1. Chem. Rev.：納米結構金屬材料的相工程
納米結構金屬材料的相工程在開發具有先進功能材料方面極具應用潛力。近日，香港城市大學Lu Jian綜述研究了納米結構金屬材料的相工程。
本文要點：
1) 作者全面概述了異質納米相工程及納米相形成原理，包括超納米雙相材料、納米沉淀和納米孿晶增強材料。作者首先回顧了超納米雙相結構形成的熱力學和動力學原理，然后討論了結構金屬材料的變形機制以及電催化電子結構的優化。
2)作者分析了具有致密納米沉淀或納米孿晶結構特征的金屬材料起源、分類以及功能特性。最后，作者總結了該領域的一些研究挑戰，并介紹了相工程在下一代先進金屬材料設計中的重要意義。
Jialun Gu, et al. Phase Engineering of Nanostructural Metallic Materials: Classification, Structures, and Applications. Chem. Rev. 2024
DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00514
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00514
2. Nature Chemistry：單原子合金催化劑上吸附質結合的十電子計數規則
單原子合金最近成為高活性和高選擇性的合金催化劑。與純金屬不同，單原子合金擺脫了近三十年前為預測催化性能而開發的成熟概念框架。盡管這為探索迄今為止無法實現的化學提供了機會，但這讓我們沒有一個簡單的指南來設計能夠催化目標反應的單原子合金。基于數千次密度泛函理論計算，倫敦大學學院Romain Réocreux等揭示了單原子合金表面摻雜劑原子（通常是活性位點）上吸附物結合的10電子計數規則。
本文要點：
1）一個簡單的分子軌道方法使這一規則和吸附質-摻雜劑相互作用的性質合理化。此外，作者的直觀模型可以加速單原子合金催化劑的合理設計。事實上，作者說明了電子計數規則提供的獨特見解如何幫助確定工業相關氫化反應中最有前途的摻雜劑，從而將潛在材料的數量減少一個數量級以上。
2）該規則為實驗者和理論家提供了有見地的指導，用于設計具有工業意義的目標反應的單原子合金催化劑。
Schumann, J., Stamatakis, M., Michaelides, A. et al. Ten-electron count rule for the binding of adsorbates on single-atom alloy catalysts. Nat. Chem. (2024).
DOI: 10.1038/s41557-023-01424-6
https://doi.org/10.1038/s41557-023-01424-6
3. Nature Commun.：具有固有長期圖像記憶的小型化光譜儀
小型化光譜儀在便攜式光電子學和可穿戴傳感器方面具有巨大的應用潛力。然而，當前的小型化策略依賴于馮諾依曼架構，該架構在空間上分離光譜感測、存儲和處理模塊，由于存儲墻問題導致高能耗和有限的處理速度。北京理工大學Han-Chun Wu等介紹了一種小型化光譜儀，該光譜儀利用單個SnS2/ReSe2范德華異質結構，提供光電探測、光譜重建、光譜成像、長期圖像存儲和信號處理能力。
本文要點：
1）作者發現界面陷阱態會引起門可調和波長相關的光閘效應和非易失性光電記憶效應。作者的方法實現了19微米的覆蓋區、400至800納米的帶寬、5納米的光譜分辨率和大于104秒的長期圖像記憶。
2）作者的單探測器計算光譜儀代表了一條超越馮諾依曼架構的道路。
Wu, G., Abid, M., Zerara, M. et al. Miniaturized spectrometer with intrinsic long-term image memory. Nat Commun 15, 676 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-44884-1
https://doi.org/10.1038/s41467-024-44884-1
4. Nature Commun.：反鐵磁斯格明子晶格上SU（3）通量引起的磁振子熱霍爾效應
物質量子相的復雜性通常通過使用規范結構從理論上理解，正如和U（1）規范理論對受抑磁體中自旋液體的描述所承認的那樣。導電電子的異常霍爾效應本質上可能來自表示鐵磁矩空間調制的U（1）規范或表示自旋軌道耦合效應的安蘇（2）規范。類似地，在絕緣鐵和反鐵磁體中，磁振子對反常輸運的貢獻可以用有序磁結構中存在的U（1）和SU（2）通量來解釋。慕尼黑工業大學Masataka Kawano和東京大學Hikaru Takeda等報告了MnSc2S4在高達14 T的應用場中的熱霍爾測量。
本文要點：
1）作者認為這是一個突發的高階SU（3）通量，控制著磁振子輸運。當材料進入三亞晶格反鐵磁性skyrmion相時，熱霍爾系數取一個相當大的值，這與線性自旋波理論一致。
2）在作者的描述中，磁振子被SU（3）規范場包裹著，這是三種U（1）規范場的混合，它們源于這些子晶格上緩慢變化的磁矩。
Takeda, H., Kawano, M., Tamura, K. et al. Magnon thermal Hall effect via emergent SU(3) flux on the antiferromagnetic skyrmion lattice. Nat Commun 15, 566 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-44793-3
https://doi.org/10.1038/s41467-024-44793-3
5. Nature Commun：酞菁鈷COF電催化合成H2O2
由于H2O2具有易分解的特點，因此發展穩定的工業級電催化合成H2O2面臨著非常大的困難和挑戰。有鑒于此，北京科技大學姜建壯、王康、中科院高能物理所劉云鵬等通過十六氟酞菁鈷和1,2,4,5-四巰基苯作為原料，合成二噻（dithiine）作為連接基團的酞菁鈷COF材料（CoPc-S-COF），在電催化制備H2O2的反應中表現優異的催化反應速率和選擇性。
本文要點：
1）由于硫原子具有更大的原子半徑以及C-S-C結構具有兩對孤對電子，因此堆疊的過程中形成波浪起伏的層狀結構。通過一系列實驗表征和理論計算，說明CoPc-S-COF上的Co原子位點具有非常高的電子密度。
2）形成的起伏層狀結構使得暴露更多的Co原子位點，增強COF的催化反應性能，硫原子的電子效應能夠引發2e- ORR反應，而且硫原子效應影響Co催化活性中心催化分解H2O2的副反應。因此，CoPc-S-COF在電催化制備H2O2的過程中表現優異的性能，產物中H2O2的選擇性>95 %，在0.67 V過電勢的電流密度達到125 mA cm-2，在流動相電解槽測試時，能夠進行穩定的20 h電催化合成濃度為0.48 wt %的H2O2，性能達到相關報道COF電催化合成H2O2的最好結果。
Zhi, Q., Jiang, R., Yang, X. et al. Dithiine-linked metalphthalocyanine framework with undulated layers for highly efficient and stable H2O2 electroproduction. Nat Commun 15, 678 (2024)
DOI: 10.1038/s41467-024-44899-8
https://www.nature.com/articles/s41467-024-44899-8
6. JACS：Fe-TCNQ擔載于石墨烯或Au(111)基底產生導致不同性質
2D MOF材料的性能與金屬原子位點的局部環境密切相關，其詳細的原子結構最好通過擔載于明確結構的MOF基底確定，但是通常MOF與基底之間的相互作用影響MOF材料的性質。有鑒于此，布爾諾理工大學Zdeněk Jakub等將Fe-TCNQ 2D MOF修飾在石墨烯和Au(111)兩種弱相互作用基底上，并且考察這種效應的影響作用，發現擔載不同的基底上導致Fe-TCNQ分子的性質產生區別。
本文要點：
1）通過研究發現在石墨烯基底的Fe-TCNQ的Fe原子呈非平面結構，而是形成類似四面體結構。在Au(111)基底表面的Fe-TCNQ分子由于具有較強的vdW相互作用而更傾向于平面結構。由于擔載于不同基底導致物理結構和電子結構的區別，因此2D MOF表現截然不同的性質。
2）在石墨烯或Au(111)兩種基底上的Fe原子dz2軌道能量區別達到1.4 eV，這導致Fe-TCNQ分子的化學性質產生顯著區別，通過考察TCNQ分子擔載于不同基底上的實驗，進一步驗證這種基底對分子性質的影響作用。
本文研究結果說明金屬基底作為基底具有一定的局限性，而且說明石墨烯作為基底能夠保證MOF的本征性質特點。
Zdeněk Jakub, et al, How the Support Defines Properties of 2D Metal–Organic Frameworks: Fe-TCNQ on Graphene versus Au(111), J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.3c13212
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13212
7. AM：遇水生長的可印刷液態金屬泡沫
含有液態金屬作為連續相（LMFs）的糊狀物和“泡沫”具有金屬特性，同時表現出糊狀物或油灰狀流變行為。這些特性使LMF能夠通過在室溫下進行的工藝（如印刷）形成柔軟且可拉伸的電導體和熱導體。北卡羅來納州立大學Michael D. Dickey等將少量的水（低至1wt%）混合到這種LMFs中，通過利用已知的釋放氫氣和產生氧化物的反應產生大量泡沫。
本文要點：
1）最終的結構可以是其原始體積的4-5倍，并具有多孔性、導電性和對環境條件的響應性等令人著迷的綜合屬性。這種擴展可用于一種4D印刷，其中圖案化導體“生長”，填充空腔，并隨時間改變形狀和密度。長期過度接觸水最終會消耗LMF中的金屬。然而，當暴露于水的情況得到控制時，多孔LMF的金屬特性可以得到保持。作者描述了含水LMF的物理變化，并探索了潛在的應用，包括填充電路間隙的“生長”導體和無纜壓力驅動致動器。
2）作者還展示了LMFs的可印刷性，并展示了一種隨時間改變形狀的印刷圖案。
F. Krisnadi, et al, Printable Liquid Metal Foams That Grow When Watered. Adv. Mater. 2024, 2308862.
DOI: 10.1002/adma.202308862
https://doi.org/10.1002/adma.202308862
8. AM：脫細胞細胞外基質生物鏈接的快速體積生物打印
基于脫細胞細胞外基質（dECM）的水凝膠被廣泛應用于相關應用的附加生物制造策略。dECM的細胞外基質成分和生長因子在細胞粘附、生長和分化中起著至關重要的作用。然而，普遍較差的機械性能和可印刷性仍然是dECM基材料的主要限制因素。哈佛醫學院Yu Shrike Zhang等報道了心臟來源的dECM（h-dECM）和半月板來源的dECM（Ms-dECM）生物鏈在其原始、未修飾狀態下補充了三（2，2-聯吡啶基）二氯釕（II）六水合物和過硫酸鈉光引發劑，證明了與體積生物打印過程的細胞相容性。
本文要點：
1）這種最近開發的生物打印模式將動態演變的光圖案照射到生物鏈接的旋轉體積中，從而解除了生物打印水凝膠結構的機械強度與可打印性的要求，允許使用幾十秒內凝固的低濃度dECM材料制造復雜的形狀和結構。作為示例性應用，使用載有心肌細胞的h-dECM bioink對心臟組織進行體積生物打印，顯示出良好的細胞增殖、擴張、鋪展、生物標志物表達和同步收縮；而包埋有人類間充質干細胞的體積生物打印Ms-dECM半月板結構呈現出適當的軟骨形成分化結果。
2）這項研究為體積生物打印提供了擴展的生物連接庫，并拓寬了dECM在組織工程和再生醫學方面的應用。
L. Lian, et al, Rapid Volumetric Bioprinting of Decellularized Extracellular Matrix Bioinks. Adv. Mater. 2024, 2304846.
DOI: 10.1002/adma.202304846
https://doi.org/10.1002/adma.202304846
9. AM：柔性電子時代——軟多功能傳感器的新興趨勢
隨著2010年代末第一代柔性手機和顯示屏的商業化，人類已經步入柔性電子時代。不可避免的是，作為下一代柔性電子產品的重要組成部分，軟多功能傳感器吸引了前所未有的巨大研究興趣。哈利法科技大學Jang-Kyo Kim和浦項科技大學Kilwon Cho等旨在概述軟多功能傳感器的最新發展趨勢及其未來十年的相應研發（R & D）方向。
本文要點：
1）首先，作者強調了軟多功能傳感器的關鍵特性和主要目標刺激。其次，作者介紹了軟多功能傳感器的重要選擇標準。然后，作者確定了軟多功能傳感器的新興材料/結構和趨勢。具體而言，基于這些傳感器的新興趨勢，即（I）多重刺激的解耦，（ii）數據處理，（iii）皮膚順應性和（iv）能量源，設想了這些傳感器的未來R & D方向。
2）最后，作者討論了這些傳感器未來的挑戰和潛在機遇，為這一快速發展的技術提供了新的見解。
J.-H. Lee, K. Cho, J.-K. Kim, Age of Flexible Electronics: Emerging Trends in Soft Multifunctional Sensors. Adv. Mater. 2024, 2310505.
DOI: 10.1002/adma.202310505
https://doi.org/10.1002/adma.202310505
