1. Nature Photonics：用于超快納米光子學(xué)的自組織非線性光柵
隨著利用飛秒持續(xù)時間激光脈沖的設(shè)備變得越來越普遍，需要下一代非線性光子學(xué)技術(shù)，其使得低能量飛秒脈沖能夠以高效率從一個波長轉(zhuǎn)換到另一個波長。由于必須匹配光的相速度和群速度，設(shè)計(jì)非線性材料以采用飛秒脈沖進(jìn)行操作具有挑戰(zhàn)性。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院Daniel D. Hickstein 和Scott B.Papp等人研究表明，飛秒激光脈沖可以在納米光子波導(dǎo)中產(chǎn)生自組織非線性光柵，從而為二次諧波產(chǎn)生提供具有準(zhǔn)相位匹配和群速度匹配的非線性光學(xué)器件。研究人員采用非線性顯微鏡來獨(dú)特地表征自組織非線性光柵，并證明這些波導(dǎo)能夠?qū)崿F(xiàn)激光頻率梳穩(wěn)定的χ（2）和χ（3）非線性過程。最后，推導(dǎo)出了控制飛秒脈沖的自組織光柵形成的方程，并揭示了群速度匹配的關(guān)鍵作用。在未來，具有自組織光柵的納米光子學(xué)可以實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的，可重新配置的非線性光子學(xué)。
Hickstein,D. D. et al. Self-organized nonlinear gratings for ultrafast nanophotonics. Nature Photonics, 2019.
DOI:10.1038/s41566-019-0449-8
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0449-8
2. Nature Mater.：有機(jī)半導(dǎo)體分子薄膜中納米晶結(jié)構(gòu)的衍射成像
有機(jī)固體的性質(zhì)取決于其結(jié)構(gòu)和形態(tài)。由于該類材料的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其對電子束的敏感性，常規(guī)電子顯微鏡對其無法進(jìn)行直接成像。加州大學(xué)伯克利分校Andrew M. Minor 課題組嘗試采用透射電子顯微鏡觀察兩個有機(jī)分子薄膜系統(tǒng)的納米晶體結(jié)構(gòu)。采用掃描納米衍射方法，在空間定位探針（~2 nm）完全進(jìn)入倒易空間。通過該技術(shù)揭示的形態(tài)不同于具有顯著的結(jié)構(gòu)分割的晶粒,而是以尖銳的晶粒邊界和重疊的區(qū)域?yàn)樘卣鳌＞哂芯w取向的液晶結(jié)構(gòu)在所有可能的旋轉(zhuǎn)上平滑地變化。研究結(jié)果顯示了結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系如何在有機(jī)系統(tǒng)中可視化，使用以前僅適用于金屬和陶瓷等硬質(zhì)材料的技術(shù)。
Panova,O. et al. Diffraction imaging of nanocrystalline structures in organic semiconductor molecular thin films. Nature Materials, 2019.
DOI:10.1038/s41563-019-0387-3
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0387-3
3. Nature Energy：鉑負(fù)載在彎曲碳載體上，用于高效的電催化析氫
將具有催化活性的金屬以單原子的形式分散在載體上，能夠提高金屬的利用效率，并逐漸成為設(shè)計(jì)析氫反應(yīng)(HER)電催化劑的一種策略。盡管Pt具有很高的催化活性，但是考慮到其高成本，科研人員們希望找到實(shí)現(xiàn)Pt負(fù)載最小化，同時能夠進(jìn)一步提高催化性能的方法。
有鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)Jun Jiang和Li Song等人使用洋蔥狀納米碳(OLC)來負(fù)載穩(wěn)定的原子級分散的鉑作為催化劑(Pt1/OLC)。在酸性介質(zhì)中，Pt1/OLC催化劑(0.27 wt% Pt)的催化性能優(yōu)于石墨烯負(fù)載的Pt的單原子催化劑，實(shí)現(xiàn)了低的過電位(10 mA cm?2時為38 mV)和高TOF值(100 mV時為40.78 H2 s?1)，而工業(yè)的Pt/C催化劑中Pt的負(fù)載量高達(dá)20 wt% 。理論計(jì)算表明，在彎曲載體上的Pt位點(diǎn)的尖端增強(qiáng)局部電場促進(jìn)了析氫的反應(yīng)動力學(xué)。
Daobin Liu, Xiyu Li, Shuangming Chen, Huan Yan, Changda Wang, Chuanqiang Wu, Yasir A. Haleem, Sai Duan, Junling Lu, Binghui Ge, Pulickel M. Ajayan, Yi Luo, Jun Jiang & Li Song. Atomically dispersed platinum supported on curved carbonsupports for efficient electrocatalytic hydrogen evolution. Nature Energy, 2019.
DOI:10.1038/s41560-019-0402-6
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0402-6
4. Joule：6.3%效率！單組分有機(jī)太陽能電池的最高值
傳統(tǒng)的有機(jī)太陽能電池（OSC）包括供體和受體的兩種組分。單組分OSC（SCOSC）高效器件的開發(fā)仍然極具挑戰(zhàn)。中科院化學(xué)所Li Weiwei和Li Cheng團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新的雙功能共軛聚合物，其含有作為供體的強(qiáng)結(jié)晶主鏈和作為受體的芳香族側(cè)鏈。在高溫（230 °C）退火下，主鏈和苝酰亞胺側(cè)鏈都可以自組裝成有序的納米結(jié)構(gòu)。這實(shí)現(xiàn)了有效的電荷傳輸和低電荷復(fù)合，從而SCOSC的效率達(dá)到6.3％，這是單組分的最高效率。同時，器件還具有優(yōu)異穩(wěn)定性。連續(xù)光照300小時后，效率保持率超過 90％。
Feng, G., Li, J. et al. Thermal-Driven PhaseSeparation of Double-Cable Polymers Enables Efficient Single-Component OrganicSolar Cells. Joule, 2019.
DOI: 10.1016/j.joule.2019.05.008
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119302478
5. Nature Commun.：電化學(xué)用于修復(fù)重金屬土壤污染
土壤重金屬污染是一個十分嚴(yán)峻的環(huán)境問題，然而現(xiàn)有土壤修復(fù)技術(shù)遇到了時間長、化學(xué)成本高、能耗大、二次污染和土壤養(yǎng)分流失等諸多障礙。有鑒于此，斯坦福大學(xué)崔屹教授等報道了一種新型的基于非對稱交流電化學(xué)手段的土壤修復(fù)方法，該方法能實(shí)現(xiàn)對不同初始濃度(100-10000 ppm)重金屬(銅、鉛、鎘)高效快捷去除。修復(fù)結(jié)果表明，在處理過的土壤中沒有觀察到過多的養(yǎng)分流失，也沒有產(chǎn)生次生有毒物質(zhì)。經(jīng)過長期試驗(yàn)和植物試驗(yàn)表明，該方法具有較高的可持續(xù)性和農(nóng)業(yè)應(yīng)用的可行性。
Jinwei Xu, Chong Liu, Po-Chun Hsu, Jie Zhao,Tong Wu, Jing Tang, Kai Liu & Yi Cui*. Remediation of heavy metal contaminated soil by asymmetrical alternating current electrochemistry. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-10472-x
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10472-x
6. Angew：無枝晶鋰金屬負(fù)極中溫度依賴的成核與生長
發(fā)展簡單高效的方法來提高高能量密度鋰金屬電池的電化學(xué)穩(wěn)定性十分重要。在本文中，悉尼科技大學(xué)汪國秀與斯坦福大學(xué)崔屹教授等探討了溫度依賴的鋰枝晶成核與生長行為并通過將溫度從20度提升至60度構(gòu)建了一種無枝晶鋰金屬負(fù)極。一系列原位和非原位顯微手段發(fā)現(xiàn)溫度的提高會使得鋰成核尺寸增大、成核勢壘降低并且生長更加致密。他們發(fā)現(xiàn)高溫下非質(zhì)子電解液中親鋰性的增強(qiáng)和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的增大是實(shí)現(xiàn)無枝晶鋰沉積行為的關(guān)鍵。無論是全電池還是半電池，該無枝晶負(fù)極在60度下的沉積都十分致密，并且實(shí)現(xiàn)了高庫倫效率和循環(huán)壽命。
Kang Yan, Yi Cui, Guoxiu Wang et al.Temperature‐dependent Nucleation and Growth of Dendrite‐free Lithium Metal Anodes. Angewandte Chemie International Edition,2019.
DOI: 10.1002/ange.201905251
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201905251?af=R
7. JACS：電子-質(zhì)子混合導(dǎo)體使電催化中鍵活化和電荷轉(zhuǎn)移的空間分離
電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換需要同時促進(jìn)底物鍵活化和電子-質(zhì)子電荷轉(zhuǎn)移的電極。傳統(tǒng)的電極將這兩種功能同時定位在一個單一的固液界面上。近日，麻省理工學(xué)院Yogesh Surendranath團(tuán)隊(duì)，建立了一種利用氧化膜中電子-質(zhì)子混合導(dǎo)電(MEPC)來分離鍵活化和電荷轉(zhuǎn)移的策略。
作者在鉑催化劑和水電解質(zhì)之間插入MEPC WOx膜，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合電極對氫氧化反應(yīng)(HOR)具有活性。與H2活化發(fā)生在氣體|固體界面相一致，復(fù)合電極HOR的電流密度比單一Pt|溶液界面上（受擴(kuò)散限制）HOR大8倍以上。鍵激活和電荷分離步驟的分離也使得催化體系對電解質(zhì)引入毒化物質(zhì)和雜質(zhì)有更強(qiáng)的耐受性。機(jī)理研究表明，在鉑|氣體界面的H2活化通過塊體WOx中快速H-擴(kuò)散與WOx|溶液界面的電子-質(zhì)子電荷分離耦合。因此，HOR的速率主要受Pt|WOx邊界上H -溢出速率的控制。
Bing Yan, Yogesh Surendranath*, et al. Mixed electron-proton conductors enable spatial separation of bondactivation and charge transfer in electrocatalysis. Journal of the American Chemical Society, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b03327
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b03327
8. JACS：SnOx/Pt-Cu-Ni催化劑雙位點(diǎn)串聯(lián)機(jī)制促進(jìn)ORR反應(yīng)
設(shè)計(jì)高活性氧氣還原反應(yīng)(ORR)催化劑是提高燃料電池經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。以往的研究主要集中在Pt基合金催化劑上，其表面Pt是唯一的活性位點(diǎn)。近日，阿克倫大學(xué)Zhenmeng Peng，北美豐田研究院Hongfei Jia等多團(tuán)隊(duì)合作，報道了利用雙活性位點(diǎn)進(jìn)行ORR的新概念，并通過合成SnOx/Pt-Cu-Ni異質(zhì)結(jié)催化劑證明了該方法的有效性。與純Pt-Cu-Ni催化劑相比，其表觀比活性最大增強(qiáng)了40%，對應(yīng)于界面位置上的10倍增強(qiáng)。進(jìn)一步研究表明，變化的雙位點(diǎn)串聯(lián)機(jī)理：其中前兩個步驟發(fā)生在SnOx位點(diǎn)，其余步驟發(fā)生在相鄰的Pt位點(diǎn)，使得能壘顯著降低，從而提高了ORR活性。
Xiaochen Shen, Hongfei Jia,* Zhenmeng Peng*,et al. Dual-site cascade oxygen reduction mechanism on SnOx/Pt-Cu-Nifor promoting reaction kinetics. Journal of the American Chemical Society,2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b02286
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b02286
9. JACS：室溫液相條件，乙醇在貴金屬表面通過C-C鍵斷裂轉(zhuǎn)化成CO2和CH4
C-C鍵的活化和裂解是初級醇，尤其是乙醇通過12電子轉(zhuǎn)移通過催化/電化學(xué)轉(zhuǎn)化制氫過程中的一個重要步驟。近日，新罕布什爾大學(xué)Xiaowei Teng等多團(tuán)隊(duì)合作，在常壓、室溫、液相中，研究了Rh催化乙醇經(jīng)C-C鍵斷裂生成CO2和CH4的反應(yīng)。機(jī)理研究表明，貴金屬表面乙醇C-C鍵的斷裂非常迅速，C-C鍵斷裂生成的α-CHxO和β-CHx碎片經(jīng)氧化生成CO2，同時β-CHx利用-OH，β-CHx和α-CHxOH碎片的H原子的加氫生成CH4。
Guangxing Yang, Xiaowei Teng*, et al. Conversion of Ethanol via C-C Splitting on Noble Metal Surfaces inRoom-temperature Liquid-phase. Journal of the American Chemical Society,2019.
DOI: 10.1021/jacs.8b13115
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b13115
10. ACS Nano：近紅外光激活的分子納米機(jī)器可鉆入并殺死細(xì)胞
萊斯大學(xué)James M. Tour團(tuán)隊(duì)、北卡羅萊納州立大學(xué)王谷峰團(tuán)隊(duì)和英國杜倫大學(xué)Robert Pal團(tuán)隊(duì)利用雙光子激發(fā)(2PE)可以使得分子納米機(jī)器 (MNMs)能夠穿透細(xì)胞膜殺死細(xì)胞。這可以有效避免之前用更具有破壞性的紫外線去誘導(dǎo)納米機(jī)器產(chǎn)生細(xì)胞殺傷效應(yīng)所造成的副作用。2PE具有很好的共焦性，因此可以實(shí)現(xiàn)極高的精度。而MNMs可以通過引入多肽實(shí)現(xiàn)對特定細(xì)胞的靶向。
Dongdong Liu, Gufeng Wang, James M. Tour,Robert Pal, et al. Near-Infrared Light Activates Molecular Nanomachines toDrill into and Kill Cells. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b01556
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b01556
11. ACS Nano：源于干細(xì)胞的外泌體用于治療自身免疫性和神經(jīng)退行性疾病
為了分析干細(xì)胞移植的治療機(jī)制和開發(fā)可以治療自身免疫性和神經(jīng)退行性疾病的基于外泌體的納米治療藥物，加州大學(xué)Weian Zhao團(tuán)隊(duì)使用實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(EAE)小鼠模型評估了人間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）分泌的外泌體治療多發(fā)性硬化的效果。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，靜脈注射由IFNγ刺激MSCs產(chǎn)生的外泌體IFNγ-Exo后，可以（1）減少老鼠的EAE臨床等級；（2）減少髓鞘脫失；（3）減少神經(jīng)炎癥,（4）下調(diào)EAE小鼠脊髓內(nèi)CD4 + CD25 + FOXP3 +調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)目。實(shí)驗(yàn)將IFNγ-Exo和激活的周圍神經(jīng)病變血單核細(xì)胞(PBMCs)共孵育后發(fā)現(xiàn)其可以在體外降低PBMC的細(xì)胞增殖和促炎因子的表達(dá)水平，同時增加免疫抑制細(xì)胞因子的水平。此外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IFNγ-Exo具多個抗炎和神經(jīng)保護(hù)蛋白質(zhì)。這一研究結(jié)果不僅有助于了解干細(xì)胞移植的治療機(jī)制，也表明MSCs衍生的外泌體可以作為一種無細(xì)胞療法用于治療治療自身免疫性和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。
Milad Riazifar, Weian Zhao, et al. StemCell-Derived Exosomes as Nanotherapeutics for Autoimmune and Neurodegenerative Disorders. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b01004
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b01004
12. AFM：具有AIE效應(yīng)的多雜環(huán)用于實(shí)現(xiàn)生物胺的可視化和對腸道pH的研究
酸堿平衡對生物體的正常生理、代謝和功能至關(guān)重要。因此，迫切需要發(fā)展有效的技術(shù)來在體內(nèi)外監(jiān)測酸堿平衡的變化。香港科技大學(xué)J. W. Y. Lam團(tuán)隊(duì)和唐本忠院士團(tuán)隊(duì)合作研制了一種快速響應(yīng)、可逆的氨熒光傳感器，其檢測限為960 ppb，可用于生物胺和海產(chǎn)品腐敗的檢測。此外，該聚合物納米粒子在細(xì)胞成像中也顯示出良好的溶酶體靶向特異性。該多雜環(huán)具有較寬的酸堿反應(yīng)窗口，在pH值1~9之間表現(xiàn)出比率式的pH傳感行為，這也為直觀研究胃腸道的生理pH提供了可行性。實(shí)驗(yàn)以多刺裸腹蚤為模型生物，利用該多雜環(huán)對其腸道pH值進(jìn)行體內(nèi)研究證明，其前腸、中腸和后腸的pH值從4.2增加到了7.8。
Yubing Hu, Jacky W. Y. Lam, Ben Zhong Tang. etal. Visualization of Biogenic Amines and In Vivo Ratiometric Mapping ofIntestinal pH by AIE-Active Polyheterocycles Synthesized by Metal-Free Multicomponent Polymerizations. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201902240
https://doi.org/10.1002/adfm.21902240
