1. Nature Rev. Mater.：可穿戴传感器领域的进展

可穿戴器件能够通过多种多样的物理、化学、生物传感器以无创/微创的方式进行实时检测生理学（生物物理/生物化学）信号，从而为临床诊断提供新技术路线。这些可穿戴传感器可以放置于眼睛、珠宝、面罩、手表、健身带、纹身式、绷带、贴片、纺织品等方式。目前人们发现智能手表能够通过生理学信号实现对各种各样疾病的早期检测、监控、进展、治疗，比如COVID-19以及帕金森症。下一代可穿戴传感器能够实时和持续的以多模式/多点监控方式进行物理参数和生物化学标记信号，因此可能为治疗提供一种变革性的突破，能够以高分辨率和时间分辨能力的方式记录人体的健康情况。

有鉴于此，弗莱堡大学Can Dincer、哈佛大学James J. Collins等报道可穿戴传感器领域的相关进展以及未来发展方向。

本文要点：

1）从基底材料、传感机理、电源模块、控制决策模块等结构对可穿戴传感器目前在材料、设计、数据科学等方面的进展进行总结。最后，讨论目前可穿戴传感器领域的发展前景，为可穿戴传感器的未来发展路线和方向进行预测与展望。

Ates, H.C., Nguyen, P.Q., Gonzalez-Macia, L. et al. End-to-end design of wearable sensors. Nat Rev Mater (2022)

DOI: 10.1038/s41578-022-00460-x

https://www.nature.com/articles/s41578-022-00460-x

2. JACS：一种用于锂-硫电池的共轭三维高连接共价有机框架

由于缺乏足够的共轭三维（3D）结构单元，开发共轭3D共价有机框架仍然是一项极其困难的任务。近日，北京科技大学姜建壮教授，Kang Wang通过8-连接的基于戊二烯的D2h构件(DMOPTP)和4-连接的正方形平面接头之间的缩合获得了两个3D COFs（命名为3D-scuCOF-1和3D-scu-COF-2）。

本文要点：

1）研究发现，前一种结构单元的3D同芳族共轭结构与后一种连接单元的2D共轭结构的结合使得π电子在两种COFs的整个框架上离域，使得它们具有3.2-3.5×10^-5 S cm^-1的优异电导率。

2）DMOPTP的3D刚性四棱柱形状引导了双重互穿scu 3D拓扑结构和高连通永久多孔性的形成，3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2分别具有2340和1602 m² g^-1的大BET表面积，确保了有效的小分子储存和传质特性。

3）大BET比表面积加上其良好的电荷传输性能，3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2成为具有高容量（在0.2 C, 1 C = 1675 mA g⁻¹下，达到1035-1155 mA h g^-1）的锂-硫电池（LSB）的有前途的硫基质材料，具有出色的倍率性能(5.0 C时为713-757 mA h g^-1)和出色的循环稳定性（500次循环后，2.0 C时容量保持率为71-83%），超过了迄今为止报道的大多数有机LSB正极。

Wenbo Liu, et al, Conjugated Three-Dimensional High-Connected Covalent Organic Frameworks for Lithium−Sulfur Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c07596

https://doi.org/10.1021/jacs.2c07596

3. JACS：边缘取向二维导电MOF薄膜的化学气相沉积

金属−有机骨架（MOFs）具有由金属结点和有机连接物组成的多孔晶体配位网络。其多孔性、高比表面积、结晶度和可调性使其在气体存储、气体分离、生物医学和催化等领域具有广泛的应用前景。近日，浦项科技大学Ji Hoon Shim，Hee Cheul Choi，Sarah S. Park采用全气相CVD法，成功制备出高质量的Cu₃(C₆O₆)₂薄膜。

本文要点：

1）在SiO₂/Si衬底上制备的Cu₃(C₆O₆)₂薄膜具有较高的结晶度和独特的择优取向，与电子束外延法制备的薄膜微器件兼容，采用电子束光刻法制备了Cu₃(C₆O₆)₂薄膜基微器件，其导电性为92.5 S/cm。这些结果为单步全气相CVD法制备导电MOF薄膜提供了一种新的合成方法。

2）这种方法广泛适用于其他MOF系统。此外，该方法使导电MOF薄膜材料的基础物理研究成为可能，并为一些有前景的工业应用提供了垫脚石。

Myeonggeun Choe, et al, Chemical Vapor Deposition of Edge-on Oriented 2D Conductive Metal−Organic Framework Thin Films, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c07135

https://doi.org/10.1021/jacs.2c07135

4. JACS：非手性基元诱导的手性杂化金属卤化物

具有本征非中心对称性的手性杂化有机-无机金属卤化物(HOMHs)在手性电子、自旋电子学和铁电体等领域具有广阔的应用前景。手性HOMHs的构建策略往往涉及构建手性基元，这极大地限制了其化学多样性。近日，南开大学Jialiang Xu等利用手性诱导方法，成功构建了一系列以非手性前驱体为基础的手性HOMHs，DMA₄MX₇ (DMA = dimethylammonium; M = Sb或Bi; X = Cl或Br)。

本文要点：

1）以对映纯有机试剂作为诱导剂，它们的固有手性成功转移到 HOMHs。单晶X射线衍射分析和固态圆二色(CD)光谱研究表明，所得的手性产物显示出明显的对映体富集。

2）研究表明，这种手性诱导过程对手性诱导剂表现出不寻常的耐受性，至少有 12 种手性化合物被证明具有诱导手性HOMH DMA₄BiBr₇生长的能力。NLO 研究表明，由非手性前驱体诱导的手性HOMH材料表现出高效的SHG响应，甚至可以与基准无机 NLO 晶体相媲美。

该工作报道的手性诱导方法有助于从不同的非手性前驱体构建手性 HOMHs 晶体库，特别是那些不容易引入固有手性中心的晶体库，为手性HOMHs材料的合理制备和应用开辟了新的途径。

Yongshen Zheng, et al. Induction of Chiral Hybrid Metal Halides from Achiral Building Blocks J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c05063

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c05063 

5. JACS：纳米多孔Ti-Cu催化剂促进氢分解

H₂的离解是许多工业化学转化中必不可少的基本步骤，通常需要贵金属催化剂。

近日，哈佛大学Jennifer D. Lee，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室Juergen Biener报道了一种掺杂少量Ti的分级纳米多孔Cu催化剂（npTiCu），与未掺杂的纳米多孔Cu （npCu）催化剂相比，其H₂-D₂交换速率增加了大约一个数量级。

本文要点：

1）在300-573 K的温度范围内，通过大气压流动条件下的稳态H₂-D₂交换反应实验测量了Ti的促进作用。为了稳定的催化性能，需要用流动的H₂进行预处理，并且研究了两个温度，523和673 K。在优化的预处理和反应温度下，实验确定的npTiCu的H₂-D₂交换率是未掺杂Cu材料的5-7倍。

2）如使用原位环境压力X射线光电子能谱和X射线吸收能谱所证实的，H₂预处理导致在如此制备的催化剂中存在的Cu氧化物的完全还原和表面Ti氧化物物种的部分还原。对于Ti掺杂的和未掺杂的npCu催化剂，H₂-D₂交换测量的表观活化能和指前因子显著不同。

3）密度泛函理论（DFT）计算表明，Cu主体表面上孤立的金属Ti原子可以作为氢复合的活性表面位置。高于纯Cu的交换速率的增加主要是由于速率决定步骤从Cu上的离解吸附转移到Ti掺杂的Cu上的H/D原子复合，其产生的活化熵相应降低。

Jennifer D. Lee, et al, Facilitating Hydrogen Dissociation over Dilute Nanoporous Ti−Cu Catalysts, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00830

https://doi.org/10.1021/jacs.2c00830

6. JACS: 用于有机锂试剂合成的高活性锂金属枝晶的制备

有机锂化学领域的一个长期存在的问题是需要一种高反应性的锂金属源，其模拟锂粉末，但具有由廉价且容易获得的锂源新制备的优点。近日，德克萨斯农工大学Andy A. Thomas报道了一种使用液氨的简单方便的活化方法，它以结晶锂枝晶的形式提供了一种新的锂金属源。

本文要点：

1）锂枝晶显示出比通过原型机械活化方法产生的常规锂源大约100倍的表面积。随着表面积的增加，锂枝晶显示出比锂粉末显著的速率提高，锂粉末是目前制备有机锂化合物的工业标准。

2）这些特征被用于在一系列常见的实验室规模上可再现地合成有机锂试剂。

虽然这项研究只关注将这种新的锂枝晶材料应用于有机锂的合成，但可以预计这种材料将在许多需要高活性锂金属表面的环境中得到应用。

Michael P. Crockett, et al, Preparation of Highly Reactive Lithium Metal Dendrites for the Synthesis of Organolithium Reagents, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c07207

https://doi.org/10.1021/jacs.2c07207

7. JACS: 单纳米粒子碰撞电化学法快速筛选双金属电催化剂

通过开发高效的筛选方法，可以加快纳米材料发现高性能电催化剂的步伐。然而，传统的通过滴注进行电化学表征，这种方法是通过纳米催化剂的合成、形态表征和性能测试来连续进行，因此，本质上不准确并且耗时。近日，华东理工大学Wei Ma发现，基于随机碰撞的单NP电化学方法可以原位电化学制备单个Pt双金属核−壳NPs，并实时测量其电催化活性，这有助于在单NP水平上快速筛选具有最佳核/壳原子比的双金属NP的优异性能。

本文要点：

1）电沉积过程与双金属纳米颗粒铂壳层厚度的变化有关，而这些变化几乎总是伴随着它们的电催化性能的变化。该方法可以快速有效地筛选在UME上具有最佳MOR或ORR活性的双金属电催化剂候选者，使其特别适合于选择可以低成本批量制备的目标双金属纳米粒子。

2）该方法有望在单一NP水平上推广应用于其他高性能电催化剂的筛选。研究人员将考虑这种快速筛选策略的通用性和适用性，并探索将其扩展到双金属纳米粒子的其他电催化应用(CO₂还原、析氢、析氧等)。

Huimin Li, et al, Rapid Screening of Bimetallic Electrocatalysts Using Single Nanoparticle Collision Electrochemistry J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c05299

https://doi.org/10.1021/jacs.2c05299

8. JACS：固溶体Li₃P-Li₂S中的无序：用于锂金属负极的新型全还原固体电解质

基于不可燃固体电解质的全固态电池是安全能量存储系统的有前途的候选者。此外，它们还提供了利用金属锂作为负极的机会。然而，人们已经证明设计一种将高离子电导率和可加工性与对锂的热力学稳定性相结合的电解质极具挑战。近日，剑桥大学Clare P. Grey通过将强制无序引入锂(伪)二元体，可以将稳定性与高导电性结合起来:Li₃P和Li₂S的混合物的高能球磨产生SEs，这些SEs不仅对锂金属是热力学稳定的，而且在已确定的SEs范围内显示出锂离子导电性和活化能。

本文要点：

1）研究人员通过粉末X射线和中子衍射[XRD和PND]、固态核磁共振(ssNMR)光谱和弛豫测量以及恒电位电化学阻抗谱(PEIS)研究了这些材料的结构和导电机理。

2）DFT计算结合基于AIRSS和结构模型配置枚举(CE)的结构搜索首先用于探索Li-P-S相图，然后用于验证建议的模型结构和研究新Li-P-S相的材料特性。这种新型固体电解质表现出在现有材料范围内的锂离子传导性，同时其组成保证了对锂金属负极的热力学稳定性。

Conrad Szczuka, et al, Forced Disorder in the Solid Solution Li₃P−Li₂S: A New Class of Fully Reduced Solid Electrolytes for Lithium Metal Anodes, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c01913

https://doi.org/10.1021/jacs.2c01913

9. JACS: 通过用于光电应用的高通量材料筛选设计有机-无机混合异质结构半导体

有机-无机杂化半导体，其中有机金属卤化物钙钛矿是代表性的例子，作为下一代光电应用的有希望的候选者，引起了极大的研究兴趣。这种兴趣主要归因于混合半导体的新兴光电特性，这些特性不同于纯无机和有机半导体的光电特性，以及不同的材料制造策略和结合了两者优点的其他材料（例如机械）特性。吉林大学张立军等人提出了一种完全不同于有机金属卤化物钙钛矿杂化离子取代半导体的杂化异质结构半导体 (HHS) 的高通量第一性原理材料筛选研究。 

本文要点：

1）HHS结晶为由无机四面体配位半导体亚层和由双齿链状分子制成的有机亚层组成的超晶格结构。通过改变无机成分的组成（例如，IV、III-V、II-VI、I-III-VI2 半导体）和多晶型物（例如纤锌矿和闪锌矿），有机分子的类型（例如乙二胺、乙二醇和乙二硫醇），以及 234 个候选 HHS 中组成层的厚度，研究了它们的热力学、电子结构和光电特性。

2）热力学稳定性分析表明，除了实验合成的ZnTe/ZnSe基化合物之外，还存在 96 个稳定的 HHS。HHS的电子结构和光电特性可以通过操纵它们的结构变体在很宽的范围内进行调制。机器学习方法进一步应用于高通量计算数据，以识别确定热力学稳定性和电子带隙的关键描述符。

3）该研究结果表明了广阔的前景，并为合理设计用于潜在光电应用的有机-无机杂化异质结构半导体提供了有价值的指导。

Yawen Li, et al. Design of Organic–Inorganic Hybrid Heterostructured Semiconductors via High-Throughput Materials Screening for Optoelectronic Applications, J. Am. Chem. Soc. 2022

https://doi.org/10.1021/jacs.2c07434

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c07434

10. JACS：OH基团取向导致在液体气溶胶表面形成有机硫酸盐

有机硫酸盐(OSs)是大气气溶胶粒子中众所周知且普遍存在的成分，并在许多野外研究中被用作二级有机气溶胶标记物。因此，有必要了解大气中OS物种的形成。最近，羟酸(HAs)和羟酸硫酸盐在大气环境中被广泛检测到。然而，对HAs形成OSs的反应机理却知之甚少。

近日，华南师范大学Shi Yin，山东大学Lin Du，中国科学院化学研究所Maofa Ge在量子化学计算和Born Oppenheimer分子动力学（BOMD）模拟的基础上提出了直接证据，即α-HAs (GA和LA)与SO₃在空气-水界面的反应形成OSs在几皮秒内完成，并且主要由α-HAs在液体表面上的OH基团取向决定。

本文要点：

1）该气相中的反应也通过采用量子化学计算的势能面(PES)分析来考虑。该反应倾向于在干燥的气相环境中产生羟基酸硫酸酐(HASA)。这些对比结果表明，空气-水界面对α-HAs和SO₃反应生成OSs有重要影响。

2）GA和LA在空气-水界面的动力学和热力学方面，包括它们的界面行为和最高占据分子轨道(HOMO)性质，进一步说明OH基团与界面水的相对弱的氢键相互作用和OH基团的O原子的非键合p轨道特性分别是它们的液体表面取向和与SO₃分子的反应性的原因。

3）根据目前的研究结果，研究人员还提出并讨论了HAs与SO3反应对大气气溶胶粒子形成的潜在影响。因此，所提出的反应机理为液体气溶胶表面OSs的产生提供了一条新的可行途径。

Shendong Tan, et al, OH Group Orientation Leads to Organosulfate Formation at the Liquid Aerosol Surface, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c05807

https://doi.org/10.1021/jacs.2c05807

11. JACS：四硫富瓦烯基类双自由基配合物能够产生明亮、模块化和可切换的NIR-II发射

近红外(NIR)发射分子是在生物传感和生物成像等领域中具有广阔的应用前景。然而，许多近红外染料往往是大型共轭体系，其经常存在稳定性、溶解度和可调性等问题。芝加哥大学John S. Anderson开发了一类新型、紧凑、可调的荧光类双自由基复合物，其具有空气、水、光和温度稳定性。

本文要点：

1）该复合物的性质产生于一个压缩的π流形，其能够有效促进NIR-II(1000-1700 nm)区域内强烈的配体中心π-π跃迁，进而在1200 nm处产生发射。研究表明，该复合物是目前具有最亮NIR-II(>1100 nm)发射性能的单分子发光体之一，比商业上可用的NIR-II染料（IR 26）亮度高一个数量级。

2）研究发现，这种荧光具有电化学敏感性，其在加入氧化还原剂后会发生有效地切换。综上所述，该研究开发的具有明亮、稳定和模块化NIR-II发射的复合物系统有望在NIR技术领域得到广泛应用。

Lauren E. McNamara. et al. Bright, Modular, and Switchable Near-Infrared II Emission from Compact Tetrathiafulvalene-Based Diradicaloid Complexes. Journal of the American Chemical Society. 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c04976

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c04976

12. ACS Nano：基于三维多孔导电基质的仿生酶辅助离子选择性电流型生物传感器用于护理点亚硝酸盐测试

亚硝酸盐在多种生理过程中起着至关重要的作用，保持亚硝酸盐水平在适当的范围内对保持健康至关重要。现有的亚硝酸盐分析方法灵敏度低，操作繁琐，无法满足精准医疗中的现场亚硝酸盐检测需求。近日，清华大学Han Wang提出了一种仿生酶辅助离子选择性生物传感器用于护理点唾液亚硝酸盐的检测。

本文要点：

1）氰基钴胺(VB₁₂)仿生酶形成离子选择层来专门捕获和氧化亚硝酸盐，而基于牛血清白蛋白(BSA)的PCM构建固体接触层来固定化仿生酶并促进氧化还原产生的电子在离子选择层上的转移，同时提高了生物传感器的灵敏度和选择性。

2）一方面，通过碳纳米管(CNTs)的修饰和牛血清白蛋白(BSA)的交联，形成了PCM，形成了导电的三维多孔结构，大大提高了比表面积比。这增加了VB₁₂仿生酶的固定化密度，扩大了与唾液样品的接触面积，使生物传感器具有优异的电子传导性、高灵敏度和良好的稳定性。

3）另一方面，VB₁₂仿生酶的修饰是基于共价结合的，它提高了离子选择层的稳定性，并在PCM和亚硝酸盐之间产生了更强的场配体，提高了亚硝酸盐生物传感器在复杂生物流体中的选择性。

4）为了评估这种POC亚硝酸盐生物传感器的特性，我们用标准亚硝酸盐溶液和真实的唾液样品进行了电化学测试，以评估其稳定性、灵敏度和选择性。所提出的生物传感器可以成为未来POCT和家庭医疗保健的一种有前途的工具。

Han Wang, Xueqi Wang, Jing Cheng, Bionic Enzyme-Assisted Ion-Selective Amperometric Biosensor Based on 3D Porous Conductive Matrix for Point-of-Care Nitrite Testing, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c05752

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c05752