驗利用Lyso-MCBH探針首次觀察到CIRI活體小鼠腦內的溶酶體MDA水平會發生爆增。研究發現，過量的溶酶體MDA可通過阻斷維生素B12從溶酶體到細胞質的轉運而影響維生素B12的療效。2）實驗結果表明，維生素B12轉運體LMBD1的表達和功能與過量的溶酶體MDA相關。綜上所述，該研究通過揭示溶酶體MDA-LMBD1軸的存在解釋了維生素B12治療CIRI的無效原因，并為治療CIRI提供了一個極具發展前景的靶點。
Di Su. et al. Shedding Light on Lysosomal Malondialdehyde Affecting Vitamin B12 Transport during Cerebral Ischemia/Reperfusion Injury. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07809https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07809
10. Angew：低配位Ir的優異酸性OER電催化
由于強酸性環境進行OER電催化反應具有非常強的氧化性，導致發展用于聚合物膜電解器件的高性能OER電催化劑非常困難。最近人們通過理論計算發現通過降低Ir-O配位數目的方式能夠降低電催化OER反應的決速步能壘，從而加快OER電催化反應速率。有鑒于此，湖南大學王雙印、陳如等對模型催化劑進行降低Ir-O配位數目，合成了低配位數目的IrOx電催化劑，在PEM電解槽實現了持久的優異OER電催化性能。1）對市售金紅石晶相IrO2進行plasma處理修飾缺陷，原位XAS分析與DFT理論計算發現，研究降低配位數目能夠提高催化活性。基于理論模型研究的結果，設計了一系列低配位Ir催化劑催化活性，在酸性電解液進行OER，10 mA cm-2電流密度的過電勢為231 mV，催化劑的持久時間達到100 h。2）催化劑能夠在非常低的電壓構筑PEM電解槽，1 A cm-2電流密度的電壓僅為1.72 V，而且具有優異的穩定性，1200 h未見性能衰減。這項工作說明低配位數目對催化劑起到的獨特作用，為設計PEM的產氧Ir催化劑提供幫助。
Hongmei Gao, et al, Reducing the Ir–O Coordination Number in Anodic Catalysts based on IrOx Nanoparticles towards Enhanced Proton-exchange-membrane Water Electrolysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202313954https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202313954
11. EES：具有離散無機組分的固體電解質界面中鋰的快速傳輸動力學途徑
鋰離子在固體電解質界面（SEI）中的傳輸分兩步進行：通過外部多孔有機層的快速孔擴散，然后在內部致密無機層中的空位擴散。第二個步驟是在快速充電期間的速率限制步驟。在本研究中，印第安納大學與普渡大學印第安納波里斯聯合分校Xie Jian、賓夕法尼亞大學Eric A. Stach通過在傳統的碳酸亞乙酯基電解質中添加LiNO3，在單斜Nb2O5（H-Nb2O5）表面構建更厚的SEI（富含SEI）結構。1) 作者發現兩個電極（一個富含SEI，另一個缺乏SEI）的電化學性能幾乎相同，包括它們的快速充電能力和循環穩定性，盡管它們的SEI結構存在顯著差異。作者通過低溫掃描/透射電子顯微鏡分析發現，單個無機顆粒（例如Li2O）和無定形物質（LiNxOy/有機組分）在H-Nb2O5表面上離散修飾。2) 作者提出了一種新的鋰離子通過SEI傳輸的機制：一步孔擴散，而沒有第二步慢擴散。這種一步孔擴散過程提供了極其快速的鋰離子傳輸，并有效地消除了用于快速充電的SEI中鋰離子傳輸的動力學限制。
Yikang Yu, et al. Kinetic Pathways of Fast Lithium Transport in Solid Electrolyte Interphases with Discrete Inorganic Components. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02048G
12. AEM：用銅開關加速Ru0/Ru4+相鄰雙位點的構建以實現有效的堿性析氫
堿性析氫反應（HER）需要附近的水吸附和H2生成雙位點，釕基電催化劑是鉑基材料的有效替代品。然而，在雙位點構建中實現高效率和長期穩定仍極具挑戰性。陜西師范大學Yan Junqing、皇家墨爾本理工大學Ma Tianyi報道了Cu摻雜的RuO2（Cu-RuO2）催化劑。1) Cu2+離子是獲得具有Ru-RuO2結構的Cu-RuO2-AC活化樣品的開關。Cu-RuO2-AC樣品在10 mA?cm?2的電流密度下的過電位僅為19mV，Tafel斜率為32.8 mV?dec?1。2) 此外，在1 A.?mgRu?1的質量活性下?，該催化劑只需要88 mV，這低于商業40%Ru/C的343 mV。密度泛函理論（DFT）計算表明，Cu2+摻雜激活了附近的Ru4+。Cu-RuO2-AC||Cu-RuO2的兩電極H電池器件僅需要1.66和1.78V就可以實現100和200mA cm?2的電流密度?。
Wenshan Xi, et al. Accelerating Ru0/Ru4+ Adjacent Dual Sites Construction by Copper Switch for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302668https://doi.org/10.1002/aenm.202302668
