1. Nature Commun.：原子級精確的超小銅簇，用于室溫高度區域選擇性脫氫偶聯
三組分脫氫偶聯反應是鍛造新的C-N鍵和C-C鍵的重要而實用的方法。用單一催化體系實現高度一體化的脫氫偶聯功能化仍然是一個巨大的挑戰。在這里，鄭州大學臧雙全教授利用一個三齒的N-雜環卡賓配體合成了一個剛柔耦合的銅簇合物[Cu3(NHC)3(PF6)3](Cu3NC(NHC))。1）殼層配體賦予Cu3NC(NHC)雙重屬性，包括剛性和靈活性，以提高活性和穩定性。2）Cu3NC(NHC)用于催化兩種高度一體化的脫氫偶聯轉化。機理研究和密度泛函理論表明，區域選擇性的提高源于Cu3NC(NHC)催化劑獨特的物理化學性質，以及Cu3NC(NHC)催化劑的低過渡態。這項工作突出了N-雜環卡賓在銅簇合物修飾中的重要性，為保護簇合物催化中心和增強催化性能提供了新的設計規則。
Jia, T., Li, YX., Ma, XH. et al. Atomically precise ultrasmall copper cluster for room-temperature highly regioselective dehydrogenative coupling. Nat Commun 14, 6877 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-42688-3
2. Nature Commun.：闡明 CO 氧化反應中 Au(111) 上 CoOx 薄膜的活性相
負載在可還原氧化物上的貴金屬，如CoOx和TiOx，在許多化學反應中表現出優異的活性，但活性增加的原因尚不清楚。為了回答這個問題，勞倫斯伯克利國家實驗室Miquel Salmeron研究了負載在Au(111)單晶表面上的CoOx薄膜作為CO氧化反應的模型。1）結果表明，隨著反應物氣相、CO/O2化學計量比和溫度的變化，CoOx催化劑的化學和形貌重構存在三個反應區域。2）在低氧條件下，在中等溫度下(≤)，部分氧化膜(CoOx<1)是有效的催化劑。相反，化學計量比的只含Co2+的CoO薄膜在CO存在的情況下形成碳酸鹽，使反應在300℃以下中毒。3）在富氧條件下，形成更氧化的催化劑相(CoOx>1)，包含在寬溫度范圍內有效的Co3+物種。共振光電子能譜(ResPES)揭示了Co3+中心在催化CO氧化中的獨特作用。此外，密度泛函理論(DFT)的計算為這些氧化物上的反應提供了更深入的途徑和自由能壘。這項工作中的這些發現突顯了催化劑的多功能性及其隨著反應條件的變化而演變成不同的活性相，無論是拓撲上還是化學上，揭示了操作過程中催化劑結構的新范式。
Chen, H., Falling, L.J., Kersell, H. et al. Elucidating the active phases of CoOx films on Au(111) in the CO oxidation reaction. Nat Commun 14, 6889 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-42301-7
3. Nature Commun.：是什么決定了硬鹽混合物形成軟粘土樣鋰快離子導體的原因
軟粘土類鋰離子導體是實現全固態電池不可或缺的一部分，最近通過混合剛性鹽合成了。在這里，通過計算和實驗分析，加州大學伯克利分校Gerbrand Ceder闡明了如何從剛性鹽的混合物中產生類似軟粘土的材料。1）使用基于深度學習的原子間勢能模型的分子動力學模擬，研究人員揭示了離子固體混合物中軟粘土形成的微觀特征。2）研究發現，能夠在陰離子交換上形成分子固體單元的鹽混合物，以及這種反應的緩慢動力學，是軟粘土形成的關鍵。分子固體單元作為剪切相變區的位置，其固有的柔軟性使低應力下的塑性成為可能。3）擴展的X射線吸收精細結構光譜證實了分子固體單元的形成。研究人員制定了從離子固體混合物中創建軟粘土類材料的一般策略。
Gupta, S., Yang, X. & Ceder, G. What dictates soft clay-like lithium superionic conductor formation from rigid salts mixture. Nat Commun 14, 6884 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-42538-2
4. Nature Commun.：使用可分散和光活性多孔聚合物高效光催化生產過氧化氫
開發高效的人造光催化劑用于仿生光催化生產分子材料，包括藥物和清潔能源載體，仍然是一個根本性和技術上必不可少的挑戰。過氧化氫廣泛應用于化學合成、醫療消毒、清潔能源等領域。然而，目前的工業生產，主要是通過蒽醌氧化，遭受著沉重的能源懲罰和有毒的副產品。在這里，四川大學Cheng Gu，福州大學Xiong Chen報道了具有良好的載流子傳輸特性的質子化誘導的可分散多孔聚合物高效光催化產生過氧化氫。1）在環境條件下，過氧化氫的產生速率達到了前所未有的23.7 mmol g-1 h-1，在450 nm處的表觀量子效率為11.3%。2）聯合模擬和光譜分析表明，在催化反應中心，自由載流子態和激子態的亞皮秒超快電子“局域化”是可分散多孔聚合物具有優異光催化性能的基礎。
Wang, S., Xie, Z., Zhu, D. et al. Efficient photocatalytic production of hydrogen peroxide using dispersible and photoactive porous polymers. Nat Commun 14, 6891 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-42720-6
5. Nature Commun.：MoSe2/WSe2 異質雙層中層間激子的局域化和相互作用
過渡金屬二鹵化物(TMD)異質雙分子膜為探索獨特的激子物理提供了一個通用的平臺，通過TMD的組成和外部刺激的性質。在TMD異質雙層膜中，層間激子(IXs)可以形成離域或局域態。然而，IX在不同類型的勢壘中的定位，高激發區雙激子的出現，以及勢壘對雙激子形成的影響，仍然是未知的。近日，查爾默斯理工大學Witlef Wieczorek，Hanlin Fang在MoSe2/WSe2異質雙層膜中觀察到了兩種類型的勢能陷阱，它們導致了IXs在不同溫度下的發射行為顯著不同。1）研究人員將這些陷阱的來源確定為局域缺陷態和TMD異質雙層膜的莫爾勢。2）此外，在較強的激發強度下，超線性發射行為表明出現了層間雙激子，其形成在特定溫度下達到峰值。3）研究工作闡明了形成局域和離域IX激子和雙激子所需的不同激發和溫度機制，從而有助于更好地理解和應用TMD異質結中豐富的激子物理。
Fang, H., Lin, Q., Zhang, Y. et al. Localization and interaction of interlayer excitons in MoSe2/WSe2 heterobilayers. Nat Commun 14, 6910 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-42710-8
6. Nature Commun.：具有可編程微觀結構和性能的合金增材制造
在冶金學中，機械變形對于設計金屬的微觀結構和調整其機械性能是必不可少的。然而，這種做法不適用于通過增材制造(AM)生產的近凈形狀金屬部件，因為它將不可避免地損害其精心設計的幾何形狀。在這項工作中，劍橋大學Matteo Seita展示了如何通過控制位錯密度和熱穩定性來規避這一限制，該合金是由激光粉床融合(LPBF)技術生產的。1）研究證明，通過控制合金的凝固組織，可以在不使用機械變形的情況下，在熱處理時‘編程’再結晶。當使用特定部位時，改策略可以設計和創建復雜的微結構結構，將具有不同組織特征和性能的再結晶和非再結晶區域結合在一起。2）研究人員展示了這種異質性如何有助于獲得比具有整體微結構的材料更好的性能。這項工作啟發了AM設計具有人工工程微結構的高性能金屬零件。
Gao, S., Li, Z., Van Petegem, S. et al. Additive manufacturing of alloys with programmable microstructure and properties. Nat Commun 14, 6752 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-42326-y
7. Nature Commun.：互變異構化配體催化苯酚的間位選擇性C-H硼化反應
芳香族化合物的遠程間位C-H官能化一直是化學合成中的一個具有挑戰性的問題。在這里，桑杰·甘地醫學研究生院Buddhadeb Chattopadhyay，南京大學Yong Liang報道了一種具有雙齒吡啶-吡啶酮(PY-PYRI)配體骨架的Ir催化劑，它有效地催化了這種間位選擇性的硼化反應。 1）研究人員證明所開發的概念可以用于在苯酚、含有生物活性的苯酚和藥物分子的遠程間位引入硼官能團，這是一個非同尋常的挑戰。2）此外，研究人員還證明了該方法也可以用于吲哚類化合物的遠程C6硼化反應，包括色氨酸，色氨酸是全合成綠豆生物堿和富米特莫爾京A生物堿的關鍵合成前體。3）這一催化概念的靈感來源于O-Si二次相互作用，通過幾個更詳細的控制實驗和詳細的計算研究表明，在Ir雙(硼)絡合物向Ir三(硼)絡合物的轉變過程中，發生了前所未有的Bpin位移，最終通過所設計的配體和導向硅烷基團之間的分散來控制遠程間位選擇性。
Guria, S., Hassan, M.M.M., Ma, J. et al. A tautomerized ligand enabled meta selective C–H borylation of phenol. Nat Commun 14, 6906 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42310-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-42310-6
8. Joule：解鎖FeS2陰極的循環壽命
用于鋰金屬電池的轉換型陰極由于其低成本和高能量密度而極具應用前景，然而他們的循環性能很差。近日，中國科學院物理研究所李泓、電子科技大學Wang Liping提出了一種界面工程策略，通過構建三維（3D）離子電子網絡來克服這一挑戰。1) 作者使用局部高濃度電解質（LHCE）制造了作為離子導體的陰極電解質界面（CEI）。此外，作者通過在活性材料表面應用功能性粘合劑和碳納米管（CNTs）來構建耐用的電子網絡。2) 在0.5 C和4mAh/cm2的電流速率下，FeS2陰極在700次循環后具有72.6%的容量保持率。該工作致力于構建穩定的離子電子網絡，這是實現穩定性能的關鍵。
Zhendong Li, et al. Unlocking cycling longevity in micro-sized conversion-type FeS2 cathodes. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.10.003https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.10.003
9. JACS：壓縮的金屬納米團簇晶體的共存、競爭隧道和跳躍電荷傳輸
由于超小的納米尺寸，理解大約1納米大小的金屬顆粒之間的電荷傳輸是一個巨大挑戰。但這在創新材料的發展中具有重要意義，因為這些材料可以替代傳統的半導體，傳統的半導體在大約10納米厚度以下是絕緣的并且不穩定。近日，中科院固體物理所伍志鯤，Zhi Zeng，Nan Xia，重慶大學Qing Tang等研究了具有確定的成分和結構的原子精確的金納米團簇，旨在建立導電性和顆粒間距之間的數學關系。1）通過使用高壓原位電阻特性測試、同步輻射X射線衍射（XRD）和Murnaghan狀態方程，作者實現了這一目標。基于這種精確的相關性，預測當顆粒間距減小到約3.6 ?時，Au25(SNap)18（SNap：1-萘硫酸酯）固體的導電性與體積銀相當。2）此外，研究揭示了共存的、競爭性的隧道傳輸和非相干跳躍電荷傳輸機制，與先前報道的機制不同。3）引入具有共軛結構的配體、調節金屬納米團簇的結構以及使用高壓技術，這些因素共同提高了導電性。因此，作者通過霍爾測量確定了電荷載體的類型。該研究為金納米團簇固體中的電荷傳輸提供了寶貴的見解，代表了金屬納米團簇半導體研究的重要進展。
Shiyu Ji, et al. Coexistent, Competing Tunnelling, and Hopping Charge Transport in Compressed Metal Nanocluster Crystals. J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07007https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07007
10. Angew：可激活的近紅外二區光聲染料用于實現高對比度生物成像
光聲成像是生物醫學研究領域中非常重要的非侵入性成像技術之一。小分子近紅外二區(NIR-II)PA染料結合成像數據能夠提供全面深入的活體生理和病理信息。然而，由于NIR-II PA染料缺乏可調的光學基團，因此其通常會表現出“always-on”的特性，阻礙了其在體內的進一步應用。有鑒于此，廣西大學林偉英教授和梨花女子大學Juyoung Yoon設計合成了一類新型染料GX，并將其作為可激活的NIR-II PA平臺，其吸收/發射波長可達1082/1360 nm。1）研究發現，染料GX在NIR-II PA三維成像中具有較強的組織穿透深度和高分辨率，并且能夠在NIR-II熒光(FL)成像中產生較高的信噪比。2）為了證明GX染料的適用性，實驗設計了首個由一氧化碳(CO)活化的NIR-II PA探針GX-5-CO，并利用高對比度NIR-II PA和FL成像證明了高血壓小鼠體內的CO水平會發生增強。綜上所述，該研究構建的染料GX及其衍生物有望發展成為一類多功能的NIRII PA平臺，以用于構建多種可激活的NIR-II PA探針，在生物醫學領域具有非常廣闊的應用前景。
Jiangfeng Li. et al. A Class of Activatable NIR-II Photoacoustic Dyes for High-Contrast Bioimaging. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202312632 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202312632
11. Anal. Chem：耐酸的NIR-II Ag2Se量子點用于胃腸道成像
隨著近紅外二區(near-infrared II, NIR-II)熒光成像技術的發展，Ag2Se量子點(Ag2Se quantum dots, QDs)因其低毒性和窄帶隙而發展成為極具應用前景的熒光標記物。盡管Ag2Se量子點具有用于胃腸道成像的潛力，但由于其在復雜的消化微環境中存在熒光消光和穩定性差等問題，因此其進一步的應用仍面臨著重大的挑戰。有鑒于此，南開大學劉安安教授和龐代文教授設計了一種利用谷胱甘肽(GSH)作為還原劑以在酸性條件下連續生產硒前體的新方法，從而實現了水分散性Ag2Se量子點的連續生長。1）實驗成功合成了發射位于600~1100 nm的Ag2Se QDs。研究發現，合成的NIR-II Ag2Se QDs的富銀表面會被致密的GSH鈍化，從而使其具有優異的膠體穩定性、光穩定性和抗酸性。因此，該NIR-II Ag2Se量子點能夠在胃酸中表現出顯著的穩定性，從而使其能夠通過NIR-II熒光成像實現對胃腸道蠕動的長期實時監測。2）與傳統的基于鋇餐的X射線成像相比，該NIR-II Ag2Se QDs也能夠實現更加清晰的腸道精細結構可視化，寬度小至1.07 mm。綜上所述，該研究設計的策略能夠為制備抗酸納米晶體提供新的借鑒，所合成的抗酸、低毒、高生物相容性NIR-II Ag2Se量子點在體內胃腸道成像和診斷胃腸道疾病等方面也具有廣闊的前景。
Ling-Ling Yang. et al. Acid-Resistant Near-Infrared II Ag2Se Quantum Dots for Gastrointestinal Imaging. Analytical Chemistry. 2023DOI: 10.1021/acs.analchem.3c01967https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.3c01967
