1. Chem. Soc. Rev.：摻雜對(duì)共軛聚合物力學(xué)性能的影響共軛聚合物具有獨(dú)特的電學(xué)和電化學(xué)行為，使其在可穿戴電子和生物電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近日，查爾姆斯理工大學(xué)Christian Müller綜述研究了摻雜對(duì)共軛聚合物力學(xué)性能的影響。1) 作者首先探討了鏈結(jié)構(gòu)、加工以及由此產(chǎn)生的納米和微觀結(jié)構(gòu)如何影響流變和機(jī)械性能。此外，作者總結(jié)了薄膜和纖維等大塊材料的不同力學(xué)表征方法。然后，作者綜述了化學(xué)和電化學(xué)摻雜如何改變剛度和延展性方面的力學(xué)性能。2) 最后，作者在有機(jī)光伏、有機(jī)熱電和有機(jī)電化學(xué)晶體管的背景下討論了（摻雜的）共軛聚合物的機(jī)械響應(yīng)特性，其中電化學(xué)摻雜可以實(shí)現(xiàn)高電荷載流子密度。化學(xué)和電化學(xué)摻雜不僅可以調(diào)節(jié)和優(yōu)化共軛聚合物的電學(xué)和電化學(xué)行為，還有助于設(shè)計(jì)具有可調(diào)機(jī)械響應(yīng)特性的材料。
Sri Harish Kumar Paleti, et al. Impact of doping on the mechanical properties of conjugated polymers. Chem. Soc Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D3CS00833A2. Nature Commun.：EUV 誘導(dǎo)的氫解吸是邁向大規(guī)模硅量子器件圖案化的一步使用掃描隧道顯微鏡(STM)的原子精確氫解吸光刻技術(shù)使得在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上開(kāi)發(fā)單原子量子電子器件成為可能。擴(kuò)大這項(xiàng)技術(shù)以大規(guī)模生產(chǎn)這些設(shè)備需要彌合STM精度與下一代半導(dǎo)體制造工藝之間的差距。在這里，倫敦大學(xué)學(xué)院Steven R. Schofield，Procopios Constantinou展示了使用極紫外(EUV)光從一氫化物Si(001):H表面去除氫的能力。1）研究人員使用各種技術(shù)量化解吸特性，包括STM、X射線光電子能譜(XPS)和光電子顯微鏡(XPEEM)。2）結(jié)果表明，解吸是由價(jià)帶激發(fā)的二次電子引起的，與精確可解的非線性微分方程一致，并且與當(dāng)前光刻的13.5nm（~92eV）EUV標(biāo)準(zhǔn)兼容；該數(shù)據(jù)意味著EUV基礎(chǔ)設(shè)施的300W光源特性的有用曝光時(shí)間為幾分鐘。這是在無(wú)需傳統(tǒng)抗蝕劑的情況下實(shí)現(xiàn)硅表面EUV圖案化的重要一步，通過(guò)確定性摻雜為經(jīng)典和量子器件的制造提供了并行處理的可能性。
Constantinou, P., Stock, T.J.Z., Tseng, LT. et al. EUV-induced hydrogen desorption as a step towards large-scale silicon quantum device patterning. Nat Commun 15, 694 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-44790-63. Nature Commun.：通過(guò)流式粉末衍射監(jiān)測(cè)室溫下超快且持久的光致相變室溫下的超快光致相變由單次激光驅(qū)動(dòng)并在刺激后持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，代表了超快控制材料性能的新興途徑。時(shí)間分辨研究為遠(yuǎn)離平衡的電子和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)提供了基本的機(jī)制見(jiàn)解。在這里，雷恩大學(xué)Eric Collet，Hiroko Tokoro，Shin-ichi Ohkoshi研究了 Rb0.94Mn0.94Co0.06[Fe(CN)6]0.98 材料的光致相變，該材料設(shè)計(jì)為在 MnIIIFeII 四方相和 MnIIFeIII 立方相之間在室溫附近表現(xiàn)出 75 K 寬的熱滯后。1）研究人員開(kāi)發(fā)了一種特定的粉末樣品流技術(shù)，通過(guò)超快 X 射線衍射監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)和對(duì)稱(chēng)性變化。2）研究表明，光致極化子使晶格膨脹，而四方到立方的光致相變發(fā)生在高于閾值注量 100 ps 內(nèi)。這些結(jié)果在朗道相變理論框架內(nèi)合理化，相變是一個(gè)彈性驅(qū)動(dòng)和合作的過(guò)程。這項(xiàng)研究預(yù)見(jiàn)流粉技術(shù)將廣泛應(yīng)用于研究不可逆和超快動(dòng)力學(xué)。
Hervé, M., Privault, G., Trzop, E. et al. Ultrafast and persistent photoinduced phase transition at room temperature monitored by streaming powder diffraction. Nat Commun 15, 267 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-023-44440-34. Nature Commun.：有機(jī)硼氮-羰基發(fā)射體的高效、窄帶且穩(wěn)定的電致發(fā)光有機(jī)電致發(fā)光二極管(OLED)采用簡(jiǎn)單的二元發(fā)光層(EML)，僅混合發(fā)射體和主體，在低成本商業(yè)化方面具有天然優(yōu)勢(shì)。然而，以前報(bào)道的基于二元EML的OLED很難同時(shí)達(dá)到預(yù)期的綜合性能，如高效率、低效率滾降、窄發(fā)射帶寬和高工作穩(wěn)定性。在這里，蘇州大學(xué)Kai Wang，Xiao-Hong Zhang，Xian-Kai Chen，九州大學(xué)Chihaya Adachi報(bào)道一種分子設(shè)計(jì)策略。這種策略使得設(shè)計(jì)的發(fā)射器hBNCO-1的系統(tǒng)間反向交叉速率達(dá)到1.79×105 S-1。 1）利用含有h-BNCO-1的二元電磁發(fā)射材料制作的有機(jī)電致發(fā)光器件，在1000 cd·m-2時(shí)獲得了超純的發(fā)射，最大外量子效率超過(guò)40%，輕微滾降14%。2）此外，h-BNCO-1在采用緊湊型二元發(fā)光的替代有機(jī)電致發(fā)光器件中也表現(xiàn)出良好的工作穩(wěn)定性(在1000 cd m?2時(shí)達(dá)到初始亮度的95%的壽命為~137 h)。因此，研究工作為具有良好綜合性能的有機(jī)發(fā)光二極管提供了一種分子設(shè)計(jì)策略。
Cheng, YC., Tang, X., Wang, K. et al. Efficient, narrow-band, and stable electroluminescence from organoboron-nitrogen-carbonyl emitter. Nat Commun 15, 731 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-44981-15. Nature Commun.：柔性襯底上增強(qiáng)光電性能的金屬硫化物的脈沖輻照合成 要獲得晶態(tài)或取向的無(wú)機(jī)功能薄膜，通常需要較高的合成溫度和特定的生長(zhǎng)襯底，這對(duì)它們?cè)趥鹘y(tǒng)柔性襯底上大規(guī)模、低成本(光電)電子應(yīng)用中的應(yīng)用構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。在這里，香港城市大學(xué)Johnny C. Ho，You Meng，Chun-Yuen Wong探索了一種在多個(gè)聚合物襯底上制備熱電金屬硫化物(如Bi2Se3、SnSe2和Bi2Te3)薄膜的脈沖輻照合成方法。1）自蔓延燃燒過(guò)程使PIS的合成溫度低至150 °C，超快反應(yīng)在一秒內(nèi)完成。2）除了光電熱電(PTE)特性外，還研究了聚合物襯底和Se酸鉍薄膜之間的熱耦合，以提高PTE性能，在1550 nm處獲得了71.9V/W的響應(yīng)率和小于50ms的響應(yīng)時(shí)間，超過(guò)了大多數(shù)同類(lèi)器件。該P(yáng)IS平臺(tái)為以節(jié)能、省時(shí)和低成本的方式實(shí)現(xiàn)靈活的PTE或熱電設(shè)備提供了一條很有前途的途徑。
Zhang, Y., Meng, Y., Wang, L. et al. Pulse irradiation synthesis of metal chalcogenides on flexible substrates for enhanced photothermoelectric performance. Nat Commun 15, 728 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-44970-4 6. Nature Commun.：在木質(zhì)纖維生物精煉廠中，含水胺使單糖、單酚和吡啶堿的可持續(xù)生產(chǎn)成為可能對(duì)整個(gè)木質(zhì)纖維素的深思熟慮的利用對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)和具有成本效益的生物精煉非常重要。然而，在碳水化合物的有效利用和木質(zhì)素到化學(xué)的轉(zhuǎn)化率之間存在權(quán)衡。在這里，華南理工大學(xué)Hongming Lou，廣東工業(yè)大學(xué)Xueqing Qiu使用二乙胺(DEA)溫和的高固相過(guò)程將玉米秸稈分離成具有高酶消化率的碳水化合物部分和具有令人滿意的催化解聚活性的活性木質(zhì)素。1）在分餾過(guò)程中，木質(zhì)素的原位胺化實(shí)現(xiàn)了廣泛的脫木素作用，有效地穩(wěn)定了木質(zhì)素，并顯著減少了纖維素酶在底物上的非生產(chǎn)性吸附。2）此外，通過(guò)設(shè)計(jì)串聯(lián)分餾-氫解策略，溶解的木質(zhì)素同時(shí)解聚和胺化，共同生成單酚和吡啶堿。3）該方法代表了一種可行的方案，通過(guò)裂解的木質(zhì)素側(cè)鏈和胺之間的反應(yīng)，將真正的木質(zhì)素高產(chǎn)率地轉(zhuǎn)化為吡啶堿。這項(xiàng)工作為木質(zhì)纖維素的有效價(jià)化開(kāi)辟了一條很有前途的途徑。
Xu, L., Cao, M., Zhou, J. et al. Aqueous amine enables sustainable monosaccharide, monophenol, and pyridine base coproduction in lignocellulosic biorefineries. Nat Commun 15, 734 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-45073-w7. Nature Commun.：一種擴(kuò)展的襯底篩選策略，可實(shí)現(xiàn)高度可逆的鋅陽(yáng)極的低晶格失配 水性鋅電池具有固有的安全性和成本效益，但鋅負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。在這里，清華深圳國(guó)際研究生院Guangmin Zhou提出了穩(wěn)定鋅陽(yáng)極的擴(kuò)展底物篩選策略，并驗(yàn)證了它的有效性(d底物：dZn(002)=1：1→d底物：dZn(002)=n：1，n=1，2)。1）從一系列滿足d襯底≈2dZn(002)的層狀硅酸鹽中，研究人員選擇了迄今報(bào)道的晶格失配率最低(0.38%)的蛭石作為模型，以證實(shí)“2dZn(002)”襯底對(duì)鋅陽(yáng)極保護(hù)的有效性。2）然后，通過(guò)大規(guī)模、綠色的制備，制備了一種單層多孔的蛭石，作為鋅電極的功能涂層。揭示了“2dZn(002)”襯底獨(dú)特的“種鋅(002)”機(jī)制誘導(dǎo)了鋅沉積的定向生長(zhǎng)。此外，涂層有效地抑制了副反應(yīng)，促進(jìn)了鋅離子的傳輸。3）因此，改進(jìn)后的對(duì)稱(chēng)電池在50 mA cm?2的高電流密度下穩(wěn)定工作300h以上。本工作拓展了基板篩選策略，提高了對(duì)鋅成核機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為實(shí)現(xiàn)高倍率、穩(wěn)定的鋅-金屬電池奠定了基礎(chǔ)。
Zheng, Z., Zhong, X., Zhang, Q. et al. An extended substrate screening strategy enabling a low lattice mismatch for highly reversible zinc anodes. Nat Commun 15, 753 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-44893-08. Nature Commun.：磺酰亞胺酰氟和有機(jī)三氟硼酸鹽的 C-SuFEx 連接氟化硫交換是一種新型的鍵合反應(yīng)，在功能分子鍵合制備藥物、生物分子和聚合物方面具有良好的應(yīng)用潛力。在此，華東師范大學(xué)Xuefeng Jiang，Ming Wang建立了 C-SuFEx 反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)磺酰亞胺酰氟和芳基/烷基有機(jī)三氟硼酸酯之間的快速（幾分鐘內(nèi)）連接。 1）有機(jī)三氟硼酸鉀通過(guò)亞化學(xué)計(jì)量的三氟甲磺酸三甲基硅酯瞬間活化，得到有機(jī)二氟硼烷，并原位釋放 BF3 作為活化試劑。2）這種氟化硫(VI)交換技術(shù)能夠形成S(VI)C(烷基)、S(VI)-C(烯基)和S(VI)-C(芳基)鍵，展示了其廣泛的應(yīng)用范圍。3）具有敏感官能團(tuán)的天然產(chǎn)物和藥物，例如伐地昔布、塞來(lái)昔布和雙丙酮果糖，與該方案兼容，從而可以形成多種亞砜亞胺。
Zhao, S., Zeng, D., Wang, M. et al. C-SuFEx linkage of sulfonimidoyl fluorides and organotrifluoroborates. Nat Commun 15, 727 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-44998-6
9. Joule：用于實(shí)際質(zhì)子交換膜電解槽的催化層
質(zhì)子交換膜水電解（PEMWE）可實(shí)現(xiàn)綠色氫氣的可持續(xù)和可擴(kuò)展生產(chǎn)，但由于陽(yáng)極催化層（CL）中Ir的高負(fù)載量，目前在技術(shù)上受到限制。在此，北京大學(xué)郭少軍、Lv Fan報(bào)道了一種由納米線上的分級(jí)IrRu亞納米片組成的陽(yáng)極CL，其可用于提高PEM電解槽的運(yùn)行效率。1) 作者將這種分級(jí)CL集成到具有0.35 mgIr cm?2的低Ir負(fù)載的PEMWE中，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的水電解性能，其在1.65 V下的產(chǎn)氫電流密度為1.0 A cm?2。2) 此外，PEMWE可以在2.0 A cm?2的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行240小時(shí)以上。該工作展示了PEMWE在商用氫氣發(fā)生器中的應(yīng)用前景，其氫氣生成率為～300 mL min?1。
Lu Tao, et al. Mass-efficient catalyst layer of hierarchical sub-nanosheets on nanowire for practical proton exchange membrane electrolyzer. Joule 2024DOI: 10.1016/j.joule.2024.01.002https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.002
10. Angew：具有合適能帶結(jié)構(gòu)的氧空位工程化W18O49-x納米刷用于實(shí)現(xiàn)高效的聲動(dòng)力治療
隨著體外微創(chuàng)和無(wú)創(chuàng)治療技術(shù)的快速發(fā)展，基于超聲的聲動(dòng)力治療(SDT)為治療深部腫瘤提供了新的選擇。然而，聲敏劑的效率不足和生物安全性較差等問(wèn)題仍會(huì)嚴(yán)重限制SDT的臨床應(yīng)用。有鑒于此，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)化所林君研究員和丁彬彬副研究員通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱法制備了一種具有2.79 eV帶隙的氧空位工程化W18O49-x納米刷，并將其用于實(shí)現(xiàn)高效的SDT。 1）具有合適的能帶結(jié)構(gòu)的W18O49-x納米刷可在超聲輻照下同時(shí)產(chǎn)生單線態(tài)氧(1O2)、超氧陰離子(?O2?)和羥基自由基(?OH)。此外，實(shí)驗(yàn)也通過(guò)一步熱還原策略引入了豐富的氧空位，其能夠作為電荷陷阱以抑制電子-空穴的復(fù)合。2）體內(nèi)外研究結(jié)果表明，氧空位工程化W18O49-x納米刷能夠通過(guò)高效地產(chǎn)生活性氧物種(ROS)實(shí)現(xiàn)SDT，并且具有非常好的生物安全性。綜上所述，該研究工作能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)具有更高治療效率的無(wú)機(jī)納米聲敏劑提供新的借鑒和參考。
Pan Zheng. et al. Oxygen-Vacancy-Engineered W18O49-x Nanobrush with a Suitable Band Structure for Highly Efficient Sonodynamic Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202317218https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202317218
