1. Nature Materials：钙钛矿太阳能电池中二甲基铵阳离子添加剂的中间相工程

实现钙钛矿太阳能电池的长期稳定性是实现其广泛商业化的最重要挑战。了解钙钛矿结晶过程及其对器件稳定性的影响机制对实现这一目标至关重要。常用的二甲基甲酰胺/二甲基亚砜溶剂制备方法导致多晶钙钛矿膜的晶体质量和微观结构较差。近日，牛津大学Henry J. Snaith、蒙纳士大学Udo Bach、David P. McMeekin介绍了一种无二甲基亚砜的高温加工方法，该方法利用二甲基氯化铵作为添加剂来控制钙钛矿中间前驱体相。

本文要点：

1) 通过控制结晶顺序，可以调整甲脒（FA）/铯（FA）_yCs_1–yPb（I_xBr_1–x）₃钙钛矿系统的晶粒尺寸、织构、取向（角向上与面朝上）和结晶度。

2) 封装器件显示出优异的操作稳定性，在65℃的模拟阳光开路条件下，平均T80寿命为（器件功率转换效率降至其初始值的80%的时间）1190小时 ，而最好的设备显示T80为1410 小时。

David P. McMeekin, et al. Intermediate-phase engineering via dimethylammonium cation additive for stable perovskite solar cells. Nature Mater. 2022

DOI: 10.1038/s41563-022-01399-8

https://doi.org/10.1038/s41563-022-01399-8

2. Nature Catalysis：有机催化对惰性C-H键官能团化

惰性C-H化学键的官能团化具有原子经济性，步骤的效率非常高，因此受到人们广泛的关注。与传统的过渡金属催化C-H化学键催化常用于C-H键催化相比，有机催化剂在惰性C-H键的直接催化转化领域的相关研究比较少。没有保护的苄胺-NH₂官能团α-C(sp³)-H化学键由于极低的Brønsted酸性，通常呈化学反应惰性。

有鉴于此，上海师范大学赵宝国（Baoguo Zhao）等报道使用含有方酰胺（quaramide）侧链的手性吡哆醛作为多功能羰基催化剂，催化活化-NH₂未保护的苄胺的α-C(sp³)-H化学键，能够将其酸性能够在室温条件实现脱质子，并且与有机醛进行不对称加成。

本文要点：

1）通过这种羰基催化策略，发展了一种不对称方法，进行苄胺的α-C-H键对醛加成，实现了合成手性β-氨基醇的一种简便直接方法，并且实现了优异的立体选择性（>20:1 dr）和对映选择性（88-99 % e.e.）。这项工作展示了有机催化在温和反应条件对惰性C-H键进行官能团化，反应过程中无需使用导向官能团和保护基处理，能够对基于VB₆的有机催化剂在有机合成领域的应用前景。

2）反应情况。以苄胺、有机醛作为反应物，5 mol % (S,S)-1a作为有机催化剂，加入2倍量DBN或DBU，1倍量Na₂SO₄，在-10 ℃ 甲苯/二氯甲烷混合溶剂中反应。

Hou, C., Peng, B., Ye, S. et al. Catalytic asymmetric α C(sp³)–H addition of benzylamines to aldehydes. Nat Catal 5, 1061–1068 (2022)

DOI: 10.1038/s41929-022-00875-3

https://www.nature.com/articles/s41929-022-00875-3

3. Nature Commun.：多分散性诱导的弯曲硅胶棒的展曲-弯曲向列相

液晶相介于固体和液体之间，具有两者的特性。由棒状分子或颗粒组成的向列型液晶显示出长程取向有序性，产生特征性双折射，但是它们缺乏位置有序性，从而允许它们像液体一样流动。这些性质的组合以及它们对外场的敏感性使得向列型液晶成为光学应用例如液晶显示器(LCD)的基础。当棒状粒子弯曲时，液晶中出现自发弯曲变形，导致几何挫折，这可以通过形成有趣的扭曲-弯曲(NTB)和展曲-弯曲(NSB)向列相的互补扭曲或展曲变形来解决。

乌得勒支大学Alfons van Blaaderen和Marjolein Dijkstra等通过实验表明，难以捉摸的NSB相可以在多分散微米级弯曲二氧化硅棒系统中稳定。作者的结果为实现胶体和分子液晶的NTB相和NSB相开辟了道路。

本文要点：

1）作者报道了NSB相的实验实现和鉴定，该NSB相来自多分散弯曲核荧光标记的胶体结构单元，可以在单个粒子水平上进行分析。弯曲的二氧化硅棒是使用现有的普通乳液基生长方法的改进制成的，该方法也与籽晶生长兼容。NSB通过分析其向列指向矢场来表征，所述向列指向矢场来自荧光共聚焦显微镜数据集的分析，并产生p = 86.2±11.7微米的螺距，即约16倍的颗粒长度。作者发现NSB相在Sm和单轴N相之间形成，正如理论和模拟所预期的。对于垂直于单晶赤铁矿椭圆体取向的赤铁矿官能化弯曲二氧化硅棒系统，也观察到NSB LC相，所述赤铁矿椭圆体可以在磁场中磁化，具有沿椭圆体方向的偶极矩。

2）作者的结果以及作者独立开发的基于聚合物的更光滑的弯曲棒的结果表明，使用多分散性确实是一种可行且普遍适用的方法来创建这些受抑NSB液晶相。此外，除了关于弯曲二氧化钛纳米棒的初步结果之外，从更复杂形状的弯曲二氧化硅棒(如具有良好取向的赤铁矿核的弯曲二氧化硅棒)产生这种有趣的“受抑”向列液晶相的可行性使得作者认为NSB相也可能在没有外部电场的情况下由弯曲分子液晶元的混合物形成。进一步的工作必须证明在这些系统中是否也能实现扭曲向列相。

Kotni, R., Grau-Carbonell, A., Chiappini, M. et al. Splay-bend nematic phases of bent colloidal silica rods induced by polydispersity. Nat Commun 13, 7264 (2022).

DOI: 10.1038/s41467-022-34658-y

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34658-y

4. Nature Commun.：一种用于实时原位监测胃肠道代谢物的自供电可摄取无线生物传感系统

与小肠的多样和动态代谢物组成相关的信息对于各种疾病的诊断和治疗是至关重要的。然而，由于缺乏对肠道环境的原位访问，我们目前对小肠内代谢过程的生理化学动力学的了解有限。美国加州大学圣地亚哥分校Patrick P. Mercier和Joseph Wang等报告了一个无需电池的可摄入生物传感系统的演示，用于监测小肠中的代谢物。

本文要点：

1）作者展示了一种自供电、无需电池的可摄取生物传感胶囊，用于在活体中进行原位实时肠道葡萄糖监测。为了激活胶囊内的电子电路，集成的葡萄糖生物燃料电池(BFC)为磁性人体通信(mHBC)无线电路收集足够的电力。这项工作解决了胶囊型可摄取设备中的多个现有挑战，包括取消电池、电子设备的小型化、通过厚生物组织的信号传输以及保护生物传感器免受恶劣原位环境的影响。在体外模拟过程中，BFC传感器显示出对葡萄糖的高特异性，而含有干扰化合物的溶液显示出可忽略的交叉反应性。通过分析在频率数据的扩展监控期间的变化率，在记录的信号中观察到最小的变化。

2）在猪身上进行的原位实验表明，来自口服溶液的葡萄糖浓度的差异产生了收集的连续数据的差异，这意味着来自小肠的葡萄糖的成功检测。

De la Paz, E., Maganti, N.H., Trifonov, A. et al. A self-powered ingestible wireless biosensing system for real-time in situ monitoring of gastrointestinal tract metabolites. Nat Commun 13, 7405 (2022).

DOI: 10.1038/s41467-022-35074-y

https://doi.org/10.1038/s41467-022-35074-y

5. Nature Commun.：用于高通量生产卤化物钙钛矿的通用全固体合成

卤化物钙钛矿在基础和应用两个层面上都显示出巨大潜力。目前，新型钙钛矿的发现、研究和应用在时间/产率/研究/能效方面严重依赖于合成方法。传统的湿化学法易于制备薄膜样品，但对块体晶体的合成效率较低。近日，为了克服这些问题，宾夕法尼亚州立大学Kai Wang，Shashank Priya，Bed Poudel，Amin Nozariasbmarz报道了一种通用的固态合成高质量钙钛矿的方法，即在合成过程中同时施加电场和机械应力场，即电场和机械场辅助烧结技术。

本文要点：

1）这种快速(电气和机械)电磁快速合成方法为制备卤化物钙钛矿提供了一种新的平台，以高原料(100%产率)、高时间(0.5 cm³ min⁻¹)、高效率(无溶剂)的方式制备卤化物钙钛矿，产品质量接近或超过单晶。

2）此外，钙钛矿还具有几个独特的优点：i）允许不可溶的掺杂剂分散在快钙钛矿中，这将带来未来与钙钛矿结合/掺杂/混合金属、碳和其他不可处理的溶液材料的机会；ii）允许合成单向组成梯度的功能梯度钙钛矿材料，这可能超出本工作中钙钛矿/导电聚合物的异质结的范围；iii）允许多层结构光电子器件(例如太阳能电池、光电探测器和X射线传感器)或腿-桥-腿热电单元的直接添加打印。

3）研究人员还对快速钙钛矿样品进行了稳定性测试，这些样品表现出比典型的溶液处理薄膜样品更好的稳定性。因此，这种快速钙钛矿有望为高通量材料合成开辟另一个维度，未来直接从粉末制造打印设备，并加速新钙钛矿组合物的材料发现。

Zheng, L., Nozariasbmarz, A., Hou, Y. et al. A universal all-solid synthesis for high throughput production of halide perovskite. Nat Commun 13, 7399 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-35122-7

https://doi.org/10.1038/s41467-022-35122-7

6. JACS：共价适应性网络中的结构-反应性-性质关系

由动态共价键构建的聚合物网络提供了将化学反应的控制和可调性转化为宏观物理性质的潜力。在这些反应发生的条件下，共价自适应网络(CANs)的拓扑结构可以重新排列，这意味着它们可以流动，自我修复，重塑，并对刺激做出反应。从可持续发展到组织工程，具有这些特性的材料是必不可少的；因此，网络重组的条件和时间尺度必须与预期用途相适应。美国西北大学Julia A. Kalow等分析了几种CANs的结构-反应性-性能关系，说明了一般设计原则和应用于CANs的线性自由能关系(LFERs)的预测潜力。

本文要点：

1）作者说明了如何将用于理解和操纵小分子反应的相同的物理有机策略应用于建立在动态共价反应上的聚合物网络。作者认为动态网络的定量结构-反应性-性能关系将允许研究人员可预测地设计具有目标机械性能的材料。然而，作者也讨论了聚合物网络固有的复杂因素，这些因素阻碍了对这些关系的直接分析。作者强调的例子从溶剂化的软凝胶到硬的热固性材料，其共同因素是动态共价交联。

2）作者讨论了分子反应性如何转化为网络特性，以及如何表征这些材料。此外，作者提供了如何设计和分析小分子和聚合物系统以获得最佳定量关系的建议。

Vivian Zhang, et al. Structure–Reactivity–Property Relationships in Covalent Adaptable Networks. J. Am. Chem. Soc. 2022.

DOI: 10.1021/jacs.2c08104

https://doi.org/10.1021/jacs.2c08104

7. JACS：通过多模态原位和Operando测量了解锑酸锰铬电催化剂的稳定性

提高电催化装置的稳定性是发展电催化装置的关键。近日，SLAC国家加速器实验室Michaela Burke Stevens，Thomas F. Jaramillo利用在线电化学流池与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)耦合，研究了Mn(−Cr)−Sb - O电催化剂的成分和反应物气体对其多元素溶解的影响。

本文要点：

1）与Mn₂O₃和Cr₂O₃氧化物相比，锑酸盐框架在OER电位稳定Mn，在ORR和OER电位稳定Cr。此外，Mn(−Cr) - Sb - O中Mn和Cr的溶解受ORR反应速率的影响，N₂条件下的溶解最小。研究人员观察到Cr在0.3、0.6和0.9 V下10分钟内优先溶解13%，Mn损失仅1.5%，表明Mn在颗粒表面富集。尽管存在这种不对称溶解，但在可比电位下，Operando X射线吸收光谱(XAS)显示Mn的k边没有可测量的变化。这可能表明表面层中Mn氧化态和/或相的修饰太小，或表面层太薄，无法用体XAS测量。

2）最后，利用在线ICP-MS评估了循环伏安法和加速应力试验中外加电位、扫描速率和电流对Mn - Cr - Sb - O的影响。随着对氧还原和溶解之间相互作用的深入理解，确定了测试程序，以最大化活性和稳定性。

这项工作强调使用多模态原位表征技术来串联建立一个更完整的稳定性模型，并开发优化催化剂性能的协议。

Melissa E. Kreider, et al, Understanding the Stability of Manganese Chromium Antimonate Electrocatalysts through Multimodal In Situ and Operando Measurements, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c08600

https://doi.org/10.1021/jacs.2c08600

8. JACS：确定一种无需再生实现300 h电化学CO₂还原C₂产品的界面稳定剂

电化学CO₂还原反应(CO₂RR)生产高附加值碳氢化合物和含氧化合物是实现碳中和社会的一种可持续和令人信服的方法。然而，电化学CO₂RR过程中活性位点的不可控迁移限制了其同时获得高C₂选择性和超耐用性的催化能力。近日，中科大熊宇杰教授，Ran Long报道了一种简单而有效的合成策略，通过界面CuAlO₂物种在合成的Cu−CuAlO₂−Al₂O₃催化剂上稳定高活性位点。

本文要点：

1）研究发现，CuAlO₂的锚定效应，抑制了电化学CO₂RR过程中活性位点的不可控迁移。

2）结果表明，该催化剂用于学CO₂RR具有85.6%的C₂高法拉第效率(FE) (C₂H₄ > 70%)和电化学CO₂RR的长期稳定性(>300 h)，优于大多数已报道的铜基材料。

3）更重要的是，Cu−CuAlO₂−Al₂O₃的实验结果和从头算密度泛函理论(DFT)分子动力学模拟结果表明，该高活性位点对电化学CO₂RR是超耐用的，突出了所构建的界面CuAlO₂物种的意义。

这种简单高效的原位合成方法使该材料成为高选择性和超耐用的大规模电化学CO₂RR催化剂的候选材料。

Xinyu Wang, et al, Identifying an Interfacial Stabilizer for Regeneration-Free 300 h Electrochemical CO₂ Reduction to C₂ Products, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c11109

https://doi.org/10.1021/jacs.2c11109

9. JACS：多元金属有机框架中的宽可调大气集水

作为最新集水材料MOF-303 {[Al(OH)(PZDC)]（其中PZDC2是1Hpyrazole-3，5-二羧酸酯）的衍生物，多元金属有机框架(MOF)的开发被证明是产生适合给定环境条件的高效水吸附剂的有力工具。近日，加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi强调了MOFs的多元制造策略如何控制孔的亲水性，进而控制再生温度和热量，以及MOF运行的湿度临界值。

本文要点：

1）MOF-303 {[Al(OH)(PZDC)]鉴于PZDC^2-连接体的N(H)基团是水分子的主要吸附位点，并且这种相互作用的强度在孔隙内水结构的形成中起着关键作用，研究人员试图通过在MOF主链中引入噻吩-2，5-二羧酸酯(TDC2^2-)和PZDC^2-来调节这些位点的亲水性。

2）基于这两个接头，九个多元PT-MOF（[Al(OH)(PZDC)_1-x(TDC)_x]），覆盖了整个接头混合范围（x = 0、0.125、0.25、0.375、0.5、0.625、0.75、0.875和1）。这些化合物是在溶剂热和基于回流的条件下制备的，并且它们的结构、组成和孔隙率得到完全表征。

3）该PT-MOF系列表现出的水吸附行为揭示了多变量策略的威力，其中可以(I)调节和获得MOF运行的更宽范围的相对湿度，以及(ii)提供更具能量效率的水收集过程。这两个发现远远超过了已经报道的，并且适用于干旱条件下的集水。此外，研究人员证明了这些多元化合物在水中千克级的可扩展性，并且使用容易获得的起始材料具有优异的时空产率。

Zhiling Zheng, et al, Broadly Tunable Atmospheric Water Harvesting in Multivariate Metal−Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c09756

https://doi.org/10.1021/jacs.2c09756

10. JACS：利用电化学势控制可还原氧化物上Au纳米粒子的尺寸

控制Au纳米粒子(NP)的尺寸和它们与氧化物载体的相互作用对于它们在化学反应中的催化性能是重要的，例如一氧化碳氧化和水煤气变换。已知在载体氧化物表面的氧空位与金纳米粒子形成强化学键，并抑制它们的粗化和失活。所得的金/氧空位界面也作为氧化反应的活性位点。因此，需要小的金纳米颗粒来增加金/氧化物界面的密度。希望有一种动态的方法来控制氧化物载体上Au NPs的尺寸。

近日，麻省理工学院Bilge Yildiz证明了一种电化学方法，通过控制载体氧化物的表面氧空位浓度来控制金纳米颗粒的尺寸。

本文要点：

1）具有不同还原性的氧化物La_0.8Ca_0.2MnO_3±δ和Pr_0.1Ce_0.9O_2−δ用作模型载体氧化物。通过施加电化学势，研究人员在载体氧化物中获得了宽范围的有效氧压pO₂(10^-37-10^-14 atm)。

2）研究发现，施加阴极电位会产生高浓度的氧空位，并在700-770°C下在10分钟内形成尺寸为7-13nm的精细分布的Au NPs，而阳极电位会氧化表面并增加Au NPs的尺寸。产生小的金纳米颗粒所需的起始阴极电位很大程度上取决于载体氧化物的还原性。即使在700-770 °C的阴极电位下，Au NPs也不会发生烧结，并且在没有电位的催化相关条件下也是稳定的。

Dongha Kim, et al, Controlling the Size of Au Nanoparticles on Reducible Oxides with the Electrochemical Potential, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c08422

https://doi.org/10.1021/jacs.2c08422

11. JACS：使用化学燃料反应循环调节DNA杂交

近年来，围绕分子机器的研究十分广泛，例如典型的ATP酶或运动蛋白，将化学反应（如核苷酸三磷酸的水解）的催化作用与其构象变化耦合起来。这些分子机器从本质上来说，都是不断地转换化学燃料从而驱动自身的运动或变化。在人工体系中合成具有类似功能、精度和速度的纳米机器对于纳米技术和生物材料的发展具有重要意义。最近，来自慕尼黑工业大学的Job Boekhoven等人通过将化学反应循环与DNA纳米技术的精度相整合，实现了对DNA发夹构象状态的动力学控制，为发展具有精确功能的非平衡DNA纳米器件提供了新的思路。

本文要点：

1) 在这项研究中，设计思路整体跨越了DNA纳米技术和化学燃料自组装领域，使得研究者们能够实施基于碳二亚胺燃料的化学反应循环，并用于控制DNA在单分子和双分子环境中的杂交；

2) 研究使用了经历反应循环的二羧酸官能化的非天然核苷酸，中性和平面酸酐的形成增加了分子链对杂交的亲和力，这一研究内容与以往关于DNA自主或耗散驱动的主要区别在于能量的使用方式。

Job B., et al. Regulating DNA-Hybridization Using a Chemically Fueled Reaction Cycle. J. Am. Chem. Soc. (2022).

DOI: 10.1021/jacs.2c08463

https://doi.org/10.1021/jacs.2c08463

12. JACS：设计金属-双（乙酰胺）网络的玻璃和结晶相以提高高光学对比度

由于其高可调谐性和可预测的结构，金属有机材料为研究玻璃形成和结晶过程以及设计具有独特性能的玻璃提供了强大的平台。最近，来自哈佛大学的Jarad A. Mason等人开发了一系列新的玻璃形成金属-乙撑二（乙酰胺）网络，可以在200°C以下经历可逆的玻璃化和结晶转变，为金属-有机材料中的玻璃-晶体转变提供了新的见解。

本文要点：

1) 该研究开发的新型结构网络中，材料的玻璃化转变温度、结晶动力学和玻璃稳定性可以灵活地通过合成改性或液相共混来调节，以形成二元玻璃态；

2) 研究者们通过对分布函数（PDF）分析，揭示了单金属和二元金属-双（乙酰胺）玻璃的扩展结构相关性，并证实了金属-金属相关性在玻璃-晶体转变结构演化过程中的重要作用；

3) 此外，研究发现Co–乙撑二（乙酰胺）二元网络的玻璃相和结晶相具有4.8的大反射率对比度，这一性质主要是由Co中心周围的局部配位环境变化所引起的。

Jarad A. M., et al. Designing Glass and Crystalline Phases of Metal–Bis(acetamide) Networks to Promote High Optical Contrast. J. Am. Chem. Soc. (2022).

DOI: 10.1021/jacs.2c10449

https://doi.org/10.1021/jacs.2c10449