1. Nature Catalysis：電催化-熱催化串聯將CO2轉化為碳纖維 將CO2轉化為高附加值并且能夠長期存儲的碳纖維等固態碳材料有助于實現整體負碳排放，但是如何直接將CO2轉化為碳纖維材料面臨著熱力學局限，而且電催化轉化通常更容易生成無定形碳材料而且產量比較低，或者需要非常高的能源（>720 ℃）。有鑒于此，哥倫比亞大學陳經廣、布魯克海文國家實驗室Ping Liu等報道電催化-熱催化串聯催化體系通過CO2合成碳纖維材料。1）這種熱催化-電催化串聯催化體系能夠通過CO2和H2O進行電催化生成合成氣，并且能夠在溫和的條件（370-450 ℃, 1 atm）進行熱催化，從而克服熱力學的局限性，實現2.5 gcarbon gmetal-1 h-1的碳纖維產量。2）FeCo合金和金屬Co能夠增強合成氣的分子活化，并且有助于生成C-C化學鍵。這種串聯催化體系為利用可再生能源進行脫碳并且轉化為高附加值固態碳材料提供更多可能，而且同時能夠生成可再生氫能。
Xie, Z., Huang, E., Garg, S. et al. CO2 fixation into carbon nanofibres using electrochemical–thermochemical tandem catalysis. Nat Catal (2024)DOI: 10.1038/s41929-023-01085-1https://www.nature.com/articles/s41929-023-01085-12. Nature Chemistry：表面分層決定了簡單電解質溶液的界面水結構離子在空氣/水界面的分布在許多自然過程中起著決定性的作用。一些研究報告稱，較大的離子往往具有表面活性，這意味著離子位于水表面的頂部，從而感應出決定界面水結構的電場。英國劍橋大學Yair Litman和德國馬克斯·普朗克高分子研究所Mischa Bonn等通過將表面特定的外差探測振動和頻產生與神經網絡輔助的從頭分子動力學模擬相結合來挑戰這一觀點。1）作者的結果表明，典型電解質溶液中的離子實際上位于地下區域，導致這些界面分層為兩個不同的水層。最外層表面是貧離子的，次表層是富離子的。這種表面分層是解釋最外層空氣/水界面離子誘導水重組的關鍵因素。2）這種描述對大多數典型電解質溶液的界面結構提供了更準確的理解，強調了離子表面傾向的傳統分類“表面富集”或“表面耗盡”只是更廣泛行為范圍內的兩種限制情況。
Litman, Y., Chiang, KY., Seki, T. et al. Surface stratification determines the interfacial water structure of simple electrolyte solutions. Nat. Chem. (2024).DOI: 10.1038/s41557-023-01416-6https://doi.org/10.1038/s41557-023-01416-63. Nature Nanotechnology：氮空位自旋系統中的三階奇異線奇異點（EP）是非埃爾米特系統中的奇點，而與二階EP相比，高階EP具有更豐富的拓撲特性和更好的傳感性能。高階EP具有更豐富的非埃爾米特拓撲相，例如完全由高階EP形成的線或環。然而，由于在哈密頓參數空間中需要更多的自由度或更高水平的對稱性，高階EP的實驗探索仍極具挑戰性。在此，中國科學技術大學Du Jiangfeng、Rong Xing觀察到原子尺度系統中的一條三階奇異線。 1) 作者在金剛石中使用氮空位自旋，并在用該系統實現的非埃爾米特哈密頓量中引入多重對稱性。此外，作者還證明了對稱性在高階EP發生中起著至關重要的作用。2) 此外，該方法可以進一步用于探索原子尺度上與高階EP相關的拓撲物理性質，并能促進高階EP在量子技術中的應用。
Yang Wu, et al. Third-order exceptional line in a nitrogen-vacancy spin system. Nature Nanotechnology 2024DOI: 10.1038/s41565-023-01583-0https://doi.org/10.1038/s41565-023-01583-04. Nature Commun.：具有固有手性的[60]富勒烯共軛物的合成 [60]富勒烯的聚結可能產生具有非天然拓撲結構的假想納米碳組件。自從1985年發現[60]富勒烯以來，在高電子加速電壓下的寡聚化過程中，通過透射電子顯微鏡僅觀察到聚結的[60]富勒烯寡聚體為瞬時物種。日本京都大學Yasujiro Murata和Yoshifumi Hashikawa等展示了由固有手性開-[60]富勒烯組成的共價組裝體的合理合成。1）結晶學分析揭示了非共軛和共軛間[60]富勒烯雜化物的雙籠結構，其中兩個[60]富勒烯籠通過共價鍵相互結合。前者通過異手性識別進一步組裝，使得四個碳籠在溶液和固體狀態下都以四面體的方式排列。2）反映了徑向共軛的雙π表面性質，內[60]富勒烯共軛物在其還原態下表現出強烈的電子通訊、強烈的吸收行為和手性活性，不對稱因子為0.21(在674 nm下)，這打破了已知手性有機分子的記錄。
Hashikawa, Y., Okamoto, S. & Murata, Y. Synthesis of inter-[60]fullerene conjugates with inherent chirality. Nat Commun 15, 514 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-44834-x https://doi.org/10.1038/s41467-024-44834-x
5. JACS：氟化的BODIPY基鋯金屬有機框架用于實現體內增強型光動力治療
光動力療法(PDT)是一種新興的非侵入性腫瘤治療手段，其療效在很大程度上依賴于有效的光敏劑(PSs)和充足的氧氣供應。然而，在乏氧的微環境中，PSs的溶解度差、易聚集以及PDT過程中實體腫瘤內的氧氣消耗等問題都會嚴重影響PSs的治療效果。盡管基于PS的金屬有機框架(MOFs)具有重要的應用潛力，但如何解決乏氧問題仍然具有很大的挑戰性。氟硼二吡咯(BODIPY)是一種具有良好的光穩定性的發色團，已被用于PDT和生物成像。然而，在惡劣的MOF合成條件下，BODIPY有限的化學穩定性仍會限制其實際應用的性能。有鑒于此，劍橋大學David Fairen-Jimenez和里斯本新大學Joao? Conde構建了首個Zr基MOF（69-L2），其完全由BODIPY衍生的配體通過單晶到單晶的合成后交換構建而成，而無需使用直接的溶劑熱法。1）為了提高其在乏氧條件下的光動力性能，實驗利用氟化磷酸鹽功能化的甲氧基聚(乙二醇)對69-L2進行修飾。由此制備的69-L2@F能夠作為氧氣載體以改善腫瘤氧合，并且可以同時作為PS以在LED照射下產生活性氧(ROS)。研究發現，69-L2@F能夠在常氧和乏氧條件下對三陰性乳腺癌細胞MDA-MB-231表現出增強的光動力殺傷作用。2）在獲得陽性結果后，研究者使用水凝膠評估了69-L2@F的體內活性，證明了其能夠在三陰性乳腺癌小鼠模型中進行局部治療，并且僅在2天內即可產生顯著的抗腫瘤療效。綜上所述，該研究構建的BODIPY基Zr-MOFs能夠在體內實現乏氧緩解和PDT療效的最大化，有望為設計MOF基PSs以用于乏氧腫瘤的PDT提供新的見解。
Xu Chen. et al. A Fluorinated BODIPY-Based Zirconium Metal?Organic Framework for In Vivo Enhanced Photodynamic Therapy. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c12416https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c124166. Chem：烯丙醇與CO2的可切換二羧化或三羧化用CO2進行羧化已成為合成有價值羧酸及其衍生物的一種有效策略。盡管在用CO2進行單羧化方面已經取得了重大進展，但用至少兩個CO2分子進行多羧化仍極具挑戰性。在此，四川大學Yu Dagang、Ye Jianheng報道了烯丙醇與CO2在溫和條件下由可見光驅動的可切換二羧酸或三羧酸化。1) 作者通過稍微改變反應條件便可以以高的化學選擇性和區域選擇性形成各種二羧酸和三羧酸結構。該方案還具有良好的官能團耐受性、廣泛的底物范圍。2) 此外，作者還發現其產物易于衍生為發光和生物材料中的功能材料，這突出了其在有機合成、材料和制藥行業中的巨大應用前景。機理研究揭示了這種可切換反應中的相同中間體和不同反應途徑。
Bo Yu, et al. Switchable divergent di- or tricarboxylation of allylic alcohols with CO2. Chem 2024DOI: 10.1016/j.chempr.2023.12.005https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.12.005 7. AM：由超吸濕復合氣凝膠實現的寬相對濕度范圍內的自主大氣水分收集基于吸附的大氣水收集(SAWH)為解決全球淡水短缺提供了一個可持續的戰略。然而，獲得在寬相對濕度(RH)范圍內具有優異性能的吸附劑和具有完全自主產水的裝置仍然具有挑戰性。新加坡國立大學Swee Ching Tan等創新性地將氯化鎂(MgCl2)轉化為超吸濕鎂絡合物(MC)，可以有效地解決鹽的潮解和結塊問題。1）將MC與由海藻酸鈉和碳納米管組成的光熱氣凝膠(SA/CNTs)結合形成復合氣凝膠，該復合氣凝膠在寬的相對濕度范圍內顯示高吸水性，在相對濕度為95%和20%時分別達到5.43和0.27 kg kg-1。分級多孔結構使得如此制備的SA/CNTs/MC表現出快速的吸附/脫附動力學，在70% RH下每天12次循環，相當于10.0 L kg-1 day-1的產水量。為了進一步實現連續和實用的淡水生產，設計并構建了一個完全太陽能驅動的自主式大氣水發生器(AWG),它具有兩個基于SA/CNTs/MC的吸收層，可以交替進行水的吸收/解吸過程，而不消耗任何其他能量。2）作者的設計為實現自主、高性能和可擴展的SAWH提供了一種有前途的方法。
X. Zhang, et al, Autonomous Atmospheric Water Harvesting over a Wide Rh Range Enabled by Super Hygroscopic Composite Aerogels. Adv. Mater. 2024, 2310219.DOI: 10.1002/adma.202310219https://doi.org/10.1002/adma.202310219空氣耦合超聲波檢測(ACU)是無損檢測(NDT)領域的一項開創性技術。雖然接觸測試和流體浸沒測試是許多應用中的標準方法，但ACU的采用進展緩慢，尤其是在低超聲頻率范圍內。這種發展的一個主要原因是難以用足夠堅固的設備產生高振幅超聲波脈沖，以在實驗室環境之外應用。德國Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung（BAM）Benjamin Bühling等介紹了射流超聲換能器作為這一挑戰的解決方案。 1）這種新型的氣動聲源利用雙穩態射流開關中聲波射流的流動不穩定性產生高達60 kHz的超聲脈沖，平均峰值壓力為320 Pa。堅固的設計允許在不利的環境下運行，不受工作流體的影響。對四種材料進行了非接觸透射實驗，并與常規傳感器的結果進行了比較。2）本文表明這種新型射流超聲換能器為無損檢測任務提供了合適的聲學信號，并具有在工業應用中進一步實施ACU的潛力。
B. Bühling, S. Maack, C. Strangfeld, Fluidic Ultrasound Generation for Non-Destructive Testing. Adv. Mater. 2024, 2311724.DOI: 10.1002/adma.202311724https://doi.org/10.1002/adma.2023117249. AEM：用于高容量鋁電池的具有增強的電化學穩定性的固體聚合物電解質 氯鋁酸鹽離子液體由于其在室溫下可逆電沉積鋁的能力而在可充電的鋁電池中常用作電解質。目前，這些離子液體有限的電化學穩定性、腐蝕性和濕度敏感性阻礙了鋁電池的發展。南安普頓大學Theresa Schoetz等開發了一種基于1-乙基-3-甲基咪唑氯化物-氯化鋁、聚氧化乙烯和煅制二氧化硅的固體聚合物電解質，表現出比離子液體更高的電化學穩定性，同時保持約13 mS cm-1的高離子電導率。1）在鋁-石墨電池中，固體聚合物電解質能夠充電至2.8 V，在66mA g?1時達到194mA h g?1的最大比容量。在2.7 V下長期循環顯示在360mA g?1下可逆容量為123mA h g?1，1000次循環后庫侖效率為98.4%。固態核磁共振光譜測量揭示了交聯聚合物網絡的五配位鋁物種的形成，以使得固體電解質中能夠有高的離子液體負載。2）這項研究為具有擴展電位極限的高容量鋁電池的聚合物電解質的分子水平設計和理解提供了新的見解。O. M. Leung, et al, Solid Polymer Electrolytes with Enhanced Electrochemical Stability for High-Capacity Aluminum Batteries. Adv. Energy Mater. 2024, 2303285.DOI: 10.1002/aenm.202303285https://doi.org/10.1002/aenm.20230328510. ACS Nano：導電彈性體中微觀電導率和變形的同時可視化導電彈性體因其獨特的機械和電學性能而在許多領域有廣泛的應用前景，了解這類材料在變形下的導電機理至關重要。然而，揭示導電彈性體的微觀導電機理是一個挑戰。東京工業大學Xiaobin Liang和Ken Nakajima等開發了一種結合原位變形納米機械原子力顯微鏡（AFM）和導電AFM的方法，成功地同時表征了納米填料復合導電彈性體的微觀變形和微觀電導率。1）通過這種方法，作者在納米尺度上可視化了炭黑和碳納米管復合導電彈性體的導電網絡結構，跟蹤了它們在不同壓縮應變下的微觀響應，并揭示了微觀和宏觀電學性質之間的相關性。2）該技術對于理解導電彈性體的導電機理和改進導電彈性體的設計具有重要意義。
Xiaobin Liang, et al. Simultaneous Visualization of Microscopic Conductivity and Deformation in Conductive Elastomers. ACS Nano 2024,DOI: 10.1021/acsnano.3c10584https://doi.org/10.1021/acsnano.3c10584
