1.南京大學(xué)JACS：納米孔隨機(jī)碰撞動(dòng)態(tài)精確識(shí)別單分子
納米孔技術(shù)是具有前景的單分子鑒別技術(shù)，但是如何從離子電流信號(hào)中提取有意義的信號(hào)，并且理解特定信號(hào)的分子機(jī)理仍然是個(gè)挑戰(zhàn)。有鑒于此，南京大學(xué)龍億濤教授、劉少創(chuàng)等報(bào)道K238Q溶血素納米孔能夠在兩個(gè)穩(wěn)定的過(guò)渡態(tài)進(jìn)行疊加產(chǎn)生尖峰。1）通過(guò)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，作者發(fā)現(xiàn)這些以往被忽略的動(dòng)態(tài)尖峰具有優(yōu)異的分子鑒別性能，能夠?qū)⑿盘?hào)的準(zhǔn)確性從44%提高至93%。2）鑒定了ssDNA與納米孔的兩個(gè)敏感位點(diǎn)之間形成相互作用導(dǎo)致的穩(wěn)定過(guò)渡態(tài)，提出隨機(jī)碰撞模型能夠解釋形成特征尖峰的機(jī)理。模型表明納米孔對(duì)分子之間的相互作用能夠迭代和全面快速快照測(cè)試。這項(xiàng)研究展示了如何通過(guò)優(yōu)化納米孔改善對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)變化的捕捉，并且能夠顯著改善識(shí)別單分子的精確度。 Jia Wang, Shao-Chuang Liu*, Zheng-Li Hu, Yi-Lun Ying, and Yi-Tao Long*, Dynamic Features Driven by Stochastic Collisions in a Nanopore for Precise Single-Molecule Identification, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c13664https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c136642.JACS：H2對(duì)脫鋁BEA分子篩的孤立Fe位點(diǎn)的丙烷脫氫反應(yīng)影響根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，非酸性的二氧化硅載體的Fe位點(diǎn)具有丙烷脫氫（PDH）催化活性，但是目前人們對(duì)于位點(diǎn)結(jié)構(gòu)和催化活性之間的明確關(guān)系仍不清楚。有鑒于此，加州大學(xué)伯克利分校Alexis T. Bell教授等報(bào)道深入研究脫鋁BEA分子篩（DeAlBEA）Fe位點(diǎn)的PDH催化活性。 1）通過(guò)XAS、UV-Vis、IR光譜表征技術(shù)研究吡啶和氘代乙腈的吸附，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fe/Al0的比例為0.04，能夠形成孤立的Fe位點(diǎn)。這種孤立Fe位點(diǎn)在823 K和15 kPa丙烷氣體作為反應(yīng)物，PDH催化活性達(dá)到213 molC3H6/molFe h。當(dāng)丙烷反應(yīng)氣體中加入15 kPa H2，PDH反應(yīng)速率提高至391 molC3H6/molFe h。在兩種反應(yīng)條件下，丙烯的選擇性都達(dá)到99 %。2）通過(guò)d3乙腈IR紅外光譜表征，發(fā)現(xiàn)開(kāi)放Lewis酸位點(diǎn)（(?Si–O?)2Fe3+–OH）是PDH的活性位點(diǎn)，但是當(dāng)Fe/Al0比例增加，Br?nsted酸位點(diǎn)（≡Fe3+–O(H)–Si≡）產(chǎn)生丙烷裂解。向丙烷加入H2的PDH反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明H2通過(guò)增強(qiáng)丙烷吸附強(qiáng)度，增強(qiáng)0.04FeDeAlBEA的反應(yīng)活性。Afnan Alghannam and Alexis T. Bell*, Effects of Cofeeding Hydrogen on Propane Dehydrogenation Catalyzed by Isolated Iron Sites Incorporated into Dealuminated BEA, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c12344https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c123443.廈門大學(xué)JACS：光催化甘氨酸衍生物和烴類立體選擇性區(qū)域發(fā)散交叉偶聯(lián)區(qū)域發(fā)散不對(duì)稱合成代表了一種革命性的策略，從一組起始材料高效地生成結(jié)構(gòu)多樣的手性產(chǎn)物，顯著豐富了它們的對(duì)映體組成。然而，自由基介導(dǎo)的區(qū)域發(fā)散和對(duì)映選擇性反應(yīng)的設(shè)計(jì)，可以適應(yīng)廣泛的功能基團(tuán)和底物已經(jīng)提出了重大的挑戰(zhàn)。障礙主要在于改變區(qū)域選擇性和實(shí)現(xiàn)高對(duì)映分辨，特別是在處理高能中間體時(shí)。有鑒于此，廈門大學(xué)龔磊教授等為了解決這些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種新型催化體系，集成光誘導(dǎo)氫原子轉(zhuǎn)移（HAT）和手性銅催化劑，通過(guò)手性配體、添加劑和其他反應(yīng)參數(shù)微調(diào)。1）該策略通過(guò)活化強(qiáng)烈的C(sp3)-H鍵，促進(jìn)N-芳基甘氨酸酯/酰胺衍生物與豐富的烴類反應(yīng)物之間實(shí)現(xiàn)區(qū)域發(fā)散性和對(duì)映選擇性交叉偶聯(lián)。2）這種方法實(shí)現(xiàn)了控制的方式進(jìn)行立體選擇性形成C(sp3)-C(sp3）和C(sp3)-N化學(xué)鍵，得到豐富的C-或N-烷基化甘氨酸酯和酰胺，具有良好的收率（高達(dá)92 %），區(qū)域選擇性（通常為>20:1 rr）和高對(duì)映選擇性（高達(dá)96% ee）。這個(gè)方法學(xué)不僅提供了一條有前景的為在生物活性化合物的特定位點(diǎn)安裝立體選擇性的烷基官能團(tuán)的途徑，而且提供了一種光催化反應(yīng)過(guò)程切換區(qū)域選擇性同時(shí)實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱催化的實(shí)用方法。 Fuxing Yang, Longxiao Chi, Ziqi Ye, and Lei Gong*, Photoinduced Regiodivergent and Enantioselective Cross-Coupling of Glycine Derivatives with Hydrocarbon Feedstocks, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c13321https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c133214.Angew：NixCo1-x(OH)2氧化還原介導(dǎo)物實(shí)現(xiàn)在非堿性純水體系生物質(zhì)電化學(xué)氧化利用可再生能源，將傳統(tǒng)生物質(zhì)衍生化合物，比如5-羥甲基呋喃甲醛（HMF）轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品，并且同時(shí)制氫，為制備可持續(xù)化學(xué)品和能源提供廣闊機(jī)會(huì)。但是HMF電化學(xué)氧化反應(yīng)需要強(qiáng)堿性環(huán)境和膜材料進(jìn)行高效率轉(zhuǎn)化。這些苛刻的條件降低HMF的穩(wěn)定性，導(dǎo)致產(chǎn)生腐黑物（humin），降低產(chǎn)品的純度，而且膜材料增加生產(chǎn)成本。 有鑒于此，格里菲斯大學(xué)趙惠軍教授（澳大利亞科學(xué)院院士、澳大利亞技術(shù)科學(xué)與工程院院士）、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所尹華杰研究員等報(bào)道為了解決這些挑戰(zhàn)性難題，開(kāi)發(fā)了電催化體系解耦的兩步體系，避免在強(qiáng)堿性環(huán)境進(jìn)行反應(yīng)，避免使用膜材料。1）在這個(gè)體系中，使用Ni-Co氫氧化物作為高效率的氧化還原介導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)了純水體系進(jìn)行HMF氧化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Ni0.85Co0.15OOH能夠促進(jìn)反應(yīng)物脫氫，因此在純水中實(shí)現(xiàn)了高效率的HMF氧化，產(chǎn)物FDCA的選擇性達(dá)到100 %。2）這個(gè)體系能夠用于許多反應(yīng)物的氧化，比如糠醇、糠醛、苯甲醇和苯甲醛等反應(yīng)物的氧化反應(yīng)產(chǎn)率都達(dá)到92 %。當(dāng)使用流動(dòng)相電解槽，這種解耦體系能夠進(jìn)行大規(guī)?；?，并且生成純FDCA固體，表明這種體系的廣泛應(yīng)用前景。Jifang Zhang, Yue Shen, Zenglong Wu, Xinyuan Zhang, Jian Kang, Yijin Wu, Shengbo Zhang, Shan Chen, Guozhong Wang, Haimin Zhang, Huajie Yin, Huijun Zhao, Efficient Alkaline-Free Electrooxidation of 5-Hydroxymethylfurfural to 2,5-Furandicarboxylic Acid using Electrochemically-Charged NixCo1-x(OH)2 as a Redox Mediator, Angew. Chem. Int. Ed. 2025 DOI: 10.1002/anie.202423109https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024231095.Angew：近紅外光觸發(fā)的級(jí)聯(lián)納米系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)時(shí)空控制的基因沉默和氣體協(xié)同癌癥治療盡管DNA酶在基因治療領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力，但如何實(shí)現(xiàn)具有時(shí)空精度、高療效的基因調(diào)控仍是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。有鑒于此，深圳大學(xué)董海峰教授開(kāi)發(fā)了一種近紅外光（NIR）觸發(fā)的級(jí)聯(lián)效應(yīng)系統(tǒng)，其可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的時(shí)空可控基因沉默和氣體協(xié)同癌癥治療。1）該納米平臺(tái)由酶激活的DNA酶、一氧化氮（NO）前體和上轉(zhuǎn)化納米顆粒（UCNPs）構(gòu)建而成。作為光轉(zhuǎn)換器的UCNPs可促進(jìn)NO前體在近紅外光照射下產(chǎn)生NO。產(chǎn)生的NO不僅會(huì)直接參與氣體治療，而且能夠誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)APE1水平上調(diào)，實(shí)現(xiàn)DNA酶活化增強(qiáng)和空間控制的基因沉默。2）利用這一機(jī)制，研究者可通過(guò)將近紅外光控制的NO釋放和APE1激活的基因治療相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)效應(yīng)介導(dǎo)的氣體-基因協(xié)同治療。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該納米平臺(tái)能夠在體外和體內(nèi)表現(xiàn)出增強(qiáng)的抗腫瘤作用。綜上所述，該研究設(shè)計(jì)的策略能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)有效的靶向癌癥治療提供新的見(jiàn)解。 Yaru Cheng. et al. Near-Infrared Light-Triggered Cascade Nanosystems for Spatiotemporally Controlled Gene-Silencing and Gas Synergistic Cancer Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202422375https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024223756.Nature Commun：利用質(zhì)子交換膜水電解器的限制效應(yīng)提高 RuO2 的耐久性二氧化釕作為一種有前途的酸性氧析出反應(yīng)催化劑引起了廣泛關(guān)注。然而，RuO2 過(guò)度氧化成可溶性 H2RuO5 物質(zhì)導(dǎo)致其耐久性較差，阻礙了 RuO2 在質(zhì)子交換膜水電解中的實(shí)際應(yīng)用。 在這里，天津理工大學(xué)魯統(tǒng)部教授，余自友等人報(bào)告了一種限制策略，通過(guò)富集原位形成的 H2RuO5 物質(zhì)的高局部濃度，可以通過(guò)將氧化還原平衡移離 RuO2 過(guò)度氧化來(lái)有效抑制 RuO2 的降解，大大提高其在酸性氧析出過(guò)程中的耐久性。1）受限的 RuO2 催化劑可以在 10 mA cm–2 下連續(xù)運(yùn)行超過(guò) 400 小時(shí)，衰減可忽略不計(jì)，并且穩(wěn)定性數(shù)比非受限 RuO2 催化劑高 14.8 倍。2）使用受限 RuO2 催化劑作為陽(yáng)極的電解槽電池在 500 mA cm–2 和 60 °C 下顯示出 300 小時(shí)的顯著耐久性。這項(xiàng)工作展示了一種通過(guò)限制工程在酸性中耐用的氧氣釋放反應(yīng)催化劑的有前途的設(shè)計(jì)策略。Zheng, WX., Cheng, XX., Chen, PP. et al. Boosting the durability of RuO2 via confinement effect for proton exchange membrane water electrolyzer. Nat Commun 16, 337 (2025).DOI：10.1038/s41467-024-55747-0https://doi.org/10.1038/s41467-024-55747-07.Nature Commun：氟促進(jìn)層狀Sr2TiO4氮化用于可見(jiàn)光催化全解水光催化全解水是使用太陽(yáng)能可持續(xù)制氫的策略，為了實(shí)現(xiàn)高效利用太陽(yáng)能，這個(gè)反應(yīng)需要使用可見(jiàn)光活性的半導(dǎo)體，這具有比較大的挑戰(zhàn)。有鑒于此，同濟(jì)大學(xué)徐曉翔教授、中國(guó)科學(xué)院金屬所劉崗研究員等報(bào)道F促進(jìn)寬能帶半導(dǎo)體Sr2TiO4的氮化，用于可見(jiàn)光全分解水。 1）與傳統(tǒng)的氮化方法不同，F(xiàn)促進(jìn)氮化能夠引入高濃度N摻雜位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光區(qū)間的強(qiáng)吸收，以及產(chǎn)生低濃度缺陷（Ti3+和氧空穴），從而實(shí)現(xiàn)載流子的高效分離。2）通過(guò)修飾一層Ti氧氫氧化物保護(hù)層，并且修飾RhCrOy助催化劑，這種光催化劑能夠穩(wěn)定的進(jìn)行光催化全分解水，在420±20nm的表觀量子效率達(dá)到0.39%，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫的效率達(dá)到0.028%。這項(xiàng)研究結(jié)果表明F促進(jìn)氮化是有效的策略，為提升其他寬能帶半導(dǎo)體材料的光催化活性提供指導(dǎo)。Yu, J., Huang, J., Li, R. et al. Fluorine-expedited nitridation of layered perovskite Sr2TiO4 for visible-light-driven photocatalytic overall water splitting. Nat Commun 16, 361 (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55748-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-55748-z8.蘇州大學(xué)AM：空心多級(jí)結(jié)構(gòu)RE-P-O電化學(xué)合成H2O2電化學(xué)2e- ORR反應(yīng)為可持續(xù)制備H2O2提供一條方法，但是開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異催化活性、選擇性、長(zhǎng)期穩(wěn)定型的電催化劑仍然是個(gè)挑戰(zhàn)性課題。有鑒于此，蘇州大學(xué)康振輝教授、陳子亮副教授、柏林工業(yè)大學(xué)Prashanth W. Menezes等報(bào)道通過(guò)兩步水熱反應(yīng)制備具有開(kāi)放通道的多級(jí)空心SmPO4納米球的新穎策略解決這個(gè)難題。1）生成的多級(jí)空心SmPO4納米球在0.1M KOH電解液和比較寬的0.0-0.6V電壓窗口具有優(yōu)異的2e- ORR選擇性（超過(guò)93 %），在0.45 V的選擇性達(dá)到峰值（96%）。當(dāng)SmPO4用于陰極構(gòu)筑流動(dòng)相電解槽，在100mA cm-2電流密度穩(wěn)定工作的時(shí)間達(dá)到12h，法拉第效率一直保持90%。2）通過(guò)XAS、原位Raman、FTIR等表征技術(shù)和理論計(jì)算結(jié)合，并且對(duì)ORR反應(yīng)后的樣品進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這種空心結(jié)構(gòu)具有本征開(kāi)放通道，具有最合適的金屬原子間距，出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和組成穩(wěn)定性。這些特點(diǎn)顯著增強(qiáng)2e- ORR反應(yīng)的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、穩(wěn)定性。而且，在中性環(huán)境下同樣具有優(yōu)異的2e- ORR性能。此外，這項(xiàng)策略能夠拓展至其他空心稀土元素的RE-P-O化合物，表明中性和堿性條件的優(yōu)異2e- ORR性能。 Zhiwei Liu, Zhaowu Wang, Diandian Lv, Hongyuan Yang, Zhenhui Kang, Suptish Ghosh, Prashanth W. Menezes, Ziliang Chen, Efficient Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide Enabled by a Hierarchical Hollow RE–P–O (RE = Sm, La, Gd) Architecture with Open Channels, Adv. Mater. 2025DOI: 10.1002/adma.202311997https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202311997
