1. Nature Materials：聚合物電解質(zhì)中的納秒溶劑動(dòng)力學(xué)溶劑動(dòng)力學(xué)對(duì)電荷輸運(yùn)有重要影響。近日，加利福尼亞大學(xué)Nitash P. Balsara、Wang Rui報(bào)道了聚合物電解質(zhì)中的納秒溶劑動(dòng)力學(xué)。1) 光譜實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬表明，溶劑動(dòng)力學(xué)發(fā)生在皮秒時(shí)間尺度上。然而，在有機(jī)電解質(zhì)中，鋰離子與多個(gè)聚合物鏈配位，產(chǎn)生臨時(shí)交聯(lián)。作者通過準(zhǔn)彈性中子散射檢測(cè)到的交聯(lián)弛豫與溶劑化動(dòng)力學(xué)直接相關(guān)。2) 此外，作者通過模擬揭示了寬譜的弛豫時(shí)間，并且溶劑動(dòng)力學(xué)的平均時(shí)間尺度為一納秒。作者實(shí)現(xiàn)了在電解質(zhì)中溶劑動(dòng)力學(xué)的直接測(cè)量。 Neel J. Shah, et al. Nanosecond solvation dynamics in a polymer electrolyte for lithium batteries. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01834-yhttps://doi.org/10.1038/s41563-024-01834-y2. Nature Materials：用于胃腸道治療的可飲用原位形成堅(jiān)韌水凝膠藥丸是醫(yī)學(xué)的基石，但其難以下咽。雖然液體制劑更容易攝入，但它們?nèi)狈τ觅x形劑定位治療的能力。近日，麻省理工學(xué)院Giovanni Traverso報(bào)道了基于液體原位形成堅(jiān)韌（LIFT）水凝膠的藥物制劑，該水凝膠橋接了固體和液體制劑的優(yōu)勢(shì)。1) LIFT水凝膠通過攝入鈣和二硫醇交聯(lián)劑的交聯(lián)劑溶液，然后是藻酸鹽和四臂聚（乙二醇）-馬來酰亞胺的含藥物聚合物溶液，從而直接在胃中形成。作者發(fā)現(xiàn)，LIFT水凝膠可以在活大鼠和豬的胃中穩(wěn)定形成，并且在24小時(shí)后具有機(jī)械韌性、生物相容性和安全去除的能力。2) LIFT水凝膠以可控的方式提供與未包封藥物相當(dāng)?shù)目偹幬飫┝浚⒈Ｗo(hù)包封的治療酶和細(xì)菌免受胃酸介導(dǎo)的失活。總之，LIFT水凝膠可以擴(kuò)大吞咽困難患者獲得先進(jìn)治療的途徑。Gary W. Liu, et al. Drinkable in situ-forming tough hydrogels for gastrointestinal therapeutics. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01811-5https://doi.org/10.1038/s41563-024-01811-53. Nature Materials：用于電化學(xué)電容器的氮化釕電極快速充電是下一代電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的關(guān)鍵問題，其推動(dòng)了對(duì)電化學(xué)電容器和微型超級(jí)電容器新型電極材料的廣泛研究。在這里，上法蘭西綜合理工大學(xué)Christophe Lethien、里爾大學(xué)Pascal Roussel使用濺射沉積方法制備了氮化釕膜。 1)在不犧牲循環(huán)穩(wěn)定性的情況下，這些薄膜的體積電容得到加倍提升（1200?F?cm–3）。這使得操作電位窗口延長(zhǎng)至0.85?Vvs. Hg/HgO。作者通過操作X射線吸收光譜和透射電子顯微鏡分析揭示了其中的電化學(xué)氧化機(jī)制。2) 電荷存儲(chǔ)機(jī)制利用了高電導(dǎo)率以及羽毛狀核中的立方氮化釕和Ru相，導(dǎo)致其具有高電導(dǎo)率與高容量。因此，作者開發(fā)了一種將容量與時(shí)間常數(shù)相關(guān)聯(lián)的分析方法，其可用于識(shí)別在高充電/放電速率下具有高容量的材料。 Huy Dinh Khac, et al. Nanofeather ruthenium nitride electrodes for electrochemical capacitors. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01816-0https://doi.org/10.1038/s41563-024-01816-04. Nature Materials：在軟襯底上形成高密度穩(wěn)定玻璃物理氣相沉積可以產(chǎn)生與液體淬火玻璃相當(dāng)?shù)母呙芏确€(wěn)定玻璃。近日，賓夕法尼亞州立大學(xué)Zahra Fakhraai在軟襯底上合成了高密度穩(wěn)定玻璃。1)在柔軟的橡膠基底上，作者將表面介導(dǎo)平衡增強(qiáng)到距離界面170納米處，從而在2.5 h的沉積時(shí)間內(nèi)形成密度比液體淬火玻璃高出2.5%的穩(wěn)定玻璃。在剛性基底上獲得類似的性能需要將沉積速度放慢1000萬倍，大約需要3000?年。2) 通過控制橡膠基材的模量可以在恒定沉積條件下對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)和密度進(jìn)行控制。該工作強(qiáng)調(diào)了基底彈性在控制移動(dòng)表面層的性質(zhì)以及玻璃結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面的重要性。Peng Luo, et al. High-density stable glasses formed on soft substrates. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01828-w https://doi.org/10.1038/s41563-024-01828-w5. Nature Commun.：納米曲率誘導(dǎo)的場(chǎng)效應(yīng)能夠控制單原子電催化劑的活性調(diào)節(jié)界面電場(chǎng)提供了控制電催化劑活性的強(qiáng)大手段。重要的是，電場(chǎng)可以根據(jù)其極化率和偶極矩來改變吸附質(zhì)的結(jié)合能，從而獨(dú)立于從根本上限制性能的標(biāo)度關(guān)系。然而，這種策略的實(shí)施仍然具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榈湫偷姆椒〞?huì)不均勻地改變電場(chǎng)，并且只影響少數(shù)活性位點(diǎn)。鑒于此，來自新加坡國立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系的Yanwei Lum研究發(fā)現(xiàn)使用單原子催化劑（SACs）的模型系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)均勻可調(diào)的電場(chǎng)調(diào)制。1) 該研究證實(shí)，這些M-N4活性位點(diǎn)位于一系列具有不同納米曲率的球形碳載體上，通過帶有斯塔克位移報(bào)告子的原位拉曼光譜，研究發(fā)現(xiàn)納米曲率越大，則會(huì)產(chǎn)生越強(qiáng)的電場(chǎng)；2) 此外，研究表明，這種策略在廣泛的SAC系統(tǒng)和電催化反應(yīng)中是有效的，例如，具有優(yōu)化納米曲率的Ni SACs在酸性介質(zhì)中以大于99%的法拉第效率獲得了約400 mA·cm-2的高CO分電流密度。 Wang, B., Wang, M., Fan, Z. et al. Nanocurvature-induced field effects enable control over the activity of single-atom electrocatalysts. Nat. Commun. (2024).10.1038/s41467-024-46175-1https://doi.org/10.1038/s41467-024-46175-16. Nature Commun.：雙位點(diǎn)分段協(xié)同催化機(jī)制：促進(jìn)CoFeSx納米團(tuán)簇的可持續(xù)水氧化 高效的析氧反應(yīng)電催化劑對(duì)于可持續(xù)的清潔能源轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。然而，催化材料遵循傳統(tǒng)的吸附質(zhì)演化機(jī)制（AEM），關(guān)鍵氧中間體*OOH和*OH之間存在固有的比例關(guān)系，或者遵循晶格氧介導(dǎo)機(jī)制（LOM），從而可能存在晶格氧遷移和結(jié)構(gòu)重建，不利于高活性和穩(wěn)定性之間的平衡。鑒于此，來自鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的Jia-Nan Zhang開發(fā)了一種非常規(guī)的Co-Fe雙位點(diǎn)分段協(xié)同機(jī)制（DSSM），用于碳納米管（CNT）上的單疇鐵磁性催化劑CoFeSx納米團(tuán)簇（CFS-ACs/CNT），該機(jī)制可以在不犧牲穩(wěn)定性的情況下有效地打破結(jié)垢關(guān)系。1) 該研究證實(shí)，Co3+（L.S，t2g6eg0）提供最強(qiáng)的OH*吸附能，而Fe3+（M.S，t2g 4eg1）暴露出較強(qiáng)的O*吸附，并且這些雙位點(diǎn)協(xié)同產(chǎn)生Co-O-O-Fe中間體，加速了三重態(tài)氧的釋放(?↑?O?=?O?↑?）；2) 此外，該研究發(fā)現(xiàn)CFS-ACs/CNT催化劑表現(xiàn)出比商業(yè)IrO2更低的過電位，并且在沒有明顯潛在損失的情況下具有約633小時(shí)的穩(wěn)定性。 Xu, S., Feng, S., Yu, Y. et al. Dual-site segmentally synergistic catalysis mechanism: boosting CoFeSx nanocluster for sustainable water oxidation. Nat. Commun. (2024).10.1038/s41467-024-45700-6https://doi.org/10.1038/s41467-024-45700-6
7. Nature Commun：?jiǎn)卧游稽c(diǎn)距離影響Co3O4酸性O(shè)ER
開發(fā)用于質(zhì)子交換膜燃料電解水器件的高活性且價(jià)格便宜的酸性O(shè)ER電催化劑非常重要。氧化鈷是具有前景的非貴金屬OER電催化劑，但是酸性電催化過程中Co原子的溶解導(dǎo)致破壞晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，這阻礙了氧化鈷電催化劑應(yīng)用于PEMWE器件。有鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰、周仕明等將耐酸性的Ir單原子引入尖晶石氧化鈷的晶格，從而顯著阻礙Co原子溶解，因此能夠在酸性電催化OER反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異的穩(wěn)定性。 1）通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，作者發(fā)現(xiàn)Ir原子對(duì)氧化鈷的穩(wěn)定作用與Ir單原子之間的間距密切相關(guān)。當(dāng)Ir單原子間距降低，氧化鈷的OER穩(wěn)定性顯著改善。2）當(dāng)Ir單原子間距為0.6 nm，尖晶石氧化鈷催化劑在60 h的酸性O(shè)ER電催化反應(yīng)過程中未發(fā)現(xiàn)性能的衰減，說明其具有實(shí)用前景。Zhang, Z., Jia, C., Ma, P. et al. Distance effect of single atoms on stability of cobalt oxide catalysts for acidic oxygen evolution. Nat Commun 15, 1767 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-46176-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-46176-0 8. JACS：基于扭曲DNA折紙的手性自旋濾波單分子膜具有固有手性的DNA單層在生物傳感器、DNA芯片和生物電子學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。然而，傳統(tǒng)的DNA手性單層膜通常由單鏈DNA(SsDNA)或雙鏈DNA(DsDNA)組成，在界面上往往缺乏結(jié)構(gòu)有序性和設(shè)計(jì)靈活性。結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)已成為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的一種有前途的解決方案。在這項(xiàng)研究中，上海交通大學(xué)Xiaolei Zuo，Xiaoguo Liu提出了一種制作高度適應(yīng)性的扭曲DNA折紙基手性單分子膜的策略。1）這些結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出明顯的界面組裝特征，有效地緩解了dsDNA單分子膜的結(jié)構(gòu)無序，而這種結(jié)構(gòu)無序受到dsDNA的～50 nm持續(xù)長(zhǎng)度的限制。2）研究人員重點(diǎn)介紹了七種典型的基于折紙的DNA手性單分子膜的自旋過濾能力，與傳統(tǒng)的dsDNA手性單層膜相比，單位面積的自旋過濾效率最大提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。3）有趣的是，研究發(fā)現(xiàn)揭示了扭曲DNA折紙的高階三級(jí)手性結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了自旋過濾效率。這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)DNA手性單分子膜奠定了基礎(chǔ)。 Haozhi Wang, et al, Twisted DNA Origami-Based Chiral Monolayers for Spin Filtering, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11566https://doi.org/10.1021/jacs.3c11566石墨烯是一種由sp2雜化碳原子組成的完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的熱、1電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。近日，武漢大學(xué)Cunlan Guo，Jiangfeng Qian首次開發(fā)了一種簡(jiǎn)便的化學(xué)鋰輔助剝離方法來制備可控和可擴(kuò)展的雙層石墨烯。1）選用強(qiáng)還原劑聯(lián)苯鋰(Bp-Li)，在常溫下實(shí)現(xiàn)了鋰離子在石墨中的自發(fā)嵌入，形成了鋰石墨層間化合物(LiGICs)。2）Bp-Li的電位(0.11V vs Li/Li+)略低于第二階段嵌鋰的電位(0.125 V)，使石墨能夠精確地鋰化為第二階段的Li-GIC(LiC12)。有趣的是，LiC12的剝離導(dǎo)致了石墨烯的雙層生成，提供了78%的高選擇性。此外，溫和的插層?剝離過程產(chǎn)生了高質(zhì)量的石墨烯，結(jié)構(gòu)退化可以忽略不計(jì)。 3）得到的石墨烯具有超低的缺陷密度(ID/IG～0.14)和相當(dāng)高的C/O比(～29.7)，優(yōu)于目前最先進(jìn)的技術(shù)。這一簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展的策略促進(jìn)了人們對(duì)制備高質(zhì)量石墨烯的化學(xué)鋰插層方法的理解，并顯示出在層控工程中的巨大潛力。Xiaolong Zhu, et al, Scalable Synthesis of Bilayer Graphene at Ambient Temperature, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.4c00975
10. AM：原位線粒體生物礦化用于實(shí)現(xiàn)無藥物癌癥治療
臨床化療往往會(huì)給患者帶來嚴(yán)重的不良反應(yīng)，其主要原因在于毒性藥物會(huì)發(fā)生脫靶和泄漏。對(duì)于某些特定的臨床腫瘤而言（如腦瘤和神經(jīng)瘤），這是一項(xiàng)致命的問題。有鑒于此，華中科技大學(xué)梁華庚研究員和南洋理工大學(xué)趙彥利教授將黑磷(BP)和過氧化鈣(CaO2)包裹在脂質(zhì)體中，并在表面修飾三苯基膦，開發(fā)了一種靶向線粒體的鈣化制劑(BCLT)，其能夠?qū)崿F(xiàn)無藥物癌癥治療，并且不會(huì)損傷正常細(xì)胞。1）BCLT會(huì)優(yōu)先在腫瘤細(xì)胞的線粒體內(nèi)聚集，然后被近紅外(NIR)激光照射所激活，以產(chǎn)生豐富的PO43-和Ca2+，從而加速原位線粒體礦化，導(dǎo)致線粒體功能障礙和癌細(xì)胞死亡。2）更重要的是，由于PO43-和Ca2+都是體內(nèi)代謝的必要成分，因此它們發(fā)生的隨機(jī)梯度擴(kuò)散或過早滲漏都不會(huì)對(duì)鄰近的正常細(xì)胞造成損傷。綜上所述，該研究有望為臨床治療多種特定類型的腫瘤提供一種能夠替代常規(guī)化療的有效方法。Zhaoyu Ma. et al. In Situ Mitochondrial Biomineralization for Drug-Free Cancer Therapy. Advanced Materials. 2024DOI: 10.1002/adma.202310218https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310218
11. AM：抑制元素不均勻性可使CZTSSe太陽能電池的效率達(dá)到14.9%
由于大量的次級(jí)相和缺陷，凱斯特雷特銅鋅錫Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 (CZTSSe)太陽能電池遭受嚴(yán)重的開路電壓（VOC）損失。主流觀點(diǎn)認(rèn)為這個(gè)問題是硒化過程中錫的損失造成的。中國科學(xué)院青能所Guanglei Cui、Shuping Pang和Zhipeng Shao等揭示了不是Sn損失，而是由Cu向Mo（S，Se）2層的定向擴(kuò)散引起的元素不均勻性是次生相和缺陷形成的關(guān)鍵因素。1）這種擴(kuò)散將底部細(xì)粒層的Cu/（Zn+Sn）比降低至53%，增加了與Sn-/Zn相關(guān)的體缺陷。通過使用阻擋層抑制銅的定向擴(kuò)散，我們有效地提高了晶體質(zhì)量并降低了缺陷密度，從而實(shí)現(xiàn)了14.9%的出色效率，VOC為576 mV，認(rèn)證效率為14.6%。2）這些發(fā)現(xiàn)提供了對(duì)元素不均勻性的見解，具有推動(dòng)CZTSSe太陽能電池發(fā)展的巨大潛力。 Y. Li, et al, Suppressing Element Inhomogeneity Enables 14.9% Efficiency CZTSSe Solar Cells. Adv. Mater. 2024, 2400138.DOI: 10.1002/adma.202400138https://doi.org/10.1002/adma.202400138
12. AM：自支撐BiFeO3磁電耦合的全息納米成像
理解納米尺度磁電多鐵性材料的磁性和鐵電有序性需要一種具有高空間分辨率的多功能成像方法。瑞士保羅·謝勒研究所Tim A. Butcher等采用軟X射線照相術(shù)對(duì)室溫多鐵性BiFeO3（BFO）的80 nm獨(dú)立薄膜中的鐵電疇和反鐵磁疇同時(shí)成像。1）通過在真實(shí)空間中重建相應(yīng)的共振彈性X射線散射來解析周期為64 nm的反鐵磁自旋擺線，并在Fe L3邊緣的線性二色性對(duì)比圖像中與馬賽克狀鐵電疇一起可視化。測(cè)量揭示了反鐵磁和鐵電排序之間近乎完美的耦合，由此自旋擺線的傳播方向被鎖定為與鐵電極化正交。此外，該研究表明，在外延無應(yīng)變獨(dú)立BFO膜中，自旋擺線的平面內(nèi)傳播優(yōu)先，多鐵性疇之間的鐵電極化變化71°。2）這些結(jié)果提供了BFO強(qiáng)磁電耦合及其精細(xì)多鐵性疇結(jié)構(gòu)的直接可視化，強(qiáng)調(diào)了全息成像在利用軟X射線研究多鐵性和非共線磁性材料方面的潛力。T. A. Butcher, et al, Ptychographic Nanoscale Imaging of the Magnetoelectric Coupling in Freestanding BiFeO3. Adv. Mater. 2024, 2311157. DOI: 10.1002/adma.202311157https://doi.org/10.1002/adma.202311157
