纳米人-JACS/AM 8篇，施剑林/陈雨、张强、崔宗强/何治柯、匡代彬等成果速递丨顶刊日报20190808

JACS/AM 8篇，施剑林/陈雨、张强、崔宗强/何治柯、匡代彬等成果速递丨顶刊日报20190808

纳米人纳米人 2019-08-08

1. JACS: 混合卤化铅中的激子自陷：卤素的作用

最近报道了低维混合卤化铅作为有效的白光发射体。然而，与卤化铅3D钙钛矿不同，大多数报道的具有宽带发射的低维材料根据其所选有机分子的卤素组成（即Cl，Br和I）以不同的结构类型结晶。由于缺乏等结构卤化物系列，化学在宽带发射起源中激子自陷的作用仍不清楚。

南特大学Romain Gautier团队在最有效的白色磷光体中构建了钙钛矿型的杂化溴化铅（TDMP）PbBr₄（TDMP =反式-2,5-二甲基哌嗪），显示出混合卤化铅的高光致发光量子产率。同时，两种新的（TDMP）PbX₄氯化物和碘化物类似物也被合成和表征。卤化铅系列的光学性质的比较揭示了卤素（Cl，Br或I）的性质对激子的捕获/去除以及所得的发射强度，波长和带宽度的强烈依赖性。

Gautier,R., Paris, M. & Massuyeau, F. Exciton Self-Trapping in Hybrid Lead Halides:Role of Halogen. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI:10.1021/jacs.9b04262 (2019)

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b04262

2. JACS: 具有增强界面电荷转移的Cs₂SnI₆钙钛矿纳米晶/SnS₂纳米片异质结的原位构建

异质结工程在开发新型材料方面发挥了不可或缺的作用。近日，中山大学匡代彬教授研究团队首次原位构建了一种卤化钙钛矿（PVK）和金属硫化物（MD）异质结，即非铅Cs₂SnI₆钙钛矿纳米晶/SnS₂纳米片异质结。通过实验和理论计算的系统研究发现，复合材料中Sn原子共享能够使Cs₂SnI₆和SnS₂形成具有紧密接触的II型异质结。

瞬态吸收研究发现，得益于SnS₂和Cs₂SnI₆之间载流子快速分离以及对载流子复合的有效抑制，因此SnS₂中光生电子寿命从1290ps延长到3080ps。开尔文探针力显微镜也证实Cs₂SnI₆/SnS₂复合物中存在有效的空间电荷分离。基于以上优点，该异质结材料在CO₂光催化还原以及光电化学的研究中，与单纯SnS₂相比，性能分别提高了5.4倍和10.6倍。这项工作为PVK-MD异质结原位制备提供了一种简便有效的方法，为其它钙钛矿基复合材料的合成及其应用奠定了良好基础。

Wang, X.-D. Kuang, D.-B. et al. In Situ Construction of a Cs₂SnI₆ Perovskite Nanocrystal/SnS₂ Nanosheet Heterojunction with Boosted Interfacial Charge Transfer. JACS 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b04482

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b04482?rand=w2w6obhj

3. JACS：用于标记和成像单个RNA的量子点纳米信标

在活细胞中对RNA进行检测和成像是目前研究的一大热点，同时也面临着诸多挑战，特别是对活细胞中单个RNA进行检测和成像往往更加困难。中科院武汉病毒研究所崔宗强和武汉大学何治柯教授合作，通过一锅水热法，将黑洞猝灭基团(BHQ1)和硫代磷酸修饰的DNA精确地偶联到CdTe:Zn²⁺ 量子点（QDs）上，构建了一种价态可控的纳米信标。

实验发现，使用仅偶联有一个DNA的纳米信标去标记和检测活细胞中低丰度的核酸，可在活细胞中对单个HIV-1 RNA进行检测和成像。而将被该QDs纳米信标标记的HIV-1基因组RNA封装在子代病毒颗粒中，则可以用来跟踪和研究单个病毒的脱壳过程。因此，这一研究也为核酸的标记和高灵敏度成像提供了一个新的平台。

YingxinMa, Guobin Mao, Weiren Huang, Zhike He, Zongqiang Cui. Quantum Dot Nanobeaconsfor Single RNA Labeling and Imaging. Journal of the American Chemical Society.2019

DOI:10.1021/jacs.9b04659

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b04659

4. AM综述：纳米催化医学

催化和生物医学通常被认为是两个独立的研究领域。近年来，随着纳米化学的发展，大量的纳米催化剂，如纳米酶、光催化试剂和电催化试剂等也都在体内被用于启动催化反应和调节生物微环境以实现治疗的效果。纳米催化剂在生物医学领域的应用也得到了迅速的发展，并有望推动纳米医学这一分支学科的前进。在过去的一个世纪里，许多化学家都在努力地将具有高效和高选择性的催化剂巧妙地转化为纳米诊疗药物，通过催化反应来优化治疗的结果。

中科院上海硅酸盐研究所陈雨研究员和施剑林研究员合作，根据催化反应的基本反应因素，对构建纳米药物的基本原理进行了综述说明；然后全面介绍了这一新兴领域的最新研究进展，并详细讨论了具有诊疗功能的纳米催化系统的内在机理。

BowenYang, Yu Chen, Jianlin Shi. et al. Nanocatalytic Medicine. Advanced Materials. 2019

DOI:10.1002/adma.201901778

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901778

5. AM: 软包电池中超薄锂金属负极的电化学示意图

锂金属被视为新一代高比能电池中的“圣杯”。然而，人们对于锂金属负极在实际工作状态下的电化学行为知之甚少，这就导致针对锂金属负极的设计策略和其实际应用状况出现了一些偏差。在本文中，清华大学的张强教授团队利用电化学示意图揭示了超薄锂金属在软包电池中的失效机制。

他们研究了锂金属负极从1.0mA/cm²-1.0mAh/cm²到10.0mA/cm²-10.0mAh/cm²下的不同工作模式并将其划分为极化区、过渡区和短路区三个区域。在小电流密度和小容量条件下导致电池失效的主要原因是电极的粉化和诱导极化；而在大电流和大容量条件下电池短路伴随着隔膜损坏诱发安全问题则成为主因。电化学示意图来源于锂金属独特的电镀/剥离行为，伴随着枝晶的增厚和/或延长以及枝晶的不均匀分布。该工作所绘制的电化学示意图对于设计具有高能量密度、高安全性和长寿命的锂金属电池具有指导意义。

PengShi, Qiang Zhang et al, Electrochemical Diagram of an Ultrathin Lithium MetalAnode in Pouch Cells, Advanced Materials, 2019

DOI:10.1002/adma.201902785

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902785

6. AM：17.3％！最高效低维钙钛矿太阳能电池

与3D钙钛矿相比，低维Ruddlesden-Popper钙钛矿（RPP）表现出优异的稳定性;然而，相对较低的功率转换效率（PCE）限制了它们未来的应用。近日，华中科技大学Ming Shao研究团队开发了一种新的氟取代的苯基乙铵（PEA）阳离子作为间隔阳离子，以制备准2D（4FPEA）2（MA）4Pb5I16（n = 5）钙钛矿太阳能电池。最高的PCE为17.3％，Jsc为19.00 mA cm^-2，V_oc为1.16 V，填充系数（FF）为79％，这是低维RPP太阳能电池的最佳结果（n≤5）。

增强的器件性能可归因如下：首先，由4-氟 - 苯乙基铵（4FPEA）有机间隔物诱导的强偶极场促进电荷解离。其次，氟化RPP晶体优先沿垂直方向生长，并形成相位分布，随着从底部到顶部表面的n数增加，导致有效的电荷传输。第三，基于4FPEA的RPP膜表现出更高的膜结晶度，增大的晶粒尺寸和降低的陷阱态密度。最后，未密封的氟化RPP装置表现出优异的湿度和热稳定性。因此，长链有机阳离子的氟化为同时提高低维RPP太阳能电池的效率和稳定性提供了可行的方法。

Shi, J. Shao, M. et al.Fluorinated Low-Dimensional Ruddlesden–Popper Perovskite Solar Cells with over 17% Power Conversion Efficiency and Improved Stability. AM 2019.

DOI: 10.1002/adma.201901673

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201901673

7. AM: 高效单组分有机发光晶体管

高性能有机发光晶体管（OLET）的构建仍然具有挑战性。化学所Huanli Dong和Wenping Hu团队将两种优异的高迁移率发光有机半导体，DPA和dNaAnt引入到OLET。通过优化器件几何结构以实现平衡双极高效电荷传输，并使用高质量DPA和dNaAnt单晶作为有源层，成功制造出高效率的单组分OLET，并在p-和n-传导通道显示出强且空间可控的光发射，以及高外部量子效率（EQE）的输出。当前DPA-OLET，dNaAnt-OLET器件中获得的EQE值分别接近1.61％和1.75％。此外，对于基于DPA和dNaAnt的OLET，也分别实现1210和3180 cd m^-2的高亮度，电流密度高达1.3和8.4 kA cm^-2。该研究证明了高迁移率发光有机半导体在下一代高性能单组分OLET及其相关有机集成电光器件的快速发展中的巨大潜在应用。

Qin,Z., Gao, H., Liu, J., Zhou, K., Li, J., Dang, Y., Huang, L., Deng, H., Zhang,X., Dong, H., Hu, W., High‐Efficiency Single‐Component Organic Light‐Emitting Transistors. Adv. Mater. 2019, 1903175.

DOI:10.1002/adma.201903175

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903175

8. AM：对ROS响应的聚合siRNA纳米药物用于对胶质瘤的联合RNAi治疗

小干扰RNA (siRNA)在治疗难治性疾病方面具有突出的优势和巨大的应用潜力。然而，目前仍然缺乏具有良好的循环稳定性和有效递送能力的siRNA递送系统，这也严重阻碍了siRNA的临床治疗效果。

河南大学科研团队构建了一种聚合siRNA纳米药物(3I-NM@siRNA)，并通过三种相互作用(静电、氢键和疏水相互作用)对其进行稳定。与单纯依赖静电相互作用的siRNA纳米药物相比，通过额外地引入加入氢键和疏水相互作用后可显著提高其生理稳定性。3I-NM@siRNA纳米药物可以对肿瘤活性氧(ROS)做出响应使其不稳定并导致siRNA的释放。实验随后利用angiopep-2肽功能化的3I-NM@siRNA纳米药物对疗胶质母细胞瘤(GBM)进行治疗。结果发现，Ang-3I-NM@siRNA具有很好的穿透血脑屏障和肿瘤积聚的能力，因此可通过联合靶向保罗样激酶 1和血管内皮生长因子受体-2来有效地抑制肿瘤生长进而显著延长原位GBM脑瘤裸鼠的生存时间。

MengZheng et al. ROS-Responsive Polymeric siRNA Nanomedicine Stabilized by Triple Interactions for the Robust Glioblastoma Combinational RNAi Therapy. Advanced Materials. 2019

DOI:10.1002/adma.201903277

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903277

9. AFM: 具有80.4％填充因子的钙钛矿/硅串联太阳能电池

近日，埃朗根-纽伦堡大学César Omar RamírezQuiroz研究团队介绍了一种基于聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）掺杂PEDOT：PSS和d‐sorbitol 的多用途互连层，用于单片钙钛矿/硅串联太阳能电池。独立处理的硅和钙钛矿子电池的互连是一个简单的附加层压步骤，减轻了串联器件的常见的制造复杂性。

实验和理论证明，PEDOT：PSS是通过控制纳米尺度和中尺度微结构来操纵电荷复合层的机械和电功能的理想构建块。重组层的最佳功能依赖于d‐sorbitol 掺杂剂分布的梯度，其调节PEDOT穿过PEDOT：PSS膜的取向。使用这种改进的PEDOT：PSS复合材料，与单结器件相比，单片双端钙钛矿/硅串联太阳能电池的稳态效率为21.0％，填充因子为80.4％，开路电压损失可忽略不计。研究人员通过提供具有11.7％功率转换效率的层压双端单片钙钛矿/有机串联太阳能电池，进一步验证了该方法的多功能性。可以设想，这种层压概念可以应用于多个光伏和其他薄膜技术的配对，创建了一个有助于大规模生产高效串联设备的通用平台。

Quiroz Ramírez, C. O. et al.Interface Molecular Engineering for Laminated Monolithic Perovskite/SiliconTandem Solar Cells with 80.4% Fill Factor. AFM 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201901476

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201901476

加载更多