1. Nature Biotech.：工程化免疫細胞用于高度敏感的癌癥診斷
內源性生物標志物對于早期疾病檢測工作來說十分重要，但是許多生物標志物都缺乏必需的敏感性和特異性。斯坦福大學醫學院Sanjiv S. Gambhir?教授課題組報道了一種基于細胞的體內傳感器用于高靈敏度的早期癌癥檢測。實驗對巨噬細胞進行了工程化設計改造，通過結合了對激活的精氨酸酶-1啟動子響應的熒光素酶合成了M2腫瘤相關的“傳感器”。
實驗在結直腸和乳腺小鼠腫瘤模型中發現，工程化的巨噬細胞會向腫瘤遷移并激活精氨酸酶-1，隨后可以通過生物熒光成像和檢測血液熒光素酶對其進行分析。結果表明這種巨噬細胞傳感器可以檢測到25至50mm3的腫瘤，比臨床使用的蛋白和核酸癌癥生物標志物更加敏感。該巨噬細胞傳感器還能有效地跟蹤肌肉和肺部炎癥產生的免疫反應，說明這種方法在癌癥以外的疾病中也具有很好的實用價值。
Aalipour, A., Gambhir, S.S. et al. Engineeredimmune cells as highly sensitive cancer diagnostics. NatureBiotechnology, 2019.
DOI: 10.1038/s41587-019-0064-8
https://doi.org/10.1038/s41587-019-0064-8
2. Nature Mater.：在Ⅰ型外爾半金屬TaAs中發現超強中紅外區體光伏效應
實現寬波帶、高效、快速的光電轉換對于傳感和清潔能源領域至關重要。體光伏效應（BPVE）是一種固有的將光轉換為電流的二階非線性光學效應。近日，美國波士頓學院Kenneth S. Burch團隊在外爾半金屬TaAs組裝的微器件中觀測到了巨大的中紅外區體光伏效應。這項發現是結合了外爾半金屬最新研究進展，聚焦離子束工藝，以及相關理論研究（BPVE與拓撲性質存在潛在關聯）的結果。作者還進行了詳細的對稱性分析，以分離位移電流響應和光熱效應。作者認為，所分離的位移電流的大小和波長范圍可能對光學探測器、清潔能源和拓撲學領域有著影響，并展示出Weyl半金屬在實際應用中的作用。
圖：對稱性及光電流產生示意圖
Gavin B. Osterhoudt, Laura K. Diebel, MasonJ. Gray, Xu Yang, John Stanco, Xiangwei Huang, Bing Shen, Ni Ni, Philip J. W.Moll, Ying Ran & Kenneth S. Burch. Colossal mid-infrared bulk photovoltaiceffect in a type-I Weyl semimetal. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0297-4
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0297-4
3. Nature Photonics綜述：石墨烯-半導體異質結揭示了新興的光伏發電
石墨烯在體半導體頂部的電子耦合和由此產生的界面能帶重組在前表面下方僅產生一個光敏結。獨特的是，這種結構導致表面非常靠近耗盡區，從而可以直接接入光敏結，這可以通過表面官能化和/或等離子體納米顆粒的摻入來修飾。2010年，清華大學朱宏偉教授課題組首次原創報道了基于石墨烯和平面結構半導體Si構建的Schottky結光伏傳感器，可實現1.5%的光電轉換效率（AM 1.5G）。近日，伊利諾伊大學芝加哥分校Sanjay K.Behura和 Vikas Berry課題組總結了在這種2D層界面-3D半導體系統中，基于表面的異質結，可調諧載流子傳輸和相對增強的光學吸收將在2D光電子學、光伏學、光子學和納米電子學領域中具有變革性影響。
Behura, S. K.; Wang, C.; Wen, Y.; Berry, V.Graphene–semiconductor heterojunction sheds light onemerging photovoltaics. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0391-9
https://doi.org/10.1038/s41566-019-0391-9
4. Nature Commun.：間隔陽離子的取向簡并控制提升二維鈣鈦礦太陽能電池的效率
二維鈣鈦礦已經成為太陽能電池更穩定的活性層材料。間隔有機陽離子由于其額外的功能引起了極大的研究興趣。然而，很少有報道關于有機陽離子的化學性質是如何影響二維鈣鈦礦以及器件的工作。近日，北卡羅來納大學Wei You團隊證明間隔陽離子的選擇（即，苯乙胺的選擇性氟化）會影響二維鈣鈦礦的薄膜性質，導致二維鈣鈦礦太陽能電池的不同器件性能（平均n = 4）。結構分析表明，間隔陽離子的不同堆積排列和取向紊亂導致取向簡并和不同的形成能，很大程度上解釋了薄膜性質的差異。該工作闡明了間隔陽離子是如何通過這些陽離子在晶格中微弱、協同相互作用對二維鈣鈦礦的理想電子性質和器件性能產生影響。
Hu,J. et al. Synthetic control over orientational degeneracy of spacer cationsenhances solar cell efficiency in two-dimensional perovskites. Nature Communications, 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-08980-x
https://www.nature.com/articles/s41467-019-08980-x.pdf
5. Nature Commun.：控制氧化物表面氧交換的因素-固體氧化物燃料電池
在固體氧化物燃料電池（SOFC）正極中，氧氣交換的正向過程是氧還原反應（ORR），它將氣相O2轉化為正極中的固相O2- 。交換由O2吸附、解離和在表面結合，然后在體相中O2-擴散組成。有效地執行這些操作的SOFC正極材料幾乎都是電子和離子導電復合氧化物，并且通常具有鈣鈦礦結構（ABO3-δ）。目前對混合導電氧化物表面氧交換的定量分子理解仍然難以捉摸，這種有限的理解意味著目前無法預測哪種材料或表面將進行最活躍的交換，并抑制了最佳材料的合理設計，因此迫切需要對控制氧交換的原子尺度機制進行更好地理解。
美國威斯康星大學麥迪遜分校Dane D. Morgan課題組使用ab initio方法開發代表性正極材料La0.5Sr0.5CoO3-δ氧交換的定量元素反應模型，預測在操作條件下從穩定的O2中到摻氧的SrO（001）面的速控步驟是O-吸附原子和氧表面空位的橫向（表面）擴散。并預測了亞穩態CoO2終止的高空位濃度使空位輔助的O2解離比富Sr的（La，Sr）O終止的速控步快102-103倍。該結果意味著通過抑制（La，Sr）O終止和穩定高活性CoO2終止可以潛在地獲得顯著增強的氧交換性能。
Yipeng Cao, Milind J. Gadre, Anh T. Ngo, StuartB. Adler, Dane D. Morgan. Factors controlling surface oxygen exchange in oxides.Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-08674-4
https://www.nature.com/articles/s41467-019-08674-4
6. Nature Commun.：通過表面電荷的氧化石墨烯膜控制的離子傳輸
離子傳輸對于生物系統和基于膜的技術至關重要。原子厚的二維材料，尤其是氧化石墨烯（GO），已成為開發用于離子傳輸的合成膜的理想構件。然而，在加壓過濾過程中祛除半徑的小離子仍然是GO膜的挑戰。南京工業大學Gongping Liu和Wanqin Jin團隊調控膜表面電荷，以控制通過GO膜的離子傳輸。高電荷GO膜表面由于其高相互作用能壘而排斥高價共離子，同時基于平衡整體溶液電荷，抑制靜電吸引的低價抗衡離子的滲透。調節的表面電荷GO膜具有顯著的離子剔除增強，其本身高水滲透性超過了現有技術納濾膜的性能極限。這種簡便且可規模化的表面電荷控制方法為水傳輸，仿生離子通道和生物傳感器，離子電池和能量轉換領域的選擇性離子傳輸提供了新途徑。
Mengchen Zhang, Kecheng Guan, Yufan Ji,Gongping Liu*, Wanqin Jin*, Nanping Xu. Controllable ion transport bysurface-charged graphene oxide membrane. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09286-8
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09286-8
7. Nature Commun.：氟化MOF用于選擇性去除和感應SO2
常規的SO2洗滌劑（氧化鈣和沸石）通常用于使用強或不可逆的基于吸附方法除去SO2。MOF材料雖然具有許多優異的化學穩定性，但由于SO2 具有腐蝕性，MOF中僅有少數能夠對其吸附，其中許多MOF不可逆地吸附SO2或發生相變，它們不適用于SO2-結構-吸附-感應關系的研究。此外，很少探索能夠以可逆方式感知和選擇性捕獲該有毒分子的吸附劑，并且深入了解結構-性質的關系，并且在p.p.m設計用于可逆SO2傳感的傳感器裝置仍然是一個持續的挑戰。
阿卜杜拉國王科技大學的K.N. Salama 和 M. Eddaoudi團隊使用最近推出的同構氟化MOF從合成煙氣中選擇性地去除和感知SO2。混合氣體吸附實驗在250p.p.m的7％低濃度SO2下進行。直接混合氣柱穿透和/或柱解吸實驗揭示了KAUST-7（NbOFFIVE-1-Ni）和KAUST-8（AlFFIVE-1-Ni）MOF展示出前所未有的SO2親和力。此外，MOF涂層石英晶體微量天平傳感器用于開發能夠在25至500 p.p.m的低濃度下檢測SO2傳感器。
M. R. Tchalala, P. M. Bhatt, K. N. Chappanda,S. R. Tavares, K. Adil, Y. Belmabkhout, A. Shkurenko, A. Cadiau, N. Heymans, G.De Weireld, G. Maurin, K. N. Salama, M. Eddaoudi. Fluorinated MOF platform forselective removal and sensing of SO2 from flue gas and air. NatureCommunications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09157-2
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09157-2
8. Nature Commun.：將客體分子限域在MOF空腔用于低溫催化
通過幾何結構或電荷作用將客體分子限域在納米多孔材料空腔可以改變其催化或光電性能；但是也是極具挑戰的，尤其是當主體分子是亞穩態，如MOFs。近日，劍橋大學Stoyan K. Smoukov和大連化物所傅強等多團隊合作，合理選擇反應試劑和條件，發展了一種普適的合成客體金屬化合物的方法。合成的RuO2@MOF-808-P催化劑與常規的RuO2/SiO2催化劑相比，在150 ℃以下溫度具有高的CO氧化活性。進一步研究發現，CO和O之間弱的相互作用及RuO2在MOFs空腔避免了避免吸附誘導的催化表面鈍化使得該催化劑具有高的CO氧化活性。
Tiesheng Wang, Qiang Fu*, Stoyan K. Smoukov*,et al. Rational approach to guest con?nementinside MOF cavities for low-temperature catalysis. Nature Communications,2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-08972-x
https://doi.org/10.1038/s41467-019-08972-x
9. Nature Commun.：原位光譜助力單原子Rh催化CO氧化研究
單原子催化劑被廣泛運用到催化領域，例如CO氧化等。原位研究單原子催化CO氧化反應具有重大意義。近日，新加坡國立大學Ning Yan等多團隊合作，采用一系列原位光譜技術研究了單原子Rh/磷鎢酸催化劑CO氧化反應。研究確定了幾個重要中間體和穩態催化劑結構，表明該反應是非傳統的Mars-vanKrevelen機理，且O2活化是決速步。原位XPS研究及DRIFT光譜研究發現，磷鎢酸載體對鞏固Rh的氧化態和CO吸附有重要貢獻。該技術直接觀測到了金屬中心、載體、中間體三個重要的部分，使得CO在Rh上氧化變得“清晰可見”，對設計CO氧化催化劑具有重要意義。
Max J. Hülsey, Bin Zhang, Ning Yan*,et al. In situ spectroscopy-guided engineering of rhodium single-atom catalystsfor CO oxidation. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038 /s41467-019-09188-9
https://doi .org/10.1038 /s41467-019-09188-9
10. Nature Commun.：高負載單原子金屬-氮催化劑大規模生產的級聯錨定策略
在單原子催化劑（SAC）中，錨定在碳載體（M-NC）上的金屬原子-Nx（M-Nx）催化劑引起了關注。特別是在電催化中，氮不僅可以有效地錨定和穩定碳載體上的單金屬原子，還可以調節金屬或碳原子的電子結構，優化中間體的吸附/解吸，以提高催化性能。此外，碳載體易于商業化并具有高導電性以加速反應期間的電子轉移。
SAC的一大挑戰是單原子位點的濃度低，因為必須平衡原子的負載和聚集。溫度越高金屬原子越容易遷移和聚集，由于M-N鍵合的形成通常需要高溫，因此對于實現具有高金屬負載的M-NC SAC更具挑戰性。此外，M-NC SAC很少有報道可以實現超過4wt％的金屬負載量，并難以實現大規模生產M-NC SAC。因此，非常希望開發一種與大規模生產相容的方法，用于合成具有高金屬負載量的M-NC SAC。
中科院胡勁松課題組開發了一種通過級聯錨定策略批量生產多種M-NC SAC（M=Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Mo，Pt等）的一般方法，金屬負載量高達12.1wt％。研究表明，金屬離子的螯合作用，高負載下螯合物的物理分離和高溫下與N-物種的結合對于實現高負荷的M-NC SAC至關重要。示例：Fe-NC SAC在0.1 M KOH中顯示出優異的ORR電催化活性，半波電位為0.90 V（相對于RHE），在0.9 V時動態質量電流為100.7A g-1。Ni-NC SAC對CO2還原具有高電催化活性，法拉第效率為89％，在-0.85 V時具有30 mAcm-2的高電流密度。
Lu Zhao, Yun Zhang, Lin-Bo Huang, Xiao-ZhiLiu, Qing-Hua Zhang, Chao He, Ze-Yuan Wu, Lin-Juan Zhang, Jinpeng Wu, WanliYang, Lin Gu, Jin-Song Hu & Li-Jun Wan. Cascade anchoring strategy forgeneral mass production of high-loading single-atomic metal-nitrogen catalysts.Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09290-y
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09290-y
11. Chem. Rev.：原子精確的貴金屬團簇催化劑：結構和性質之間的橋梁
深入理解結構和性質之間關系對催化研究至關重要。近年來，研究人員們發展了一系列方法合成原子精確的納米團簇。團簇與納米顆粒不同，它結構明確、具有獨特的電子結構、超小的尺寸、豐富的不飽和配位點，在許多催化反應中體現出了高的活性和選擇性，是從原子水平理解催化機理，研究結構和性質之間關系的模型催化劑。近日，安徽大學朱滿洲教授團隊對團簇催化的研究進展做了總結。包括團簇的合成方法及表征，從理論和實驗角度總結團簇在電催化、光催化、光電轉換、催化有機反應等領域的應用，最后對團簇催化做了總結和展望。
YuanxinDu, Hongting Sheng, Didier Astruc, and Manzhou Zhu*. Atomically Precise Noble Metal Nanoclusters as Efficient Catalysts: A Bridge between Structure and Properties. ChemicalReviews, 2019.
DOI:10.1021/acs.chemrev.8b00726
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.chemrev.8b00726
12. Angew.綜述：石墨與硅負極的復合用于高能鋰離子電池商業化
Si被認為是最有希望的負極材料，用于克服碳質負極的理論容量極限。Si和石墨的共同利用已成為實現高能量商業鋰電可行的方法，但Si負極在商用LIB中的實際應用仍然停滯不前。
與先前主要關注Si或Si/C納米結構的硅負極報道相反，韓國蔚山國立科學技術研究院Jaephil Cho課題組討論了石墨和Si負極的共同利用以實現高能LIB的商業化。首先討論了石墨和Si共同利用的必要性，然后系統地回顧石墨/Si負極的發展，具體分為與石墨混合的Si負極和石墨/Si復合負極，介紹了構建石墨/ Si復合材料的不同合成策略。此外，有意識地提出考慮石墨/硅負極發展的關鍵因素。最后，就石墨和硅共同利用的商業化提供了深刻的建議。
Sujong Chae, Seong-Hyeon Choi, Namhyung Kim,Jaekyung Sung, Jaephil Cho. Integration of Graphite and Silicon Anodes for theCommercialization of High‐Energy Lithium‐Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201902085
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201902085
13. Nano Lett.：優化的蓓薩羅丁氣霧劑配方用于抑制小鼠肺癌亞型
蓓薩羅丁在臨床前模型和臨床試驗中均表現出具有抑制肺和乳腺腫瘤發生的作用。口服蓓薩羅丁的主要副作用是會引發高甘油三酯血癥和高膽固醇血癥。已有研究證明了通過霧化吸入蓓薩羅丁對于肺腺瘤的臨床前模型具有很好的化學預防作用，且不會引起高甘油三酯血癥。
威斯康星醫學院尤明教授課題組用臨床相關的溶劑體系對噴霧化蓓薩羅丁的配方進行了優化修改。優化后的噴霧化蓓薩羅丁制劑對肺鱗癌小鼠模型和肺腺癌小鼠模型均有很好的化學預防作用，且不會引起明顯的毒性癥狀，也不會增加血漿內甘油三酯或膽固醇的濃度。這種霧化的蓓薩羅丁會均勻分布于小鼠肺實質中，并通過增加腫瘤浸潤T細胞的數量來調節體內微環境。肺癌細胞株RNA測序顯示，蓓薩羅丁可改變癌癥的多種通路。這一研究首次證明了一種新的、臨床相關的霧化蓓薩羅丁制劑可以對肺癌的主要亞型具有預防作用，對于肺癌高危人群例如吸煙者來說是一種很好預防肺癌的手段。
Zhang, Q., You, M. et al. Optimized bexaroteneaerosol formulation inhibits major subtypes of lung cancer in mice. Nano Letters,2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04309
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b04309
14. AEM：兼具高效率和穩定性的鈣鈦礦太陽能電池
眾所周知，較差的器件穩定性是鈣鈦礦太陽能電池面向商業應用的一大障礙。近日，南昌大學陳義旺以及談利承首次將氟化perylenediimide（F-PDI）引入到鈣鈦礦薄膜，在提高器件的光伏性能的同時也極大地改善了器件的熱穩和濕穩。
研究發現，由于F-PDI的羰基與非配位鉛之間的螯合作用，填充在晶界（GB）和鈣鈦礦薄膜表面的導電F-PDI分子可以鈍化缺陷并促進電荷通過GB傳輸。此外，F-PDI形成有效的多重疏水結構可以保護鈣鈦礦膜免受水分侵蝕。F-PDI處理的MAPbI3和Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(Br0.17I0.83)3轉換效率分別達到18.28％和19.26％。在相對濕度（RH）為50％的空氣中暴露30天后，性能仍然保持超過80％的初始效率。F???HN的強氫鍵可以固定甲胺離子（MA+），從而提高器件的熱穩定性，在50%RH、溫度100 ℃條件下，24小時后仍保持接近初始值70％的轉換效率。
Yang,J. et al. High-Performance Perovskite Solar Cells with Excellent Humidity andThermo-Stability via Fluorinated Perylenediimide. Advanced Energy Materials,2019.
DOI:10.1002/aenm.201900198
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900198
