1. Science：觀測到石墨在100 K以上的第二聲傳熱
固體中的波狀熱傳輸，被稱為第二聲（波）傳熱，是一種奇特的現象，以前僅有少數材料在低溫下存在這種現象。這種效應的罕見發生，限制了它的科學和實際意義。利用微米尺度上的熱輸運時間分辨光學測量方法，麻省理工學院陳剛團隊和K. A.Nelson團隊直接觀測到了石墨在100 K以上溫度下的第二聲（傳熱）。實驗結果與預測波狀聲子流體動力學的從頭計算結果在定性上是一致的。作者認為，這些結果可能表明，在大溫度范圍內的二維/層狀材料的微尺度瞬態熱傳輸中，第二聲傳熱具有重要的作用。
圖1. 室溫下石墨的瞬態熱柵法（TTG）測試。
圖2. 具有天然同位素含量的石墨的第二聲傳熱窗口。
S. Huberman, R. A. Duncan, K. Chen, B. Song,V. Chiloyan, Z. Ding, A. A. Maznev, G. Chen, K. A. Nelson. Observation ofsecond sound in graphite at temperatures above 100 K. Science, 2019.
DOI: 10.1126/science.aav3548
https://science.sciencemag.org/content/364/6438/375
2. Nature：共振電光頻梳
高速光通信是通過波分復用實現的，通過波分復用，數以百計的單個穩定激光器在單模光纖中編碼信息。更高的帶寬則要求更高的光總功率，但光纖內部的光非線性限制了光纖的功率，光源的能量消耗開始成為一個重要的成本因素。為了解決這一問題，人們提出了光學頻率梳（光頻梳）——在一個單片器件內產生大量離散的等頻間距的激光譜線；然而，目前它們有限的穩定性和相干性只允許它們在很小的參數范圍內工作。
近日，馬克斯·普朗克光科學研究所Harald G. L. Schwefel團隊的研究結果表明，在高品質的回音壁模諧振腔內，利用電光效應實現的寬帶頻率梳可以在較低的微波功率和光功率下工作。不同于通常的三階科爾非線性光頻梳，作者提出的頻率梳依賴于二階非線性效應，這是更有效的。研究結果使用了一個固定的微波信號與一個光泵信號混合產生一個精確確定載波分離的相干頻率梳。這種共振增強使得在低于商業化設備功率三個數量級的微波功率下工作成為可能。作者也強調了研究結果與高速數據通信的實際相關性。
總之，為了克服光纖非線性效應的限制，必須解決兩個問題：提供一個緊湊的、完全集成的、高質量的、相干的頻率梳發生器；并實時計算非線性信號的傳播。作者的研究則為第一個問題提出了一種解決方案。
圖1：產生基于回音壁膜的二階頻率梳的原理。
圖2：共振電光頻梳的實驗實現。
AlfredoRueda, Florian Sedlmeir, Madhuri Kumari, Gerd Leuchs & Harald G. L.Schwefel. Resonant electro-optic frequency comb. Nature, 2019.
DOI:10.1038/s41586-019-1110-x
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1110-x#article-info
3. Nature：組合方法開發高玻璃化轉變溫度的大塊金屬玻璃
自1960年被發現以來，基于多種元素的金屬玻璃得到了發展。然而，對玻璃形成成分的理論預測是具有挑戰性的，迄今為止，具有特定性質的合金的發現在很大程度上是反復試驗的結果。大塊金屬玻璃的強度和彈性優于傳統的結構合金，但其力學性能與玻璃化轉變溫度密切相關。當溫度接近玻璃化轉變時，大塊金屬玻璃發生塑性流動，導致準靜態強度大幅度下降。目前，玻璃化轉變溫度超過1000 K的大塊金屬玻璃已經開發出來，但是其過冷溫度區間(玻璃化轉變和結晶溫度之間)很窄，導致熱塑成型性很差，限制了其實際應用。
有鑒于此，中科院物理所柳延輝團隊報道了銥/鎳/鉭金屬玻璃(以及其他含硼玻璃)的設計，玻璃化轉變溫度高達1162 K，過冷溫度區間達136 K，比現有的大多數金屬玻璃都要寬。與現有的合金相比，所報道的Ir-Ni-Ta-(B)玻璃在高溫下表現出高強度：在1000 K下為3.7 GPa。該玻璃的臨界鑄造厚度為3 mm，這表明在高溫或惡劣環境下應用的小型部件可以很容易地通過熱塑性成型獲得。方法上，作者基于先前報道的玻璃形成能力和電阻率之間的相關性采用了一種簡化的組合方法。這種方法是非破壞性的，允許在同一批樣品上進行一系列物理特性的后續測試。總之，高強度、高玻璃轉變溫度的大塊金屬玻璃的確定證實了作者所提出的設計和發現方法具有實用性，也預示著能夠發現其他具有高性能的玻璃態合金。
圖1. 形成大塊Ir-Ni-Ta-(B)金屬玻璃的合金系統的設計與組合制造。
圖2. 所制備的大塊Ir-Ni-Ta-(B)金屬玻璃的性質。
Ming-Xing Li, Shao-Fan Zhao, Zhen Lu, AkihikoHirata, Ping Wen, Hai-Yang Bai, MingWei Chen, Jan Schroers, YanHui Liu &Wei-Hua Wang. High-temperature bulk metallic glasses developed by combinatorialmethods. Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1145-z
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1145-z#article-info
4. JACS：四苯基卟啉鐵催化O2還原的機理研究
催化O2還原為H2O對合成和自然體系的能量轉換具有重要意義。近日，耶魯大學James M. Mayer等多團隊合作，以十甲基二茂鐵為可溶性還原劑，對甲苯磺酸(pTsOH)為質子源，DMF作溶劑，對四苯基卟啉鐵(Fe(TPP))催化O2還原的動力學和熱化學進行研究。
研究發現，三價鐵卟啉[FeIII(TPP)]+還原形成亞鐵卟啉FeII(TPP)，FeII(TPP)與O2可逆結合形成鐵-超氧化物卟啉絡合物FeIII(TPP)(O2?-)。作者確定了電子轉移和O2結合平衡常數隨溫度的變化關系。在一定濃度和溫度范圍內的動力學研究表明，催化劑的靜態狀態在每次催化運行過程中都會發生變化，因此需要使用全局動力學模型來獲得速率常數和動力學勢壘。進一步研究發現，O2還原的速率決定步驟是pTsOH對FeIII(TPP)(O2?-)的質子化反應，該過程具有大的動力學能壘。計算研究表明，該質子轉移能壘來源于質子給體與超氧化物加合物的預締合不良和需要質子給體明顯脫溶的過渡態造成的。
Michael L. Pegis, Daniel J. Martin, CatherineF. Wise, James M. Mayer*, et al. The Mechanism of Catalytic O2 Reduction by IronTetraphenylporphyrin. Journal of the American Chemical Society,2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b02640
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b02640
5. AM：磁電驅動催化有機物降解
磁性納米結構作為磁性可回收催化劑或催化材料的載體得到了廣泛的應用。近日，蘇黎世聯邦理工學院Fajer Mushtaq，Xiangzhong Chen，Salvador Pané等多團隊合作，報道了利用鈷鐵氧體-鉍鐵氧體(CFO-BFO)核殼納米粒子的磁電性質催化降解有機化合物。磁致伸縮的CFO與多鐵質BFO的結合相當于磁電發動機，可不需要任何犧牲分子或輔助催化劑，通過先進的氧化過程在無線磁場下凈化水。
作者采用水熱合成法制備了磁致伸縮CoFe2O4納米粒子，然后采用溶膠-凝膠法制備了多鐵BiFeO3殼層。作者對磁電納米粒子表面的磁場誘導極化進行了理論研究，理論結果與壓電顯微鏡分析的實驗結果相一致，可觀察到納米粒子在磁場作用下的壓電響應變化。作者進一步在交流磁場下利用磁電效應誘導催化有機污染物降解，合成染料去除率可達97%的和常規藥物去除率可達85%。作者還對磁場誘導有機污染物催化降解的機理進行了研究。
FajerMushtaq,* Xiangzhong Chen,* Salvador Pané*, et al. Magnetoelectrically Driven Catalytic Degradation ofOrganics. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201901378
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901378
6. iScience：基于純離子液體電解質的無金屬電池
金屬或金屬離子基電池具有枝晶生長、固體電解質界面損壞和安全問題。鑒于此，武漢大學宋智平和詹暉團隊在由有機正/負極和純離子液體電解質組成的全有機電池中探索了除金屬離子之外的有機陽離子的脫嵌。研究者首次發現n型有機電極材料在帶有有機陽離子(C+)的離子液體中展示出獨特的氧化還原可逆性，從而通過n型有機負極、p型有機正極和純離子液體電解質實現了一種新型的、完全無金屬且無溶劑的電池結構。其中，離子液體單獨用作電解質并充當陽離子/陰離子的供應商。該電池與先前報道的電池的不同之處在于實現真正的無金屬特性和基于有機陽離子的氧化還原反應。
優勢：純離子液體電解質使電池本身非常安全，而無溶劑電解質與全有機電極的設計很好地解決了溶劑化效應和溶劑與電極之間相互作用所產生的問題，并進一步提供了一種可能改善能量密度的新策略。此外，無金屬特性增強了電池的可持續性和環境友好性，并簡化了電池處理。
這種無金屬且無溶劑的概念通過聚酰亞胺（PI5）負極、PTPAn正極和EMITFSI電解質組成的全電池證明。該全電池表現出超快的反應動力學，容量接近理論值，循環壽命超過5000次，倍率能力可達200C，且實現了顯著的低溫性能，具有獨特的溫度適應性和在寬溫度范圍操作的廣闊應用。
Jian Qin, Qing Lan, Ning Liu, Fang Men, XinWang, Zhiping Song, Hui Zhan. A Metal-free Battery with Pure Ionic LiquidElectrolyte. iScience, 2019.
DOI: 10.1016/j.isci.2019.04.010
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30107-5
7. Angew：獨特的蛋黃核殼結構硅負極用于鋰離子全電池
鋰化導致大的體積膨脹致使較差的循環穩定性是Si基負極的關鍵問題。格里菲斯大學趙惠軍課題組報道了一種具有剛性碳涂層SiO2外殼（C/SiO2雙殼）以限制內部多個Si 納米粒子（蛋黃）和嵌入Fe2O3 納米顆粒的CNT，該蛋黃核殼結構復合Si負極材料具有非常高的振實密度和優異的導電性。具體可歸因于微球內有多個Si蛋黃，Fe2O3納米顆粒嵌入的柔性CNT網絡填充在微球中作為導電“高速公路”，橋接內部Si-蛋黃和外部C/SiO2雙殼之間的空隙，從而能夠有效地提高整體電導率和振實密度。半電池可在450個循環后實現3.6 mAh cm-2的高面積容量和95％的可逆容量保持率。與富Li的Li2V2O5正極構建的全電池在300次循環后可實現260 mAh g-1的高可逆容量。
Lei Zhang, Chengrui Wang, Yuhai Dou, NingyanCheng, Dandan Cui, Yi Du, Porun Liu, Mohammad Al-Mamun, Shanqing Zhang, HuijunZhao. A unique yolk‐shell structured siliconanode with superior conductivity and high tap density for full Li-ionbatteries. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201903709
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201903709
8. EES：高含量晶格水的層狀氧化錳用于水系鋅離子電池
首爾國立大學Jang Wook Choi課題組報道了含有高含量結晶水（~10wt％）的層狀氧化錳作為水系鋅離子電池正極材料。層間結晶水可以有效地屏蔽Zn2+與主體骨架之間的靜電相互作用，從而促進Zn2+擴散，同時維持主體框架的結構穩定性，以延長循環性能。憑借這些“水”效應，該材料在100 mA g-1下具有350 mAh g-1的高可逆容量，以及在雙電極電池中具有良好的循環和倍率性能。DFT計算和EXAFS分析共同揭示了在Zn2+離子嵌入時，在過渡金屬（TM）層上形成了與水分子配位的穩定的內球Zn-絡合物，隨后形成了Zn- Mn啞鈴結構，穩定的Zn-Mn啞鈴結構在MnO2的可持續循環和優異的倍率性能中起著重要作用。
Kwan-Woo Nam, Heejin Kim, Jin Hyeok Choi, JangWook Choi. Crystal water for high performance layered manganese oxide cathodesin aqueous rechargeable zinc batteries. Energy & Environmental Science,2019.
DOI: 10.1039/C9EE00718K
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee00718k#!divAbstract
9. EES：柔性背接觸鈣鈦礦太陽能微模塊
近日，謝菲爾德大學David G. Lidzey研究團隊通過將甲基銨碘化鉛鈣鈦礦沉積到微米尺寸的凹槽中來制造背接觸鈣鈦礦太陽能電池。通過壓印聚合物基板產生V形槽，使用定向蒸發技術將不同的電荷選擇性電極沉積在槽的壁上。各個凹槽充當光伏器件，具有高達7.3％的功率轉換效率。 通過串聯多個凹槽，研究人員創建了集成微模塊，可構建高達近15V的開路電壓，功率轉換效率超過4％。 所創建的設備完全靈活，并適用于卷對卷處理的技術進行處理。
Wong-Stringer, M. Lidzey, D. G. etal. A flexible back-contact perovskite solar micro-module. Energy &Environmental Science, 2019.
DOI:10.1039/c8ee03517b
https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ee/c8ee03517b
10. AFM：最高效率！狹縫涂布-卷對卷工藝制備鈣鈦礦太陽能電池
加熱輔助沉積是一種行業友好的可擴展沉積方法。該制造方法與狹縫模頭涂層一起使用，以通過卷對卷工藝制造鈣鈦礦太陽能電池。澳大利亞聯邦科學與工業研究所Doojin Vak聯合韓國光州科學技術院Dong‐Yu Kim團隊采用了臺式槽式模頭涂布機在空氣中，在剛性基底上進行狹縫涂布鈣鈦礦薄膜，證明了該方法的可行性。制造的電池表現出高達14.7％的效率。基于狹縫涂布制備的鈣鈦礦層和其他溶液處理層，制造的電池的效率可達11.7％，這是迄今為止從完全卷對卷加工的鈣鈦礦太陽能電池獲得的最高效率。
Kim,J.‐E., Kim, S.‐S., Zuo, C.,Gao, M., Vak, D., Kim, D.‐Y. Humidity‐Tolerant Roll‐to‐RollFabrication of Perovskite Solar Cells via Polymer‐Additive‐Assisted Hot Slot Die Deposition. Advanced Functional Materials,2019.
DOI:10.1002/adfm.201809194
https://doi.org/10.1002/adfm.201809194
11. Nano Lett.：二甲雙胍和二十二碳六烯酸混合膠束用于轉移前生態位調節和腫瘤轉移抑制
轉移是導致癌癥患者高死亡率的主要原因。因此，阻斷轉移過程對癌癥治療來說至關重要。轉移前生態位是一種特殊的微環境，可使循環腫瘤細胞(CTCs)定植，也可作為預防轉移的潛在靶點。然而，很少有研究致力于開發納米藥物來調節轉移前的生態位。
復旦大學陳鈞團隊和上海交大高小玲團隊合作報告了利用靶向膠束去調節轉移前微環境和抑制腫瘤轉移的研究。該膠束由二甲雙胍和二十二碳六烯酸的油酸碳鏈衍生物自組裝而成，其表面包覆有巖藻多糖用于靶向轉移生態位。這種功能化膠束(FucOMDs)具有良好的血液循環特性和靶向轉移前生態位的效率，可以抑制CTC對活化內皮細胞的粘附，減輕肺血管通透性并逆轉轉移前小生境中關鍵蛋白的異常表達。因此，FucOMDs可有效預防轉移形成，并可與靶向化療進行聯合來有效抑制原發腫瘤生長和隨后的轉移，充分說明這種靶向抗炎藥物為轉移前生態位的調控和抑制腫瘤的轉移提供了一個有效安全的平臺。
Tianze Jiang, Xiaoling Gao, Jun Chen, et al.Metformin and Docosahexaenoic Acid Hybrid Micelles for Pre-metastatic NicheModulation and Tumor Metastasis Suppression. Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00495
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00495
12. ACS Nano：分子親和策略用于定向組裝模擬細胞的納米顆粒進行靶向藥物遞送
膜包技術是近年來藥物遞送領域的新興研究，它可將親本細胞的特殊功能賦予給新形成的仿生載體材料。因此，這一策略也被越來越多地用于開發具有不同表面性質的遞送系統。西南大學汪小又團隊和李翀團隊合作提出一種分子親和力策略,即在膜包覆過程中，利用跨膜受體的胞內結構域作為“夾持器”。
實驗采用紅細胞膜和陽離子脂質體進行制備，并從胞漿蛋白P4.2中提取肽配體來特異性識別紅細胞跨膜受體的胞漿區。一旦其被錨定在脂質體表面，p4.2衍生肽就會與分離的紅細胞膜發生相互作用形成定向肽鍵。與傳統的聚乙二醇化脂質體相比，這種膜包脂質體的粒徑約為100 nm，穩定性好且體內循環時間長。并且，它們可以通過病原真菌與宿主紅細胞的相互作用來靶向白色念珠菌并且中和病原真菌分泌的血液毒素。綜上所述，分子親和策略可為構建細胞膜包生物材料和納米藥物提供一個新的方法。
JingXie, Xiaoyou Wang, Chong Li, et al. Oriented Assembly of Cell-MimickingNanoparticles via a Molecular Affinity Strategy for Targeted DrugDelivery. ACS Nano, 2019.
DOI:10.1021/acsnano.8b09681
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b09681
