1. Nature Materials：金屬玻璃納米管氧化誘導(dǎo)的超彈性
盡管金屬納米結(jié)構(gòu)在納米科學(xué)和納米技術(shù)中受到了極大關(guān)注，但環(huán)境攻擊，如表面氧化，很容易在金屬表面引發(fā)裂紋，從而惡化其整體功能/結(jié)構(gòu)性能。近日，香港城市大學(xué)Yang Yong、北京計算科學(xué)研究中心Guan Pengfei、中國科學(xué)院物理研究所Liu Yanhui報道了金屬玻璃納米管氧化誘導(dǎo)的超彈性。1) 嚴(yán)重氧化的金屬玻璃納米管在室溫下可獲得高達(dá)~14%的可恢復(fù)彈性應(yīng)變，這優(yōu)于大塊金屬玻璃、金屬玻璃納米線和其他超彈性金屬。通過原位實(shí)驗(yàn)和原子模擬，作者揭示了超彈性的物理機(jī)制。2) 其可歸因于金屬玻璃納米管中滲透氧化物網(wǎng)絡(luò)的形成，這不僅限制了加載過程中的原子級塑性特性，而且導(dǎo)致卸載時彈性剛度的恢復(fù)。該發(fā)現(xiàn)表明，低維金屬玻璃中的氧化可以為納米器件的應(yīng)用帶來獨(dú)特性能。
Fucheng Li, et al. Oxidation-induced superelasticity in metallic glass nanotubes. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01733-8https://doi.org/10.1038/s41563-023-01733-82. Nature Materials：用金剛石量子磁強(qiáng)計揭示反鐵磁體中的出射磁電荷渦旋拓?fù)浼y理在磁性材料的奇異相中起著關(guān)鍵作用，并可用于邏輯和存儲器應(yīng)用。在反鐵磁體中，與鐵磁對應(yīng)物相比，這些紋理具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和更快的動力學(xué)，但由于其凈磁矩的消失，它們也很難被研究。近日，劍橋大學(xué)Mete Atatüre與Anthony K. C. Tan，牛津大學(xué)Paolo G. Radaelli與Hariom Jan利用金剛石量子磁強(qiáng)計揭示反鐵磁體中的出射磁電荷。1) 金剛石量子磁強(qiáng)計是一種滿足具有可忽略反作用的高靈敏度矢量磁場傳感技術(shù)。作者報道了一種典型的反鐵磁體（赤鐵礦），其具有豐富的單極、偶極和四極出射磁電荷分布。2) 反鐵磁自旋結(jié)構(gòu)渦度的直接讀出為對偶關(guān)系提供了與其磁電荷的關(guān)鍵聯(lián)系。該工作定義了一類典型的磁系統(tǒng)來探索二維單極物理性質(zhì)，并強(qiáng)調(diào)了金剛石量子磁強(qiáng)計在探索量子材料現(xiàn)象中可以發(fā)揮的關(guān)鍵作用。
Anthony K. C. Tan, et al. Revealing emergent magnetic charge in an antiferromagnet with diamond quantum magnetometry. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01737-4 https://doi.org/10.1038/s41563-023-01737-43. Nature Catalysis：調(diào)節(jié)熱活化氣氛打破Fe–N–C氧還原燃料電池催化劑的活性-穩(wěn)定性權(quán)衡Fe–N–C催化劑是有效的無鉑族金屬氧還原催化劑，但它們存在活性金屬位點(diǎn)密度低和活性-穩(wěn)定性權(quán)衡的問題。在這里，紐約州立大學(xué)Wu Gang、阿貢實(shí)驗(yàn)室Deborah J. Myers、印第安納大學(xué)與普渡大學(xué)印第安納波里斯聯(lián)合分校Xie Jian、匹茲堡大學(xué)Wang Guofeng報道了一種Fe–N–C催化劑，該催化劑通過在熱活化過程中向傳統(tǒng)惰性氣氛中添加適量的H2來制備的。1) H2的存在顯著增加了FeN4位點(diǎn)的總密度，抑制了不穩(wěn)定的吡咯-N配位S1位點(diǎn)，并有利于縮短Fe–N鍵長，并穩(wěn)定吡啶-N配位S2位點(diǎn)。穩(wěn)定的S2位點(diǎn)排列在石墨化良好的碳層中，而S1位點(diǎn)存在于石墨化程度較低的碳中。2) H2可以在熱解過程中去除不穩(wěn)定的S1位點(diǎn)并保留穩(wěn)定的S2位點(diǎn)，以打破活性-穩(wěn)定性權(quán)衡。膜電極組件中的Fe–N–C催化劑經(jīng)過??30000次電壓循環(huán)后，在0.8 V時具有67 mA cm-2的電流密度。
Yachao Zeng, et al. Tuning the thermal activation atmosphere breaks the activity–stability trade-off of Fe–N–C oxygen reduction fuel cell catalysts. Nature Catalysis 2023DOI: 10.1038/s41929-023-01062-8https://doi.org/10.1038/s41929-023-01062-84. Nature Chemistry：生物催化聚合誘導(dǎo)自組裝合成人工細(xì)胞人工細(xì)胞是模仿自然細(xì)胞功能的仿生微觀結(jié)構(gòu)，可作為分子系統(tǒng)工程和宿主合成生物學(xué)途徑的構(gòu)建塊。在這里，思克萊德大學(xué)Nico Bruns、Andrea Belluati報道了酶合成的具有表達(dá)蛋白質(zhì)能力的聚合物基人工細(xì)胞。1) 人工細(xì)胞是使用生物催化原子轉(zhuǎn)移自由基聚合誘導(dǎo)的自組裝合成的，其中肌紅蛋白合成兩親性嵌段共聚物，這些共聚物自組裝成膠束、蠕蟲狀膠束、多聚體和巨大的單層囊泡（GUV）等結(jié)構(gòu)。2)此外，當(dāng)加入氨基酸時，它們可以表達(dá)熒光蛋白和肌動蛋白等蛋白質(zhì)。肌動蛋白在囊泡中聚合，并通過創(chuàng)建內(nèi)部隔間來改變?nèi)斯ぜ?xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，生物催化原子轉(zhuǎn)移自由基聚合誘導(dǎo)的自組裝衍生的GUV可以模擬細(xì)菌，因?yàn)樗鼈冇晌⒂^反應(yīng)室組成，該反應(yīng)室包含蛋白質(zhì)表達(dá)的遺傳信息。
Andrea Belluati, et al. Artificial cell synthesis using biocatalytic polymerization-induced self-assembly. Nature Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41557-023-01391-yhttps://doi.org/10.1038/s41557-023-01391-y
5. Nature Synthesis：高價態(tài)Ru單原子電解水催化劑
通過可再生能源進(jìn)行電解水制備清潔氫氣能源，但是這種技術(shù)通常面臨著陽極OER反應(yīng)速率緩慢的問題。人們發(fā)現(xiàn)活性最高的單金屬OER電催化劑是高價態(tài)Ru，但是通常高價態(tài)Ru物種的穩(wěn)定性較低。有鑒于此，北京大學(xué)郭少軍等通過調(diào)節(jié)基底與單原子活性位點(diǎn)之間相互作用的強(qiáng)度，通過將Ru原子修飾在Ni磷化物空心球，發(fā)展了在電催化反應(yīng)過程中穩(wěn)定的高價態(tài)Ru物種。 1）合成了一系列多孔Ni磷化物空心球，命名為MNiPi PHSs，其中M=Fe, Co, Mn, Cu，隨后用于修飾單原子Ru，得到的單原子Ru催化劑命名為Ru SS MNiPi PHSs。2）通過XAS和DFT理論計算，驗(yàn)證說明催化劑具有本征穩(wěn)定性。此外發(fā)現(xiàn)催化劑的本征穩(wěn)定性來自可調(diào)控的Ru原子價態(tài)、配位數(shù)目、局部電子結(jié)構(gòu)。作者將這種策略得到穩(wěn)定高價態(tài)催化活性物種的普適性方法，而且提出了雙重火山圖描述高價態(tài)Ru單原子位點(diǎn)的優(yōu)異電催化活性。優(yōu)化的Ru SS/FeNiPi催化劑達(dá)到10 mA cm-2電流密度的OER和HER過電勢分別為204 mV和49 mV。將Ru SS/FeNiPi催化劑組裝到工業(yè)電解槽，發(fā)現(xiàn)在1.78 V達(dá)到2000 mA cm-2電流密度，同時Ru的擔(dān)載量僅為0.081 mg cm-2。這種催化活性是目前相關(guān)堿性電解性能的最好結(jié)果，比商業(yè)Pt//RuO2的性能高5.7倍。
Shi-Yu Lu, et al, Synthetic tuning stabilizes a high-valence Ru single site for efficient electrolysis, Nature Synthesis 2023DOI: 10.1038/s44160-023-00444-x https://www.nature.com/articles/s44160-023-00444-x
6. Nature Commun.：具有形狀記憶和按需藥物釋放性能的超持久無細(xì)胞生物活性水凝膠用于軟骨再生
骨關(guān)節(jié)炎是一種全球流行性疾病，給個人和醫(yī)療系統(tǒng)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。如何實(shí)現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎患者的軟骨再生仍是一項極具挑戰(zhàn)性的臨床難題。有鑒于此，西安交通大學(xué)成一龍研究員和楊宇軒博士通過聚合加成反應(yīng)構(gòu)建了一種負(fù)載單寧酸和Kartogenin的多氫鍵交聯(lián)水凝膠，其可作為促進(jìn)體內(nèi)軟骨再生的無細(xì)胞支架，具有超持久的力學(xué)性能和階段依賴性藥物釋放行為。1）研究發(fā)現(xiàn)，該水凝膠可以承受28000次負(fù)載-卸載的機(jī)械循環(huán)，并且能夠在體溫條件下表現(xiàn)出快速的(30 s)形狀記憶，具有用于微創(chuàng)手術(shù)的潛力。此外，該水凝膠還可以減輕炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)原位氧化應(yīng)激，以建立有利于愈合的微環(huán)境。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，連續(xù)釋放的單寧酸和Kartogenin可以促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞遷移到水凝膠支架中，進(jìn)而誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞分化，以在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)全層軟骨再生。綜上所述，該研究能夠?yàn)榻鉀Q軟骨再生問題提供一個有效的新方案。
Yuxuan Yang. et al. Ultra-durable cell-free bioactive hydrogel with fast shape memory and on-demand drug release for cartilage regeneration. Nature Communications. 2023https://www.nature.com/articles/s41467-023-43334-8
7. AM：激光激活的原位疫苗可增強(qiáng)癌癥免疫周期
癌癥的免疫反應(yīng)由一系列可調(diào)節(jié)的事件所組成。然而，目前的腫瘤免疫療法通常只針對于其中一個方面來增強(qiáng)抗腫瘤免疫。有鑒于此，南方醫(yī)科大學(xué)段曉品教授、鄒兆偉博士和肖計生教授開發(fā)了一種基于納米平臺(Fe3O4@IR820@CpG)的免疫治療策略。1）該策略能夠靶向癌癥免疫循環(huán)中的多個關(guān)鍵步驟：（1）除了通過光熱(PTT)和光動力療法(PDT)產(chǎn)生直接的殺傷作用外，該策略也能夠促進(jìn)腫瘤源性蛋白(TDP)的釋放，包括腫瘤相關(guān)抗原和促免疫刺激因子等；（2）該平臺能夠捕獲釋放的TDP，并將其與CpG(toll樣受體9激動劑)一起遞送到抗原提呈細(xì)胞(APCs)，促進(jìn)抗原提呈和T細(xì)胞活化；（3）該策略能夠與抗程序性死亡配體1抗體(α-PD-L1)相結(jié)合，顯著增強(qiáng)T細(xì)胞的腫瘤殺傷能力，進(jìn)而在結(jié)直腸癌、肝癌和乳腺癌等模型中產(chǎn)生卓越的抗腫瘤作用。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將Fe3O4@IR820@CpG和α-PD-L1相結(jié)合的策略能夠產(chǎn)生廣譜的抗腫瘤活性。綜上所述，該研究充分證明了全面地優(yōu)化抗腫瘤免疫周期是一種極具發(fā)展前景的臨床抗腫瘤策略。
Zhenyu Wang. et al. Laser-Activatable In Situ Vaccine Enhances Cancer-Immunity Cycle. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202307193https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307193
8. AM：空心多面體高熵氧化物全pH電催化OER
金屬高熵氧化物在許多反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異的性能，但是通常合成高熵金屬氧化物的前驅(qū)分子非常復(fù)雜，導(dǎo)致具有高比表面積和快速傳質(zhì)動力學(xué)能力的空心高熵氧化物的可控合成非常困難。有鑒于此，華南理工大學(xué)康雄武等報道通過MOF作為前驅(qū)材料，通過超細(xì)納米粒子組裝方式合成空心多面體高熵氧化物。1）通過離子交換方法的優(yōu)勢，合成的高熵金屬氧化物最高含有10種金屬元素。發(fā)現(xiàn)得到的ZnFeNiCuCoRu-O高熵氧化物具有優(yōu)異的全pH值OER電催化活性以及穩(wěn)定性。在堿性電解液達(dá)到10 mA cm-2電流密度的OER僅為170 mV，Tafel斜率為56 mV dec-1，30 h后在堿性電解液、酸性電解液、中性電解液的性能衰減僅為7 %、12 %、8 %。2）通過DFT理論計算，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)獨(dú)特的空心高熵氧化物的Ru-Fe橋位點(diǎn)的過電勢決定步驟能壘顯著降低。這項工作展示了離子交換方法對于制備高穩(wěn)定性和空心高熵氧化物的重要性，有助于實(shí)現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)移和存儲。
Kanghua Miao, et al, Hollow-structured and Polyhedron-Shaped High Entropy Oxide Towards Highly Active And Robust Oxygen Evolution Reaction in A Full Ph Range, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202308490https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.2023084909. AEM：增強(qiáng)鋅金屬陽極抵抗不可控副反應(yīng)和樹枝狀晶生長的水性鋅離子電池水性鋅離子電池（AZIB）由于其高能量密度、低成本和環(huán)境友好性，在電網(wǎng)規(guī)模的儲能應(yīng)用中受到了極大關(guān)注。然而，不受控制的鋅枝晶積累、H2氣體的產(chǎn)生以及水引發(fā)的副反應(yīng)導(dǎo)致不可避免的腐蝕仍然是AZIB商業(yè)化的主要障礙。為了克服這些問題，必須開發(fā)易于處理的策略，在鋅表面構(gòu)建多功能人工保護(hù)層（APL）。受硅酸鋅（Zn2SiO4）抑制HER和抗腐蝕性能的啟發(fā)，高麗大學(xué)Dong-Wan Kim、韓國科學(xué)技術(shù)研究院Seungho Yu設(shè)計了一種由Zn2SiO4-納米球和修飾表面改性碳納米管（CNT）組成的新型APL，以生產(chǎn)穩(wěn)定耐用的鋅陽極(C-ZSL@Zn)。 1) C-ZSL層同時改善了Zn2+的傳輸動力學(xué)和Zn2+的去溶劑化效應(yīng)，保持了電絕緣性能，并使Zn2+通量在Zn表面均勻化，從而實(shí)現(xiàn)了無腐蝕和無枝晶的Zn電鍍/剝離行為。2) 因此C-ZSL@Zn在對稱電池中實(shí)現(xiàn)了≈1600（在1 mA cm–2下）和≈1100 h（在≈51.24%的高放電深度下）的循環(huán)壽命，并具有超低的電壓滯后，以及提高了紐扣型和軟包型Zn||α-MnO2全電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
Jong Hyun Park, et al. Fortifying Zinc Metal Anodes against Uncontrollable Side-Reactions and Dendrite Growth for Practical Aqueous Zinc Ion Batteries: A Novel Composition of Anti-Corrosive and Zn2+ Regulating Artificial Protective Layer. Adv. Energy Mater. 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302493https://doi.org/10.1002/aenm.20230249310. AEM：用于快速穩(wěn)定儲存K離子的低溫碳化N/O/S-三摻雜硬質(zhì)碳硬質(zhì)碳是鉀離子電池（PIBs）的主要陽極材料之一，其以成本效益、天然豐度和高產(chǎn)率而聞名。然而，由于K離子的大離子半徑導(dǎo)致動力學(xué)緩慢，其在PIBs中的性能仍然較差。在此，在低熱解溫度下，廣東工業(yè)大學(xué)Sun Zhipeng開發(fā)了一種獨(dú)特的層狀N/O/S-三摻雜硬質(zhì)碳（NOHC）。1) NOHC具有優(yōu)異的速率性能，即使在5 A g?1時也能保持125 mAh g?1（其峰值的一半）的可逆比容量。此外，它具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，因?yàn)樗?.1A g?1下循環(huán)100次后仍能保持265 mAh g?1的比容量，在1 A g?1下循環(huán)1000次后保持210 mAh g–1。2) 此外，NOSHC在循環(huán)過程中通過鉀化/去鉀作用進(jìn)行連續(xù)活化。豐富的雜原子摻雜引入了過多的缺陷和空位，產(chǎn)生了豐富的活性位點(diǎn)。獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)具有最小的孔隙，其通過縮短擴(kuò)散長度來優(yōu)化K離子的傳輸。
Xiaoyi Lu, et al. Low-Temperature Carbonized N/O/S-Tri-Doped Hard Carbon for Fast and Stable K-Ions Storage. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303081https://doi.org/10.1002/aenm.202303081
