1. JACS：异质性催化物种对于复杂催化反应的重要性

界面金属的表面具有非常复杂的异质性结构，界面催化活性物种表现不同的大小、形貌、局部配位环境，这种情况对于担载型金属催化剂而言通常是无法避免的。这种效果导致难以完全利用担载的金属和实现较高的质量比催化活性。有鉴于此，北京大学马丁、王蒙、中国科学院大学周武等报道对环己醇脱氢反应（一个重要的储氢反应和制备高附加值化学品的反应）模型，对其中每个单元步进行研究。发现传统方法制备的担载型异质性Rh催化剂在复杂异相催化反应中具有更好的优势。

本文要点：

1）在这种担载型Rh催化剂中，单原子Rh₁在第一步脱氢反应中展示了优异的活性；非单原子Rh_e催化剂（包括团簇Rh_n，纳米粒子Rh_p）对随后的反应步骤（环己酮生成苯酚）展示优异的催化活性，但是单原子Rh₁位点在该步骤基本上没有催化活性。

2）当催化剂中同时存在Rh₁和Rh_e多种不同催化位点，才能得到最好的催化活性。这种现象说明催化物种的异质性对于多步催化反应的重要作用。本文研究为异质性催化剂设计对于复杂催化反应的重要性。

Jie Zhang, et al, Importance of Species Heterogeneity in Supported Metal Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00202

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00202

2. JACS：马达两亲体组成的光制动人造肌肉可作为间充质干细胞的细胞外基质模拟支架

模拟天然细胞外基质(ECM)以作为细胞培养支架的策略在再生医学领域中有着广阔的应用前景。然而，新一代模拟ECM的合成材料需要具有层次导向的超分子结构、高动态性以及对外部刺激进行响应的性能。如何实现这些功能也是一个很大的挑战。格罗宁根大学Ben L. Feringa、Patrick van Rijn和King-Chi Leung构建了由马达两亲体(MAs)形成的超分子组装体，它能够模拟ECM水凝胶的性质的结构特征，并能够放大分子运动以实现光诱导的宏观肌肉样驱动功能。

本文要点：

1）研究表明，该超分子组装(人工肌肉)可为开发用于人骨髓间充质干细胞(hBM-MSCs)的响应性ECM模拟支架提供一个有效的方法。实验通过核磁共振和紫外可见吸收光谱以对该组装体的光异构化进行了研究，并利用电子显微镜和x射线衍射以对其组装结构、光驱动过程和结构顺序进行了分析。随后，实验也考察了该人工肌肉的细胞毒性。研究发现，由人工肌肉组成的MAs能够基于其层次各向异性的超分子结构而在水中实现快速光驱动，且无细胞毒性。

2）此外，粘附hBM-MSCs的MAs人工肌肉仍可以通过外部光刺激来被驱动，证明其能够在生物相容性系统中将光能转换为机械信号。综上所述，这一研究表明基于MAs的人造肌肉超分子组装具有构建光驱动型ECM模拟支架的潜力，并可为实现细胞和MAs生物混合系统中的信号转导提供新的策略。

Shaoyu Chen. et al. Photoactuating Artificial Muscles of Motor Amphiphiles as an Extracellular Matrix Mimetic Scaffold for Mesenchymal Stem Cells. Journal of the American Chemical Society. 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c12318

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12318

3. JACS：一种仿贻贝粘附的蛋白聚合物

二十多年来，研究人员一直试图在各种系统中高效地复制具有功能和潜在技术用途的串联重复蛋白（TRPs）。TRPs具有非常不同的生物学功能、氨基酸组成和二级结构内容，由多个保守的小基序（通常少于40个氨基酸）组成，以线性方式排列，产生细长、简单的拓扑结构，如α-螺旋或β-片。近日，美国西北大学Nathan C. Gianneschi描述了一种基于贻贝粘附蛋白的新型仿生聚合物的设计、合成和表征，包括物理和生物粘附特性。

本文要点：

1）以降冰片烯基肽单体为原料，通过接枝开环歧化聚合制备了类蛋白单体。该肽来源于海洋贻贝产生的天然水下胶，由一个高度重复的10个氨基酸串联重复序列组成。

2）研究人员假设，以这种方式重述重复单元将提供一条简单的路线，从而获得一种受自然启发的粘合剂。为此，对这种材料进行了检测，并与天然蛋白质进行了比较。在这种材料中，肽单元的排列是作为刷状聚合物的侧链，而不是像天然蛋白质中那样以线性方式排列。

3）固体表面粘附力的机械测量显示，与天然蛋白质相比，粘附性有所改善，这使得这一策略对不同的应用具有吸引力。进一步，研究人员将聚合物作为表面粘合剂来固定活细胞。

Or Berger, et al, Mussel Adhesive-Inspired Proteomimetic Polymer, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c10936

https://doi.org/10.1021/jacs.1c10936

4. JACS：基于高通量计算的高性能光电硫化物晶体的稳健设计

高性能功能材料是现代科学技术不断进步的基石，但新材料的开发仍然具有挑战性。近日，北京航空航天大学Zhimei Sun，Naihua Miao提出了一种基于群论和高通量计算的新型晶体固体的稳健设计策略，新型光电半导体的成功识别证明了这一点。

本文要点：

1）首先，通过理论基团分析和成分工程，获得了78个原型晶体结构，并建立了包含21,060个三元硫系化合物的计算材料库。

2）对配位特性、相稳定性和电子结构的高通量筛选提供了97个候选半导体，其中包括93个全新的化合物。其中，22种具有良好动态和热稳定性的晶体由于其最佳的电学性能和优异的光吸收，预计将显示出较高的光伏转换效率（>30%），可与目前最有效的单结GaAs太阳电池相媲美。

这一新的硫化物晶体的发现为光电应用提供了极好的候选者，使得该设计策略成为寻找未知的高性能功能材料的一条极有效途径。

Yu Gan, et al, Robust Design of High-Performance Optoelectronic Chalcogenide Crystals from High-Throughput Computation, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c12620

https://doi.org/10.1021/jacs.1c12620

5. Angew：桥联的Fe-O-Ti配体调谐Fe中心的自旋态以促进氧还原

探索功能衬底，精确调控具有中等自旋态的原子金属活性物种的电子结构具有重要意义，但仍具有挑战性。近日，北京理工大学王博教授，杨文秀提供了一种轴向Fe-O-Ti配体调控的自旋态转变策略来提高Fe中心的氧还原反应（ORR）活性。

本文要点：

1）理论计算首次表明，FeN₃OO-Ti中的Fe-O-Ti配体可以诱导FeN₃O的中低自旋态转变和O₂吸附优化。

2）作为概念验证，研究人员将铁基类聚合物量子点（PQD-Fe）与超薄端氧Mxene纳米片（Ti₃C₂O_x）偶联，制备了一种新型的FeN₃O-O-Ti催化剂，命名为o-MQFe。具体而言，富N/O官能团的PQD为螯合Fe离子提供了高密度配位。选用具有丰富端氧和表面电荷的超薄Ti₃C₂O_x纳米片作为Fe原子中心的衬底和电子结构调节剂。

3）与PQD-Fe/Ti3C₂T_x催化剂(不含轴向Fe-O-Ti配体)相比，优化后的o-MQFe催化剂具有5.3倍的质量活性和4.6倍的周转频率。此外，组装的锌空气电池（ZABs）表现出优异的循环稳定性（186 h），优化后的o-MQFe基ZABs和H₂/O₂阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)在较宽的温度范围内具有优异的性能。

Yarong Liu, et al, Tuning Spin State of Fe Center by Bridge Bonded Fe-O-Ti Ligands for Enhanced Oxygen Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202117617

https://doi.org/10.1002/anie.202117617

6. Angew: K₃SbS₄超导体用作K-S电池固态电解质

固态钾离子导体电解质是解决钾金属二次电池界面问题的关键材料。然而，有关钾离子导体固态电解质的研究还处于十分初级的阶段。最近，美国俄亥俄州立大学吴屹影等从锂离子硫化物快导体电解质中获得灵感，报道了一种适用于K-S电池的K₃SbS₄超导体电解质。

本文要点：

1） 研究人员报道的这种β相K₃SbS₄超导体在室温条件下呈现出典型的体心立方结构（bcc）,其具备二维的K⁺扩散通道。该固态电解质的室温离子电导率高达2.5*10^-6 S/cm，活化能仅为0.27 eV。

2） 研究人员发现通过W元素的取代提高K⁺空位的浓度可以进一步实现离子电导率的提高，使其室温离子电导率提高至7.7*10^-5 S/cm，而在40℃条件下的离子电导率更是高达1.4*10^-4 S/cm。将这种固态电解质应用在K-S电池中可以获得优异的电化学性能。

Jieren Shao et al, K₃SbS₄ as    a    Potassium    Superionic    Conductor    with    Low Activation Energy for K-S Batteries, Angewandte Chemie, 2022

DOI: 10.1002/ange.202200606

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202200606?af=R

7. Angew：设计一种水溶性高氧化性钴分子催化剂用于仿生水氧化

在人工光合作用的背景下，析氧反应（OER，2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-）是一个特别具有挑战性的反应，从热力学上讲，整个水的分解是向上的，利用来自阳光的能量，可以直接将太阳能储存在化学燃料中。由于形成O-O键的多步电子/质子转移过程中遇到的困难导致缓慢的反应动力学，因此需要活性和坚固耐用的催化剂来降低这一能垒，并在水介质中促进高活性的快速水氧化反应。

近日，南京大学于振涛教授，汕头大学陈广慧教授开发了一种稳定的水溶性钴配合物，它由双阴离子2,2‘-([2,2’-bipyridine]-6,6‘-diyl)bis(propan-2ol)配体支架支撑，这是一个罕见的高氧化物种，结构、光谱和理论数据都证实了这一点。

本文要点：

1）电子顺磁共振(EPR)谱和磁化率测量表明，固态单核配合物的Co^IV中心处于高自旋态（六重态，S=5/2）。

2）在pH为6的磷酸盐缓冲溶液中，该配合物能有效地催化水氧化，其过电位仅为360 mV。

3）研究人员通过理论计算推测了水氧化的关键中间体，并通过原位光谱电化学实验对其进行了鉴定。

本工作为高氧化态金属化学的研究提供了一个清晰、稳定、易于制备的分子模体，也可能为将来的催化剂设计提供一定帮助。

Yun-Fei Su, et al, A Water-soluble Highly Oxidizing Cobalt Molecular Catalyst Designed for Bioinspired Water Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202201430

https://doi.org/10.1002/anie.202201430

8. Angew：圆柱形C96富勒管：一种高活性的无金属氧还原电催化剂

燃料电池是改善不断增长的能源需求和传统能源对环境影响的理想解决方案。目前，铂族金属基催化剂（PGM）是用于氧还原反应(ORR)活性最高的催化剂。典型的Pt/C基电催化剂的成本约为汽车燃料电池组成本的一半（由美国能源部预测），这无疑阻碍了燃料电池技术的商业化。最近，人们报道了一种新的高纯度金属富勒管D5h-C90、D3d-C96和D5d-C100的分离方案，它们具有独特的电学特性。

近日，德克萨斯大学埃尔帕索分校Luis Echegoyen， Sreeprasad T.Sreenivasan，普渡大学Steven Stevenson，开罗美国大学Nageh K. Allam利用实验和理论相结合的方法报道了C₆₀、C₇₀（球状富勒烯）和C₉₀、C₉₆和C₁₀₀（管状富勒烯）的ORR电催化性能。

本文要点：

1）结果显示，C₉₆（一种无金属催化剂）表现出显著的ORR活性，起始电位为0.85 V，中间电位为0.75 V，接近目前最先进的Pt/C基准值。

2）使用C₉₆作为质子交换膜燃料电池的改性阴极，获得了0.75 W/cm²的优异功率密度，可以与最近报道的其他高效无金属催化剂相媲美。

3）结合能带结构(实验计算)和自由能（DFT）的研究表明，碳笼上两个有利的能级排列的活性催化位点都是C₉₆具有优异活性的原因。

Mohamed Fathi Sanad, et al, Cylindrical C₉₆ Fullertubes: A Highly Active Metal Free O₂-Reduction Electrocatalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202116727

https://doi.org/10.1002/anie.202116727

9. Angew：糖型解析双模态比率免疫测定以提高对肝细胞癌的诊断精度

甲胎蛋白(AFP)的糖基化模式为实现肝细胞癌(HCC)的精确早期诊断奠定了重要的基础。然而，现有的分析方法往往忽略了末端唾液酸的贡献，而已有的研究表明其与HCC高度相关。与此同时，抗聚糖抗体的制备也会严重阻碍诊断分析方法的发展。分子印迹聚合物(MIPs)作为合成抗体的模拟物，具有解决这些问题的独特优势。有鉴于此，南京大学刘震教授报告了一种基于MIPs的双模态比率免疫分析以用于精确的HCC诊断。

本文要点：

1）实验利用能够“以一敌十”的MIP来识别含有唾液酸或核心岩藻糖的聚糖亚群。研究发现，与ELISA相比，该方法具有更高的准确性。

2）实验结果表明，该方法不仅为精确诊断肝细胞癌提供了一种糖型解析方法，而且也为通过分子印迹开发抗体模拟物以实现具有挑战性的生物医学应用提供了一个新的范例。

Pengfei Li. et al. A Glycoform-Resolved Dual-Modal Ratiometric Immunoassay Improves the Diagnostic Precision for Hepatocellular Carcinoma. Angewandte Chemie International Edition. 2022

DOI: 10.1002/anie.202113528

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202113528

10. Nano Energy：基于自供能陶瓷多孔摩擦电过滤器的机动车尾气PM原位高效捕集

由于交通、工业和发电厂等人类活动排放出大量的空气污染物，空气污染已经成为一个主要的环境问题。2020年9月，中国做出了到2060年实现碳中和的雄心勃勃的承诺，而交通运输部门是中国温室气体(GHG)排放的重要来源，制定交通运输部门深度脱碳的战略对于实现碳中和的目标至关重要。

近日，山东科技大学Xiaozhen Du，暨南大学Xiya Yang，Qunwei Tang开发了填充有氟化乙烯丙烯(FEP)颗粒的自供电陶瓷多孔砖摩擦电过滤器(CPB-TEF ),用于从机动车尾气中原位高效捕获PM。

本文要点：

1）在汽车排气管振动的驱动下，通过FEP颗粒与陶瓷多孔砖之间产生的摩擦静电场，可以捕集排气中的颗粒物。通过控制FEP颗粒的重量、振幅、振动频率和加速度，系统地研究和优化了CPB-TEF单孔记录的摩擦静电场和电输出性能。此外，通过发现空穴的电场叠加效应，设计了交错电极连接以更有效地收集静电电荷。CPB-TEF可以为上面两行提供252 V的总Voc。

2）此外，利用有限元分析模拟了由流体速度场和电势分布产生的卡门涡街现象。通过比较振动条件下有无CPB-TEF过滤效率，系统分析了PM1.0、PM2.5、PM4.0和PM10的过滤效率，得到最优过滤效率分别为93.11%、93.5%、93.63%、93.08%。

3）该装置通过在怠速模式下驾驶车辆，在现场测试中表现出稳定和持久的工作性能，在经过简单的清洗过程后，可以进一步整合到排气管中，用于可持续的应用。

Dahao Chen, et al, In-situ high-efficiency PM capture from motor vehicle exhaust based on self-powered ceramic porous triboelectric filter, Nano Energy, (2021)

DOI：10.1016/j.nanoen.2022.107107

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107107

11. ACS Nano：集成双重封装硅结构和密集结构工程助力具有超高体积和面容量的储锂

高理论容量的硅（Si）负极在锂离子电池（LIBs）中极具应用前景。然而，它们巨大的体积膨胀（∼300%）和差的导电性表明需要同时引入低密度导电碳和纳米硅来克服上述问题，然而这又会导致低体积性能。基于此，广东工业大学李运勇教授将双层封装的Si结构与致密工程相结合，精心设计了一种三维（3D）致密的Ti₃C₂T_x Mxene和石墨烯包裹的Si整体电极。

本文要点：

1）由于HD-Si@Ti₃C₂T_x@G整体式负极（负载：1.3 mg cm⁻²）具有高密度、高电导率和双包覆Si结构，其体积容量高达到5206 mAh cm⁻³，0.1Ag⁻¹下的重量容量达到2892 mAh g⁻¹，在1.0 A g⁻¹下循环800次，具有出色的稳定性。重要的是，厚而致密的电极（负载量：14 mg cm⁻²）显示出17.9mAh cm⁻²的高面积容量。组装的HD-Si@Ti₃C₂T_x@G//NCM811全电池也表现出优异的循环稳定性，在0.2 A g⁻¹下循环250次，显示了良好的实际应用前景。

2）研究人员通过原位透射电子显微镜、原位扫描电镜、系统动力学和结构稳定性分析，清楚地揭示了该材料优越的体积性能、面积性能和结构稳定性。这些结果归功于Ti₃C₂T_x Mxene和石墨烯的3D导电弹性网络，可以确保优异的电子和离子动力学行为，实现快速电转移，有效地缓冲体积变化，避免Si的粉碎化，从而获得较大的重量容量和良好的长期循环稳定性。此外，MXene的三维亲水性和细小的介孔结构可以提供良好的电解质渗透性。因此，MXene和石墨烯的协同效应，再加上双包覆Si的致密结构，可以提供优异的体积和面积锂存储性能。

这项工作为极大地提高储能材料的体积和面容量，为可充电电池的大规模实际应用提供了一种很好的设计策略。

Zhonggang Liu, et al, Integrating Dually Encapsulated Si Architecture and Dense Structural Engineering for Ultrahigh Volumetric and Areal Capacity of Lithium Storage, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c11298

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11298

12. ACS Nano：基于MoVI锚定硫杂杯[4]芳烃金属配体的Ag42纳米胶束的逐步组装

金属配位策略在异金属配位聚合物的合成中得到了人们广泛的认可，但用于组装银纳米簇合物的配位策略仍比较有限。近日，山东大学孙頔教授报道了以Mo^VI锚定的对叔丁基硫杂杯[4]芳烃（H₄TC4A）为金属配体（MoO₃−TC4A），以卤素为模板的Ag₄₂纳米团簇（Ag42c−Ag42f）的逐步合成。

本文要点：

1）X射线晶体分析表明，Ag42c−Ag42f是由6个MoO₃-TC4A金属配体覆盖的C₃对称的银−有机纳米陶瓷，均匀地分布在42个银原子的底部。这些纳米团簇可以分解成六个碗状[Ag₁₁(MoO₃−TC4A)(RS)₃]二级结构单元（SBUs，R=Et或ⁿpr），它们以面共享的方式在Cl⁻或Br⁻周围融合在一起，作为中心阴离子模板。

2）电喷雾质谱表明它们在溶液中具有很高的稳定性，并证实了MoO₃-TC4A金属配体的形成，从而使它们的整个逐步组装过程变得合理。此外，Ag42c比MCF-7和BGC-823具有更低的细胞毒性和更好的抗HepG-2细胞活性。

这些结果不仅说明了硫杂杯[4]芳烃金属配体在组装银纳米团簇方面的有效性，而且使人们对银纳米团簇的逐步组装过程有了深刻的了解。

Zhi Wang, et al, Stepwise Assembly of Ag₄₂ Nanocalices Based on a Mo^VI-Anchored Thiacalix[4]arene Metalloligand, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c10905

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10905