1. Chem. Rev.: 直接细胞放射性标记用于PET 和 SPECT 成像进行体内细胞追踪

伦敦国王学院Rafael T. M. de Rosales等人综述了使用 PET 和 SPECT 成像进行体内细胞追踪的直接细胞放射性标记技术。

本文要点：

1）细胞疗法的到来是医学上的一场革命。然而，其合理的安全临床应用取决于使用医学成像技术确定体内治疗性细胞命运和转运的可靠、临床适用的方法（被称为体内细胞追踪）。使用单光子发射计算机断层扫描（SPECT）或正电子发射断层扫描（PET）的放射性核素成像与用于细胞追踪的其他成像方式相比有几个优点，因为其灵敏度高（每个细胞成像只需要少量探针），并且使用临床可用的扫描仪进行全身定量成像。对于放射性核素的细胞追踪，体外直接细胞放射性标记，即在给药前对细胞进行放射性标记，是最简单、最可靠的方法，允许在不需要基因修饰的情况下标记任何细胞类型。

2）本文综述了利用多种化学方法开发和应用直接细胞放射性标记探针：有机和无机/配位（放射性）化学、纳米材料和生物化学。作者描述了该领域的关键早期发展和最新进展，确定了不同方法的优缺点，并为临床和临床前应用方法的未来发展和选择提供了信息。

Direct Cell Radiolabeling for in Vivo Cell Tracking with PET and SPECT Imaging. Chem. Rev. 2022.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00767

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemrev.1c00767

2. Chem. Soc. Rev.：新兴的mRNA技术：传递策略和生物医学应用

浙江大学Na Kong和哈佛医学院陶伟教授对mRNA技术的传递策略及其生物医学应用研究进行了综述。

本文要点：

1）两种高效的信使RN (mRNA)疫苗在COVID-19大流行期间取得了巨大成功，这也凸显了mRNA技术的巨大潜力。化学在mRNA技术的发展，包括mRNA的修饰到mRNA递送平台的合成等方面发挥了重要作用，使得mRNA能够实现多种体内外应用。

2）作者在文中对新兴的mRNA技术的重大进展，以及潜在的化学设计和原理进行了总结。以各种纳米颗粒(NP)为基础的递送策略，包括蛋白质-mRNA复合物、脂基载体、聚合物载体和杂交载体等能够有效地递送mRNA分子。此外，作者也重点介绍了mRNA递送平台的生物医学应用，如功能蛋白表达、疫苗、癌症免疫治疗和基因组编辑等；最后，作者也对mRNA技术的临床转化所面临的挑战和未来的发展方面进行了讨论和展望。

Yufen Xiao. et al. Emerging mRNA technologies: delivery strategies and biomedical applications. Chemical Society Reviews. 2022

DOI: 10.1039/d1cs00617g

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cs/d1cs00617g

3. Nature Commun.：CO₂/碳酸盐介导电催化制备H₂O₂

通过电化学水氧化反应制备H₂O₂为可持续制备H₂O₂提供了一种方法，但是制备H₂O₂的反应面临的挑战是竞争性的4e^-制备氧气反应。有鉴于此，浙江大学陆盈盈、德州大学奥斯汀分校刘远越（Yuanyue Liu）、莱斯大学汪淏田（Haotian Wang）等报道发展了一种CO₂/碳酸盐介导的电催化方法，将水氧化反应的路径由4e^-调节为2e^-。

本文要点：

1)这种电催化反应过程通过使用氟掺杂SnO₂（FTO）电极，以碳酸盐溶液作为电解液，在制备H₂O₂过程实现了87 %的选择性，制备H₂O₂的部分电流密度达到1.3 mA cm^-2，性能比目前有关报道的结果提高多个数量级。

2)通过分子动力学模拟，结合ESR、同位素标记等实验，发现反应过程通过生成碳酸盐自由基中间体、过碳酸盐中间体。该电催化制备H₂O₂反应实现了优异的选择性，工业量级催化活性，为实现大规模制备H₂O₂提供机会。

Fan, L., Bai, X., Xia, C. et al. CO₂/carbonate-mediated electrochemical water oxidation to hydrogen peroxide. Nat Commun 13, 2668 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-30251-5

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30251-5

4. Nature Commun.：五元高熵合金碱性电解水

由于高熵合金具有优异的性质，因此受到催化领域的广泛关注，但是很少有相关研究关注高熵合金材料具有优异性能的原因、以及高熵合金材料的催化活性位点。有鉴于此，江南大学朱罕等报道设计具有各种不同中间体吸附物种能力催化活性位点的FeCoNiXRu (X: Cu, Cr, Mn)高熵合金材料。发现高熵合金材料中不同电负性的元素导致显著的电荷重新分布，而且高熵合金中形成具有能够同时稳定OH*和H*两种中间体的Co、Ru催化位点，因此显著改善了碱性电解液分解水性能。

本文要点：

1)在静电纺丝碳纤维上合成高熵合金，原位表征结果显示，合成高熵合金的过程基于热动力学驱动的相变。这种高熵合金材料在碱性分解水反应中表现了与位点电负性有关的中间体吸附作用，能够改善H₂O解离生成的OH*和H*中间体吸附，改善生成H₂步骤。在FeCoNiMnRu高熵合金催化剂中，Co位点的活性最高，水分子解离的能垒最低（0.34 eV）；随后H*吸附/脱附步骤，H*从Co位点脱附随后吸附在Ru位点，因此实现了最低的ΔG_H*为-0.07 eV。

2)FeCoNiMnRu/CNF电催化剂在1 M KOH碱性电解液的分解水HER、OER达到100 mA cm^-2电流密度分别为71 mV和308 mV，构建双电极全分解水仅仅需要1.65 V，能够在1 A cm^-2电流密度实现稳定600 h工作。

本文研究有助于深入理解催化活性位点和中间体之间的相互作用，为多步骤催化反应打破标度关系提供设计经验。

Hao, J., Zhuang, Z., Cao, K. et al. Unraveling the electronegativity-dominated intermediate adsorption on high-entropy alloy electrocatalysts. Nat Commun 13, 2662 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-30379-4

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30379-4

5. Joule: 用于高效无电荷传输层太阳能电池的钙钛矿异质双层

由于双极钙钛矿吸收剂的溶液加工性，钙钛矿太阳能电池（PSC）已成为最有前途的光伏电池，尽管相邻的传输层（TL）通常会带来严重的成本和加工消耗。北京大学朱瑞等人提出了一种超厚溶液处理的 FAPbI₃（FA：甲脒）/MAPbI₃（MA：甲基铵）双层，用于没有 TL 的高效太阳能电池，它仅由夹在两个电极之间的两个钙钛矿组成。

本文要点：

1）开发的室温动态滴落技术使MAPbI₃快速结晶到制成的FAPbI₃上，而不会发生有害的再溶解，并通过反复滴落来解锁薄膜厚度的限制。

2）通过仔细控制两种钙钛矿的厚度、掩埋排列和自掺杂，钙钛矿异质双层的卓越半导体质量和足够的光捕获将所得的无 TL-free PSC 的效率提高到了16.57%的创纪录水平。

3）该先驱工作利用异质双层的优点来构建高效的全钙钛矿无 TL PSC，以满足易于加工和具有成本效益的商业需求。

Xiaoyu Yang, et al. Perovskite hetero-bilayer for efficient charge-transport-layer-free solar cells, Joule, 2022

DOI：10.1016/j.joule.2022.04.012

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435122001799

6. JACS：调节原子界面上电子和空间相互作用以促进析氧

多相催化剂的二维（2D）表面或一维（1D）界面对于确定所需活性的反应中间体的吸附强度和构型至关重要。最近，单原子催化剂的发展使人们能够从原子水平上理解催化过程。然而，目前人们对传统的1D界面的概念和机制是否适用于零维单原子仍不是很清楚。近日，中科大曾杰教授，周仕明报道了单原子相对于载体的位置对它们与反应中间体的界面相互作用起着至关重要的作用。

本文要点：

1）虽然Ir₁/CoOOH_lat和Ir₁/CoOOH_sur中的单原子Ir具有相似的IrO₆配位，但IrO₆八面体与CoOOH载体的连接方式在很大程度上决定了Ir和Co之间的电子转移程度。对于IR₁/CoOOH_lat，晶格掺杂的Ir和相邻的Co位之间通过边缘共享的八面体发生了显著的电子交换。

2）结果表明，Ir和Co的PDOS强烈重叠，使Co d带中心上移，强化了OER中间体的吸附。对于Ir₁/CoOOH_sur，共角共用IrO₆和CoOOH载体之间的相互作用太弱，不能引起显著的电子转移，这由Ir相对于Co在费米能级附近的独立PDOS所表明。相应地，其Co d带中心的轻微移动表明，其他因素影响其中间体的能垒低于Ir₁/CoOOH_lat。具体来说，Ir₁/CoOOH_sur上含氧中间体的自由能主要受Ir-OH-Co界面上空间相互作用的调节。此外，密度泛函理论（DFT）计算和原位−红外光谱实验都证实了Ir原子物种与关键中间体*OOH之间存在氢键。在这一点上，可以分别考察电子相互作用和空间相互作用的影响。

3）电化学测试表明，在10 mA cm⁻²时，I_r1/CoOOH_sur的过电位比Ir₁/CoOOH_lat低110 mV。

Chen Feng, et al, Tuning the Electronic and Steric Interaction at the Atomic Interface for Enhanced Oxygen Evolution, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00533

https://doi.org/10.1021/jacs.2c00533

7. Angew：乙二酸镍基金属-共价有机骨架用于高效光催化析氢

金属-共价有机骨架（MCOFs）由于活性金属中心的均匀分布有利于提高其应用潜力，近年来受到广泛关注。然而，用于MCOFs合成的基于金属配合物的功能构件比较有限。近日，天津大学陈龙教授，华南师范大学兰亚乾教授开发了两种以乙二酸镍为官能团的乙二酸镍-COF（Ni-PyCOF和Ni-Bn-COF），极大地丰富了MCOFs的多样性。

本文要点：

1）首次设计了一种含四胺官能团的C4对称的乙二酸镍构筑块（Ni(dbpag)₂）。Ni(dbpag)₂与两种四取代芳香醛的亚胺缩聚反应合成了相应的乙二酸镍基二维MCOFs（Ni-Py-COF和Ni-Bn-COF)。

2）由于具有较宽的可见光吸收范围和高效的电荷分离能力，Ni-PyCOF和Ni-Bn-COF两种材料都表现出了良好的光催化析氢性能。此外，经过循环测试后，催化剂仍具有良好的光催化活性和结构完整性。令人兴奋的是，在不添加Pt助催化剂的情况下，Ni-Py-COF的析氢速率(HER)可达626 μmol g^-1 h^-1，优于许多多孔有机聚合物。

这项工作不仅扩展了MCOFs的构筑单元类型，而且为开发稳定、高效、资源丰富的光催化剂用于制氢提供了有意义的见解。

Lishan Sun, et al, Nickel Glyoximate Based Metal-Covalent Organic Frameworks for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202204326

https://doi.org/10.1002/anie.202204326 

8. AFM: 4D 结构颜色的直接墨水书写

使用刺激响应材料的增材制造（4D 打印）是一个快速发展的领域，直接墨水书写允许沉积各种材料。于此，荷兰埃因霍芬理工大学Michael G. Debije等人报道了一种湿敏胆甾型液晶低聚物油墨的合成。

本文要点：

1）使用响应式胆甾型墨水，展示墨水“四维”的演示设备以不同的方式打印：作为结构颜色变化或作为预编程的变形模式。打印后，光子墨水会随着大气湿度的变化而改变颜色，表现为一层水性变色涂层，精确地沉积在3D打印的甲虫上。在含水酸中活化后，甲虫在可见光谱中表现出鲜艳的颜色变化。

2）此外，具有 3D 编程结构颜色的扇贝启发式致动器被选择性地用酸处理，以允许在暴露于潮湿和干燥空气时分别进行可逆的“打开”和“关闭”。该墨水能够使增材制造单片和多材料的刺激响应、形状变化、结构着色的物体，在未来的“智能”、4D 结构着色设备中广泛应用胆甾体。

Sol, J. A. H. P., Smits, L. G., Schenning, A. P. H. J., Debije, M. G., Direct Ink Writing of 4D Structural Colors. Adv. Funct. Mater. 2022, 2201766.

https://doi.org/10.1002/adfm.202201766

9. Nano Lett.：利用上转换纳米颗粒对单个小胞外囊泡(sEV)进行定量

在液体活检中，癌源性细胞外小泡(sEVs)是一种潜在的循环生物标志物。然而，其具有的小尺寸、低丰度和分子组成的异质性等特性都会对它们的定量检测和表征造成重大的技术挑战。悉尼科技大学金大勇教授、Yinghui Chen和Gungun Lin使用镧系掺杂上转换纳米粒子(UCNPs)构建了能够对单个sEVs进行定量的平台。

本文要点：

1）利用UCNPs独特的光学特性和全内反射荧光(TIRF)成像技术的背景消除特性，实验能够实现对单个sEVs的低检出限（1.8×10⁶ EVs/mL），比标准酶联免疫吸附试验(ELISA)低近3个数量级。此外，实验也通过EpCAM阳性和Ep-CAM阴性sEVs之间的差异验证了其特异性。

2）实验以免疫磁珠流式细胞术作为基于UCNPs的单个sEVs检测的准确性基准，证明二者之间具有很高相关性(R²>0.99)。综上所述，该研究开发的平台适合用于评估sEV抗原的异质表达、生物标志物的发现和疾病诊断。

Guan Huang. et al. Single Small Extracellular Vesicle (sEV) Quantification by Upconversion Nanoparticles. Nano Letters. 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00724

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00724

10. ACS Nano：聚合物粘结剂中分子间相互作用的调控用于高性能Li-S电池

多年来，聚合物粘结剂已经被证明可以有效地克服锂−硫（Li−S）电池中臭名昭著的锂多硫化物（LiPSs）的穿梭效应，但还需要更多的研究。近日，东华大学武培怡教授，焦玉聪特聘研究员通过N-丙烯酰甘氨酰胺和3-(1-乙烯-3-咪唑基)丙磺酸盐的共聚，精心设计了一种用于Li−S电池的水分散型分子相互作用调节型聚合物粘结剂（PNAVS）。

本文要点：

1）研究发现，通过共聚反应调节官能团之间的多重相互作用，粘结剂能够与结合能更高的LiPSs配位，从而缓解穿梭效应，提高循环性能。此外，Li⁺在PNAVS粘结剂中的扩散系数也得到了优化，这有助于加速循环过程中的氧化还原动力学。

2）结果表明，基于PNAVS粘结剂的Li-S电池具有超过3000 h的超稳定开路电压，即使在11.7 mg cm⁻²的高硫负载量下，电池仍能表现出12.21 mAh m^-2的优异的面积容量。

这项工作中的粘结剂工程策略将进一步推动高性能电池的实际应用。

Qi Gong, et al, Regulating the Molecular Interactions in Polymer Binder for High-Performance Lithium−Sulfur Batteries, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c03059

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c03059

11. ACS Nano：原位构建电子/离子双导电骨架金属氢化物用于稳定的全固态锂离子电池

金属氢化物由于其较高的理论比容量，被认为是用于全固态锂离子电池最有前途的负极材料之一。然而，它们的实际应用往往受到差的循环稳定性和缓慢动力学的严重影响。近日，复旦大学余学斌教授，夏广林报道了一种有效的方法来制造具有原位构建的电子/离子双导电框架的金属氢化物基负极。

本文要点：

1）研究人员通过单相Nd₄Mg₈₀Ni₈合金的简单氢化获得该氢化物，获得了原位形成由具有高锂离子和电子导电性的非活性Nd₂H₅骨架均匀空间限制的MgH₂和Mg₂NiH₄。

2）首先，合成的MgH₂和Mg₂NiH₄纳米晶可以为电子和锂离子提供较短的扩散路径，从而提高了金属氢化物的储锂反应速度。此外，非活性Nd₂H₅在分子水平上的均匀分布可以作为一个坚固稳定的骨架，有效地缓解了这样限制的MgH₂和Mg₂NiH₄的大体积膨胀，防止了循环时的相分离，从而很好地保持了整个电极的结构完整性。

3）理论计算和实验结果表明，Nd₂H₅是一种电子导体，其锂离子扩散势垒远低于MgH₂和Mg₂NiH₄，因此它的均匀分布可以进一步促进电子和锂离子在MgH₂和Mg₂NiH₄中的转移。此外，Nd₂H₅和Mg₂NiH₄对有效削弱MgH₂的Mg-H键起到了催化作用，可以动力学地促进MgH₂的可逆充放电性能。

4）结果表明，在2038 mAh g⁻¹的大电流密度下，氢化的Nd₄Mg₈₀Ni₈电极经100次循环后的可逆容量为997mAh g⁻¹，初始库仑效率为92.2%。

Panyu Gao, et al, Metal Hydrides with In Situ Built Electron/Ion Dual-Conductive Framework for Stable All-Solid-State Li-Ion Batteries, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c01038

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01038

12. ACS Nano：金属−有机骨架复合光热分子筛分膜去除水中高浓度挥发性有机物

水溶性挥发性有机化合物（VOCs）是废水处理过程中最难处理的物质之一。目前对高浓度VOCs的净化和脱除仍依赖于高耗能的精馏和高压驱动反渗透技术。因此，迫切需要一种能够有效去除水中高浓度VOCs的先进技术。近日，苏州大学Shenxiang Zhang，Jian Jin报道了一种金属−有机骨架/聚苯胺(PANI)纳米纤维阵列复合光热膜，用于在太阳能驱动的蒸发过程中通过分子筛分去除水中的高浓度VOCs。

本文要点：

1）首先是在聚醚砜微滤膜(PES-m)上原位制备聚苯胺纳米阵列，该微滤膜具有光滑的表面和海绵状的孔。苯胺在稀溶液中氧化聚合12小时后，PES-m的表面和内部孔隙被垂直排列的PANI纳米纤维覆盖，直径为30-50 nm，长度为50-250 nm（表示为PANI-m）。第二步是使用反扩散合成方法在PANI-m上制造ZIF-8筛分层，其中PANI-m垂直放置在自制的双池扩散装置的中间，其中硝酸锌和2-甲基咪唑(Hmim)甲醇溶液分别倒入每个池中。6小时后，PANI-m表面完全被一层松散堆积的具有菱形十二面体形态的ZIF-8晶体覆盖。

2）在PANI纳米纤维阵列上生长的改性分子筛咪唑骨架-8（ZIF-8）层起到了分子筛层的作用，蒸发水分但拦截VOCs。该复合膜对不同浓度的VOCs具有较高的截留率和较高的水蒸发率。当水中VOCs浓度达400 mg L⁻¹时，在1 kW m⁻²日照条件下，VOCs截留率可达99%，蒸发率为10 kg m⁻² h⁻¹。

这项工作有效地将分子筛分效应与太阳能驱动的蒸发过程相结合，为含VOCs的水的处理提供了一种有效的策略。

Yubing Peng, et al, Metal−Organic Framework Composite Photothermal Membrane for Removal of High-Concentration Volatile Organic Compounds from Water via Molecular Sieving, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c02520

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c02520