1.四川大學JACS：光催化CO2對C(sp3)-H羧酸化C-H鍵直接CO2羰基化是具有前景的羧酸合成技術，這個方法具有原子經濟，步驟節約和氧化還原經濟性。雖然C-H鍵直接CO2羧基化反應取得許多進展，但是由于叔碳C(sp3)-H鍵的立體位阻，如何對叔碳C(sp3)-H羰基化仍然具有非常大的困難和挑戰。有鑒于此，四川大學余達剛教授、宋磊副教授等報道可見光催化反應直接對叔碳芐基C(sp3)-H化學鍵進行羧基化，這種反應物具有醫藥應用價值，而且該反應方法得到非常高的產率。1）這種直接羧酸化反應具有官能團容忍性，廣闊的底物兼容，溫和的反應條件。而且這個方法能夠高效快速合成關鍵藥物或者生物活性分子，包括噴托維林（carbetapentane）、卡臘米芬（caramiphen）、PRE-084（σ1受體激動劑）。2）能夠對羧酸的導向作用實現C(sp2)-H鍵官能團化，展示了這種反應方法的實用性。反應機理研究發現芐基自由基單電子還原生成的碳正離子中間體與CO2反應。
Yi Liu, Guan-Hua Xue, Zhen He, Jun-Ping Yue, Min Pan, Lei Song*, Wei Zhang, Jian-Heng Ye, and Da-Gang Yu*, Visible-Light Photoredox-Catalyzed Direct Carboxylation of Tertiary C(sp3)–H Bonds with CO2: Facile Synthesis of All-Carbon Quaternary Carboxylic Acids, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c09558https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c095582.Nature Commun：非水系鎂電池高容量、快充、長壽命鎂/黑磷復合負極二次非水系鎂基電池是后鋰離子電池技術的一個有希望的候選者。然而，負極處不均勻的Mg鍍層行為導致過電位高和循環壽命短。為了解決這些問題，重慶大學王榮華，徐朝和，蔚山科學技術院Jong-Beom Baek等人報道了一種鎂/黑磷(Mg@BP)復合材料的制備及其作為非水系鎂基電池負極的應用。1）通過原位和非原位物理化學測量，研究人員證明Mg離子最初插入黑磷二維結構中，形成化學穩定的MgxP中間體。中間體形成后，Mg電沉積反應占主導地位。2）在非對稱紐扣電池配置中測試時，Mg@BP復合電極可實現1600小時（800次循環）穩定的剝離/鍍層性能、3200mAh cm?2的累積容量和99.98%的庫侖效率。Mg@BP的組裝和測試|納米CuS紐扣電池的放電容量為398mAh g-1，在特定電流為560mA g-1時平均電池放電電位約為1.15V，在25°C下225次循環中衰減率低至每次循環0.016%。Zhao, Q., Zhao, K., Han, GF. et al. High-capacity, fast-charging and long-life magnesium/black phosphorous composite negative electrode for non-aqueous magnesium battery. Nat Commun 15, 8680 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-52949-4https://doi.org/10.1038/s41467-024-52949-43.Science Advances：用于多軸電容式傳感器的增材制造微晶格電介質能夠感知多軸力（例如法向力和剪切力）的軟傳感器對于靈巧的機器人操作和人類性能監測非常重要的意義。典型的平面制造技術具有很大的設計限制，通常會阻礙功能齊全且復雜的體系創建。此外，它們通常需要多步操作才能生產操作。在這里，斯坦福大學Joseph M. DeSimone，鮑哲南院士等人使用基于連續液體界面生產的快速成型的增材制造工藝來創建高分辨率（30 微米）三維彈性聚氨酯彈性體晶格，用作電容式傳感器中的介電層。1）研究表明，通過設計晶格類型、厚度和材料空隙體積百分比的設計，電容響應和靈敏度具有高度可調性。2）微型計算機斷層掃描和有限元模擬用于闡明晶格設計對變形機制和響應傳感行為的影響。 3）研究人員通過以具有代表性的全打印集成傳感器運動裝備為例展示了三維打印的優勢。Arielle Berman, et al, Additively manufactured micro-lattice dielectrics for multiaxial capacitive sensors, Sci. Adv. 10, eadq8866 (2024)DOI: 10.1126/sciadv.adq88664.東北師范&清華大學Angew：CdWO4亞納米線可見光催化還原CO2量子尺寸效應能夠導致材料能級分裂和能帶變寬，但是同時由于材料表面吸附、摻雜、缺陷等問題產生挑戰，并且未曾受到人們的關注。有鑒于此，東北師范大學李陽光教授、譚華橋教授、清華大學王訓教授等報道通過Cd(CH3COO)2、H3PW12O40（PW12）、油胺作為反應物合成了吸附油胺、摻雜PO43-、以及氧缺陷位點的CdWO4亞1 nm線（記作PO43--CdWO4-X SNWs）。1）PO43--CdWO4-X SNWs與塊體CdWO4不同的是，表現未曾預料的光吸收（吸收邊從292nm拓展至453nm），能帶從4.25eV降低至2.74eV，產生顯著的可見光催化CO2還原性能。在410nm LED光催化反應，PO43--CdWO4-40 SNWs具有最高的光催化還原CO2制備CO性能，生成CO的產率達到1685μmol g-1 h-1。2）DFT理論計算說明吸附油胺能夠提高價態，增強反應物和中間體的吸附，降低反應能壘，因此表現優異的光催化還原CO2性能。這項工作展示了表面吸附物種，摻雜，缺陷對亞納米材料的物理化學性質和催化反應性能的影響。
Yanchun Liu, Changyan Zhu, Xia Zhao, Huaqiao Tan, Sihang Cheng, Dan Yang, Xun Wang, Yangguang Li, CdWO4 Sub-1 nm Nanowires for Visible-light CO2 Photoreduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202418349https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202418349發展雙功能的光生載流子增強電催化的電極材料，實現在大電流密度穩定工作是個巨大挑戰。有鑒于此，南京航空航天大學彭生杰教授、徐江教授、阿德萊德大學Yujie Chen等報道通過簡單的濺射沉淀合成新穎的MnWO4/FeCoNi Mott-Schottky異質結涂層修飾在Ti載體上，制備高性能PCA-EC電極（Photogenerated carrier-assisted electrocatalytic），表現增強的光吸收區間/光吸收強度，快速分離光生電子-空穴。 1）這種設計能夠將光生電子之直接參與HER反應，同時強氧化性的光生空穴顯著降低形成缺陷的能壘，促進重構形成高性能Ni(FeCo)OOH/MnOOH物種用于OER。2）制備的電極在光照射下HER的過電勢為64mV，OER的過電勢為204mV。由于Fe/Co/Ni-O-Mn/W成鍵穩定界面，雙功能電極在500mA cm-2和1000mA cm-2電流密度能夠達到長期的穩定的光輔助電催化。這項工作展示了PCA-EC對于光促進電解水用于大電流密度的前景。
Minming Jiang, Jiang Xu, Yujie Chen, Luqi Wang, Paul Munroe, Zong-Han Xie, Shengjie Peng, High-Efficiency Photo-Assisted Large Current-Density Water Splitting with Mott-Schottky Heterojunctions, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202415492https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024154926.Angew：雙位點COF設計實現低濃度CO2光催化還原通過光催化合成的方式直接將工業廢氣中的CO2轉化是CO2自旋利用的具有前景的綠色技術，但是目前由于比較稀釋的CO2氣體導致如何高效率的還原是個比較大的挑戰，因為在比較稀的CO2氣氛導致光催化劑性能減少。有鑒于此，華南師范大學蘭亞乾教授、哈爾濱理工大學張鳳鳴教授等設計并合成了一系列雙金屬salen COF，MM-Salen-COFs（其中M：Zn, Ni, Cu）能夠光催化還原濃度稀釋的CO2。1）具有兩個Zn位點的ZnZn-Salen-COF在可見光催化還原純CO2氣體制備CO實現了150.9μmol g-1 h-1，性能達到Zn-Salen-COF的6倍。而且ZnZn-Salen-COF在稀釋CO2氣氛（模擬比例為15%的廢氣）中還原CO2，反應速率仍達到102.1μmol g-1 h-1。 2）進一步的研究和DFT理論計算說明ZnZn-Salen-COF的雙金屬位點促進了低濃度CO2的吸附和活化，因此降低光催化還原CO2決速步的能壘。
Hong Dong, Liang Fang, Ke-Xin Chen, Jian-Xin Wei, Jia-Xin Li, Xiu Qiao, Ya Wang, Feng-Ming Zhang, Ya-Qian Lan, Dual Metallosalen-based Covalent Organic Frameworks for Artificial Photosynthetic Diluted CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202414287 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024142877.Angew：合成彎曲Fe-N4位點的介孔/微孔單原子ORR催化劑分子篩咪唑骨架材料（ZIFs）是合成原子分散Fe-N/C催化劑最重要的原料，Fe-N/C是Zn-空氣電池最有希望的催化劑。但是目前現有的ZIF衍生Fe-N/C電催化劑通常為多孔結構，影響了傳質過程，導致難以令人滿意的電池性能。有鑒于此，昆明理工大學李金成副教授、馮東博士、香港科技大學邵敏華教授等報道通過含鐵的卟啉化合物（Hemin, 氯化血紅素）修飾ZIF薄膜/ZnO納米棒，合成原子分散的介孔/微孔多級孔Fe-N/C，其中形成彎曲的Fe-N4位點，將其記作FeSA-N/TC。1）DFT理論計算說明彎曲的Fe-N4位點降低中間體吸附，因此價格年底活化能能壘，增強ORR電催化活性。2）FeSA-N/TC催化劑具有優異的ORR性能，堿性電催化半波電位為0.925V，酸性電催化的半波電位為0.825V。FeSA-N/TC用作PEMFC和ZAB的陰極，得到優異的峰值功率密度。H2-O2燃料電池PEMFC的功率密度達到1100mW cm-2，H2-Air燃料電池PEMFC的功率密度達到715mW cm-2，液態ZAB電池達到228mW cm-2，固態ZAB電池達到112mW cm-2。這項研究展示了FeSA-N/TC催化劑的實用性。
Ying Yu, Yian Wang, Fei Yang, Dong Feng, Mingyang Yang, Peng-Fei Xie, Yuanzhi Zhu, Minhua Shao, Yi Mei, Jin-Cheng Li, Meso/Microporous Single-Atom Catalysts with Curved Fe-N4 sites Boost the Oxygen Reduction Reaction Activity, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202415691https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024156918.Angew：可精準靶向腫瘤的糖基化AIE紅光觸發光籠用于協同I型光動力治療和CPT化療 光籠是一種能夠精確控制生物活性的空間和時間行為的新興技術。然而，由紅光/近紅外光觸發的光籠光解過程目前主要依賴于單線態氧(1O2)，并且與其他活性氧(ROS)激活技術缺乏兼容性，因此難以實現高效、精準的治療。有鑒于此，北京師范大學邢國文教授利用超氧陰離子自由基(O2??)斷裂的硫酮鍵將喜樹堿(CPT)共價結合到雜化的BODIPY-TPE熒光基團中，開發了一種乳糖化光籠BT-LRC，以實現I型光動力治療(PDT)和抗癌藥物釋放。1）由于納米聚集體中相鄰乳糖單位之間的碳水化合物相互作用(CCIs)的調節，該兩親性BT-LRC可以自組裝形成具有聚集誘導發光(AIE)活性的納米粒子(BT-LRCs)。研究發現，BT-LRCs能夠通過乳糖相互作用調節的聚集產生豐富的O2??，并有效釋放DNA損傷劑CPT。2）實驗結果表明，I型PDT和CPT化療可在HepG2細胞和荷瘤小鼠模型中產生協同增強的治療效果。此外，BT-LRCs固有的AIE特性也使得該光籠化前藥具有優越的生物成像能力，從而能夠為實現對PDT的實時示蹤和精細調控以及光激活藥物釋放提供一個有效的工具。 Wei Zhou. et al. Glycosylated AIE-active Red Light-triggered Photocage with Precisely Tumor Targeting Capability for Synergistic Type I Photodynamic Therapy and CPT Chemotherapy. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202413350https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202413350
