1. Nature Mater.：Li/Na離子電池中陰離子氧化還原的統一圖--走出迷宮
富Li和富Na的過渡金屬氧化物（富A-TMO）中的陰離子氧化還原已成為增加可充電電池能量密度的新范例。目前已經報道了許多電極提供超出理論陽離子容量的額外陰離子容量。但大多數情況下，在充電中實現的陰離子容量在放電中是部分不可逆的。法國Matthieu Saubanère和 Marie-Liesse Doublet團隊設計了富A-TMO中陰離子氧化還原的統一圖，并且不論其結構類型和電子結構是如何的都可以涵蓋，來識別這種不可逆性的電子起源，并提出改善電極循環性能的新方向。
研究者基于嚴格的電子（帶）結構理論概念，研究了材料電子基態，A-過量，M / M'化學取代和陽離子有序/無序對O電化學活性的影響。這種概念方法通過電子定位函數（ELF）的第一性原理計算得到驗證。ELF是電子密度的拓撲工具，探測配對電子被限制的空間區域，這里是首次用于富A-TMO中來證明氧孤對對氧化還原活性的參與。
在此框架內，研究者確定了TMO的電荷轉移間隙（ΔCT）和每個氧的O孔數（hO）作為相關描述符，以量化可充電的陰離子容量及其在放電中的可逆性，而與材料化學組成無關。這為實驗者提供了可測量的數量，以推斷其材料的整體電化學性能，以及新的合理配方以走出陰離子氧化還原的迷宮。從這種一般化的方法，得出結論，陰離子容量的可逆性限于每氧氣的臨界hO數，hO≤1/3。
Mouna Ben Yahia, Jean Vergnet, Matthieu Saubanère, Marie-Liesse Doublet. Unified picture of anionic redox in Li/Na-ion batteries. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0318-3
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0318-3
2. Nature Energy：機器學習預測電池循環壽命
計算能力和數據生成的進步使統計學和機器學習技術能夠加速各種任務的進展，包括材料特性的預測，化學合成路線的識別以及能量儲存材料發現和催化性能，其中準確預測復雜的非線性系統（如鋰離子電池）的使用壽命對于加速技術開發至關重要。然而，不同的老化機制，裝置可變性和動態操作條件仍然是主要挑戰。
斯坦福大學William C. Chueh?和麻省理工學院Richard D. Braatz?團隊生成了一個包括124個商業LiFePO4/石墨電池的全面數據集，在快速充電條件下循環，循環壽命從150到2300個不等，這些電池在早期放電電壓曲線循環中尚未表現出容量降低，研究者應用機器學習工具來預測循環壽命并對電池進行分類。其中，最佳模型只使用前100個循環數據能夠定量預測循環壽命，達到9.1％測試誤差（顯示初始容量中值增加0.2％），此時大多數電池尚未表現出容量衰退。使用前5個循環對低壽命和高壽命分類，實現了4.9％的錯誤分類測試誤差。這項工作突出說明了將有意識的數據生成與數據驅動建模相結合以預測未來復雜系統行為的能力和前景。
Kristen A. Severson, Peter M. Attia, Norman Jin, Nicholas Perkins,Benben Jiang, Zi Yang, Michael H. Chen, Muratahan Aykol, Patrick K. Herring,Dimitrios Fraggedakis, Martin Z. Bazant, Stephen J. Harris, William C. Chueh,Richard D. Braatz. Data-driven prediction of battery cycle life before capacity degradation. Nature energy, 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0356-8
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0356-8
3. Nature Energy：Co-Zn羥基氧化物高效催化析氧反應
析氧反應(OER)是電化學能量轉換設備中的一個關鍵過程。理解晶格氧的氧化機制對于開發優異的OER催化劑是至關重要的。過渡金屬羥基氧化物通常被認為是各類OER催化劑中關鍵的催化物質，它們的低維層狀結構有利于O-O的直接偶聯反應。有鑒于此，新加坡南洋理工大學Xin Wang、徐梽川教授等人將Zn2+引入到CoOOH中。研究發現，由于Zn2+離子的引入，獲得了局域構型不同的的氧非鍵態，OER機制取決于Zn2+離子的數量，其中Zn0.2Co0.8OOH具有最佳的催化活性。
Zhen-Feng Huang, Jiajia Song, Yonghua Du, Shibo Xi, Shuo Dou, JeanMarie Vianney Nsanzimana, Cheng Wang, Zhichuan J. Xu* & Xin Wang*.Chemical and structural origin of lattice oxygen oxidation in Co–Zn oxyhydroxide oxygen evolution electrocatalysts. Nature Energy,2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0355-9
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0355-9
4. Nature Photonics：超厲害！21.6%效率的鈣鈦礦LED問世！
溶液處理的鈣鈦礦光電器件（例如發光二極管）的主要效率極限是陷阱介導的非輻射損耗。使用有機分子的缺陷鈍化已被確定為解決該問題的有吸引力的方法。然而，由于缺乏對分子結構如何影響鈍化效果的深刻理解，這種方法的實施受到阻礙。到目前為止，很大程度上忽略了氫鍵在影響鈍化方面起著關鍵作用。
Li-Min Liu, Wei Huang 聯合Feng Gao團隊通過弱化鈍化功能部分與鈣鈦礦中特有的有機陽離子之間的氫鍵，顯著增強了與缺陷位點的相互作用并使非輻射復合損失最小化。因此，實驗實現了極高性能的近紅外鈣鈦礦發光二極管，其外部量子效率達到創紀錄的21.6％。此外，鈍化鈣鈦礦發光二極管在200 mA cm-2的高電流密度下保持20.1％的高外部量子效率，使其比最有效的有機物更具吸引力。
Weidong Xu, Qi Hu, Sai Bai, Chunxiong Bao, Yanfeng Miao,Zhongcheng Yuan, Tetiana Borzda, Alex J. Barker, Elizaveta Tyukalova, ZhangjunHu, Maciej Kawecki, Heyong Wang, Zhibo Yan, Xianjie Liu, Xiaobo Shi, KajsaUvdal, Mats Fahlman, Wenjing Zhang, Martial Duchamp, Jun-Ming Liu, AnnamariaPetrozza, Jianpu Wang, Li-Min Liu, Wei Huang & Feng Gao. Rational molecularpassivation for high-performance perovskite light-emitting diodes. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0390-x
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0390-x
5. Nature Photonics：深紫外發光二極管技術的出現和前景
通過將GaN與AlN合金化，可以調整AlGaN發光二極管的發射峰位，覆蓋幾乎整個紫外光譜范圍（210-400 nm），使紫外發光二極管非常適合各種領域的應用（生物、環境、工業或醫療）。然而，由于富鋁III族氮化物材料固有的性質，深紫外發光二極管仍然表現出相對低的外量子效率。近日，Michael Kneissl等人回顧了AlGaN基深紫外發光器件的最新發展進展。研究人員重點討論了在缺陷密度，載流子注入效率，光提取效率和散熱方面提高性能時所面對的關鍵障礙。
Michael, K. et al. The emergence and prospects of deep-ultravioletlight-emitting diode technologies. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0359-99
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0359-9
6. Nature Photonics：超薄金屬薄膜中的可調諧等離子體
當一個或多個維度減小到納米級時，電子，光子及其等離子體相互作用的物理學變化很大。例如，石墨烯顯示出獨特的電學，光學和等離子體特性，這些特性可通過門控或化學摻雜來調節。同樣，低至原子厚度的超薄金屬薄膜（UTMF）可以具有新的量子光學效應，獨特的介電特性和可預測的強等離子體。然而，迄今為止，由于難以生產大面積的足夠薄的連續薄膜，金屬中真正的二維等離子體激元是難以捉摸的。
近日，ValerioPruneri等人展示了幾納米厚的黃UTMF中的等離子體，明確證明了新的分散體系和大范圍的電可調性。研究人員通過使用相對低的電壓進行選通，1.5-5μm的波長處的共振峰會移動數百納米并且通過門控調控振幅。該研究結果提出了在等離子體應用中使用金屬的方法，例如電光調制，生物傳感和智能窗。
Maniyara, R. A. et al. Tunable plasmons inultrathin metal films. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0366-x
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0366-x.pdf
7. Nature Photonics：室溫有機極化子晶體管
具有更小尺寸和更低能耗的有源光學元件是現代光子學的核心。隨著光學活性區域的體積減小，小型化，速度化和效率化的驅動已促使開發利用強光-物質相互作用的裝置。通過控制光物質耦合的強度，超過損耗，形成稱為激子-極化子的準粒子，其將光場的特性與活性材料的電子激發相結合。近日，斯科爾科沃科學技術研究所Pavlos G.Lagoudakis團隊用光學微腔中的梯形聚合物代替無機半導體，并通過振動介導的受激極化子弛豫實現極化子晶體管的室溫操作。此外，研究人員在環境條件下展示了~10 dBμm-1的凈增益，亞皮秒切換時間，級聯放大和全光邏輯運算。
Zasedatelev, A. V. et al. A room-temperature organic polariton transistor. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0392-8
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0392-8.pdf
8. Nature Photonics：打破動態全息術的串擾限制
全息攝影是逼真的三維（3D）投影最有前景的途徑，但復雜圖像與全深度控制的結合仍然是難以捉摸的。盡管針對3D全息投影進行了大量努力，但可用的方法僅限于在幾個平面上創建圖像，并且景深狹窄或分辨率低。真正的3D全息術還需要全深度控制和動態投影功能，這些功能受到高串擾的影響。困難在于存儲以全息圖的2D形式描繪復雜3D圖像所需的所有信息，而不會使不同深度處的投影彼此污染。比爾肯特大學Onur Tokel 和F. ?mer Ilday等人通過預先整形波前來局部地將菲涅耳衍射減少到傅里葉全息圖來解決這個問題，這允許在每個深度處包含隨機相位而不改變在該特定深度處的圖像投影。
G. Makey, ?. Yavuz, D. K. Kesim, A. Turnal?, P. Elahi, S. Ilday, O. Tokel, F. ?. Ilday. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0393-7
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0393-7
9. Nature Protocols：針尖增強拉曼光譜用于納米尺度的化學成像
共焦拉曼光譜和表面增強拉曼光譜(SERS)是分子表征的重要手段。然而，它們受限于衍射極限的空間分辨率。針尖增強的拉曼光譜(TERS)克服了這一限制，可以提供數十納米尺度的化學信息。與其他的納米化學分析方法相比，TERS不具有破壞性，并且可以在空氣和液體環境中進行，使得其可以應用于各個領域。基于TERS的原子力顯微鏡(AFM)是一種常見的表征手段，它可以應用于不同基底上的各類樣品。盡管該技術具有諸多優點，但由于其使用壽命短、穩定性低、產率低等諸多問題，使得其在納米化學成像領域的應用受到了限制。
英國國家物理實驗室的Andrew J. Pollard等人詳細描述了使研究人員能夠利用AFM-TERS在生物和非生物樣本上獲得TERS成像的程序。該程序包括四個階段:（1）制備活性TERS探針；（2）測試儀器的校準；（3）使用TERS進行納米級成像的實驗操作；（4）TERS數據處理。本文提供了一系列不同樣品類型的程序和示例數據，包括聚合物薄膜、有機分子的自組裝單層膜(SAMs)、光催化劑表面、生物細胞內的小分子、空氣和水中的單層石墨烯和單壁碳納米管等。
Naresh Kumar, Bert M. Weckhuysen, Andrew J. Wain & Andrew J.Pollard*. Nanoscale chemical imaging using tip-enhanced Ramanspectroscopy. Nature Protocols, 2019.
DOI: 10.1038/s41596-019-0132-z
https://www.nature.com/articles/s41596-019-0132-z
10. Nature Protocols：陽離子熒光線型聚合物溫度計和熒光壽命成像顯微鏡用于細胞內溫度成像
溫度是決定生物體生物學狀態的重要生理參數之一。然而，由于缺乏可以應用于活細胞的分子溫度計，直到近期，才在單細胞水平上測得細胞內的溫度。大阪府立大學Noriko Inada等人開發了一種利用陽離子熒光線型聚合物溫度計(FPT)和熒光壽命成像顯微鏡(FLIM)將細胞內溫度成像的方法。FPT在各類哺乳動物細胞和酵母細胞中均表現出優異的細胞滲透性，預處理10分鐘后進入活細胞。利用FPT和FLIM進行細胞內測溫，在25-35℃的溫度范圍內獲得高的溫度分辨率(0.3-1.29 ℃)。陽離子線型FPT的細胞內定位獲得了高的空間分辨率(光學顯微鏡的衍射極限為200 nm)，可以檢測到亞細胞水平的溫度分布。
Noriko Inada*, Nanaho Fukuda, Teruyuki Hayashi & SeiichiUchiyama. Temperature imaging using a cationic linear fluorescent polymericthermometer and fluorescence lifetime imaging microscopy. Nature Protocols,2019.
DOI: 10.1038/s41596-019-0145-7
https://www.nature.com/articles/s41596-019-0145-7
11. Nature Protocols：基于生物熒光共振能量轉移的活細胞蛋白質-蛋白質相互作用成像
熒光共振能量轉移(BRET)是熒光給體與熒光受體之間的能量轉移。當供體和受體之間的距離小于10 nm時，BRET的效率與距離的六次方成反比，因此它是一種受到廣泛關注的近距離檢測活細胞中蛋白-蛋白相互作用和構象重排的方法。在這類的實驗中，其中一個靶蛋白被融合到熒光能量供體上，另一個蛋白被融合到熒光能量受體上。由于BRET供體不需要外部光源，因此不會導致光毒性或自發熒光，使得它成為了熒光成像的替代品。然而，BRET能量供體較低的信號輸出限制了BRET成像的時間和空間分辨率。
有鑒于此，加拿大蒙特利爾大學Michel Bouvier等人描述了最近針對檢測設備和BRET探針方面的改進，能夠顯著提高BRET成像的分辨率，從而拓寬了BRET成像的應用領域。本文描述了三個主要階段。首先，細胞制備和轉染需要三天，包括細胞培養時間；其次，在顯微鏡設置的初始時間為60分鐘之后，每個樣本的圖像采集時間為10-120分鐘；最后，圖像分析一般需要1-2小時，并討論了熒光供體、熒光受體、相機和顯微鏡設備的選擇，以及用于不同應用的采集模式。
Hiroyuki Kobayashi, Louis-Philippe Picard, Anne-Marie Sch?negge& Michel Bouvier*. Bioluminescence resonance energy transfer–based imaging of protein–proteininteractions in living cells. Nature Protocols, 2019.
DOI: 10.1038/s41596-019-0129-7
https://www.nature.com/articles/s41596-019-0129-7
12. Nature Commun.：中空介孔有機硅納米顆粒用于x射線激活的協同治療
放射治療的成功依賴于腫瘤特異性地給予放射增敏劑來減弱低氧抵抗。中科院寧波材料所沈折玉團隊、南京大學盧光明教授團隊和美國NIH陳小元教授團隊合作報道了一種利用氨輔助的熱水蝕刻法合成小于50納米的中空介孔有機硅納米顆粒(HMONs)的方法。實驗選用可生物降解的硫醚雜化的HMONs來有效地同時遞送叔丁基過氧化氫(TBHP)和五羰基鐵(Fe(CO)5)。
與傳統放療不同的是，該研究采用的放射動力學治療(RDT)是利用x射線激活TBHP內過氧鍵裂解生成?OH，并進一步攻擊Fe(CO)5釋放CO分子進行氣體治療。體內外研究也揭示了x射線可以激活負載了TBHP/Fe(CO)5的聚乙二醇化HMONs去級聯釋放?OH和CO分子，且該過程不依賴于氧氣，對于正常氧濃度和乏氧的腫瘤都具有顯著的治療作用。
Fan, W.P., Lu, N., Shen, Z.Y., Lu, G.M., Chen, X.Y. et al. Genericsynthesis of small-sized hollow mesoporous organosilica nanoparticles foroxygenindependent X-ray-activated synergistic therapy. NatureCommunications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09158-1
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09158-1
13. AFM：對腫瘤微環境響應的藥物-染料-肽納米組裝體用于增強的光-化學-免疫治療
根據治療學理論所構建的納米藥物在生物醫學應用中具有獨特的、不可替代的優勢，尤其是在用于遞送癌癥治療藥物方面。然而，如何構建對腫瘤微環境響應的治療性納米藥物仍然是一個不小的挑戰。四川大學華西醫院錢志勇教授團隊采用了一種簡單易行的方法構建了一種基于治療學理論的納米系統，該系統具有主動靶向腫瘤、增強的腫瘤穿透性、響應刺激的藥物釋放行，以及程序性細胞死亡-1/程序性細胞死亡配體1 (PD-1/PD-L1)阻斷介導的免疫調節，可以增強腫瘤免疫治療。該納米系統在24小時內可以顯著地抑制原發腫瘤生長(抑制率超過97.5%)，在結合IR820的光熱治療后則可達到完全抑制。并且利用阻斷PD-1/PD-L1的拮抗劑D肽也可進一步減輕遠端腫瘤的發展和侵襲性。
Peng, J.R., Qian, Z.Y. et al. Tumor Microenvironment ResponsiveDrug-Dye-Peptide Nanoassembly for Enhanced Tumor-Targeting, Penetration, and Photo-Chemo-Immunotherapy. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201900004
https://doi.org/10.1002/adfm.201900004
14. Materials Today Nano綜述：趕緊收藏！鈣鈦礦LED的研究進展
由于高效率，低制造成本，高純度和廣泛可調的發光等諸多優勢，鈣鈦礦發光二極管（PeLEDs）在過去幾年中引起了極大的關注。通過在鈣鈦礦組合物和器件結構的工程不斷優化，PeLEDs的外部量子效率提升至20％以上，前途無量。但是，其運行穩定性差，包括純藍色（發射波長，450-470 nm）和純紅色（發射波長，620-650 nm）的光譜不穩定性。PeLEDs和偏壓下的短工作壽命阻礙了可能的實際應用。蘇州大學孫寶全聯合林雪平大學S. Bai團隊總結了最近鈣鈦礦材料和LED器件結構的研究進展，以提高純藍色和純紅色PeLED的光譜穩定性和工作條件下的運行穩定性。另外，也介紹對可用于進一步提高PeLED穩定性的可能策略的展望。
Zou, Y., Yuan, Z., Bai, S., Gao, F. & Sun, B. Recent progresstoward perovskite light-emitting diodes with enhanced spectral and operationalstability. Materials Today Nano, 2019.
DOI: 10.1016/j.mtnano.2019.100028
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842019300094
