1. Nature：微孔材料的水溶液用于传输气体分子

与传统溶剂相比，含有永久性多孔结构的液体能够吸附更多和大量的气体分子，因此为液相气体存储、输送、反应技术提供可行。目前对多孔液体的设计通常基于具有较高立体位阻的大尺寸溶剂分子或者表面配体，导致包括水等多种非常重要的溶剂难以兼容。有鉴于此，哈佛大学Jarad A. Mason等报道一种具有普适性的热力学方法，能够将液相水中形成永久性的微孔结构，而且实现了较高的气体溶解度。作者特别研究了如何通过调节分子筛/MOF纳米晶的内表面/外表面促进在水分子中能够很好的分散，与此同时保证多孔材料内部的干燥，从而能够用于存储气体分子。

本文要点：

1)通过分子筛/MOF的永久性微孔结构，因此其溶液能够用于存储O₂、CO₂等气体分子，气体存储的浓度比通常的溶液显著提高。当这种流体充氧后，能够向缺氧红细胞传输O₂，传输的O₂达到创记录的数量，展示了这种多孔液体作为一种新型生理学气体输送载体。

2)这项研究展示了如何能够将热力学原理拓展应用于将高比表面积和高气体担载容量的多孔材料构成溶液流体，并且说明这项技术能够用于溶液方法难以有效传输气体分子的生物医药和能量相关领域。比如，这种介孔水传输概念可能用于替代电催化反应的气体扩散电极，从而通过稀释气流的方式能够使得电极表面允许更高浓度的气体分子，因此得以克服燃料电池面临的传质问题。除了催化和能量存储等领域，这种技术还可能应用于作为一种绿色溶剂用于分离酸性气体分子，因为这种流体具有比目前有机溶剂更高的气体溶解性和更低的危害性。对于生物医药领域，微孔型水能够用于治疗潜水病或者传输O₂用于人工血液，保存器官或者组织。

Erdosy, D.P., Wenny, M.B., Cho, J. et al. Microporous water with high gas solubilities. Nature 608, 712–718 (2022)

DOI: 10.1038/s41586-022-05029-w

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05029-w

2. Nat. Rev. Chem.：将机器学习扩展到原子间的作用之外预测分子特性

机器学习 (ML) 正在成为对复杂化学过程和材料进行建模的首选方法。ML提供了一个在参考数据集上训练的替代模型，可用于建立分子结构与其化学性质之间的关系。近日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Sergei Tretiak等总结了使用ML 评估化学性质（如部分原子电荷、偶极矩、自旋和电子密度以及化学键合）以及获得简化的量子力学描述的进展。

本文要点：

1）作者概述了几种现代神经网络架构、它们的预测能力、通用性和可迁移性，并说明它们对各种化学性质的适用性。强调学习的分子表示类似于量子力学类似物，证明了模型捕捉基础物理的能力。还讨论了 ML 模型如何描述非局部量子效应。

2）最后，作者编制了一份可用的 ML 工具箱列表，总结了未解决的挑战并展望了未来的发展。观察到的趋势表明，该领域正在向 ML 增强的基于物理的模型发展，伴随着新方法的开发和用户友好的化学 ML 框架的快速增长。

Nikita Fedik, et al. Extending machine learning beyond interatomic potentials for predicting molecular properties. Nat. Rev. Chem., 2022

DOI: 10.1038/s41570-022-00416-3

https://www.nature.com/articles/s41570-022-00416-3

3. Nature Commun.：双金属有机骨架催化臭氧分解和吸附去除VOCs

长期以来，大气臭氧一直威胁着人类的健康，然而，合理设计高性能的臭氧分解催化剂仍然具有挑战性。近日，北京工业大学Jian-Rong Li，Lin-Hua Xie，北京师范大学Ganglong Cui发现，PCN-250(Fe₂M)作为高效多孔催化剂在臭氧降解和VOCs脱除方面具有巨大的潜力。

本文要点：

1）PCN-250(Fe₂Co)在室温下，在较宽的湿度范围(0-80%RH)内，对于含氧量为1ppm的连续气流，表现出100%的臭氧去除效率。在相同条件下，PCN-250(Fe₂Co)的臭氧去除效率高于α-Fe₂O₃、Co₃O₄、CoFe₂O₄、活性碳和MIL100(Fe)等代表性材料。在干燥条件下，PCN-250(Fe₂Co)对臭氧分解的催化活性也高于ZZU-281。

2）研究发现，PCN-250(Fe₂Co)在水中浸泡30天或在室温下暴露4个月后，其高度多孔和结晶结构保持不变，在干空气或潮湿空气中暴露于较高浓度的臭氧(50 ppm)后，其分解臭氧的能力保持不变。

3）研究人员在密度泛函理论（DFT）计算的基础上，提出了PCN-250(Fe₂Co)在干、湿条件下催化分解臭氧的反应机理。结果表明，PCN-250(Fe₂Co)催化剂的高催化性能源于Co(II)空位的引入及其孔道结构。

4）同时，PCN-250(Fe₂Co)不仅是一类有害的大气污染物，也是臭氧的前体，在吸附去除空气中的VOCs方面具有很大的潜力。这是其他臭氧分解催化剂所不具备的。在低蒸气压和室温条件下，PCN250(Fe2Co)对甲醇、丙酮、正己烷、环己烷、苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯等10种常见挥发性有机物表现出较高的吸附容量(89-241 mg g⁻¹)。此外，通过动态穿透实验证实了PCN-250(Fe₂Co)对干湿空气中VOC的捕集能力。PCN-250(Fe₂Co)有望成为一种独特的多功能空气净化材料。

这项工作为开发空气污染控制的新材料开辟了一条新的途径，在臭氧分解催化剂中引入高孔隙率可能使其具有吸附、分离和传感等多功能，这将有利于实际的空气净化应用。

Dong, C., Yang, JJ., Xie, LH. et al. Catalytic ozone decomposition and adsorptive VOCs removal in bimetallic metal-organic frameworks. Nat Commun 13, 4991 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-32678-2

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32678-2

4. JACS：金属配位酞菁作为揭示电化学CO₂还原中孤立金属位点的平台分子

非贵金属过渡金属单原子催化剂（SACs）通常表现出独特的电化学性能，包括电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）。然而，它们结构的不均匀性使得很难直接比较不同TM的SACs的CO₂RR活性、选择性和反应机制。近日，佛罗里达农工大学Shyam Kattel，哥伦比亚大学Ji Hoon Lee，陈经广教授通过使用一系列TM配位的酞菁（TM-Pcs，TM = Fe，CO，Ni，Cu和Zn）系统地研究了孤立的TM环境对CO₂RR的内在影响，其中所有TM-Pcs都存在结构精准的金属-氮（TM-N₄）单元。

本文要点：

1）研究发现，不同TMs的选择显著影响CO₂RR产物的分布。在-0.7 V下，CO选择性的顺序为Co-Pc > Ni-Pc ≫ Fe-Pc > Cu-Pc > Zn-Pc，并且Co-Pc的Co分电流密度比Zn-Pc高近3个数量级，这不同于最近关于SAC的报道，其中Co基SACs对析氢反应（HER）是唯一活性的，HER是针对CO₂RR的主要竞争性副反应。

2）原位X射线表征测量证实，在CO₂RR期间，孤立的TMs的TM-N₄配位被保留。密度泛函理论(DFT)计算确定了一个通用描述符（*HOCO和*CO之间的自由能差（∆G））,以理解和预测不同TM-Pcs的CO₂RR性能，在本工作的整个潜在范围内，理论DFT计算和实验数据之间具有线性相关性。

这些发现将有助于理解不同分离的TMs的作用，并提供一个通用的描述符来帮助设计改进的CO₂RR催化剂。

Qiaowan Chang, et al, Metal-Coordinated Phthalocyanines as Platform Molecules for Understanding Isolated Metal Sites in the Electrochemical Reduction of CO₂, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c06953

https://doi.org/10.1021/jacs.2c06953

5. JACS：胶体CdS纳米片上刻面分辨的氧化还原活性位点实现高效、选择性CO₂光还原

纳米技术的进步使得精确设计CO₂光还原的催化位点成为可能，从而将产品选择性推至接近一致。然而，由于光生电子-空穴对的快速复合和缓慢的空穴转移，大多数纳米结构光催化剂的活性仍然不足。近日，韩国化学技术研究所 (KRICT) Young Kuk Lee，韩国科学技术院Young-Shin Park，Doh C. Lee提出了平衡和定向的电子和空穴流向相应的小平面分辨的还原和氧化活性位点对提高光催化CO₂RR的重要性。

本文要点：

1）利用二维（2D）CdS NSs不同的异质表面构型和可调谐的电子结构，研究人员构建了一个高效的光催化剂模型CdS-S^2- NSs。研究发现，CdS-S^2- NSs支持光激发的电子和空穴向空间分离的还原中心(在小边缘)和氧化中心(在大的基面)迁移，导致了¹³CO₂同位素实验所证实的打破记录的CO₂到CO转化的光催化性能。

2）CdS-S^2- NSs实现了前所未有的CO生成性能参数组合：在太阳模拟器(340−450 nm)的照射下，选择性为99%，生成速率为2.13 mol g⁻¹ h⁻¹，AQE*为42.1%。

这项工作不仅报道了一个具有大规模太阳能驱动CO₂转化应用潜力的光催化剂模型，而且为如何解决阻碍其光催化活性的长期问题提供了新的见解。

Nianfang Wang, et al, Efficient, Selective CO₂ Photoreduction Enabled by Facet-Resolved Redox-Active Sites on Colloidal CdS Nanosheets, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c06164

https://doi.org/10.1021/jacs.2c06164

6. JACS: 周期性一维单原子阵列

在纳米尺度上有序地将单个原子组装成高度周期性的聚集体是高精度原子制造的一个有趣但具有挑战性的过程。近日，中科大吴宇恩教授，Huang Zhou，国科大Wu Zhou报道了面内薄膜的表面收缩可以诱导分子自组装以非常规的分布排列单原子，使它们在碳条上形成周期性的一维偏析（一维单原子阵列（SAA））。

本文要点：

1）研究发现，金属酞菁（MPc）分子在热驱动和氯化钠模板的帮助下会逐渐聚集和熔化形成薄膜，伴随着表面收缩、自组装和深度碳化。在纳米尺度上，这些周期性的平行阵列是由于分子间的相互作用而通过π−π堆积形成的。

2）在原子尺度上，单原子由垂直的酞菁衍生的多层石墨烯稳定。这可以显著改变最外层石墨烯（如铁基SAA）上单原子位的电子结构，从而优化氧中间体的吸附能量，并导致针对无序单原子的高氧还原反应(ORR)性能。

研究发现为有序制造单原子(如Fe、Co和Cu)提供了一条一般路线，并揭示了有序分配与催化性能之间的关系。

Lingxiao Wang, et al, Periodic One-Dimensional Single-Atom Arrays, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c05572

https://doi.org/10.1021/jacs.2c05572

7. JACS：原子分散位点的主族催化剂用于高效氧化脱氢

过渡金属氧化物具有良好的催化烷烃活性，是氧化脱氢的催化剂。然而，由于反应性较强的烯烃比烷烃诱导的转化率和选择性之间的权衡，它们的烯烃产率较低，这掩盖了催化剂的优化。In₂O₃作为主族氧化物之一，由于其独特的电子性质，对烯烃具有天然的选择性，因为它的d-轨道被离域的s-/p带完全占据，从而促进了烯烃的脱附。此外，最近的一项研究报道，In单原子在电催化和热催化中是潜在的活性中心。

近日，中科院大连化物所Ming Tian，王晓东研究员制备了一种主族铟氧化物催化剂，通过取代HY超笼中的溴酸中心（BAS）的质子，原子分散在固定的中心上，表现出高达60%的乙烯产率，远远超过迄今报道的大多数过渡金属氧化物催化剂。

本文要点：

1）实验和理论表征结果显示，具有[InOH]²⁺局域结构的单原子被确定为能够激活乙烷的活性中心。

2）此外，孤立的[InOH]²⁺位点可以通过In₂O₃纳米颗粒选择性氢氧化形成的H₂O来维持。因此，具有单原子活性的定制选择性主族In₂O₃催化剂实现了高效氧化脱氢。

在本研究中，研究人员开发了一种新的主族元素催化剂用于烷烃的可控改质，这可能为在催化剂设计中利用其他主族元素打开了一扇新的大门，并可以扩展到氧化脱氢以外的整个选择性氧化催化。

Chaojie Wang, et al, Main-Group Catalysts with Atomically Dispersed In Sites for Highly Efficient Oxidative Dehydrogenation, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c04926

https://doi.org/10.1021/jacs.2c04926

8. JACS：低温溶液法制备发光硫系钙钛矿型BaZrS₃纳米粒子

硫系钙钛矿是一种前景看好的富土、无毒、坚固的半导体家族，有望与混合型钙钛矿作为高质量的光伏吸收材料竞争。然而，这一领域的研究人员一直没有找到一条低温、基于溶液的合成路线。近日，佛罗里达大学盖恩斯维尔分校Charles J. Hages提出了第一个自下而上的胶体合成硫系钙钛矿纳米颗粒，BaZrS₃，它以所需的扭曲的钙钛矿晶体结构结晶。

本文要点：

1）通过加热合成技术，采用热分解机理合成了纳米颗粒。首先，依次合成了具有反应活性的Ba和Zr的单源前驱体（二丁基二硫代氨基甲酸钡（BaDBuDTC）和二乙基二硫代氨基甲酸锆（ZrDEtDTC））。将前驱体(分别为0.244 mmoL)装入自制的反应器，以1 mL的干油胺（OLA）为溶剂/配体。将混合物加热(约5 ℃/min)至330 ℃的反应温度。

2）BaDBuDTC在约80 °C时完全溶解，而ZrDEtDTC在约120 °C时完全溶解，此时形成透明的溶液(黄色)。在完全溶解后不久，混合物在加热过程中变成混浊的淡黄色，然后变成橙色，最后变成深红色，并在反应过程中产生气态副产品。由于Zr的极端亲氧性，前驱体在手套盒中处理，OLA在使用前干燥和脱气，在超高纯度Ar下利用无空气技术(Schlenk Line)合成。

3）在不同的反应时间(0.5、1、3和18 h)下进行了一系列相同的反应。反应后，首先将产物分散在甲苯中，然后通过离心法(5000 rpm，5 min)分离。首先分离出在有机溶剂中不形成稳定分散的初始沉淀相。剩余的含有目标BaZrS3纳米颗粒的上清液用乙醇作为抗溶剂稀释，并通过第二次离心法(10000 rpm，5 min)回收。这些颗粒可以作为稳定的分散体(纳米墨水)保存数周而不会沉淀。

Ruiquan Yang, et al, Low-Temperature, Solution-Based Synthesis of Luminescent Chalcogenide Perovskite BaZrS₃ Nanoparticles, J. Am. Chem. Soc, 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c06168

https://doi.org/10.1021/jacs.2c06168

9. JACS：氢硫化物抑制脂质过氧化保护细胞免于铁死亡

氢过硫化物(RSSH)能够在体内发挥重要作用，包括清除破坏性氧化剂和亲电试剂等。α-效应使得RSSH不仅是一种比硫醇(RSH)更好的亲核试剂，而且是更有效的H原子转移（HAT）试剂。HAT是磷脂过氧化小分子抑制剂的作用机制，并且与细胞铁死亡相关。在此背景下，渥太华大学Derek A. Pratt利用荧光激活的抑制自氧化(FENIX)方法发现，RSSH对磷脂衍生的过氧自由基具有高度反应性(k_inh = 2×10⁵ M⁻¹ s⁻¹)，与迄今为止发现的最有效的铁死亡抑制剂相当。

本文要点：

1）生理条件下，RSSH通过快速自反应产生的相关(聚)硫化物产物(如二硫化物、三硫化物、H₂S)基本上是不反应的，但原位产生的组合(如多硫化物与H₂S或硫醇与H₂S₂)则是有反应性的。设计的前体可通过分子内取代或水解释放RSSH，并通过减少有害的自反应以提高RSSH的自由基捕获效率。

2）在细胞培养过程中，RSSH可以抑制由谷胱甘肽过氧化物酶-4 (GPX4)失活或编码GPX4的基因缺失所引起的铁死亡。实验结果表明，RSSH及其生物合成通路能够与最近发现的FSP1/泛素和GCH1/BH4/DHFR系统相结合以作为铁死亡抑制系统。

Zijun Wu. et al. Hydropersulfides Inhibit Lipid Peroxidation and Protect Cells from Ferroptosis. Journal of the American Chemical Society. 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c06804

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c06804

10. JACS: 动态核极化的混合钙钛矿薄膜表面钝化剂的NMR表征

表面和体分子调节剂是提高混合钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的关键。然而，由于它们的低浓度、异质环境和低样品质量，在原子水平上表征它们的结构和动力学仍然具有挑战性，这是建立结构-活性关系所需的。核磁共振 (NMR) 光谱揭示了关于杂化钙钛矿原子级结构的大量信息，但NMR固有的不敏感性严重限制了其在表征薄膜样品方面的应用。动态核极化 (DNP) 可以将NMR灵敏度提高几个数量级，但迄今为止，钙钛矿材料的DNP方法受到限制。洛桑联邦理工学院Michael A. Hope和Lyndon Emsley等人通过系统研究层状杂化钙钛矿类似物，确定了限制DNP NMR对钙钛矿样品的效率的因素。

本文要点：

1）研究发现，快速松弛的动态阳离子是提高DNP效率的主要障碍，而微波吸收和颗粒形态起次要作用。然后，我们表明前者可以通过氘化来减轻，使1H DNP增强因子高达100，可用于增强来自浓度非常低的掺杂剂或添加剂的信号。

2）具体来说，在高磁场和小样本量下使用这种新的DNP方法，研究人员记录了单个钙钛矿薄膜上20 nm (6 μg) 钝化层的NMR光谱，揭示了二维 (2D) 分层表面的钙钛矿结构类似于 n = 1同系物，但比散装层状钙钛矿具有更大的无序性。

Aditya Mishra, Dynamic Nuclear Polarization Enables NMR of Surface Passivating Agents on Hybrid Perovskite Thin Films, J. Am. Chem. Soc. 2022

https://doi.org/10.1021/jacs.2c05316

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c05316

11. JACS：高熵金属间化合物实现超稳定的Pt单原子助力丙烷脱氢

丙烷脱氢一直是一种很有前途的丙烯生产工艺，可以弥补全球对丙烯日益增长的需求。然而，在≥600 ℃下具有高稳定性的铂基催化剂几乎没有报道过，这种催化剂通常由于副反应和结焦而导致催化剂寿命较短。近日，北海道大学Shinya Furukawa设计了一种PtGe类型的高熵金属间化合物（HEIs）来为丙烷脱氢（PDH）构建热稳定的Pt单原子中心。

本文要点：

1）金属间化合物PtGe的Pt和Ge位点分别被Co/Cu和Ga/Sn取代，在Ca-SiO₂载体上形成纳米颗粒（PtCoCu）（GeGaSn）HEI。在Pt位点[Pt/(Pt+Co+Cu)比]中，Pt原子以0.25的比率充分孤离，分离程度可以通过Pt分数来调节。

2）研究发现，HEI（0.25）中的Pt单原子中心有效地促进了生成的丙烯的脱附，从而抑制了不希望发生的副反应。HEI(0.25)催化剂首次能够在600 ℃的PDH中工作至少2个月。

3）各金属元素的作用概括如下：(1)Pt是C-H活化的主要活性金属；(2)Ge是决定金属间化合物PtGe结构的母体金属，它决定了PtGe的金属间化合物结构，并使表面的Pt−Pt配位数降至2；(3)活性较低的Co和Cu进一步稀释了过渡金属位上的Pt−Pt桥位，并提供了孤立的Pt位点；(4)不直接影响催化剂活性的Ge位部分替代了Ge位点，但由于熵效应，提高了HEI相的热稳定性；(5)Ca起到了促进金属分散和合金化的作用。

因此，基于HEIs的多金属化策略是用于低碳烷烃活化的热稳定的单原子Pt中心的理想设计概念。

Yuki Nakaya, et al, High-Entropy Intermetallics Serve Ultrastable Single-Atom Pt for Propane Dehydrogenation, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c01200

https://doi.org/10.1021/jacs.2c01200

12. JACS：有序单基元双连续结构的多孔聚合物立方体及其钠−碘电池

双连续多孔材料具有三维连通的孔道，便于顺利的传质，在能源和催化领域引起了人们的极大兴趣。然而，它们的合成仍然非常具有挑战性。近日，上海交通大学麦亦勇教授报道了一种以聚合物立方体(PC)为软模板，可控合成具有有序单基元(SP)拓扑结构的双连续多孔聚合物(SP-聚合物)的一般方法，包括聚吡咯(SP-PPy)、聚间苯二胺(SP-PmPD)和聚多巴胺(SP-PDA)。

本文要点：

1）通过在溶液中具有适当组成的简单线性聚苯乙烯-b-聚(环氧乙烷)（PS-b-PEO）二嵌段共聚物的精确自组装来制备的PCs是具有DP立方结构的聚合胶体粒子。通过探索复杂的实验条件，包括溶剂组成、单体和引发剂浓度以及pH值，研究人员确定了实现立方体开放通道和单体之间适当吸附相互作用的最佳组合。随后聚合和去除PC模板生成SP-聚合物。

2）作为多孔聚合物的创新应用，平均孔径为45 nm、比表面积约为60 m²·g^-1的SP-Py作为Na-I₂电池的正极材料。研究发现，PPy的I₃^-离子吸附能力可以缓解其穿梭效应。SP-PPy/I₂具有优异的比容量（在0.5C下的比容量为235 mA·h·g⁻¹），优异的倍率性能和循环稳定性（在1 C下400次循环后，容量衰减率为0.12%）。性能超过了无孔PPy和具有球形介孔的多孔PPy，在Na-I₂电池正极材料中达到了最高水平。

Luoxing Xiang, et al, Porous Polymer Cubosomes with Ordered Single Primitive Bicontinuous Architecture and Their Sodium−Iodine Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c02881

https://doi.org/10.1021/jacs.2c02881