1. Nature Mater.：壓力促進MOF框架低溫熔融，合成MOF玻璃
金屬有機骨架(MOFs)是一種具有巨大化工生產應用前景的微孔材料。近年來，在沸石咪唑酯骨架結構(ZIF)中發現了高壓下結構坍塌和高溫下液態轉變的現象。近日，英國劍橋大學Thomas D. Bennett教授團隊發現，高壓和高溫條件同時存在會導致ZIF-62和ZIF-4發生復雜的結構變化，從壓力-溫度相圖可知不同區域存在明顯的高、低密度非晶相。
原位粉末x射線衍射、拉曼光譜和光學顯微鏡的研究結果表明，在工業可達到的壓力下，液態MOF在低溫下比較穩定。第一性原理分子動力學也表明，用壓力軟化配位框架使得熔融熱力學更加容易。此外，熔融淬火高溫液體形成的MOF玻璃可以永久的保持其原有的孔隙度。因此，該研究結果為在低溫下合成功能性MOF玻璃提供了一條有效途徑，避免了在常壓下加熱分解。
Remo N. Widmer, Giulio I. Lampronti, Simone Anzellini, RomainGaillac, Stefan Farsang, Chao Zhou, Ana M. Belenguer, Craig W. Wilson, HannahPalmer, Annette K. Kleppe, Michael T. Wharmby, Xiao Yu, Seth M. Cohen, Shane G.Telfer, Simon A. T. Redfern, Fran?ois-Xavier Coudert, Simon G. MacLeod &Thomas D. Bennett*. Pressure promotedlow-temperature melting of metal–organicframeworks. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0317-4
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0317-4
2. Nature Nanotech.：垂直的電解質門控有機晶體管
到目前為止，有機半導體未能在高度集成的亞100 nm晶體管中實現高性能。因此，諸如單壁碳納米管，MoS2或無機半導體的單晶材料是納米級的最佳選擇材料。德國慕尼黑大學R. Thomas Weitz團隊展示了使用垂直場效應晶體管設計，溝道長度僅為40 nm，占位面積為2×80×80 nm2，使用電解液選通時可以實現與有機聚合物的高電性能。有機晶體管結合了高于3 mA cm-2的高通態電流密度，高達108的開/關電流調制比。鑒于此，該新結構也顯示出用于人工神經網絡的前景，并可以作為憶阻設備運行，能耗低于100 fJ。
Lenz, J., del Giudice, F., Geisenhof, F. R., Winterer, F. &Weitz, R. T. Vertical, electrolyte-gated organic transistors show continuousoperation in the MA cm-2 regime and artificial synapticbehaviour. Nature Nanotechnology, 2019.
DOI: 10.1038/s41565-019-0407-0
https://doi.org/10.1038/s41565-019-0407-0
3. Nature Photonics：一種90 nm厚的石墨烯超材料，用于非極化光的極寬帶吸收
在大面積超薄膜中，在寬角度范圍內的非偏振光的寬帶強光吸收對于諸如光伏器件，光電探測器，熱發射器和光學調制器的應用是至關重要的。盡管在設計和制造方面進行了長期努力，但同時實現所有這些所需特性仍具有挑戰性。斯威本科技大學Baohua Jia和悉尼大學C. Martijn de Sterke課題組開發了一種大面積12.5 cm2, 90 nm厚的石墨烯超材料，其具有約85％的非偏振、可見和近紅外光吸收率以及乎覆蓋整個太陽光譜（300-2,500 nm）。該超材料由交替的石墨烯和介電層組成；光柵將光耦合到波導模式，以在高達60°的入射角上實現寬帶吸收。吸收器的極寬光譜和角度響應是太陽能熱應用的理想選擇。這些器件為基于二維材料的大面積強吸收光子器件的應用開辟了一種新途徑。
Lin, H.; Sturmberg, B. C. P.; Lin, K.-T.; Yang, Y.; Zheng, X.;Chong, T. K.; de Sterke, C. M.; Jia, B. A 90-nm-thick graphene metamaterial forstrong and extremely broadband absorption of unpolarized light. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0389-3
https://doi.org/10.1038/s41566-019-0389-3
4. Nature Catal.展望：電化學合成氨的挑戰與機遇
氨是一種廣泛生產的化學物質，是大多數肥料的基礎。目前其主要來自礦物燃料，所以，迫切需要發展一種可持續的生產方法解決當前能源環境危機。氨也被認為是可再生能源的載體，可以用于可再生能源的高效儲存和運輸。基于這些原因，N2電化學還原反應(NRR)作為未來可再生能源大規模生產氨的基礎，目前正受到廣泛的研究。澳大利亞莫納什大學Douglas R. MacFarlane教授等人從實驗方法和催化劑選擇兩方面對目前實現這一重要目標的挑戰和機遇進行了批判性的展望。討論了催化劑選擇性的問題，探討了如何有效提高NRR收率的同時抑制H2的產生。
Bryan H. R. Suryanto, Hoang-Long Du, Dabin Wang, Jun Chen,Alexandr N. Simonov & Douglas R. MacFarlane*. Challenges and prospects inthe catalysis of electroreduction of nitrogen to ammonia. Nature Catalysis,2019.
DOI: 10.1038/s41929-019-0252-4
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0252-4
5. Nature Commun.：甲烷電化學轉化為乙烯，C2產物選擇性達81.2%
將甲烷高產率的轉化為乙烯是一個具有挑戰的課題，因存在著乙烯選擇性低、積碳嚴重、催化劑不穩定等諸多問題。近日，福建物構所謝奎等多團隊合作，發展了一種在固體氧化物電解槽中，常壓，850℃的條件下，原位電化學氧化將甲烷轉化為乙烯的方法。研究發現，該Sr2Fe1.5Mo0.5O6?δ(SFMO)催化劑在電化學氧化過程中原位生長的金屬氧化物界面與多孔電極支架產生相互作用，不僅提高了甲烷活化的活性，而且增強了焦化阻力和熱穩定性。C2產物選擇性高達81.2%，C2產品濃度最高為16.7%(12.1%乙烯和4.6%乙烷)，甲烷轉化率達41%。該催化劑在高溫下工作100小時，10次氧化還原循環活性未見衰減，具有高的穩定性。
Changli Zhu, Shisheng Hou, Xiuli Hu, Kui Xie*, et al.Electrochemical conversion of methane to ethylene in a solid oxideelectrolyzer. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09 083-3
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09 083-3
6. Nature Commun.：調整軌道取向賦予MoS2特殊的堿性析氫能力
由于不適合的軌道取向造成不利的水吸附和解離特征致使MoS2對于堿性催化析氫是天然惰性的。中國科學技術大學Xiaojing Liu和Gongming Wang團隊通過碳誘導的軌道調制成功地賦予MoS2優異的堿性氫析出能力。制備的碳摻雜MoS2在10 mA cm-2下顯示出前所未有的45 mV過電位，顯著低于MoS2的228 mV，在所報道的MoS2催化劑中代表了最佳的堿性析氫催化活性。XPS和XAS分析表明MoS2的電子和配位結構隨著碳的摻入而發生顯著變化。DFT計算進一步揭示了碳摻雜可以產生垂直于基面的空2p軌道，能夠在能量上有利地吸附和解離水，從而促進堿性HER催化動力學。
Yipeng Zang, Shuwen Niu, Yishang Wu, Xusheng Zheng, Jinyan Cai,Jian Ye, Yufang Xie, Yun Liu, Jianbin Zhou, Junfa Zhu, Xiaojing Liu, GongmingWang, Yitai Qian. Tuning orbital orientation endows molybdenum disulfide withexceptional alkaline hydrogen evolution capability. Nature Communications,2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09210-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09210-0
7. Nature Commun.：石墨炔膜材料可實現甲醇零滲透
直接甲醇燃料電池被認為是最有前途的清潔高效能源電池之一，其中，質子交換膜是影響直接甲醇燃料電池能量效率、功率密度等的核心部件。有鑒于此，香港科技大學趙天壽教授課題組發現新型二維碳納米材料石墨炔是較為理想的質子交換膜材料，具備高選擇性和高導電性，能有效阻隔甲醇燃料的滲透。石墨炔具備均一的孔徑結構、孔內尺寸可調控等特點，是研究質子選擇性傳導行為的理想二維材料。研究發現當石墨炔孔徑大于1.2 nm時，石墨炔和水形成的是一個水相-真空相交錯的界面，其中水相可以使得質子快速傳導，而真空相可以有效地阻擋甲醇分子的穿透。這一發現為零滲透質子選擇膜的設計提供了新的可能性。
Le Shi, Ao Xu, Ding Pan & Tianshou Zhao*. Aqueousproton-selective conduction across two-dimensional graphyne. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09151-8
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09151-8
8. Nature Commun.：快速合成的共軛聚合物用于光熱治療腫瘤
光熱材料的發展使得人們能夠利用陽光并將其轉化為熱能。除了碳基納米材料外，共軛聚合物是一種很有前途的光熱材料，但如何實現對其的快速合成仍然十分具有挑戰性。中國科學技術大學王育才教授團隊和梁高林教授團隊合作，通過對CBT-Cys鍵縮合反應的改性和對原料的合理設計，簡便地合成了一種具有良好光熱性能的共軛聚合物聚-2-苯基苯并噻唑(PPBBT)及其十二烷衍生物。在模擬太陽光的氙燈或近紅外光照射下，實驗證明了PPBBT的光熱升溫速度與單壁碳納米管的光熱升溫速度相當。此外，實驗利用PPBBT制備了水溶性NPPPBBT納米粒子，該納米粒子在體外具有良好的光熱性能，在激光照射下對腫瘤具有光熱治療的作用。
Chen, P.Y., Wang, Y.C., Liang, G. et al. Facile syntheses ofconjugated polymers for photothermal tumour therapy. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09226-6
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09226-6
9. Nature Commun.：無創超聲刺激脾臟用于治療炎癥性關節炎
對神經系統和終末器官進行有針對性的非侵入性控制是一種比侵入性設備或全身給藥更安全、更有效地治療多種疾病的策略。例如類膽堿抗炎通路，該通路由迷走神經至脾臟回路所組成，通過植入設備去刺激該通路可以改善類風濕關節炎等自身免疫性疾病。美國明尼蘇達大學Daniel P. Zachs團隊和Hubert H. Lim團隊合作報道了一種利用非侵入性超聲(US)刺激脾臟實現顯著降低炎癥性關節炎小鼠的疾病嚴重程度的方法。實驗也證明了只有在特定的參數下進行刺激治療，才能觀察到病癥的改善，提供保護和治療的效果。對脾臟細胞的單細胞RNA測序和基因免疫缺陷小鼠的實驗則揭示了T細胞和B細胞群在抗炎途徑中的重要性。這一發現也顯示了超聲刺激脾臟用于治療炎癥性疾病的巨大潛力。
Zachs, D.P., Lim, H.H. et al. Noninvasive ultrasound stimulationof the spleen to treat inflammatory arthritis. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-08721-0
https://doi.org/10.1038/s41467-019-08721-0
10. JACS：C66H4，對稱七邊形的氫化富勒烯
廈門大學謝素原團隊從苯-乙炔-氧的低壓燃燒煙灰中回收了氫化富勒烯（C66H4）。通過單晶X射線衍射表征，C66H4呈現出非經典幾何結構，其包含C2v對稱性中的兩個七邊形和兩對稠合五邊形。稠合五邊形的共同頂點與四個氫原子鍵合以將氫連接碳原子從sp2轉換為sp3雜化，其與相鄰的七邊形一起釋放sp2-鍵應變在鄰接的五邊形位點上。 七邊形融合五邊形C66（dihept-C66）。DFT計算表明，原位加氫過程可能穩定dihept-C66。七邊形對改變碳氫化合物活性和電子性質起著關鍵作用。該工作標志著七邊形是低壓燃燒系統中除五邊形和六邊形之外的富勒烯產品的新構件。
Tian, H.-R. et al. AnUnconventional Hydrofullerene C66H4 with SymmetricHeptagons Retrieved in Low-Pressure Combustion. Journal of the American Chemical Society, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b01638
https://doi.org/10.1021/jacs.9b01638
11. JACS：通過有機陽離子的氟化作用增強2D鈣鈦礦的電荷傳輸
摻入二維（2D）結構的雜化鈣鈦礦可提升鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的穩定性。然而，龐大的間隔陽離子通常限制電荷傳輸。近日，美國國家可再生能源實驗室Kai Zhu等人以phenethylammonium（PEA）為例，報道了一種基于有機間隔分子設計的簡單方法，以改善二維鈣鈦礦的傳輸性能。研究證明，通過氟取代PEA的對位形成4-fluoro-phenethylammonium（F-PEA），有機層中的平均苯環質心-質心距離變得更短，鈣鈦礦片層會疊得更好。這將會增強軌道相互作用、相鄰無機層的電荷傳輸、增長載流子壽命以及降低陷阱密度。基于（F-PEA)2MA4Pb5I16的PSC的轉換效率大于13％。此外，與基于PEA的2D PSC相比，基于F-PEA的2DPSC的熱穩定性顯著提高。
Zhang, F. et al. Enhanced Charge Transport in 2D Perovskite via Fluorination of Organic Cation. Journal ofthe American Chemical Society, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b00972
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b00972
12. JACS：超氧化物/過氧化物化學延長了電荷載流子的壽命，但破壞了暴露在氧氣中的CH3NH3PbI3的化學穩定性：時域從頭算分析
實驗表明，氧氣會破壞鈣鈦礦的化學穩定性，但會延長電荷載流子的壽命。以CH3NH3PbI3為例，北師大龍閏研究團隊通過結合時域從頭算密度泛函理論進行非絕熱分子動力學模擬，展示了在氧氣存在的條件下，載流子壽命是如何以及為何發生變化。
計算表明，超氧化物和過氧化物是氧氣與CH3NH3PbI3相互作用的常見形式，氧氣最容易與鈣鈦礦表面的碘空位相互作用。研究人員確定是碘空位降低了電荷載流子的壽命。通過鈍化空位，氧物質將電子和空穴分開，并使壽命增加一個數量級以上。能隙只變化了幾個百分點; 然而，非絕熱耦合變得更弱，量子相干時間顯著減小。激發態動力學的詳細時域原子分析合理化了為什么鈣鈦礦中的光生電荷載流子對缺陷和與空氣中存在的水、氧的相互作用是穩健的，盡管它們破壞了鈣鈦礦的化學穩定性。該研究結果可以應用于其他太陽能材料，并且其性能通常取決于這種大氣氣體的暴露。
He, J. et al. Superoxide/Peroxide Chemistry Extends Charge CarriersLifetime but Undermines Chemical Stability of CH3NH3PbI3 Exposed to Oxygen: Time-DomainAb Initio Analysis. Journal of the American Chemical Society,2019.
DOI: 10.1021/jacs.8b13392
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13392
