1.Nature Materials：純金屬納米管孔道的分子輸運增強納米流體通道對水和離子施加了極端限制，導致了強烈依賴于通道-壁界面相互作用的異常傳輸現象。然而，納米流體通道的電子性質如何影響傳輸效率仍有待探索。近日，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Aleksandr Noy、麻省理工學院Daniel Blankschtein、得克薩斯大學奧斯汀分校Narayana Aluru等人測量通過亞1nm金屬和半導電碳納米管孔蛋白的內孔傳輸。1) 作者發現，與半導體納米管相比，金屬納米管中的水和質子傳輸增強，而離子傳輸對納米管帶隙不敏感。此外，作者使用極化力場的分子模擬揭示了碳納米管的各向異性極化率張量對離子-納米管相互作用和水摩擦系數的影響。2) 作者還使用深度神經網絡分子動力學模擬描述了金屬納米管中質子傳輸增強的起源。總之，該工作強調了納米流體通道的電子性質在極端納米尺度限制下調節傳輸的復雜作用。Yuhao Li et.al Molecular transport enhancement in pure metallic carbon nanotube porins Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01925-whttps://doi.org/10.1038/s41563-024-01925-w2.武漢大學Nature Commun：COF穩定單原子Ru酸性OER對于目前Ru電催化劑酸性水氧化反應，阻礙動力學優勢的晶格氧氧化路徑，激發吸附物轉化路徑通常以電催化活性降低為代價。有鑒于此，武漢大學羅威教授等報道結構穩定的烯基連接2D COF載體（COF-205）修飾原子分散的Ru催化劑，形成COF-205-Ru。1)COF-205-Ru催化劑的π共軛結構不僅形成較強的Ru-N化學鍵阻礙Ru物種溶解，而且通過多重π共軛結構降低Ru的價態，因此能夠活化Ru配位的氧原子，在OER反應過程中穩定氧空穴。2)通過XAS、原位Raman、原位XRD等表征技術以及DFT理論計算，電化學穩定性測試，說明活化的氧具有更高的O 2p軌道能級，而且降低形成氧空穴的形成能，因此改善電化學穩定性，顯著降低酸性水氧化反應的能壘。COF-205-Ru催化劑的質量活性達到2659.3 A g-1，數值達到RuO2的32倍，而且能夠穩定280 h。這項工作有助于同時增強Ru催化劑的穩定性和催化活性。Jia, H., Yao, N., Jin, Y. et al. Stabilizing atomic Ru species in conjugated sp2 carbon-linked covalent organic framework for acidic water oxidation. Nat Commun 15, 5419 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-49834-5https://www.nature.com/articles/s41467-024-49834-53.Nature Commun：原位表征Au/TiO2光催化過程中Au顆粒產生的應力光催化劑具有高效利用太陽能的優點，而且有可能緩解全球能源危機，是具有前景且符合可持續發展前景的技術。但是因為難以在實驗操作過程中進行原位表征，因此人們對于光催化反應過程中光催化性能與波長有關的特點對應的光催化劑結構-性能之間的關系并不清楚。有鑒于此，漢陽大學Joonseok Lee等報道通過3D Bragg X射線成像表征技術和外部光源結合表征單個Au納米粒子負載TiO2光催化劑薄膜的光催化活性。1)研究發現不同波長產生的活性氧物種（ROS）對AuNP的結構型變產生顯著影響，導致形成應變。DFT理論計算說明ROS吸附在AnNP納米粒子表面能夠導致應力。2)這些觀測研究結果有助于深入理解光催化活性對于AuNP結構型變，有助于從原子尺度理解催化劑吸附過程。Park, S.H., Kim, S., Park, J.W. et al. In-situ and wavelength-dependent photocatalytic strain evolution of a single Au nanoparticle on a TiO2 film. Nat Commun 15, 5416 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49862-1https://www.nature.com/articles/s41467-024-49862-14.趙東元院士JACS：納米簇組裝構筑氫鍵框架介孔框架材料通過非共價化學鍵構筑介孔框架材料具有非常大的困難和挑戰，有鑒于此，復旦大學趙東元院士、唐云教授、上海交通大學曹宵鳴教授、內蒙古大學趙再望教授等首次報道通過膠束導向納米簇自組裝方法合成結構新穎的含有1-3 nm孔的二維氫鍵多孔框架材料（HMF）。1)構筑的二維結構能夠在六方排列結構內形成厚度為~100 nm尺寸達到毫米的多孔簇，這種多孔板狀納米材料具有3~4層超薄中孔團簇納米片。多孔的孔尺寸能夠通過雙親性共聚膠束的嵌段結構長度實現精確的控制多孔尺寸11.6~18.5 nm之間變化。而且，通過調控膠束的濃度，HMF材料的孔結構能夠由球形變為圓柱形。2)通過這種方法，合成了多種多樣的新型HMF材料，結構包括納米環、Keggin結構、立方烷結構，構成的材料包括Ti-oxo、POM、金屬有機團簇。合成的Ti-oxo簇HMF材料能夠進行光催化產氫，光催化產氫達到3.6 mmol g-1 h-1，效率比對比Ti-oxo簇材料（1.5 mmol g-1 h-1）高2倍。這項研究說明HMF結構的組裝體比未曾組裝的Ti-oxo光催化活性更好。Jie Zhang, LiangLiang Liu, Zaiwang Zhao*, Chin-Te Hung, Binhang Wang, Linlin Duan, Kexin Lv, Xiao-Ming Cao*, Yun Tang*, and Dongyuan Zhao*, Hydrogen-Bonded Mesoporous Frameworks with Tunable Pore Sizes and Architectures from Nanocluster Assembly Units, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c03538https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c035385.JACS：高壓合成新型LaCN3, TbCN3, CeCN5, TbCN5由共價化學鍵C-N陰離子構筑無機三元金屬-C-N化合物能夠以[CN]-、[CN2]2-形式形成重要的氰化物（cyanides）、碳二亞胺（carbodiimides），或者以[CN3]5-形式構成胍類（guanidinates）化合物。人們認為在更高的壓力下，碳能夠以四重配位方式與N配位，但是目前還沒有CN4-結構化合物的報道。 有鑒于此，愛丁堡大學Akun Liang、拜羅伊特大學Andrey Aslandukov等報道通過激光加熱的金剛石反應器，在90~111 GPa內合成4個新型碳氮化物（LaCN3, TbCN3, CeCN5, TbCN5）。1)同步輻射單晶XRD表征結果顯示新型碳氮化物含有一些從未被發現的三維C-N單鍵骨架結構，這種新型C-N結構由C-N單鍵構成CN4四面體。通過晶體的化學成分分析，說明合成的新型碳氮化物性質與鑭系磷硅化合物非常類似。減壓合成實驗結果顯示在比較大的壓力區間內存在LaCN3和CeCN5化合物。2)通過DFT理論計算給出合成的新型碳氮化物，這有助于研究這些新型碳氮化物的穩定性和物理學性質。Andrey Aslandukov*, Akun Liang*, Amanda Ehn, Florian Trybel, Yuqing Yin, Alena Aslandukova, Fariia I. Akbar, Umbertoluca Ranieri, James Spender, Ross T. Howie, Eleanor Lawrence Bright, Jonathan Wright, Michael Hanfland, Gaston Garbarino, Mohamed Mezouar, Timofey Fedotenko, Igor A. Abrikosov, Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky, and Dominique Laniel, Synthesis of LaCN3, TbCN3, CeCN5, and TbCN5 Polycarbonitrides at Megabar Pressures, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c06068https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c060686.JACS：TiO2表面水分子層的結構對分解水性能的關鍵影響水分子的氫鍵網絡受到與半導體表面接觸的第一層水分子影響，雖然人們發現其影響外球電子轉移，但是還沒有發現其在太陽能驅動分解水性能的關鍵作用。有鑒于此，意大利國家研究委員會物理化學過程研究所Giuseppe Cassone、意大利墨西拿大學Gabriele Centi等報道TiO2銳鈦礦和B摻雜TiO2銳鈦礦進行研究，通過詳細的實驗和理論計算，發現B摻雜TiO2的光催化分解水性能提高5倍。1)作者發現B摻雜的TiO2的光催化分解水性能提高不是因為能帶、異質結、晶面等因素導致。通過FTIR測試結合第一性原理模擬計算，揭示了光催化劑表面的第一層水分子起到的作用和性質，而且發現摻雜阻礙四配位水分子滲入樣品，但是摻雜能夠增強氫鍵網絡中的缺陷。2)這項工作揭示了半導體表面摻雜影響局部電場，通過影響半導體表面第一層水分子的氫鍵結構的方式，改變分解水的反應動力學。這項工作有助于設計高效率分解水的催化劑。 Rosaria Verduci, Fabrizio Creazzo, Francesco Tavella, Salvatore Abate, Claudio Ampelli, Sandra Luber, Siglinda Perathoner, Giuseppe Cassone*, Gabriele Centi*, and Giovanna D’Angelo, Water Structure in the First Layers on TiO2: A Key Factor for Boosting Solar-Driven Water-Splitting Performances, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c05042https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c050427.南京大學Sci. Adv.：自組裝類皮膚超材料用于雙波段偽裝具有寬帶調制的類皮膚軟光學超材料長期以來一直被應用于隱形和偽裝等實際應用。近日，南京大學朱嘉教授，徐凝副教授等人提出了一種用于雙波段偽裝的類皮膚超材料，該材料基于獨特的金納米粒子組裝空心柱 (NPAHP)，通過自下而上的模板輔助自組裝過程實現。 1）這種雙波段偽裝材料同時實現了高可見光吸收率（~0.947）和低紅外發射率（中/長波紅外波段~0.074/0.045），非常適合夜間或外太空的可見光和紅外雙波段偽裝。2）這種自組裝超材料具有微米厚度和周期性通孔，具有出色的類似皮膚的附著性和滲透性，可以緊密附著在包括人體在內的各種表面上。3）得益于極低的紅外發射率，這種類似皮膚的超材料表現出出色的高溫偽裝性能，輻射溫度從 678 開爾文降低到 353 開爾文。這項工作為具有靈活多波段調制且適用于多種應用場景的類皮膚超材料提供了新范式。Shiqi Fang, et al, Self-assembled skin-like metamaterials for dual-band camouflage, Sci. Adv. 10, eadl1896 (2024)DOI: 10.1126/sciadv.adl1896https://www.science.org on June 24, 20248.西安交大Adv Mater：具有延展性和強體積變化的磁致伸縮高熵合金智能技術的快速發展促進人們對于磁致伸縮（magnetostrictive）材料的需求，磁致伸縮材料需要各向在磁場中表現同性無磁滯驅動，而且需要材料具有高強度和延展性。但是鐵磁疇自組裝產生的磁致伸縮體積是守恒的，磁場誘導一階相變產生的體積磁致伸縮具有非常高的本征磁滯，而且大多數磁致伸縮材料都是脆性。有鑒于此，西安交通大學馬天宇教授、茍峻銘博士等報道發現高熵合金(HEA) Fe35Co35Al10Cr10Ni10能夠克服這些缺點，這種材料不僅具有較好的非滯后體積磁致伸縮，而且具有較高的拉伸強度和延展應變，工作的溫度區間涵蓋室溫至100 K。1)高熵合金Fe35Co35Al10Cr10Ni10具有出色的性質來自于兩相微結構，其中納米尺寸fcc晶相的組成和結構在納米尺度發生波動變化，能夠在磁場誘導作用下發生低自旋態的小體積變為高自旋態的大體積。其中規則排列bcc體心立方B2相有助于提高機械強度。2)這項研究有助于設計新型拓撲結構的磁致伸縮材料。Junming Gou, Yun Pan, Tianzi Yang, Yao Liu, Guoxin Liu, Ying Chen, Changsheng Zhang, Hao Li, Bojiang Lv, Chang Liu, Weixing Xia, Tianyu Ma, Large Non-Hysteretic Volume Magnetostriction in a Strong and Ductile High-Entropy Alloy, Adv. Mater. 2024 DOI: 10.1002/adma.202404192https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202404192
