1. Nature Chemistry：表面无金属卟啉链中的量子纳米磁体
与经典自旋不同，量子磁体是通过交换相互作用进行作用的自旋系统，可以表现出集体量子行为，例如分数激发。分子磁性通常来源于d/f过渡金属，但它们的自旋-轨道耦合和晶体场导致了严重的磁各向异性，因而破坏了量子自旋的旋转对称性。因此，在无金属体系中构建量子纳米磁体具有重要意义。最近，来自上海交通大学的王世勇教授和Xiaodong Zhuang团队合成了基于无金属多卟啉体系的单个量子纳米磁体。
本文要点：
1)研究首先在超高真空下在Au（111）上制备了2~5个卟啉的共价链，然后使用扫描隧道显微镜的尖端从选定的碳中除去氢原子；
2)特定卟啉单元向其自由基或双自由基状态的转化使得卟啉内和卟啉间的磁耦合得以调谐，对所得链的集体磁性进行表征，结果表明 S=1/2反铁磁体显示出了间隙激发，而S=1反铁磁体在偶数和奇数自旋链之间则表现出不同的端态，与海森堡模型计算一致。
Zhao, Y., Jiang, K., Li, C. et al. Quantum nanomagnets in on-surface metal-free porphyrin chains. Nat. Chem. (2022).
DOI: 10.1038/s41557-022-01061-5
https://doi.org/10.1038/s41557-022-01061-5
2. Nature Chemistry：立体控制的无环二烯易位聚合
已知烯烃的顺/反几何结构会显著影响聚烯烃的热性能和机械性能。然而，有效控制这一参数的聚合方法却很少。近日，德州农工大学Quentin Michaudel报道了立体控制的无环二烯易位聚合。
本文要点：
1)作者利用二硫代钌卡宾与顺式单体结合的反应，实现立体保持性无环二烯易位聚合。这些钌催化剂表现出良好的顺式几何结构保持性，并对许多极性官能团具有耐受性，从而能够合成所有顺式聚酯、聚碳酸酯、聚醚和聚亚硫酸盐。
2)立体保持型无环二烯易位聚合的特点还在于催化剂负载量低，对单体批次中的反式杂质具有耐受性，这将有助于大规模应用。反应温度和时间的调节会使立体保持性受到侵蚀，从而实现可预测顺反比立体控制的聚烯烃合成。重复烯烃的立体化学对热性能的影响也被差示扫描量热法和热重分析所证明。
Hsu, TW., Kempel, S.J., Felix Thayne, A.P. et al. Stereocontrolled acyclic diene metathesis polymerization. Nat. Chem. (2022).
DOI: 0.1038/s41557-022-01060-6
https://doi.org/10.1038/s41557-022-01060-6
3. Nature Nanotechnology：扭曲双层石墨烯中的可调谐单片SQUID
魔术角扭曲双层石墨烯（MATBG）具有许多相关的物质状态，可以通过静电掺杂进行调谐。传输和扫描探针实验已证实了带、Chern绝缘体以及超导电性。这种原位可调状态的多样性使得可以实现可调约瑟夫逊结。然而，尽管相位相干现象已被测量证实，但迄今为止尚未证明对超导凝聚物相位差的控制。鉴于此，来自瑞士苏黎世联邦理工学院的Klaus Ensslin和Elías Portolés团队基于先前的栅极定义结，在MATBG中构建了超导相位差由磁场控制的超导量子干涉器件（SQUID）。
本文要点：
1)研究发现临界电流存在磁振荡，证明了有效电荷为2e的超导载流子的长程相干性，并且，研究者通过静电控制通过结的临界电流来调谐到不对称和对称SQUID配置；
2) 这种可调谐性可以实现对器件中的电感的研究，结果发现电感值高达2 μH，此外，研究还直接探测了器件的一个结的电流-相位关系，该结果表明，MATBG中的复杂器件成功构建并可用于揭示材料的性能。
Portolés, E., Iwakiri, S., Zheng, G. et al. A tunable monolithic SQUID in twisted bilayer graphene. Nat. Nanotechnol. (2022).
DOI: 10.1038/s41565-022-01222-0
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01222-0
4. Nature Nanotechnology：高效单片钙钛矿-硅串联太阳能电池的纳米光学设计
钙钛矿-硅串联太阳能电池可以有效克服传统硅太阳能电池的功率转换效率限制的问题。为了提高光学性能，科研工作者已经提出了各种纹理串联器件，但优化表面纹理晶片上的薄膜生长仍然具有挑战性。近日，德国柏林赫尔姆霍兹中心材料与能源有限公司Christiane Becker报道了高效单片钙钛矿-硅串联太阳能电池的纳米光学设计。
本文要点：
1) 作者展示了具有周期性纳米结构的钙钛矿-硅串联太阳能电池，这些电池在不影响溶液处理钙钛矿层的材料质量的情况下提供了各种优势。与平面串联相比，它们不但反射损耗少，而且新器件对偏离最佳层厚度的偏差不敏感。
2) 纳米结构还使得制造产率从50%大幅提高到95%。此外，开路电压提高了15 mV，这是由于钙钛矿顶部电池的增强光电性能。具有电介质缓冲层的光学先进后反射器可减少近红外波长的寄生吸收，以及实现了29.80%的功率转换效率。
Tockhorn, P., Sutter, J., Cruz, A. et al. Nano-optical designs for high-efficiency monolithic perovskite–silicon tandem solar cells. Nat. Nanotechnol. (2022).
DOI: 10.1038/s41565-022-01228-8
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01228-8
5. Nature Nanotechnology：栅极可调谐石墨烯约瑟夫逊参量放大器
超导量子电路拥有大量的基本量子元件，极大推动了微波量子光学的发展。在这些元件中，量子受限参量放大器对于能量范围很低（几十μeV）的量子系统的低噪声读出极其重要。此外，它们还用于产生非经典的光状态，可以作为量子增强检测的资源，比如超导参量放大器通常使用约瑟夫森结作为磁可调谐和无耗散非线性的源。近年来，研究者们致力于引入半导体弱链作为电可调非线性元件，并通过使用半导体纳米线、二维电子气体、碳纳米管和石墨烯来构建微波谐振器和量子比特。然而，由于存在平衡非线性、耗散、参与和能量规模等方面的限制，基于半导体弱链路超导参量放大器目前尚未实现。
最近，来自格勒诺布尔阿尔卑斯大学的Julien Renard等人首次构建了利用石墨烯约瑟夫森结的超导参量放大器，为量子计算、量子传感和基础科学等量子技术的发展提供了新的思路。
本文要点：
1) 研究证实该超导参量放大器的工作频率可通过栅极电压进行广泛调谐。
2)所得报告收益超过20 dB，且噪声性能接近标准量子极限，该研究结果扩展了用于电可调谐超导量子电路的工具集。
Butseraen, G., Ranadive, A., Aparicio, N. et al. A gate-tunable graphene Josephson parametric amplifier. Nat. Nanotechnol. (2022).
DOI: 10.1038/s41565-022-01235-9
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01235-9
6. Nature Materials：电化学晶体电极中纳米取向相畴的形成及其影响
离子插入晶体电极中的电化学相变伴随着成分和结构的变化，包括定向相畴的微观结构变化。先前的研究已经确定了与扩散或反应受限机制相关的转化异质性。相比之下，尽管对称元素在合金和陶瓷中具有普遍的重要性，但由于对称元素的丢失而导致的相变诱导畴及其微观结构仍有待探索。近日，伊利诺伊大学Chen Qian、Zuo Jianmin研究了电化学晶体电极中纳米取向相畴的形成及其影响。
本文要点：
1)通过将四维扫描透射电子显微镜和电子能量损失光谱方法结合起来，再加上数据挖掘，作者定量地阐释了电化学离子插入过程中定向相畴的形成和应变梯度的发展。在立方尖晶石MnO2纳米颗粒模型体系中，在Mg2+插入时的相变导致在纳米尺度上形成化学性质相似但取向不同的畴，随后是成核、生长和聚结过程。
2)同时电解质对转变微观结构有重大影响。此外，大的应变梯度是由跨越其边界的相畴发展而形成的，对化学扩散系数的影响是十倍甚至更多。因此，该发现为微观结构形成机制及其对离子注入过程的影响提供了重要的依据，为储能材料的转变结构控制提供了新的指导。
Chen, W., Zhan, X., Yuan, R. et al. Formation and impact of nanoscopic oriented phase domains in electrochemical crystalline electrodes. Nat. Mater. (2022).
DOI: 10.1038/s41563-022-01381-4
https://doi.org/10.1038/s41563-022-01381-4
7. Nature Materials：铂基催化剂的模板化封装将高温稳定性提高到1100 ℃
稳定的催化剂对于解决能源和环境挑战至关重要，特别是在恶劣环境（例如高温、氧化性气氛和蒸汽）中的应用。在这种情况下，负载型金属催化剂会因烧结而失活，在该过程中，最初的小纳米颗粒会成长为活性表面积较小的较大纳米颗粒，并且会导致它们的性能下降。近日，斯坦福大学Matteo Cargnello通过铂基催化剂的模板化封装将高温稳定性提高到1100 ℃。
本文要点：
1)作者通过将铂纳米颗粒封装在氧化铝框架内而制备的稳定催化剂，该氧化铝框架是通过将氧化铝前体沉积在单独制备的多孔有机框架内并浸渍铂纳米颗粒而形成的。
2)这些催化剂在在800℃的氧气和蒸汽氛围下不会烧结 ，同时显示出优异的催化活性，然而对于常规催化剂在很大程度上已经烧结。这一方法还可以扩展到Pd–Pt双金属催化剂，在1100℃的 空气和10%蒸汽氛围下也可保持催化剂的小颗粒尺寸。该策略可广泛应用于其他金属和金属氧化物，能有效避免因为烧结使材料失活的情况。
Aitbekova, A., Zhou, C., Stone, M.L. et al. Templated encapsulation of platinum-based catalysts promotes high-temperature stability to 1,100 °C. Nat. Mater. (2022).
DOI: 10.1038/s41563-022-01376-1
https://doi.org/10.1038/s41563-022-01376-1
8. Nature Commun.：含钳型配体的钼配合物催化二氮直接合成氰酸根阴离子
二氮是一种丰富而且具有广泛应用的含碳-氮键的有机氮化合物材料。在温和的反应条件下，从二氮作为起始试剂制备有机氮化合物的直接合成方法使科研工作者深入了解了在减少化石燃料消耗的情况下可持续生产有价值的有机氮化合物。近日，东京大学Yoshiaki Nishibayashi、九州大学Kazunari Yoshizawa通过含钳型配体的钼配合物催化二氮直接合成氰酸根阴离子（NCO−）。
本文要点：
1)由氮化钼配合物与氯甲酸苯酯反应合成了含有吡啶基2，6-二（二叔丁基膦乙基）吡啶（PNP）-钳形配体的钼-氨基甲酸酯配合物。在环境反应条件下实现了钼-氨基甲酸盐络合物和钼-氮化物络合物之间的转化。
2)使用二碘化钐（SmI2）作为还原剂促进NCO−的形成，这是从钼-氨基甲酸盐络合物中分离的关键步骤。因此，证明了NCO−的合成循环由钼-PNP络合物介导的二氮分两步进行。在环境反应条件下通过从二氮中分离实现了NCO−的催化合成。
Itabashi, T., Arashiba, K., Egi, A. et al. Direct synthesis of cyanate anion from dinitrogen catalysed by molybdenum complexes bearing pincer-type ligand. Nat Commun 13, 6161 (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-33809-5
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33809-5
9. Nature Commun.：利用现场散射研究锂硫电池固体放电产物的纳米尺度结构演化
对通过可溶性多硫化物（PS）形成将分子硫（S）可逆转化为硫化锂（Li2S）的机制的理解不足，阻碍了使用非水电解质溶液的高性能锂硫（Li-S）电池的发展。近日，瑞士苏黎世联邦理工学院Vanessa Wood、奥地利科学技术学院Stefan A. Freunberger利用现场散射研究锂硫电池固体放电产物的纳米尺度结构演化。
本文要点：
1)作者使用现场小角度和广角X射线散射和现场小角度中子散射（SANS）测量来跟踪实时Li-S电池操作期间从原子到亚微米尺度的固体沉积物的成核、生长和溶解。特别是，基于SANS数据的随机建模允许量化电池循环期间的纳米级相演变。
2) 在纳米晶Li2S旁边，沉积物包括固体短链PSs颗粒。对实验数据的分析表明，最初，Li2S2从溶液中沉淀，然后通过固态电还原部分转化为Li2S。并进一步证明，质量传输，而不是通过薄钝化膜的电子传输，限制了Li-S电池的放电容量和速率性能。
Prehal, C., von Mentlen, JM., Drvarič Talian, S. et al. On the nanoscale structural evolution of solid discharge products in lithium-sulfur batteries using operando scattering. Nat Commun 13, 6326 (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-33931-4
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33931-4
10. EES：一种有效的生产高适应性纤维素和提高木质素转化为芳香烃和烯烃的策略
木质素是一种很有前途的可再生原料，用于生产有价值的酚类和碳氢化合物建筑砌块。然而，木质素升级策略的经济可行性一直受到初级产品再冷凝和比生物油优先形成焦炭的阻碍。鉴于此，美国爱荷华大学Jean-Philippe Tessonnier报道一种有效的生产高适应性纤维素和提高木质素转化为芳香烃和烯烃的策略。
本文要点：
1)作者证明了木质素预处理有效地降低了热解过程中碳的形成并提高了碳的挥发，并研究了使用亚临界和超临界乙醇以及负载型金属催化剂进行的各种溶剂分解和催化预处理。通过结合GPC、GC-FID/MS、元素分析、HSQC NMR和TGA，解耦了溶剂分解和催化步骤的影响，并确定了它们在相对于母体木质素的化学修饰中的独立作用。预处理步骤提高了挥发物的生成，同时减少了快速热解过程中的焦炭形成，对于使用Pd/C在250°C下解构的木质素，焦炭形成率从58 C%降至9 C%。
2)然后将该策略直接扩展到木质纤维素生物质（玉米秸秆、柳枝稷、红橡树），以一锅法对木质素进行分级和预处理。从该过程中获得的木质素油显示出极好的转化为平台化学品的潜力。木质素油催化快速热解后，生成了11-14C%的芳香烃，而加氢脱氧则生成了34-40C%的芳族烃（50-56C%的总烃）。类似地，对回收的富含碳水化合物的水溶性馏分进行加氢脱氧，得到10-15 C%的芳香烃和15-29 C%的C2-C6烯烃（32-74 C%的总烃）。此外，从该方法中回收的残余纸浆富含糖，比母体生物质更易于酶解。这种方法为木质素选择性和有效地转化为增值化学品提供了新的机会，从而提高了碳回收率，这对于将生物质作为化学制造原料至关重要。
Daniel Vincent Sahayaraj et al. An effective strategy to produce highly amenable cellulose and enhance lignin upgrading to aromatic and olefinic hydrocarbons. EES 2022
DOI: 10.1039/D2EE02304K
https://doi.org/10.1039/D2EE02304K
11. Nano Lett：非离子表面活性剂辅助原位生成高稳定水性锌金属阳极稳定钝化保护层
水性可充电锌电池的高稳定性界面对于抑制锌枝晶生长和抑制副反应非常重要。近日，上海大学Chao Wu报道了一种非离子表面活性剂辅助原位生成高稳定水性锌金属阳极稳定钝化保护层。
本文要点：
1) 作者在Zn表面开发了一种稳定的蜂窝状ZnO钝化保护层，它是在非离子表面活性剂添加剂（聚乙二醇叔辛基苯基醚，表示为PEGTE）的帮助下原位生成的。ZnO钝化层可以促进电场的均匀分布，引导Zn2+的均匀沉积并抑制枝晶的生成。
2)使用PEGTE电解质的对称电池在高面积容量下表现出优异的性能，在5 mAh/cm2下稳定循环2400小时以上，在10 mAh/cm2下稳定循环1300小时以上。与V2O5配对的全电池在低负/正容量比下显示出600多个循环周期的长寿命。
Zhang Yuanjun et al. Nonionic Surfactant-Assisted In Situ Generation of Stable Passivation Protective Layer for Highly Stable Aqueous Zn Metal Anodes. Nano Lett. 2022
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03114
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03114
12. ACS Nano：多功能、仿生透气且具有汗稳定性的MXene表皮电极用于肌肉诊疗
肌肉疲劳是许多人都经历过的一种常见症状，其与疲劳肌肉所产生的最大力量减少有关。利用皮肤电极在不被察觉的情况下诊断肌肉疲劳并恢复肌肉功能是非常重要的，但这在目前还尚未实现。有鉴于此，北京师范大学刘楠教授构建了一种仿生透气且具有汗稳定性的多功能MXene电极，它可以同时且舒适地记录肌电图(EMG)信号，并可通过电刺激和电热治疗等模式实现肌肉治疗。
本文要点：
1）实验利用草本植物的结构排列和MXene在汗液中的离子交联所构建的MXene基电极(MBE)具有高透气性，超轻(∼0.25 mg/cm3)，其在多种环境下具有低且稳定的电极-皮肤界面阻抗，有利于实现长期可靠的电生理监测。
2）实验结果表明，MBE不仅可以诊断肌肉疲劳，可能够结合皮肤表面的电刺激和电热疗法以刺激血液循环，恢复肌肉功能。此外，MBE还可以通过人机交互进行肌肉康复训练和假肢控制。综上所述，该一体化、仿生透气性且具有汗稳定性的MXene电极在肌肉疲劳诊疗和日常穿戴保健等方面具有巨大的应用潜力。
Dekui Song. et al. An All-in-One, Bioderived, Air-Permeable, and Sweat-Stable MXene Epidermal Electrode for Muscle Theranostics.ACS Nano. 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c07646
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07646
