1. Nature Rev.Chem.：光、電、力、流的合成應用
促進化學反應的進行通常需要輸入能量。在這類過程中，雖然通常用熱來克服活化能壘，但其他形式的能量也可用來釋放化學勢。例如，光、電和機械力可以促進化學轉化，而這些策略也可以隨反應器設計和流程集成方面的技術進步而進步。這些方法自19世紀以來一直在研究，但目前越發得到關注，科學家已為其找到了主流和多樣化的合成應用。相關概念和技術的改進/發展也在同步進行。在這篇綜述中，澳大利亞塔斯馬尼亞大學Alex C. Bissember團隊和澳大利亞國立大學Michelle L. Coote團隊總結了與光氧化還原催化、力化學、電合成以及在靜電場/流動系統中的合成等主題相關的最新進展。
圖：有機合成中靜電場的應用。
JohnathonC. Robertson, Michelle L. Coote & Alex C. Bissember. Synthetic applicationsof light, electricity, mechanical force and flow. Nature ReviewsChemistry, 2019.
DOI:10.1038/s41570-019-0094-2
https://www.nature.com/articles/s41570-019-0094-2#article-info
2. Nature Rev.Mater.：結構預測驅動新材料發現
量子力學晶體結構預測方法的發展，加速了新材料的發現。材料的性能取決于它的結構。因此，結構預測是新材料發現的關鍵。一直以來結構預測被科研人員認為是一個棘手的問題，但隨著新的計算工具的發展，許多新的復雜的材料的結構可以被預測出來。有鑒于此，俄羅斯斯科爾科沃科技學院Artem R. Oganov教授和英國劍橋大學Chris J. Pickard等人深入討論了結構預測方法，考察了結構預測方法在不同材料系統研究中的潛力，并給出了新材料(包括超硬材料、超導體和有機材料)通過計算驅動發現的例子，這些新材料的發現將使新技術的發展成為可能。結構預測方面的進展也有助于更好地理解材料中的物理和化學現象。
ArtemR. Oganov, Chris J. Pickard, Qiang Zhu & Richard J. Needs. Structureprediction drives materials discovery. Nature Reviews Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41578-019-0101-8
https://www.nature.com/articles/s41578-019-0101-8
3. Nature Mater.：粒狀鋁作為高阻抗量子電路的超導材料
超導量子信息處理機主要基于具有相對低的特征阻抗和小的非諧性的微波電路，這可以限制其的相干性和邏輯門保真度。然而，由介觀約瑟夫森結陣列組成的超級導體降低其相干性。卡爾斯魯厄理工學院Ioan M. Pop課題組提出了一種基于粒狀鋁超導體帶的fluxonium量子比特設計。研究表明，粒狀鋁可形成具有高動態電感的有效結陣列，并與標準鋁電路處理原位集成。測量的量子位相干時間T2*≤30 μs，說明了粒狀鋁在從受保護的量子位設計到量子限制放大器和探測器的應用中的潛力。
Grünhaupt, L.; Spiecker, M.;Gusenkova, D.; Maleeva, N.; Skacel, S. T.; Takmakov, I.; Valenti, F.; Winkel,P.; Rotzinger, H.; Wernsdorfer, W.; Ustinov, A. V.; Pop, I. M. Granularaluminium as a superconducting material for high-impedance quantum circuits.Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0350-3
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0350-3
4. Nature Energy：二氧化碳和甘油的共電解實現碳化合物低電力消耗生產
可再生電力驅動的二氧化碳(CO2)電還原技術為含碳化合物的生產提供了另一種途徑，而傳統上含碳化合物都是利用化石燃料生產的。典型的CO2電還原方法是將陰極CO2還原反應與陽極析氧反應(OER)結合起來，其中OER消耗了約90%的電力。有鑒于此，美國伊利諾伊大學Paul J. A. Kenis等人研究了OER的替代品，發現甘油的陽極電氧化可以降低高達53%的電力消耗。這大大降低了該生產過程的成本，為碳中性產物的生產開辟了道路，同時實現了12電子產物乙烯和乙醇的經濟生產。因此，本研究可作為設計低用電需求CO2電還原工藝的框架，進而提高CO2應用潛力和經濟可行性。
SumitVerma, Shawn Lu & Paul J. A. Kenis. Co-electrolysis of CO2and glycerol as a pathway to carbon chemicals with improved technoeconomics dueto low electricity consumption. Nature Energy, 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0374-6
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0374-6
5. Nature Commun.：黑磷做空穴萃取層助力太陽能催化解水
隨著析氧助催化劑(OECs)的發展，OECs與光陽極的結合有望成為實現高效太陽能輔助解水的有效途徑。近日，南京理工大學Kan Zhang、Haibo Zeng與韓國延世大學Jong Hyeok Park等多團隊合作發現，在OEC和BiVO4之間插入一層黑磷(BP)可以將預先優化的OEC/BiVO4 (OEC:NiOOH, MnOx, 和CoOOH)催化劑的光電化學性能提高1.2 ~ 1.6倍，且OEC覆蓋層可以抑制BP的自氧化，從而使催化劑具有高耐久性。采用NiOOH/BP/BiVO4光陽極，在1.23 V (vs RHE)電壓下，光電流密度為4.48 mA·cm-2。進一步研究表明，本征p型BP能提高BiVO4的孔萃取效率，延長BiVO4表面的孔捕獲壽命。
Kan Zhang*, Haibo Zeng*, Jong Hyeok Park*, etal. Black phosphorene as a hole extraction layer boosting solar water splittingof oxygen evolution catalysts. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-10034-1
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10034-1
6. Nature Commun.：沸石催化乙醇脫水制乙烯過程中觀察到氧鎓離子中間體
沸石催化乙醇脫水為乙烯的可持續生產提供了廣闊的前景。乙醇在沸石上的脫水反應涉及復雜的平行-連續路徑，其中乙醇脫水的起始步驟尚不清楚，特別是在有利于乙烯生產的較低溫度的情況下。近日，中科院武漢物數所Feng Deng、Jun Xu等多團隊合作，報道了用原位NMR和原位固相NMR技術觀察到了沸石H-ZSM-5催化乙醇脫水過程中三乙基氧合離子(TEO)的形成。結果表明，TEO是一種穩定的催化劑表面活性劑，具有較高的反應活性。TEO在較低的溫度下使沸石乙烯基化是，導致表面乙氧基物種和進一步乙烯的形成。實驗結果表明，TEO-乙氧基途徑在乙醇脫水初期比乙烯脫水更容易進行，這也得到了理論計算的支持。
Xue Zhou, Chao Wang, Yueying Chu, Jun Xu*, FengDeng*, et al. Observation of an oxonium ion intermediate in ethanol dehydrationto ethene on zeolite. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09956-7
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09956-7
7. Nature Commun.：可持續的電池設計用于完全可回收的鈉離子電池
為了實現可行的鈉離子電池NIB的可回收性和的可持續性，美國阿貢國家實驗室盧俊、澳大利亞格里菲斯大學張山青和廣東工業大學Zhan Lin團隊設計了一種完全可回收的可充電鈉離子電池，其中是使用的是雙極電極結構而不是單極電極結構：正極Na3V2(PO4)3 (NVP)和負極材料涂覆在共用集流體鋁箔的兩側。Al箔使得雙極電極結構能夠受益于不發生合金化反應的Na和Al，通過堿處理容易從廢NIB中收集電極材料。因此，超過98.0％的廢NIB固體組分被回收而沒有釋放有毒廢物，其中：高價值的NVP被分離和收集，回收率為100％，元素鋁的回收率為~99.1％。通過簡單地直接再生工藝處理的NVP在新的NIB中重復使用并且表現出優異的電化學性能。因此，采用這種用于NIB的雙極電極結構賦予NVP材料閉環可持續性。
Tiefeng Liu, Yaping Zhang, Chao Chen, ZhanLin, Shanqing Zhang & Jun Lu. Sustainability-inspired cell design for afully recyclable sodium ion battery. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09933-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09933-0
8. ACS Nano：等離子體金屬納米粒子用于高性能太陽能電池
南昌大學Kai Yao、香港理工大學Haitao Huang和香港城市大學Alex K.-Y. Jen引入核-雙殼層概念，用金屬-無機半導體-有機半導體納米結構構建等離子體納米粒子（NPs）。Ag NPs用二氧化鈦/苯甲酸-富勒烯雙殼（Ag@TiO2@Pa）修飾，這使得NP能夠與富勒烯受體或鈣鈦礦相容。此外，用富勒烯殼涂覆Ag@TiO2 NP可激活有效的等離子體-激子耦合并消除電荷積累，從而促進激子解離并減少單分子復合。用Ag@TiO2@Pa納米顆粒改善的光吸收和增強的載流子提取。在協同效應（光學和電學）的基礎上，OSC的最大效率為13.0％，PSC的性能也從18.4提高到了20.2％。
Yao, K. et al. Plasmonic Metal Nanoparticleswith Core–Bishell Structure for High-Performance Organicand Perovskite Solar Cells. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b00135
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b00135
9. ACS Nano：納米氧發生器用于調節腫瘤微環境和聯合治療以及多模態成像
設計一種集診斷和治療功能于一體的多功能腫瘤治療納米平臺一直是腫瘤治療領域的難題。徐州醫學院郭開今團隊和高豐雷團隊合作將Mn-C量子點錨定到載有阿霉素(DOX)的，介孔硅包覆的金納米立方體核殼復合納米材料上，并將其與RGD肽偶聯來實現主動靶向效應，制備了納米平臺RGD-CCmMc/DOX。
在635 nm輻照下，該納米平臺看作為氧發生器在乏氧的腫瘤微環境(TME)中原位產生O2，提高單線態氧(1O2)生成來增強光動力治療。其中，金納米立方體也是一種用于很好的光熱材料，其在808 nm激光照射下的光熱轉換效率為65.6%。由此該納米平臺可以在腫瘤部位實現對熱和pH敏感的藥物釋放，完成化學-光聯合治療。此外，它還可作為光熱/熒光/磁共振成像的多模態造影劑用于準確地診斷和指導治療。體內外結果證明，這種對TME響應的納米平臺具有良好的生物相容性，可有效根除裸鼠的4T1異種移植腫瘤。
XingZhang, Kaijin Guo, Fenglei Gao, et al. Gold Cube-in-Cube Based OxygenNanogenerator: A Theranostic Nanoplatform for Modulating Tumor Microenvironmentfor Precise Chemo-Phototherapy and Multimodal Imaging. ACS Nano, 2019.
DOI:10.1021/acsnano.8b09786
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b09786
10. Adv. Sci.：放藥和熒光素鈉介導的三模態分子成像用于成像指導的腫瘤手術
根治性切除是治療惡性腫瘤最有效的方法。然而，傳統的成像技術不能完全滿足外科手術導航的臨床需要。解放軍總醫院劉海峰團隊、中國科學院大學胡振華團隊和中國科學院自動化所田捷團隊合作提出一種三模態成像（PET-CRET-CLE）的策略并將其用于腫瘤術中的成像和手術導航。
實驗利用2-脫氧-2-18F-氟葡萄糖和11C-膽堿研究了在切倫科夫輻射的激發下的熒光素鈉（FS）的發光特性，并在小鼠模型上評價了PET–CRET–CLE成像指導的手術切除的效果。結果發現，體內8毫米深度的CRET信號會比1毫米深度的切倫科夫發光更強。體內實驗表明，劑量為0.5 mL kg-1 的10% FS可以產生顯著的CRET信號，可以在注射FS后立即觀察到。手術導航研究結果顯示，手術中使用CRET-CLE可以精確地對腫瘤實現檢測和切除。綜上所述，這一工作提出了一種PETCRET CLE三模態成像策略可用于腫瘤的檢測，并能對腫瘤的手術切除進行準確地指導，具有很好的臨床轉化潛力。
Sheng Zheng, Zhenhua Hu, Haifeng Liu, Jie Tian,et al. Radiopharmaceuticals and Fluorescein Sodium Mediated Triple-ModalityMolecular Imaging Allows Precise Image-Guided Tumor Surgery. Advanced Science,2019.
DOI: 10.1002/advs.201900159
https://doi.org/10.1002/advs.201900159
