1. Nat. Rev. Phy.綜述：黑磷及其等電子材料
2D和分層材料已經迅速發展了十多年。其中黑磷及其等電子基團，IV族單鹵代化合物具有獨特的地位。這些褶皺材料具有獨特的晶體對稱性并表現出各種獨特的特性，例如高載流子遷移率、強紅外響應性、寬可調帶隙、面內各向異性和自發電極化。Fengnian Xia, Han Wang和Li Yang等人回顧黑磷及其等電子材料的基本屬性，著重于新的電子和光子器件概念和新的物理現象，并討論其未來的發展方向。
Xia,F., Wang, H., Hwang, J. C. M., Neto, A. H. C. & Yang, L. Black phosphorusand its isoelectronic materials. Nature Reviews Physics, 2019.
DOI:10.1038/s42254-019-0043-5
https://doi.org/10.1038/s42254-019-0043-5
2. Nature Chem.：化學穩定的聚芳醚基COFs
開發具有高化學穩定性的結晶多孔材料對其實際應用具有重要意義。有鑒于此，吉林大學Valentin Valtchev、Qianrong Fang以及美國特拉華大學Yushan Yan等人報道了具有高結晶度、孔隙度和化學穩定性的聚芳醚基共價有機框架(PAE-COFs)的合成。通過鄰二氟苯與鄰苯二酚建筑間的親核芳香取代反應形成醚鍵，合成了PAE-COFs。研究表明，該材料在包括沸水、強酸和強堿、氧化和還原條件在內的苛刻的化學環境下均是穩定的。其穩定性性能超過了其他已知的晶體多孔材料，如沸石、金屬有機框架和共價有機框架等。此外，研究人員發現功能化的PAE-COFs具有孔隙率高、穩定性好、可回收利用等優點。這些材料的初步應用表明，可以利用該材料在廣泛的pH值范圍內去除水中的抗生素。
XinyuGuan, Hui Li, Yunchao Ma, Ming Xue, Qianrong Fang, Yushan Yan, ValentinValtchev & Shilun Qiu. Chemically stable polyarylether-based covalentorganic frameworks. Nature Chemistry, 2019.
DOI:10.1038/s41557-019-0238-5
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0238-5
3. Nature Chem.：ORR過渡金屬催化劑的表面結構優化
如何有效預測催化材料的最佳結構一直是科研人員的目標，但事實卻是通常只能在均一表面上模擬相關活性位點。特別是對于一些結構敏感的化學反應而言，如氧化還原反應，目前還沒有有效的方法用于識別活性最佳的表面結構。有鑒于此，美國特拉華大學D. G. Vlachos等人開發了一種通過識別活性位點來預測催化材料最佳結構的方法，該方法可以有效識別活性位點的密度和空間排列，然后使表面能量最小化。研究發現，無論是理想的表面結構還是無序的結構，缺陷的密度與催化性能有著密切的關聯。基于這些結論，研究者將該方法應用于Pt(111)、Pt(100)、Au(111)和Au(100)表面的氧還原反應。
M. Nú?ez, J. L. Lansford & D.G. Vlachos. Optimization of the facet structure of transition-metal catalystsapplied to the oxygen reduction reaction. Nature Chemistry, 2019.
DOI: 10.1038/s41557-019-0247-4
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0247-4
4. 特拉華大學Nature Energy：高效穩定的氫氧化物交換膜燃料電池
降低燃料電池系統成本的一種有希望的方法是開發氫氧化物交換膜燃料電池（HEMFC），這為不含鉑族金屬的催化劑和低成本雙極板的可能性。然而，對于HEMFC的關鍵組分，堿性聚電解質（氫氧化物交換膜和氫氧化物交換離聚物），目前還未開發出有效的，這是HEMFC的開發主要阻礙。
美國特拉華大學Bingjun Xu 和Yushan Yan 等人報道了基于聚（芳基哌啶鎓）（PAP）的氫氧化物交換膜和氫氧化物交換離聚物，其同時具有優異的離子導電性、化學穩定性、機械強度、氣體分離和選擇性溶解性。這些性質源自哌啶陽離子和剛性無醚鍵的芳基骨架的組合?；赑AP材料的Ag基陰極（低Pt膜電極）的電池顯示出優異的峰值功率密度920 mW cm-2；并且在H2/CO2-95°C下，500 mA cm-2的恒流密度下，穩定工作300小時。
Wang,J., Zhao, Y., Setzler, B. P., Rojas-Carbonell, S., Ben Yehuda, C., Amel, A.,Page, M., Wang, L., Hu, K., Shi, L., Gottesfeld, S., Xu, B. & Yan, Y.Poly(aryl piperidinium) membranes and ionomers for hydroxide exchange membranefuel cells. Nature Energy, 2019.
DOI:10.1038/s41560-019-0372-8
https://doi.org/10.1038/s41560-019-0372-8
5. Nature Methods：二維和三維單分子定位顯微鏡軟件的評估
隨著二維(2D)和三維(3D)單分子定位顯微鏡(SMLM)的廣泛應用，研究人員開發了大量不同的數據分析軟件來獲得超分辨率圖像。有鑒于此，英國紐卡斯爾大學Seamus Holden和瑞士洛桑聯邦理工學院Daniel Sage等人對各類二維和三維SMLM軟件的性能進行了排名。通過對現有的成像模式生成了模擬數據庫，并根據這些數據對36個“參賽者”進行了評估。該研究提供了對3D SMLM軟件的第一個廣泛性評估，并提供了最新的關于2D和3D SMLM在現實條件下如何操作的全面視角。該研究能夠讓研究人員為他們的實驗確定最佳分析軟件，并有利于3D SMLM軟件開發人員根據當前的技術狀態對新軟件進行基準測試。
Daniel Sage, Seamus Holden. Super-resolution fight club: assessment of 2D and 3D single-molecule localization microscopy software. Nature Methods, 2019.
DOI: 10.1038/s41592-019-0364-4
https://www.nature.com/articles/s41592-019-0364-4
6. Nature Photonics：受激拉曼激發熒光光譜和成像
熒光檢測可提供高達單分子的靈敏度，但缺乏足夠的化學信息。相比之下，基于拉曼的振動光譜可提供了分子結構、動力學以及耦合的精確化學特異性，但其缺點是較為遲鈍、不敏感。近日，哥倫比亞大學Wei Min研究團隊報道了一種受激拉曼激發熒光（SREF）的混合技術，該技術集成了卓越的檢測靈敏度和精細的化學特異性。
通過受激拉曼泵浦到中間振動本征態，然后向上轉換為電子熒光態，SREF將振動共振編碼到熒光發射的激發光譜中。研究人員通過利用窄的振動線寬，展示了細胞中的多重SREF成像，打破了熒光的“顏色屏障”。進一步地，研究人員通過利用SREF卓越的靈敏度，實現了全遠場單分子拉曼光譜和成像，沒有等離子體增強，這是光子學中長期追求的目標。因此，通過合并拉曼和熒光光譜，SREF將成為化學和生物學的有價值的工具。
Xiong, H. et al. Stimulated Ramanexcited fluorescence spectroscopy and imaging. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0396-4
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0396-4
7. Nature Commun.：研究OLED微腔引起的光譜變窄現象的潛在機制
北京交通大學Bin Hu和長春光學精密機械與物理研究所Xingyuan Liu對微腔OLED中電致發光光譜變窄現象的潛在機制進行了研究。研究發現，微腔引起空間擴展狀態的形成，在有機材料中形成Frenkel激子之前起中間狀態的作用。此外，變窄的電致發光輸出與磁電致發光同時發生的線性極化。這表明空間延伸的狀態變得對齊，以通過光學共振在微腔內形成相干的發光激子。顯然，空間擴展狀態為實現基于微腔OLED中的激光作用的電致發光光譜變窄現象提供了必要條件。
Wang, M.; Lin, J.; Hsiao, Y.-C.; Liu, X.; Hu,B. Investigating underlying mechanism in spectral narrowing phenomenon inducedby microcavity in organic light emitting diodes. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09585-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09585-0
8. 唐本忠&何自開NatureCommun.：一種提高有機持久室溫磷光的效率的策略！
持久發光是一種有趣的現象，其具有特殊的應用。然而，能夠持久發光的有機材料（例如有機持久性室溫磷光）的開發因其低效率而滯后。此外，提高有機發光體的磷光效率通常導致壽命短。唐本忠和何自開團隊報道了一種通過分子內三重態-三重態能量轉移來提高磷光效率的策略。（溴）二苯并呋喃或（溴）二苯并噻吩與咔唑的結合促進了系統間的交叉，并提供了分子內三重態橋，進而促進放熱三重態-三重態能量轉移，以重新填充咔唑的最低三重態。這些因素共同作用以促進有效的磷光。該策略將有助于開發用于潛在高科技應用的高效磷光材料。
Zhao, W.; Cheung, T. S.; Jiang, N.; Huang, W.;Lam, J. W. Y.; Zhang, X.; He, Z.; Tang, B. Z. Boosting the efficiency oforganic persistent room-temperature phosphorescence by intramoleculartriplet-triplet energy transfer. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09561-8
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09561-8
9. Nature Commun.：鹵化鈣鈦礦中光子和電子性質的定量光學評估
高效太陽能電池的發展依賴于需要精確測量的電子和光學特性的管理。隨著轉換效率的提高，電子和光子貢獻會影響整體性能。近日，LaurentLombez研究團隊展示了一種光學方法來量化半導體材料的幾種傳輸特性，集合多維成像技術的使用可以解耦和量化電子和光子的貢獻。研究人員以鹵化鈣鈦礦薄膜為實例，光學測量純載流子擴散特性，并證明光學效應的貢獻。研究人員認為須考慮光子傳播效應以避免過高估計的傳輸性質（如載流子遷移率，擴散長度或擴散系數）。
Bercegol, A. et al. Quantitativeoptical assessment of photonic and electronic properties in halideperovskite. Nature Communications, 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-09527-w
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09527-w
10. Sargent最新Nature Commun.：鈣鈦礦單晶中光載流子傳輸特性的非接觸測量
金屬鹵化物鈣鈦礦由于其較長的電荷載流子擴散長度的顯著特性促進溶液工藝處理的光電子學的快速發展。不幸的是，對于表面相似的材料，鈣鈦礦單晶擴散長度范圍很廣（從3 μm到3 mm）。近日，多倫多大學Sargent研究團隊報道了一種非接觸式方法來測量載流子遷移率并進一步提取擴散長度：該方法避免了接觸電阻和高電場的影響。研究人員改變淬滅劑的密度，發現鈣鈦礦中激發態壽命對淬火劑間距的依賴性。該研究結果是可重復的和自洽的（即它們對許多不同猝滅劑濃度的擴散長度一致）在±6％以內。研究人員通過使用這種方法，得到金屬鹵化物鈣鈦礦的擴散長度為2.6μm±0.1μm。
Gong, X. et al. Contactlessmeasurements of photocarrier transport properties in perovskite singlecrystals. Nature Communications, 2019.
DOI：10.1038/s41467-019-09538-7
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09538-7
11. Nature Commun.：富鋰材料中異常的金屬偏析為LIB中穩定的正極提供設計規則
摻雜電化學惰性元素的陽離子也被廣泛用于提高富鋰層狀正極材料的晶體結構穩定性，除了表面涂層處理外，一種新的摻雜策略是在高壓充電過程中使用4d或5d過渡金屬來穩定晶體結構以防止氧釋放。然而，大多數先前對含有4d或5d元素的層狀氧化物研究都集中在其原始狀態，忽略了循環誘導的氧損失和表面重構。因此，需要研究表面重構層的不穩定性是如何在含有4d或5d元素層狀氧化物中導致不同的降解途徑。
布魯克海文國家實驗室功能納米材料中心Huolin L. Xin、化學部Xiao-Qing Yang和中國科學院物理研究所Xiqian Yu等人結合電鏡、同步輻射XRD和DFT計算來研究含有4d元素的富鋰釕-錳氧化物Li2Ru0.5Mn0.5O3（LRMO）。研究者發現，延長循環次數后，LRMO形成了三維多孔結構，并且可以觀察到有亞微米級的釕和錳的偏析，其中，釕在重構的氧化物表面上以金屬納米團簇的形式被分離出來。計算表明，意外的釕金屬偏析是由于其在缺氧表面中的熱力學不溶性。這種不溶性可以破壞重構的表面，也解釋了材料中形成多孔結構的現象。
因此，研究者意識到，當在深度充電狀態下發生嚴重的氧釋放時，需要對表面重構階段的考慮增加了額外的限制，以指導表面摻雜劑的篩選。進一步地，研究者通過DFT計算確定可以將3d元素Sc，Ti，V，Cr和4d元素Y，Zr，Nb，Mo摻雜進表面，同時其在體相中不太穩定。在理論計算的基礎上，研究者合成了富鋰鎳-鈦-鈮氧化物材料，預計鈦和鈮能夠穩定表面重構層。實驗結果表明該材料即使在50次充/放電循環后也沒有出現金屬元素的偏析，該實驗證實了之前的理論預測。
Ruoqian Lin, Enyuan Hu, Mingjie Liu, Yi Wang,Hao Cheng, Jinpeng Wu, Jin-Cheng Zheng, Qin Wu, Seongmin Bak, Xiao Tong, RuiZhang, Wanli Yang, Kristin A. Persson, Xiqian Yu, Xiao-Qing Yang, Huolin L.Xin, Anomalous metal segregation in lithium-rich material provides design rulesfor stable cathode in lithium-ion battery. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09248-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09248-0
12. Nature Commun.：半固態前藥納米顆粒用于遞送抗逆轉錄病毒藥物和聯合治療HIV
據估計，全球目前感染人類免疫缺陷病毒(HIV)的人數為3670萬。終生服用抗逆轉錄病毒(ARV)藥物可通過抑制循環病毒載量使HIV成為一種慢性病，從而使生活接近正常；然而，每日口服藥物也會導致耐藥性等副作用的產生。因此，設計長效(LA)的、納米級別的、難溶于水的抗逆轉錄病毒藥物具有非常好的臨床應用價值，其在被單次注射后的幾個月時間內可以保持效用不變。約翰霍普金斯大學醫學院Caren Freel Meyers教授團隊和利物浦大學Steve P. Rannard教授團隊設計了一種半固態前藥納米顆粒(SSPNs)用于遞送高水溶性的核苷逆轉錄酶抑制劑(NRTI)恩曲他濱(FTC)。體內外的外推(IVIVE)模型證明了該體系可以實現持續的前藥釋放，并隨后在相關的生物環境中被激活進行治療。
Hobson,J.J., Meyers, C.F., Rannard, S.P. et al. Semi-solid prodrug nanoparticles for long-acting delivery of water-soluble antiretroviral drugs within combination HIV therapies. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09354-z
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09354-z
13. 吳成鐵ACS Nano：仿葡萄籽的智能水凝膠支架用于黑色素瘤治療和傷口愈合
葡萄籽提取物中含有豐富的黃酮類化合物和低聚原花青素(OPC)。受此啟發，中國科學院上海硅酸鹽研究所吳成鐵團隊將含有OPC的水凝膠支架作為治療黑色素瘤的天然光熱試劑和用于創面愈合的生物活性材料。
這種水凝膠支架的流變特性可以對近紅外(NIR)激光照射的功率密度、輻照時間和OPC含量做出響應。而不同的輻照時間也對水凝膠支架的壓縮力學性能有一定的調節作用。在近紅外激光照射下，含OPC的水凝膠支架可以誘導產生高溫進而有效地殺滅黑色素瘤細胞，抑制腫瘤生長。此外，含有OPC水凝膠支架也可以支持人真皮成纖維細胞(HDFs)和人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)的增殖和遷移，并在慢性傷口中明顯促進血管生成和皮膚再生。這一研究開發的含OPC的水凝膠支架在近紅外激光刺激下具有可控的光熱、流變和壓縮力學性能，對黑色素瘤治療和創傷愈合具有良好的生物活性。
Ma, H.S., Wu, C.T. et al. Grape Seeds-Inspired Smart Hydrogel Scaffolds for Melanoma Therapy and Wound Healing. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.8b09496
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b09496
14. AEM：揭秘石榴石型固態電解質的短路機制
石榴石型固態電解質作為鋰金屬電池中最具前景的材料而被廣泛研究。盡管無機固態電解質能夠抑制枝晶生長已經成為了共識，但是石榴石型無機固態電解質的臨界電流密度很低，常常會由于枝晶生長而突然短路。
在本文中，研究人員對石榴石型的LLCZN的短路機制進行了研究。他們發現，金屬鋰不是以樹枝狀從一個電極向另一個電極傳播而是直接生長在無機固態電解質的內部。這可以歸因于鋰離子在晶界處與電子發生結合從而被還原為零價的金屬鋰從而導致電池發生短路。為了降低晶界處的電子電導，研究人員在LLCZN表面包覆了一層LiAlO2從而顯著提高了臨界電流密度。這些研究結果不僅明確了石榴石型無機固態電解質的短路機理，同時也為其進一步地結構設計和修飾提供了思路。
Yongli Song et al. Revealing the Short‐Circuiting Mechanism of Garnet‐Based Solid‐State Electrolyte. AdvancedEnergy Materials, 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201900671
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201900671
15. AEM：解密泡沫石墨的儲鉀機理
嵌鉀的石墨插層化合物（K-GICs）具有豐富的結構和優異的電化學性能，因而具有特殊的物理和化學意義。有關K+儲存機制的基本觀點、控制反應和結構重排的動力學/熱力學因素等使得K-GICs具有所需的功能。在本文中，研究人員通過原位拉曼、原位XRD等原位手段與密度泛函理論相結合對實時的電化學嵌鉀-脫鉀及其結構-組分演變的過程進行了研究。實驗結果與理論計算揭示了可逆的K-GICs演變過程：C ? 階段 5 (KC60) ? 階段 4 (KC48) ? 階段 3 (KC36) ? 階段 2 (KC24/KC16) ? 階段 1 (KC8)。本研究有助于更好地了解石墨中K+的儲存行為，為準確捕獲石墨域長度尺度上電極相演變的不均勻性提供了無損技術基礎，并為其他GIC的有效研究提供指導。
Jilei Liu et al. Unraveling thePotassium Storage Mechanism in Graphite Foam. Advanced Energy Materials, 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201900579
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201900579
16.AFM：鈣鈦礦太陽能電池商業化：進展和挑戰
在過去幾年中，有機金屬鹵化物鈣鈦礦（OHPs）已成為光伏（PV）應用的明星材料。目前已經實現了高達23.7％的認證效率，這與大多數成熟的光伏技術相當。由于離子性質，它們具有良好的溶解性，可實現多種低溫溶液工藝，包括刮刀涂布，槽模涂布等，其中大部分都是可擴展的，并且與卷對卷大規模制造工藝兼容。低成本，高效率和易于加工的特性使鈣鈦礦太陽能電池（PSC）成為極具競爭力的光伏技術。盡管目前取得了很大進展，但長期穩定性、材料和制造工藝的毒性問題以及缺乏用于制造高效大面積模塊的穩健的高通量生產技術是其商業化的主要障礙。
近日，中國工程物理研究院張文華和鄭霄家針對PSC商業化，發表長篇綜述。該綜述調查了近年來PSC商業化過程的研究進展，確定了從水動力特性和結晶熱力學機制中升級高質量PSC；揭示了外部應力因素對PSCs穩定性的影響以及OHPs本身的內在不穩定機制；分析了PSC技術的環境影響和可持續發展。最后研究認為大規模生產PSC的戰略和機會可以促進PSC向商業化的發展。
Wang, P. et al. Solution-Processable Perovskite Solar Cells toward Commercialization: Progress and Challenges. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201807661
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201807661
