顶刊日报丨江雷院士、钱逸泰院士、朱美芳院士、俞书宏院士等成果速递20220307
纳米人 2022-03-07
1. Chem. Soc. Rev.:用于白血病治疗的递送策略

上海中医药大学冯年平教授和浙江大学顾臻教授对用于白血病治疗的递送策略相关研究进行了综述。

 

本文要点:

1)白血病是一种血液系统的恶性肿瘤,其与突变祖细胞不受控制的增殖有关,并会抑制正常血细胞的产生。目前的治疗方法,如化疗、放疗和免疫治疗等的治疗结果仍不够理想,5年生存率仅为30-50%。研究表明,白血病的不良预后和复发与治疗相关的毒性有关。药物递送策略可以改善药物在体内的药代动力学,指导实现对肿瘤细胞或肿瘤微环境的靶向治疗和逆转耐药性,从而最大限度地消除肿瘤,并减轻系统不良反应。

2)作者在文中综述了现有的FDA批准的抗白血病药物和治疗方法,重点介绍了抗白血病药物给药系统的研究进展;此外,作者也对药物递送策略在临床转化方面所面临的挑战和未来发展前景进行了讨论。

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Tianyuan Ci. et al. Delivery strategies in treatments of leukemia. Chemical Society Reviews. 2022

DOI: 10.1039/d1cs00755f

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cs/d1cs00755f


2. Joule: 效率超过17%的聚噻吩有机太阳能电池

聚噻吩 (PTs) 因其低生产成本而成为有机太阳能电池 (OSCs) 的有前途的电子供体。然而,由于不匹配的能级和不利的有源层形态,OSC 中 PT 的器件性能相当差。华南理工大学Chunhui Duan等人报道了一组具有氰基取代和不同氟化度的新型 PT (P5TCN-Fx),以实现高效 OSC。


本文要点:

1)氰基的加入赋予了新的PT更深的能级,主链氟化导致强的链间相互作用、改善的聚合物结晶度以及与新 PT 的主要受体 Y6 的适当热力学混溶性。

2)因此,多个 PT 在二元 OSC 中提供了超过16%的效率。此外,P5TCN-F25通过三元共混设计获得了17.2%的最高PCE,这是新的效率记录,代表了基于 PT 的 OSC 的重大突破。

3)这项工作为利用低成本材料实现高性能 OSC 开辟了一条有希望的途径。

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Xiyue Yuan, et al. Polythiophenes for organic solar cells with efficiency surpassing 17%, Joule, 2022.

DOI:10.1016/j.joule.2022.02.006

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435122000873#!


3. Matter:极性/非极性协同作用驱动的超湿膜用于混相有机液体分离

膜分离可混溶液体混合物技术有望成为为能量密集型蒸馏的潜在替代技术。然而,这些分离方式的缺点是需要热相变过程,表现出低通量,或者使用复杂的膜制备过程。基于此,烟台大学刘洪亮教授,中科院理化技术研究所田野教授,江雷院士提出了一种极性/非极性相互作用诱导的超湿膜分离系统(PNISMS),该系统能够分离可混溶的有机液体AB混合物(极性:A < B)。


本文要点:

1)研究人员在PNISMS中引入了一种与多孔膜极性相反的额外诱导剂。

2)通过协同构建多孔膜与A(或B)之间的强非极性(或极性)相互作用以及诱导剂与B(或A)之间的极性(或非极性)相互作用,目标A(或B)可以选择性地渗透到多孔膜,并同时阻止剩余的液体成分。因此,可以实现从多种极性范围内的混溶混合物中成功地提纯各种目标有机液体。

该分离系统将为当前的液体分离提供一个很好的候选方案,并有望进一步发展SMS技术。

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Chang et al., Miscible organic liquid separation of superwetting membrane driven by synergistic polar/nonpolar interactions, Matter (2022)

DOI:10.1016/j.matt.2022.02.011

https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.02.011


4. Angew:演示和揭开CO2对石墨烯中空位缺陷的可控纳米扩展

石墨烯边缘和空位的可控操纵对于其在分子分离、传感和电子学中的应用来水,至关重要。不幸的是,现有的刻蚀方法总是会导致空位成核,这给刻蚀控制带来了一定挑战。近日,洛桑联邦理工学院Kumar Varoon Agrawal首次报道了在750-1000 °C温度范围内,CO2对石墨烯的可控均匀刻蚀,并提取出石墨烯中大边扩展的势垒为2.7 eV,相当于CO2在石墨烯中锯齿形边上的化学吸附能垒。


本文要点:

1)研究人员建立了一种不受CO2从体相到石墨烯边缘传质的刻蚀机制,并通过调节腐蚀温度和时间来研究空位的扩展速率。研究发现,纳米级的空位可以以2-3 Å/min的速度膨胀,这使得这条路线在调节石墨烯的孔径以用于分子分离和传感应用方面具有很大的应用前景。

2)研究发现,在纳米空位的边缘,CO2在化学吸附过程中存在一个额外的构型能垒,导致较小空位的速率降低了一个数量级,而小于0.15 nm的缺陷则没有膨胀。此外,CO2不会形成新的空位缺陷,导致扩展的孔呈高斯孔径分布(PSD),这与通常使用氧化腐蚀方法获得的对数正态孔径分布形成鲜明对比。

3)最后,利用CO2刻蚀,人们可以通过透射电子显微镜来描绘石墨烯中固有空位缺陷的位置,由于石墨烯的低密度,这被证明是一项具有挑战性的任务。因此,可以确定本征空位缺陷的两个不同的来源:i)未对准的石墨烯晶粒的不完全共生;ii)在反应器中存在残余O2的情况下对晶格的刻蚀。


这项研究表明,CO2可以用来构建纳米尺度的石墨烯薄膜,用于分子分离和传感等各种应用。

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Mojtaba Rezaei, et al, Demonstrating and Unraveling a Controlled Nanometer-Scale Expansion of the Vacancy Defects in Graphene by CO2, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202200321

https://doi.org/10.1002/anie.202200321


5. Angew:氧等离子体功能化CeO2表面高稳定活性Pt单原子:纳米结构与过氧化物效应

原子分散在氧化物载体上的贵金属最近成为越来越独特的催化材料。然而,其制备和有限的热稳定性和环境稳定性对它们的潜在应用构成了一定挑战。近日,德国弗里茨-哈伯研究所Shamil Shaikhutdinov,巴塞罗那科学技术学院Núria López讨论了氧化物载体的表面结构(形态和组成)如何影响金属分散和单原子在高温和气体气氛中稳定性的问题。


本文要点:

1)研究人员通过在CeO2(111)晶型薄膜上物理气相沉积Pt制备了Pt/CeO2模型催化剂,并对其进行了不同的预处理,使CeO2还原或表面粗糙化。在所研究的CeO2载体中,经O2等离子体预处理的CeO2薄膜上沉积的Pt原子在CO氧化反应中表现出最好的热稳定性和催化活性。

2)密度泛函理论(DFT)证实了这种效应是由于:i)等离子体诱导的表面重组导致了氧化铈表面的CeO2团簇;ii)形成了大量的表面过氧化物(O22-)物种,所有这些都有利于孤立的、高度稳定的Pt单原子的致密和均匀的分布。此外,研究人员也证实了等离子体处理对粉末催化剂的促进作用。


这些发现为利用等离子体功能化在多相催化中获得高密度的稳定活性中心开辟了新的领域。

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Weiming Wan, et al, Highly Stable and Reactive Platinum Single Atoms on Oxygen Plasma-Functionalized CeO2 Surfaces: Nanostructuring and Peroxo Effects, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202112640

https://doi.org/10.1002/anie.202112640


6. Nano Letters:可调和坚固的纳米结构用于多功能金属增材制造界面

新的加工加上金属增材制造(AM)中使用的各种合金化材料,为开发以前未曾探索过的微/纳米结构提供了机会。近日,伊利诺伊大学厄巴纳−香槟分校Nenad Miljkovic在金属AM表面开发了一类可调和坚固的微/纳米结构。


本文要点:

1)通过阐明AM过程中亚晶结构的形成和材料偏析,采用晶相刻蚀和金相热处理相结合的方法实现了表面结构的形成。技术不仅简单、经济高效,而且能够灵活地调整和优化目标应用的结构长度尺度。

2)以冲击水滴反弹、纯水蒸气冷凝和液滴结冰为演示框架,证明了与现有的传统合金纳米结构技术相比,AM结构可以进行调整以优化性能。


这项工作不仅展示了AM带来的微/纳米表面结构设计灵活性,而且还概述了创建多功能AM表面的优化策略以及替代AM材料的设计指南。

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Jin Yao Ho, et al, Tunable and Robust Nanostructuring for Multifunctional Metal Additively Manufactured Interfaces, Nano Lett., 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04463

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c04463


7. Nano Letters:机器学习模拟设计卤化物电解质助力稳定的全固态锂金属电池

具有超离子导电性和界面稳定性的固体电解质(SEs)对于开发稳定的全固态锂金属电池(ASSLMBs)至关重要。近日,中科大姚宏斌,张国桢,复旦大学Cheng Shang使用神经网络势来模拟由Li、Zr/Hf和Cl组成的材料,使用随机表面行走方法识别两种潜在的独特层状卤化物SE,命名为Li2ZrCl6和Li2HfCl6,用于稳定的ASSLMBs。


本文要点:

1)所预测的卤化物SEs具有高的Li+电导率和与Li金属负极的优异相容性。

2)研究人员合成了这些SEs,并以4000小时稳定的镀锂/剥离的记录性能证明了它们对锂金属负极的优异稳定性。

3)使用这些没有任何界面改性的卤化物SEs进一步制造了原型稳定ASSLMBs,其显示出小的内部正极/SE电阻(19.48 Ω cm2)、高的平均库仑效率(99.48%)、良好的倍率性能(1.5 C下63 mAh g-1)和前所未有的循环稳定性(0.5 C下70次循环87%的容量保持率)。

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Feng Li, et al, Stable All-Solid-State Lithium Metal Batteries Enabled by Machine Learning Simulation Designed Halide Electrolytes, Nano Lett., 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00187

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00187


8. EnSM:降解生物质构建用于锂金属的阳离子聚集海绵层共轭富电子碳骨架

由于锂负极具有较高的理论比容量(3860 mA h g-1)、最低的氧化还原电位(-3.04 V vs标准氢电极)和最低的金属重量(0.53g cm-3),与通常使用石墨作为负极的锂离子电池(LIBs)相比,锂金属电池(LMBs)显示出更大的应用潜力。然而,LMBs在循环过程中面临着无限体积变化和锂枝晶生长的挑战,从而导致固体电解质界面(SEI)的不断破碎和生成,库仑效率(CE)低,循环性能差,安全问题突出等。


近日,为解决上述问题,中科大钱逸泰院士,林宁开发了一种可控的水热降解策略,成功将樟子松转化为表面带负电荷的多梯度海绵碳包覆三维碳骨架(HPSC)。


本文要点:

1)结果表明,内部碳骨架具有较高的导电性和刚性,而由珊瑚状碳组成的海绵状外层具有较低的电导率和较高的韧性。通过原位光学显微镜和X射线计算机断层扫描(XCT)观察,这种独特的结构使得锂金属能够在碳酸盐电解液中均匀地在HPSC中形核和生长。

2)核磁共振(NMR)、原子力显微镜(AFM)和COMSOL多物理模拟进一步证明,稳定的镀锂/剥离是由以下因素驱动的:i)电极/电解液界面上高锂离子浓度的带负电荷的表面;ii)坚硬骨架上具有强大毛细管力的坚韧多孔海绵层,使沉积的锂金属得到完美的容纳和均匀生长;iii)梯度导电碳骨架,用于优先形核和在碳骨架上均匀生长。

3)结果表明,HPSC-Li对称电池在0.5 mA cm-2的低过电位(<30.0 mV)下具有2000 h以上的长期循环稳定性。重要的是,组装的HPSC-Li//LiCoO2全电池在0.5 C循环300次后,放电容量高达108.6 mA h g-1,CEs>99.5%。因此,通过简单的水热处理和高温煅烧,不仅可以获得具有优异电化学性能的金属锂多梯度3D基质,而且可以为生物质的进一步开发利用提供参考。

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Yong Qian, et al, Degrading biomass to construct cation-gathered spongy layer conjugated electron-enriched carbon framework for Li metal, Energy Storage Materials (2022)

DOI:10.1016/j.ensm.2022.02.053

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.02.053


9. EnSM:一种超高线容量柔性石墨烯/碳纳米管/氧化锡纤维钠离子电池负极

碳基纤维作为一维衬底材料,以其优异的导电性、多孔结构和优异的柔韧性,在可穿戴式储能器件中得到了人们广泛的重视和大量研究,并取得了诸多进展。然而,对于高线路容量的柔性功率器件,组装纤维负极仍然是一个严峻的挑战。近日,东华大学朱美芳院士,Guiyin Xu通过湿法纺丝、冷冻干燥和机械力驱动重排,成功制备了一种多孔石墨烯/碳纳米管/氧化锡(PP-GCS)纤维。


本文要点:

1)研究发现,机械力作用下的定向结构为纤维提供了良好的骨架,赋予了纤维柔韧的特性。此外,这种多孔结构可以形成足够的开放通道,保证电解质的快速扩散,从而使PP-GCS纤维表现出优异的电化学性能,尤其是显著的线容量。

2)组装好的纤维状钠离子电池(SIB)表现出稳定的循环性能,0.05 A g-1循环100次后,放电容量由290.9 mAh g-1增加到309 mAh g-1)(4.8~5.1 mAh m-1),0.5 A g-1循环后可逆容量达到164.1 mAh g-1(2.71mAh m-1)。另外,随着PP-GCS纤维直径的增大,当电流密度为0.05 A g-1时,多孔纤维的最大线容量达到15.74 mAh m-1

本工作为下一代可穿戴电子器件中高能器件的制备提供了一种很有前途的方法。

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Yang Zhang, et al, Ultrahigh line-capacity and flexible graphene/carbon nanotube/tin oxide fibers as sodium ion battery anodes, Energy Storage Materials (2022)

DOI:10.1016/j.ensm.2022.03.002

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.03.002


10. ACS Energy Lett.:利用非极性有机溶剂沉积金属卤化物钙钛矿薄膜并实现有机半导体/钙钛矿复合光伏

以简单的制造工艺和惊人的器件效率吸引了研究界,基于钙钛矿的光电子学已经走上了商业化的道路。然而,这种商业化的一个潜在障碍是几乎完全使用有毒、高度配位、高沸点的溶剂来制造钙钛矿前体油墨。牛津大学Nakita K. NoelHenry J. Snaith等人证明了非极性有机溶剂(如甲苯)可以与丁胺结合形成烷基铵基钙钛矿的有效溶剂。


本文要点:

1)除了提供更广泛的溶剂选择外,该发现还开辟了将钙钛矿油墨与各种以前不相容的材料混合的可能性,例如有机分子、聚合物、纳米晶体和结构导向剂。

2)作为演示,研究人员使用这种溶剂将钙钛矿油墨与 6,6-苯基-C-61-丁酸甲酯混合,并显示出改善的钙钛矿结晶和器件效率。这种工艺路线可以为调整高效光伏、发光二极管和其他半导体器件中的有源层提供无数新的可能性。

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Nakita K. Noel, et al. Utilizing Nonpolar Organic Solvents for the Deposition of Metal-Halide Perovskite Films and the Realization of Organic Semiconductor/Perovskite Composite Photovoltaics, ACS Energy Lett. 2022, 7, 1246–1254

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c00120


11. ACS Energy Lett.:表面缺陷工程用于金属卤化物钙钛矿光伏

近年来,表面缺陷钝化已成为制造具有创纪录高效率的钙钛矿太阳能电池(PSC)的必要条件。然而,表面钝化对 PSC 的性能和稳定性的确切机制和所有可能的影响尚未清楚地阐明。成均馆大学Jin-Wook Lee等人总结了卤化物钙钛矿表面及其钝化的研究现状,然后讨论了尚未解决的重要问题。


本文要点:

1)最广泛使用的表面钝化方法——使用烷基卤化铵的方法——是本期关注的焦点。

2)研究人员强调需要将钝化过程的所有可能影响(包括它们的优点和不良副作用)解耦,以最大限度地提高通过表面改性可实现的性能提升。

3)全面了解钙钛矿表面及其适当的管理将是实际使用具有更高性能和寿命的 PSC 的关键。

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Keonwoo Park, et a. Surface Defect Engineering of Metal Halide Perovskites for Photovoltaic Applications, ACS Energy Lett. 2022, 7, 1230–1239

DOI:10.1021/acsenergylett.1c02847

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.1c02847


12. ACS Nano:大孔3D构架材料的仿生设计用于高效界面太阳能制蒸汽

界面太阳能蒸汽发电(ISSG)利用局部加热技术在水-蒸汽界面蒸发,以其高效的太阳能-热能转换效率实现可持续、生态友好的饮用水再生过程而备受关注。近日,受企鹅毛、北极熊毛等具有大孔结构的天然隔热材料抑制对流换热的启发,中科大俞书宏院士设计并制备了一种具有层次化大孔骨架的三维伸展构架海绵材料。


本文要点:

1)为了构建具有层次化大孔的热化磷酸二氢铵改性三聚氰胺海绵(TAMS),研究人员先用0.001 mol L-1NH4H2PO4水溶液在80 °C烘箱中处理具有互连宏观通道的清洁MS 12 h。经过处理后,海绵骨架中的伯氨基和仲氨基将与磷酸二氢结合,形成不同层次的内外成分。然后,将磷酸二氢铵浸泡的三聚氰胺海绵(AMS)在氮气气氛中以10 °C−1的升温速率在800 °C下热解5 min。在相同条件下对海绵进行热解,制得热敏三聚氰胺海绵(TMS)。

2)与没有大孔骨架的TMS相比,由于具有三维互连的空心骨架,TAMS表现出较低的导热系数。在作为太阳能吸收剂应用于ISSG时,具有抑制对流换热和增强耐盐性的潜力,最大蒸发率达到2.33 kg m−2 h−1,相当于一次日照下93%的能效。

这项工作对于推动仿生层次结构在ISSG饮用水发电中的实际应用具有重要意义。

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Hao-Yu Zhao, et al, Biomimetic Design of Macroporous 3D Truss Materials for Efficient Interfacial Solar Steam Generation, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c10184

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10184




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