1. Chem. Soc. Rev.：用于病毒传感和示踪的纳米材料
柏林工业大学Zeynep Altintas对用于病毒传感和示踪的纳米材料相关研究进行了综述。
本文要点：
1）COVID-19大流行对全球卫生保健系统的影响充分凸显了实现即时有效的病毒诊断的重要性。越来越多的研究者对开发超灵敏、易于使用的平台以及利用快速响应设备替代传统诊断方法(如聚合酶链反应、western-blot分析等)的兴趣也日益增加。然而，一些荧光报告因子的稳定性差和易漂白性等缺点使其难以被用于研究病毒感染的机制，进而阻碍药物的筛选和开发。由于具有极高的比表面积比以及量子限域和电荷转移等特性，纳米材料已被证明能够用于构建传感和成像系统，以放大这些系统的信号响应和时间分辨率，并且能够促进生物分子的整合以及实现有效的信号转导。此外，得益于纳米材料所具有的空穴迁移性、光稳定性和亮度高以及抗光漂白能力强等优势，因此其在示踪单个病毒方面也比有机染料更有优势。
2）作者从人类致病病毒对社会的影响入手，综述了碳同素异形体、无机和有机纳米材料在病毒传感和示踪等方面的研究进展，介绍了如何利用不同的纳米材料构建病毒传感平台(如芯片实验室、纸基和基于智能手机的即时护理系统)；此外，作者也对于将纳米材料作为一种简单、通用和低成本的工具以对感染人类、动物、植物和细菌的病毒进行检测和示踪，并对该技术的主要优点和局限性进行了讨论。
Muqsit Pirzada. et al. Nanomaterials for virus sensing and tracking. Chemical Society Reviews. 2022
DOI: 10.1039/d1cs01150b
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cs/d1cs01150b
2. Acc. Chem. Res.综述：三维共价有机骨架的功能调节和稳定性工程
作为多孔材料家族中最具吸引力的成员之一，共价有机骨架自2005年首次被发现以来，已经被报道了数千次，涉及到它们的设计、合成和应用。然而，这些COF中的绝大多数是基于二维(2D)拓扑，而三维(3D)COF的数量到目前为止还不到100个。事实上，与2D相比，3D COF具有更大的比表面积、相互连接的通道、暴露良好的功能部分和高度可调的结构，在吸附、分离、化学传感和多相催化等领域具有更强的竞争力。然而，3D COF的结晶问题和化学稳定性差，这可能是由于高度空洞的骨架和没有π−π堆积造成的，这给3D COF的研究和应用带来了严重的困难。要解决这些问题，需要更精细的合成规则或更适中的官能化条件。更重要的是，提高3D COF化学稳定性的策略对其进一步发展和实际应用具有重要意义。基于此，吉林大学方千荣教授，特拉华大学Yushan Yan综述了功能性3D COF的设计原则、功能途径和稳定性调节方法。
本文要点：
1）作者首先从构建3D COF结构的一些基本元素开始，包括拓扑结构、相互渗透、连接和合成方法进行概述。
2）在此之后，重点总结了3D COF功能化的几种策略，包括原位方法(利用原位生成的COF键作为活性中心)、自下而上合成(从预先设计的构建块嵌入功能部分)和合成后修饰(共价修饰或原始骨架的金属化)。
3）最后，作者提出了一些实现3D COF持久扩展的方法，这对框架功能化和实际应用具有重要意义。这一目标不仅可以通过引入一些额外的加强力来实现，如疏水效应、库仑排斥和空间位阻效应，而且还可以利用坚固的键来从物质性质上提高稳定性。
4）由于具有高比表面积、多种互穿通道、多种功能和良好的稳定性，3D COFs表现出优异的性能，在吸附分离、多相催化、储能等领域具有巨大的应用潜力。虽然这些材料的发展受到严重的结晶问题和稳定性限制的限制，但在过去的十年里，研究人员进行了大量研究，并在合成控制、官能化调节和增强三维COF的稳定性方面开发了大量的策略。因此，随着这些材料在设计、制备和功能化方面的进一步进展，3D COF将在未来得到实际应用。
Xinyu Guan, et al, Functional Regulation and Stability Engineering of Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks, Acc. Chem. Res., 2022
DOI: 10.1021/acs.accounts.2c00200
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.2c00200
3. Nature Commun.：单原子Pt碱性电催化OER
Pt是最重要的分解水HER电催化剂，但是由于与氧中间体的结合能力太高、而且在强氧化环境中容易溶解，导致Pt难以用于OER反应。有鉴于此，北京大学郭少军、加州州立大学北岭分校Gang Lu等报道担载于磷酸氢钴基底上的单原子Pt展示了优异的OER催化活性和稳定性，在300 mV的过电势条件TOF达到35.1±5.1 s-1，质量活度达到69.5±10.3 A mg-1，而且具有优异的稳定性。
本文要点：
1）机理研究。反应机理研究显示，这种独立的Pt原子产生优异催化活性的原因来自于改善了氧中间体物种的结合能，而且Pt与相邻Co原子之间具有非常强的电子耦合作用，因此能够避免生成可溶性的Ptx>4物种。
2）这种催化剂在非常低的Pt担载量条件能够在工业级电流密度（1 A cm-2）和电压（1.8 V）实现优异的碱性电解水持久性。
Zeng, L., Zhao, Z., Lv, F. et al. Anti-dissolution Pt single site with Pt(OH)(O3)/Co(P) coordination for efficient alkaline water splitting electrolyzer. Nat Commun 13, 3822 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-31406-0
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31406-0
4. Nature Commun.：碘化物辅助NHC电催化
VB1催化活化丙酮酸合成乙酰辅酶A（acetyl coenzyme A）的卡宾有机催化得到广泛关注和发展，因此成为一种多功能合成方法。目前，人们通过NHC有机催化方法成功的将(不饱和)醛的羰基碳, 以及α-, β-, γ-, δ-碳进行催化活化。与化学氧化还原或者光化学氧化还原反应方法相比，NHC催化的电化学方法研究比较少见。有鉴于此，中山大学朱庭顺等报道碘促进电化学氧化还原NHC有机催化反应方法。
本文要点：
1）这种电化学NHC有机催化反应方法学通过电化学单电子SET过程氧化Breslow中间体，因此实现多种多样的催化转换。作者通过自由基时钟实验、电化学循环伏安测试，说明该反应机理通过阳极自由基偶联反应方式进行。
2）在这项工作中，实现了NHC、碘离子、电催化配合的催化体系，避免使用NHC氧化催化所需的大量化学氧化剂，而且具有非常好的调控能力，能够分别活化不同碳原子（羰基碳, 以及α-, β-, γ-, δ-碳），合成能够进行大规模放大，反应机理研究很好的支持反应通过阳极氧化自由基偶联反应过程。
Zhou, P., Li, W., Lan, J. et al. Electroredox carbene organocatalysis with iodide as promoter. Nat Commun 13, 3827 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-31453-7
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31453-7
5. Chem综述：Ti自由基催化
自由基化学成为现代有机化学合成领域的重要基石，为化学工作者提供丰富的技术，显著拓展了学术和工业领域研究的合成与反应空间。其中，Ti的复合物受到人们的广泛关注，Ti的复合物催化剂具有丰富的氧化还原性能，而且具有储量丰富、低毒性的优势。以往Ti通常用于催化活化环氧化合物和羰基化合物，目前Ti自由基氧化还原催化发展了更多催化反应，能够激发一系列催化转化。
有鉴于此，康奈尔大学林松等综述报道目前TiIII/IV催化领域的最新进展，对其催化活化多种不同化学键的相关领域发展。此外，讨论Ti自由基化学与其他催化体系结合成为新型催化技术（比如光催化、电催化技术）的前景。
本文要点：
1）对2016年以来TiIII/IV催化领域的相关进展进行总结。相关化学键的催化活化领域包括：C-O键活化、C-N键活化、C-C键活化、C-X（卤原子）/C-S键活化。
2）从光化学、电化学领域角度对TiIII的生成/转化相关新型策略进行总结，对光化学、电化学领域的进一步发展前景进行展望。通过更加深入的机理研究，有助于发展Ti的新型配体和新反应。
Xiangyu Wu, Yejin Chang, Song Lin, Titanium radical redox catalysis: Recent innovations in catalysts, reactions, and modes of activation, Chem 2022,
DOI: 10.1016/j.chempr.2022.06.005
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(22)00310-2
6. AFM：金属有机框架中Cu(I)配位微环境调节促进CO2电还原为CH4
金属有机骨架(MOFs)中金属活性中心的配位微环境对其电催化CO2还原反应(CO2RR)的性能起着至关重要的作用。然而，阐明MOFs催化的CO2RR的结构-性能关系仍然是一个挑战。近日，南京大学孙为银教授，Feng Gong合成了一系列具有不同Cu(I)位配位微环境（Cu-Cl、Cu-Br和Cu-I）的MOFs，以研究它们的CO2RR性能。
本文要点：
1）随着卤原子半径的增加，CO2吸附量增加，Cu的d带中心正向费米能级移动，导致CO2向CH4转化的选择性增强。结果显示，Cu-I电极的总法拉第效率最高，达到83.2%，在−1.08 V时，CH4的总法拉第效率可达57.2%，CH4部分电流密度为60.7 mA cm−2。
2）理论计算表明，Cu中心的d带中心移动有助于降低*CH2O和*CH3O中间体的生成能，这是CO2RR的电位决定步骤，从而促进电催化CO2还原为CH4。该研究为研究MOFs活性中心的配位微环境与电还原反应性能之间的关系开辟了新的途径。
Ya Zhang, et al, Tailoring Coordination Microenvironment of Cu(I) in Metal–Organic Frameworks for Enhancing Electroreduction of CO2 to CH4, 2022, Adv. Funct. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adfm.202203677
https://doi.org/10.1002/adfm.202203677
7. CCS Chem.：协同化学耦合和物理润滑作用构建高度动态的离子共价适应网络助力高性能可穿戴电子产品
共价自适应网络(CANs)结合了传统热固性塑料和热塑性塑料的优点，引起了广泛关注。CANs中可逆共价键的动力学和聚合物链的流动性决定了聚合物网络的拓扑重排，这对于它们的优异特性，如自愈合和再加工至关重要。近日，东华大学游正伟教授，朱美芳院士将离子液体引入到二甲基乙二酮缩氨基甲酸酯(DOU)基CANs中，通过协同化学偶联和物理润滑来调节可逆键动力学和高分子链的迁移率。
本文要点：
1）小分子模型实验证明，离子液体可以催化动态的DOU键交换。离子液体还可以打破聚合链之间的氢键，从而增加它们的流动性。
2）结果表明，离子液体的动态网络解离活化能从110 kJ mol-1降至85 kJ mol-1。此外，作为一种功能基团，离子液体赋予了CANs新的性能，将极大地扩大其应用范围。例如，研究人员展示了由此产生的离子CANs （iCAN）的导电性在包括温度、应变和湿度在内的多种刺激下构建高性能多功能可穿戴电子设备的强大能力。
这项研究提供了一种新的设计原则，同时利用两个结构组件的化学和物理效应来调节材料性能，使其能够实现新的应用。
Lijie Sun, et al, Cooperative Chemical Coupling and Physical Lubrication Effects Construct Highly Dynamic Ionic Covalent Adaptable Network for High-Performance Wearable Electronics, CCS Chem. 2022
DOI: 10.31635/ccschem.022.202202037
https://doi.org/10.31635/ccschem.022.202202037
8. EnSM：3D亲锌微支架能够实现稳定的锌沉积
锌离子电池是一种安全、低成本的储能技术。然而，由于锌枝晶生长、副反应和寄生副产物，使用金属锌负极的锌电池的循环寿命较差。近日，南洋理工大学范红金教授设计了一种独特的三维（3D）锡（Sn）改性的PCF基微支架（Sn-PCF）。
本文要点：
1）3D交联型导电碳纤维网络与高度亲锌的Sn纳米点耦合，通过均匀电流密度和锌离子通量，有效地消除了尖端效应，并为Zn枝晶构造了物理屏障。此外，金属Sn具有很强的锌离子吸附能力和较高的锌离子表面扩散势垒，这是锌离子在纤维上均匀成核和均匀沉积的关键。同时，镀Sn层也降低了HER副反应发生的趋势。
2）这些优点协同促进了高度可逆的镀锌/剥锌。采用Na2V6O16∙1.63H2O(NaVO)负极和SnPCF@Zn负极配对的锌离子电池全电池，在电流密度分别为5 A g−1和10A g−1（2000次循环）时，每次循环的容量衰减率分别约为0.009%和0.010%。
所提出的策略为高度集成导电性和亲锌性的基于3D主体的稳定锌负极设计提供了一条新的途径。
Jin-Lin Yang, Peihua Yang, Wenqi Yan, Jian-Wei Zhao, Hong Jin Fan, 3D zincophilic micro-scaffold enables stable Zn deposition, Energy Storage Materials (2022)
DOI：10.1016/j.ensm.2022.06.050
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.06.050
9. EnSM：氢键调节使吲哚酮成为锂离子电池的稳定和高倍率正极
吲哚茶酮(IDT)是一种储量丰富、价格低廉的工业染料，它含有两个通过两个亚氨基(NH)偶联的蒽醌活性单元。IDTs中的分子间和分子内氢键可以通过促进分子间的相互作用来抑制其在电解液中的溶解，并改善其作为锂离子电池正极的循环性能。然而，分子内的氢键导致了IDT活性单元的不充分利用。近日，天津大学Chunsheng Shi开发了IDT分子作为正极材料，并结合硝酸根离子进行活化，从而获得高性能锂离子电池。
本文要点：
1）研究发现，π-π堆积的异烟肼分子中存在分子间氢键，以抑制其在电解液中的溶解。芳香族结构中的N原子有望提高AQ的LUMO绝对值。此外，充电过程中硝酸根离子的活化通过氧化IDT分子中的亚氨基(N-H)消除了分子内氢键对C=O基团(亲核中心)的不利影响。这导致了更多可用的亲核中心和更高的LUMO绝对值。此外，电化学反应机理由扩散控制转变为电容控制。理论模拟和非原位电化学测量揭示了活化和储存机制。
2）结果表明，所设计的硝酸根离子活化的IDT正极具有较高的电压平台(2.5 V)，0.1 C下的首次放电容量为226 mAh g-1，接近其理论容量，并且具有良好的长寿命循环稳定性（2 C循环1000次后为125 mAh g-1）。这种独特的分子结构工程为设计用于碱金属离子电池的高性能有机分子正极提供了指导。
Haichang Zhang, Rui Zhang, Fei Ding, Chunsheng Shi, Naiqin Zhao, Hydrogen bonding regulation enables indanthrone as a stable and high-rate cathode for lithium-ion batteries, Energy Storage Materials (2022)
DOI：10.1016/j.ensm.2022.06.042
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.06.042
10. ACS Catal.：用于生产C3含氧化合物的催化串联CO2-乙烷反应和氢甲酰化
用于从CO2和乙烷生产C3含氧化合物的串联加氢甲酰化反应的策略代表了同时将温室气体CO2和大量储备的页岩气升级为增值液体产品的机会。而挑战之一是如何调节和实现下游加氢甲酰化的合适的乙烯/CO/H2比。近日，哥伦比亚大学陈经广教授，石溪大学Ping Liu分析了CO2-乙烷反应期间主反应和副反应的不同组合的所需C2H4/CO/H2比，即ODHE + DDHE + DRE为1/1/0.88，DDHE + RWGS + DRE为1/1.15/1。
本文要点：
1）研究人员采用PtSn3/γ-Al2O3催化剂进行催化串联加氢甲酰化反应，提供与借助均相气体反应获得的C3含氧化合物相当的生产率。Pt簇/SnOx界面结构占主导地位，并使同时发生的DDHE(主要)、ODHE(次要)和DRE反应能够提供接近理想值的所需C2H4/CO/H2比(例如1/1.2/0.5和1/0.9/0.4)。
2）为了更好的实现商业应用，第一个反应器的C2H4/CO/H2比和生产率以及相对于PtSn3/γ-Al2O3的稳定性可以通过未来的努力进一步优化，例如改变反应温度、CO2/乙烷进料比、载体特性和Pt-Sn相互作用。此外，开发改进的催化剂以通过促进多相加氢甲酰化同时抑制不希望的乙烯加氢成乙烷来提高C3含氧化合物的选择性也是至关重要的。
这项工作还确定了从储量大的页岩气和温室气体CO2的催化升级生产C3含氧化合物的合适催化剂的基准。
Zhenhua Xie, et al, Catalytic Tandem CO2−Ethane Reactions and Hydroformylation for C3 Oxygenate Production, ACS Catal. 2022
DOI: 10.1021/acscatal.2c01700
https://doi.org/10.1021/acscatal.2c01700
11. ACS Nano：共价有机框架膜中的带电纳米通道实现了高效离子排斥
通过纳米通道的可控离子传输对于生物和人工膜系统至关重要。具有规则和可调纳米通道的共价有机框架(COFs)是开发离子传输合成膜的理想材料平台。然而，COF膜的离子排斥仍然具有挑战性，因为大多数COF材料具有大尺寸的纳米通道，导致小离子的非选择性传输。近日，天津大学姜忠义教授，吴洪教授开发了离子共价有机框架膜（iCOFMs）用于实现快速和可控的离子传输。
本文要点：
1）大尺寸均匀框架纳米通道内排列的磺酸盐基团具有200 mC m-2的超高表面电荷密度，超过了生物和合成纳米通道中报道的表面电荷密度。
2）实验结果和分子模拟证实，带电的COF纳米通道内双电层的重叠阻止了离子的进入，并通过纳米约束的静电排斥使它们的通道变窄。
3）最佳iCOFM的水渗透率比商业基准和最先进的膜高600倍，Na2SO4截留率为93.5%，硼去除率超过70%。
4）具有带电纳米通道的COF膜和阐明的静电控制离子传输机制可以彻底改变合成纳米通道膜的结构设计范式。此外，基于框架材料的基础纳米约束离子传输可以作为开发高级纳米流体分离、传感和能量转换的平台。用于高效分子/离子传输、分离、传感和能量转换的膜/装置。
Xinda You, et al, Charged Nanochannels in Covalent Organic Framework Membranes Enabling Efficient Ion Exclusion, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c04767
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04767
12. ACS Nano：金纳米材料对抗多重耐药细菌
由于抗生素的过度使用，抗生素耐药性已成为对人类健康的严重威胁。目前，正在开发不同的抗生素来治疗耐药菌，但抗生素的开发周期很难跟上抗生素耐药性的高发。 纳米技术提供了应对耐药细菌感染的策略，不同种类的抗菌纳米材料可以在很大程度上满足不同的抗菌需求。 在这些纳米材料中，金纳米材料具有优异的抗菌功效和生物安全性，是抗生素的替代品。基于此，南方科技大学蒋兴宇重点介绍了金纳米材料在抗菌领域的最新进展，并讨论金基纳米抗生素的发现和潜在的临床应用。
本文要点：
1）首先，通过介绍合理调整纳米材料的形貌、表面化学和组成，可以获得具有最佳和定制抗菌功效的金纳米抗生素。这些金纳米抗生素可以很好地集成到医疗器械中用于抗菌应用。
2）其次，强调金基纳米抗生素在临床应用方面仍然存在挑战。这些纳米材料的具体抗菌作用机制和安全性有待深入研究。这个过程非常复杂，需要微生物学、免疫学、生物材料、病理学、毒理学、药理学和纳米技术的跨学科整合。尽管如此，金纳米材料在治疗细菌感染的策略中具有重要价值，我们期待进一步的研究将拓宽金纳米材料的抗菌应用领域并加速其转化为临床应用。
Xiaohui Zhao, Hao Tang, and Xingyu Jiang. Deploying Gold Nanomaterials in Combating Multi-Drug-Resistant Bacteria. ACS Nano 2022
DOI:10.1021/acsnano.2c02269
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c02269
