1. Nature Reviews Materials：單原子電催化劑中的共催化金屬-載體相互作用由于單原子催化劑（SAC）的每個活性原子都暴露在表面，導致催化活性金屬的最大利用率。近日，新南威爾士大學Richard D. Tilley綜述研究了單原子電催化劑中的共催化金屬-載體相互作用。1) 作者提出了共催化相互作用的概念，其中單原子和載體通過結合中間體來增強和改變反應機制，從而直接參與催化。首先，作者研究了單原子和載體在反應機理中的作用，并探索了提高催化性能的SAC設計。2) 然后，作者討論了生產SAC的合成目標和策略，其中包括實現催化劑-金屬-載體相互作用的共反應物、官能團或中間體結合。最后，作者展望了SAC研究的未來方向，以及共催化金屬-載體相互作用進一步提高電催化性能的機遇。
Lucy Gloag, et al. Co-catalytic metal–support interactions in single-atom electrocatalysts. Nature Reviews Materials 2024DOI: 10.1038/s41578-023-00633-2https://doi.org/10.1038/s41578-023-00633-22. Joule：通過原位形成具有內置互穿網絡的p-i-n結構實現19.4%的有機太陽能電池逐層（LBL）方法可以獲得更好的垂直微觀結構，然而，其仍然缺乏對垂直組成和分子組織的精確控制。在此，香港理工大學Li Gang、加利福尼亞大學Yang Yang通過原位形成具有內置互穿網絡的p-i-n結構實現19.4%的有機太陽能電池。1) 這種具有內置互穿網絡的結構減輕了陷阱密度狀態和能量損失，并改善了空穴轉移動力學，從而平衡了電荷傳輸和最大化了開路電壓（VOC）、短路電流密度（JSC）和填充因子（FF）。因此，作者實現了功率轉換效率（PCE）為19.41%（經認證為19.0%）的高效GPT-LBL有機太陽能電池（OSC）。2) 此外，含有GPT-LBL OSCs的大面積（1.03cm2）器件在露天刀片涂層中具有17.52%的PCE。p-i-n結構將對器件工程和光物理性質產生了重要影響，并為實現高效、穩定和可擴展的OSC提供了一種有效方法。
Ying Zhang, et al. Achieving 19.4% organic solar cell via an in situ formation of p-i-n structure with built-in interpenetrating network. Joule 2024 DOI: 10.1016/j.joule.2023.12.009https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.12.0093. Chem：環糊精金屬有機骨架中的位點選擇性C–H功能化限制是選擇性酶反應中的一個統一元素，但很少用于控制人工受體中碳-氫（C–H）鍵功能化的位點選擇性。在此，美國西北大學J. Fraser Stoddart、安徽大學Shen Dengke、美國德克薩斯大學格蘭德谷分校Chen Haoyuan，香港大學Aspen X.-Y. Chen報道了環糊精金屬有機骨架中的位點選擇性C–H功能化。1) 通過在含有γ-環糊精的金屬有機骨架（CD-MOF-1）中照射2-苯甲酰基苯甲酸酯，致使γ-環環糊精（γ-CD）中D-吡喃葡萄糖基殘基上的七個C（sp3）-H鍵中的一個被選擇性官能化。產物的1H NMR光譜和X射線晶體學都證實，功能化選擇性地發生在D-吡喃葡萄糖基殘基C6位置上的兩個C（sp3）–H鍵中的一個上。2) 如X射線晶體學所揭示的，CD-MOF-1中2-苯甲酰基苯甲酸酯在（γ-CD）2隧道內排列，排除了γ-CD環外表面的C–H功能化。理論計算表明，與C3和C5相比，CD-MOF-1中與C6官能化（γ-CD）2隧道相關的空間位阻較小，導致其具有位點選擇性。
Aspen X.-Y. Chen, et al. Site-selective C–H functionalization in a cyclodextrin metal-organic framework. Chem 2024DOI: 10.1016/j.chempr.2023.08.028https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.08.0284. Chem：用于能量收集的壓電有機籠狀鹽的設計利用有機壓電材料進行有效的機械能到電能轉換已受到人們的廣泛關注，然而，有機晶體在中心對稱空間群中結晶的固有趨勢對實現其壓電性能構成了重大障礙。近日，上海科技大學Jiang Shan、南開大學Li Wei報道了用于能量收集的壓電有機籠狀鹽的設計。 1) 作者提出了一種有效的合成策略來設計基于多孔有機籠（POCs）的非中心對稱晶體結構。通過采用合成后修飾和陰離子調節策略，作者成功合成了一系列非中心對稱的POCs，并展示了它們在壓電能量收集中的潛在應用。2) 在這些材料中，RCC3-SO4在結合到能量收集裝置中時表現出優異的性能，并可提供高達5.4 V的開路電壓和高達0.8μa的短路電流。該發現使該領域向前邁出了重要一步，并為有機壓電材料的進一步發展及其在能量收集系統中的實際應用鋪平了道路。
Yang-zhi Ye, et al. Design of piezoelectric organic cage salts for energy harvesting. Chem 2024DOI: 10.1016/j.chempr.2023.12.006https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.12.0065. PNAS：碳酸鹽超結構固體燃料電池的熱光催化陽極工藝在中等溫度（450至550°C）下，通過燃料電池將碳氫化合物和溫室氣體（即二氧化碳、CO2）直接轉化為電能仍然是一個重大挑戰，主要是由于C–H和C=O鍵的緩慢活化動力學。近日，密歇根理工大學Yun Hang Hu報道了碳酸鹽超結構固體燃料電池中的熱光催化陽極工藝。1) 作者將光照引入陽極中參與乙烷的熱催化CO2重整，并將其作為碳酸鹽超結構固體燃料電池的獨特熱光陽極過程。光增強的燃料活化產生了優異的電池性能，其在550°C的中間溫度下具有高達168 mW cm?2的峰值功率密度。2) 此外，作者在約50小時的操作過程中未觀察到降解。這種將光能集成到燃料電池系統中的策略為高效燃料電池的發展提供了新方向。
Hanrui Su and Yun Hang Hu. Thermo-photo catalytic anode process for carbonate-superstructured solid fuel cells. PNAS 2024DOI: 10.1073/pnas.2314996121https://doi.org/10.1073/pnas.23149961216. EES：解鎖硬碳局部結構以掌握先進鈉離子電池的鈉離子擴散行為弄清硬碳的微觀結構對于揭示其儲鈉機理和研制高性能鈉離子電池用硬碳負極具有重要意義。目前，雖然已經提出了各種用于硬碳模型的鈉儲存機制，但它們仍然存在爭議。此外，無法很好地解釋放電過程中Na+擴散系數令人費解和反常的變化。受非晶態合金的啟發，北京理工大學Ying Bai，Chuan Wu，Yu Li提出并確定了與石墨微晶結構密切相關的非晶態結構與石墨微晶交界處的彌散區。1）特殊的分散區在鈉離子擴散過程中起到緩沖作用，并提供了令人滿意的存儲容量。因此，在設計硬質炭時，應考慮合成條件對分散區局部結構的影響。2）研究人員通過對有機分子的篩選，精確合成了一種特殊的硬質炭石墨微晶結構，揭示了石墨微晶結構參數之間的制約關系。3）這項工作對于解決當前關于鈉儲存機制的爭論，弄清鈉離子在硬碳低電壓區間(<0.1V)擴散的異常現象具有重要的意義。
Xin Feng, et al, Unlocking the Local Structure of Hard Carbon to Grasp Sodiumion Diffusion Behavior for Advanced Sodium-ion Battery, Energy Environ. Sci., 2024https://doi.org/10.1039/D3EE03347C7. EES：質子轉移介體將生物質電氧化的電流密度提高到安培級缺乏能夠同時獲得高電流密度和法拉第效率的催化劑，這對生物基醇和乙醛電氧化的廣泛實施構成了巨大的障礙。為了解決動力學挑戰，中國人民大學Tiancheng Mu，北京林業大學Zhimin Xue提出了一種轉移介體策略，以加速生物基醇和醛在Ni(OH)2表面脫氫過程中的質子耦合電子轉移。 1）以5-羥甲基呋喃(HMF)為例，通過密度泛函理論計算，通過DFT計算，磷酸鹽嵌入在Ni(OH)2上可以延長HMF分子上的O-H鍵，促進其斷裂。結合Ru對Ni(OH)2的帶隙修飾，HMF脫氫過程的能壘在理論上大大降低。2）實驗表明，PO4/Ru-Ni(OH)2/nF的催化性能遠高于Ni(OH)2/nF，在1.45V的電位下，電流密度可達1000 mA cm-2以上，FDCA的選擇性(98%)和法拉第效率(97%)均較高。3）表征和原位實驗表明，Ru對PO4/Ru-Ni(OH)2/Nf表面的帶隙有調制作用，加速了質子耦合電子轉移過程，與理論計算一致。本工作提出了改善電化學性能的原創性概念，并進行了實驗驗證，為今后科學設計生物基醇和乙醛電氧化催化劑提供了新的思路。
Zhaohui Yang, et al, Proton Transfer Mediator Boosting the Current Density of Biomass Electrooxidation to Ampere-Level, Energy Environ. Sci., 2024https://doi.org/10.1039/D3EE04543A8. Angew：納米顆粒穩定碳分子篩膜熱解中高于 Tg 的退火優勢可改善氣體分離納米粒子可以抑制熱解過程中不對稱前驅體支撐的塌陷，從而產生碳分子篩（CMS）膜。這一進步可以消除標準溶膠-凝膠支撐穩定步驟。近日，佐治亞理工學院William J. Koros報道了兩種不同的聚酰亞胺聚合物被認為是制造含納米顆粒填料的復合前體纖維膜的護套。1）由于納米顆粒填料的抗塌陷特性，這種原始膜的缺陷得以減輕，從而能夠創建高性能 CMS。2）使用 DETDA/TMC 雜交有效密封前體膜中的缺陷，得到高性能 CMS 膜。基于 Matrimid? 的護套似乎更容易用于提供高性能 CMS 膜，因為在玻璃-橡膠轉變過程中可能可以消除缺陷。3）該方法表明，如果在熱解之前應用DETDA/TMC雜化后處理，則無需紡絲包含前體的無缺陷復合納米顆粒填料。這里討論的組合方法大大降低了旋轉難度，并在納米顆粒填料的幫助下提供了 CMS 抗塌陷技術。
Yuhe Cao, et al, Above-Tg Annealing Benefits in Nanoparticle-Stabilized Carbon Molecular Sieve Membrane Pyrolysis for Improved Gas Separation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202317864DOI: 10.1002/anie.202317864https://doi.org/10.1002/anie.2023178649. AM：通過擊穿前傳導探測介電聚合物的電子能帶結構電子能帶結構，尤其是導帶尾部的缺陷態，在極高電場下支配著介電材料的電子傳輸和電退化，并且探測這種狀態的能力為新材料的更好設計提供了對介電擊穿機制的洞察。然而，由于在檢測到極高電場的電傳導(即預擊穿)方面的實驗挑戰，控制電介質中電荷傳輸的電子能帶結構幾乎沒有得到很好的研究。康涅狄格大學Chao Wu等通過一種新的原位預擊穿電導測量方法，結合空間電荷限制電流光譜分析，探索了聚合物介電薄膜的電子能帶結構。1）根據聚合物電介質中特定的形態無序，在導帶尾部觀察到具有不同陷阱能級的缺陷態的指數分布，并且實驗的缺陷態也顯示出與密度泛函理論計算的態密度的良好一致性。2）這項工作中展示的方法將分子結構決定的電子能帶結構和宏觀導電行為聯系起來，提供了對控制電擊穿的材料特性的高度改進的理解，并為指導現有材料的改性和探索用于高電場應用的新材料鋪平了道路。
Z. Li, et al, Probing Electronic Band Structures of Dielectric Polymers via Pre-Breakdown Conduction. Adv. Mater. 2024, 2310497.DOI: 10.1002/adma.202310497https://doi.org/10.1002/adma.20231049710. ACS Nano：富鋰正極材料巖鹽氧化物的結構設計原理過量鋰氧化物正極由于其積累的陽離子和陰離子氧化還原活性而具有高容量，因此受到越來越多的關注。然而，過量鋰的層狀氧化物由于不可逆相變而導致容量和電壓衰減，而陽離子無序正極也存在循環穩定性和倍率性能差的問題。具有層狀無序共存納米結構的巖鹽氧化物可以結合兩種相的優點，例如過量鋰氧化物固有的高容量、層狀相良好的倍率性能以及共生無序相帶來的結構穩定性。近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所Wujie Qiu，Jianjun Liu通過將過量鋰正極材料中的陽離子占據無序程度與離子半徑和電子構型相關聯，開發了一種描述符，使得預測層狀、無序和共存結構成為可能。1）為了驗證該描述符的準確性，通過合理設計合成了一系列Li1.2Ni0.4Mn0.4?aNbaO2 (0 < a < 0.4)化合物，分別產生了層狀、無序和層狀無序共存的三種不同結構。預測結果與實驗結果一致，證明了描述符的可靠性。2）具有層狀無序共存結構的Li1.2Ni0.4Mn0.2Nb0.2O2材料表現出312 mAh g?1的高容量。多種表征技術（XRD、TEM、EDS、XPS等）結合第一性原理計算揭示了其循環過程中的結構演化、氧化還原反應行為和鋰離子遷移動力學等。結果表明，Li1.2Ni0.4Mn0.2Nb0.2O2陰極與單獨的層狀和無序結構相比，具有層狀無序共存納米結構的具有更好的結構穩定性和倍率性能。成分預測結構的設計原理為過量鋰正極材料的可控設計和制備提供了有價值的策略。
Qinwen Cui, et al, Structural Design Principle of Rocksalt Oxides for Li-Excess Cathode Materials, ACS Nano, 2024DOI: 10.1021/acsnano.3c10193https://doi.org/10.1021/acsnano.3c10193
11. ACS Nano綜述：通過納米技術重編程代謝以增強腫瘤免疫治療
國家納米科學中心劉穎研究員對通過納米技術重編程代謝以增強腫瘤免疫治療的相關研究進行了綜述。1）突變負荷、乏氧和免疫編輯均會導致腫瘤細胞的代謝譜發生改變，從而形成以毒性代謝物蓄積和多種營養物質耗竭為特征的腫瘤微環境(TME)，并通過多種機制顯著影響抗腫瘤免疫，阻礙腫瘤免疫治療的療效。深入研究這些現象的機制對于開發有效的抗腫瘤藥物和治療方法而言至關重要。目前，靶向代謝的藥物的治療效果仍會受到對效應免疫細胞的脫靶毒性和高劑量介導的副作用等問題的限制。納米技術在靶向藥物遞送和代謝調控等方面表現出了重要的多功能性和可塑性，已被廣泛應用于包括靶向代謝通路在內的多種策略，以增強腫瘤免疫代謝治療。2）作者在文中綜述了腫瘤細胞代謝在免疫逃避和免疫抑制中的作用，并討論了基于納米技術的代謝重編程策略在增強腫瘤免疫治療等方面的最新應用進展和未來發展前景。
Yangkai Zhou. et al. Nanotechnology Reprogramming Metabolism for Enhanced Tumor Immunotherapy. ACS Nano. 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c11260https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c11260
