1. Sci. Adv.：跨碳纳米带的高效电荷传输
碳纳米带（CNBs）是一种新型的纳米碳，由于其独特的带状π-共轭体系，在光电子领域有着广阔的应用前景。最近，合成的突破可以获得各种CNB，但它们的光电性质尚未被探索。近日，中国科学院大学臧亚萍、陈传峰研究了跨碳纳米带的高效电荷传输。1) 作者通过使用扫描隧道显微镜断裂结技术将一系列CNB结合到分子器件中来研究其电子传输性能。通过调整CNB中相邻苯之间的桥接基团，作者可以实现接近0.1G0的超高电导，比它们的纳米环对应物环对苯撑高近一个数量级。2) 基于密度泛函理论计算进一步阐明了结构畸变在促进独特的径向π-电子离域和穿过带状碳骨架的电荷传输中所起的关键作用。这些结果促进了对CNB电子输运性质的基本理解，并为进一步探索基于CNB的光电子应用奠定了基础。
Lin Junfeng, et al. Highly efficient charge transport across carbon nanobelts. Sci. Adv. 2022DOI: 10.1126/sciadv.ade4692https://doi.org/10.1126/sciadv.ade4692
2. Nature Commun.：通过控制表面润湿性实现晶体金属增强纳米尺度蠕变流动的观察
了解和控制界面摩擦是许多科学和工程应用的核心。然而，摩擦滑动与接触固体的粘着、表面粗糙度、表面化学、机械变形等因素密切相关，这给摩擦的实验研究和理论模拟带来了很大的挑战。近日，武汉大学Ze Liu通过利用最近发展的热机械纳米成型技术，提出了一种简单的策略，通过监测金属在纳米通道中的纳米级蠕变流动，来分离表面化学、塑性变形和界面摩擦之间的相互作用。1）研究发现，超疏水纳米通道的蠕变流动速率可以达到数量级，超过亲水纳米通道。压力和温度对纳米成型效率影响的对比实验研究表明，蠕变速率的提高源于扩散变形机制和超疏水表面诱导的边界滑移。2）此外，研究结果还表明，存在一个与温度有关的临界压力，低于这个临界压力，传统的减摩润滑方法将失效。因此，这些发现不仅为理解机械变形和纳米摩擦学提供了洞察力，而且为研究摩擦运动的基本过程提供了一种通用而实用的技术。3）最后，研究人员预计，提高的成型效率将促进纳米压印/纳米模塑的应用。
Xiang, JX., Liu, Z. Observation of enhanced nanoscale creep flow of crystalline metals enabled by controlling surface wettability. Nat Commun 13, 7943 (2022).DOI：10.1038/s41467-022-35703-6https://doi.org/10.1038/s41467-022-35703-6
3. Nature Commun.：活性氢促进硝酸盐电化学还原为氨
电化学硝酸盐还原为氨是传统Haber-Bosch工艺的一种有前途的替代策略，但由于涉及多个电子/质子的步骤缓慢，其法拉第效率低且氨产量有限。北京化工大学邵明飞等报道了一种典型的组装在自支撑碳纳米片阵列上的中空磷化钴纳米球电催化剂。1）该催化剂采用限制策略合成，通过硝酸盐还原反应表现出8.47 mmol h−1 cm−2的极高氨产率，这远远优于作者所知的先前报道的值。原位实验和理论研究表明，磷化钴上活性氢的产生和它被氮中间体及时消耗之间的动态平衡导致具有高法拉第效率的高氨产率。2）这种基于活性氢平衡的独特见解为通过电化学技术大规模生产氨提供了新的机会，并可进一步用于二氧化碳捕获。
Fan, K., Xie, W., Li, J. et al. Active hydrogen boosts electrochemical nitrate reduction to ammonia. Nat Commun 13, 7958 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-35664-whttps://doi.org/10.1038/s41467-022-35664-w
4. Nature Commun.：微孔有机纳米管辅助设计高性能纳滤膜
微孔有机纳米管(MONs)因其高微孔性、可定制的化学功能和良好的聚合物亲和力而在设计分子筛膜方面具有相当大的前景。耶鲁大学Menachem Elimelech、郑州大学Yatao Zhang和Junyong Zhu等报道了利用共价有机骨架衍生的MONs通过界面聚合(IP)来设计15纳米厚的微孔膜。1）在IP反应之前在膜上引入高度多孔和互穿的MON层导致形成具有图灵结构、增强的微孔性和减小的厚度的聚酰胺膜。MON改性膜在碱性条件下(pH=10)获得了41.7 L m−2 h−1 bar−1的显著透水率和高硼截留率(78.0%)和磷截留率(96.8%)，超过了已报道的纳滤膜。分子模拟显示，引入MON不仅减少了胺分子向有机相边界的扩散，而且增加了膜孔隙率和膜孔周围水分子的密度。2）这种单调节的IP策略为制造用于精密纳滤的高渗透膜提供了指导。
Han, S., Zhu, J., Uliana, A.A. et al. Microporous organic nanotube assisted design of high performance nanofiltration membranes. Nat Commun 13, 7954 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-35681-9https://doi.org/10.1038/s41467-022-35681-9
5. Nature Commun.：用于碱性水电解的膜电极组件中催化剂层的定向共生
膜电极组件的应用被认为是提高常规碱性水电解能量效率的有前途的方法。然而，以前的研究主要集中在改善膜导电性和电催化剂活性。清华大学王保国等报告了通过重新设计获得的一体化膜电极组件。1）多孔膜的引入易于使用溶剂热方法实现有序催化剂层的定向共生，从而形成用于碱性水电解的一体化MEA。这种一体化MEA的特点是具有大表面积的有序催化剂层、低弯曲度的孔结构、集成的催化剂层/膜界面和有序的OH-转移通道。由于这种设计，在1.57 V电压下，在30 wt% KOH中可获得1000mA cm-2的高电流密度，从而实现94%的能效。2）这项工作突出了一体化膜电极组件在设计下一代高性能碱性水电解中的前景。
Wan, L., Pang, M., Le, J. et al. Oriented intergrowth of the catalyst layer in membrane electrode assembly for alkaline water electrolysis. Nat Commun 13, 7956 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-35603-9https://doi.org/10.1038/s41467-022-35603-9
6. EES：通过配体限制的有限钙钛矿分级结构实现高效的倒置钙钛矿太阳能电池
作为下一代光伏技术，多维卤化铅钙钛矿太阳能电池（PSC）极具应用前景。在此，浙江大学李昌治开发了一种通过界面配体限制构建有限2D/3D分级钙钛矿结构独特的方法，可以获得高效和稳定的倒置PSC。1) 作者发现在3D钙钛矿层顶部引入二胺掩蔽试剂可以通过氢键调节阳离子交换，从而产生有限且致密的2D层，这不仅有利于完成顶部接触钝化，而且有利于增强接触处的电子选择性。2) 具有有限2D/3D钙钛矿层的倒置PSC和模块分别实现了24.7%和21.6%的功率转换效率（PCE），这是迄今为止报道的倒置微型模块最好性能之一。此外，作者发现封装的PSC在经过1000小时照射后扔可保留其原始PCE的90%以上。总之，该工作为进一步推进钙钛矿光伏提供了一种有效的途径。
Huang Yanchun, et al. Finite perovskite hierarchical structures via ligand confinement leading to efficient inverted perovskite solar cells. EES 2022https://doi.org/10.1039/D2EE03355K
7. Angew：端粒酶辅助的策略用于实现DNA纳米机器在活细胞中的再生
DNA纳米机器能够被设计成多种个性化设备以用于生物标志物的诊断成像。然而，如何实现DNA纳米机器在活细胞中的再生仍然具有很大的挑战性。有鉴于此，南京大学朱俊杰教授、张剑荣教授和闵乾昊教授设计了一种巧妙的DNA纳米机器，其可以在活细胞中实现端粒酶(TE)激活的再生。1）在对无嘌呤/吡嘧啶核酸内切酶1 (APE1)响应的纳米机器启动后，该纳米机器的步行器会沿着TE再生的轨道移动，产生多重放大信号以用于对APE1进行原位成像。2）此外，由于纳米机器的再生而增强的信号也可以被用于揭示TE在不同细胞系中的差异表达。综上所述，这项研究首次对利用生物标记物来辅助实现活细胞中纳米机器再生进行了概念验证，从而为开发更适用、更高效的DNA纳米机器提供了一种新的范式。
Qianying Zhang. et al. A Telomerase-Assisted Strategy for Regeneration of DNA Nanomachines in Living Cells. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202213884https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213884
8. Angew：利用晶态和非晶态金属-有机配合物用于光致突显效应和正负光致变色的转换
揭示分子固体中晶态和非晶态之间的差异，不仅有助于理解分子固体的结构-性质关系，而且有助于基于同一化合物的多功能材料的发展。近日，北京师范大学Dongpeng Yan首次表明，通过利用晶态和非晶态之间的转变，可以在同一化合物中同时实现光诱导着色和脱色（负和正光致变色）。1）这种双向光致变色是基于双配体金属有机络合物中光驱动的[4+4]环加成反应和光生自由基的不同光化学途径。特别是，具有强π-π相互作用的蒽基复杂晶体1表现出负的光致变色过程和有趣的光猝发行为，并伴随着从光到机械运动的能量转换。然而，由于没有面对面的分子堆积，其晶型2没有这样的影响。2）这表明，堆积模式和分子间相互作用的调节可以开启/关闭分子晶体的光驱动运动。此外，晶型1和晶型2表现出不同的机械变色发光，可以作为一种可视化工具来监测晶态和非晶态之间的转变，作为典型的X射线衍射法的替代。3）借助1中的多模式颜色和发光差异，研究人员进一步展示了在信息加密、防伪和光学打印方面的应用演示。因此，这项工作不仅为基于同一化合物的双通道光致变色和机械变色发光的设计提供了有效的指导，而且也为光驱动反应路线、光致变色和宏观运动之间的关系提供了新的见解。可以预期，这些设计原理可以进一步推广到类似的金属-有机体系，以深入了解晶态和非晶态之间的不同性质。Yu-Juan Ma, et al, Leveraging Crystalline and Amorphous Metal–Organic Complex for Transformation of Photosalient Effect and Positive–Negative Photochromism, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202217054DOI: 10.1002/anie.202217054https://doi.org/10.1002/anie.202217054
9. Angew：不易燃的电解质使高电压和宽温锂离子电池能够快速充电
电解质设计对于提高锂离子电池(LIBs)的性能变得越来越重要。然而，传统电解质的易燃性问题和高反应性仍然是一个主要问题，尤其是当LIBs在高电压和极端温度下运行时。中科院长春应化所明军研究员等设计了一种新型的不易燃氟化酯电解质。1）该电解质能够在宽温度变化(例如-50°C ~ 60°C)下实现高循环稳定性，并在高电压(大于4.3 V vs. Li/Li+)下为石墨|| LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811)电池提供卓越的功率容量(快速充电倍率高达5.0 C)。此外，这项工作在分子水平上揭示了Li+、溶剂和阴离子之间的动态演化和相互作用。2）通过阐明Li+溶剂化结构和电化学性能之间的基本关系，可以促进在恶劣条件下工作的高安全性和高能量密度电池的发展。Zou, Y., et al, Non-Flammable Electrolyte Enables High-Voltage and Wide-Temperature Lithium-Ion Batteries with Fast Charging. Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript.DOI: 10.1002/anie.202216189https://doi.org/10.1002/anie.202216189
10. Angew：可激活的NIR-II荧光探针用于淀粉样蛋白β斑块的体内成像
近红外二区(NIR-II)荧光成像可实现淀粉样蛋白β (Aβ)病理的体内可视化，进而有望促进对阿尔茨海默病(AD)的表征和深入理解。苏州大学苗庆庆教授、李庆研究员和南洋理工大学浦侃裔教授构建了具有供体-π-受体(D-π-A)结构的NIR-II荧光探针，以用于对AD模型小鼠中的Aβ斑块进行特异性检测。1）在所有设计的探针中，DMP2对Aβ原纤维表现出了最高的亲和力，并能在与Aβ原纤维结合后通过抑制扭曲分子内电荷转移(TICT)效应以特异性激活其NIR-II荧光。2）此外，DMP2也具有合适的亲脂性，能够穿透血脑屏障(BBB)，进而通过NIR-II荧光的深层穿透性实现对AD模型小鼠体内Aβ斑块的特异性检测。综上所述，该研究能够为实现Aβ斑块的无创成像和深度研究AD进展提供一个新的策略。
Jia Miao. et al. Activatable NIR-II Fluorescent Reporter for in Vivo Imaging of Amyloid-β Plaques. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202216351https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202216351
11. AM：小分子有机单晶的高效固有线性偏振电致发光
具有内在面内各向异性性质的小分子有机单晶(SCs)能够直接发射线性偏振光，而不需要空间分离的偏振器和复杂的光学结构。然而，由于缺乏合适的SC发射体以及构建高效SC电致发光(EL)器件的困难，器件性能受到严重限制，导致通常小于1.5%的低外量子效率(EQE)。苏州大学Xiaohong Zhang、Xiujuan Zhang和中科院化学所Huanli Dong等通过利用2，6-二苯基蒽(DPA) SCs作为固有偏振发射体，展示了高效的固有线性偏振发光二极管(LP-LED)。1）LP-LED表现出3.38%的2.5倍增强的最大EQE，这接近DPA基于SC的EL器件的理论极限，并且是迄今报道的基于SC的有机发光二极管中最高的。更重要的是，对于DPA SC基LP-LED的固有偏振EL发射，实现了高达0.74的高偏振度(DOP)。通过利用高效的LP-LED，作者首次展示了一个由有机SC组成的片间偏振光通信系统。2）这项工作为开发用于LP-LED的大规模新的小分子有机SCs库奠定了坚实的基础，并对偏振光学和相关的光电器件具有广泛的意义。
Jia, R., et al, Highly Efficient Inherent Linearly Polarized Electroluminescence From Small-Molecule Organic Single Crystals. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2208789.DOI: 10.1002/adma.202208789https://doi.org/10.1002/adma.202208789
12. AM: 人工智能与先进材料
人工智能变得越来越强大，其可以促进材料科学的发展，而新材料、系统和过程可以通过机器学习技术进行设计和优化。并且未来的材料科学家将从理解机器学习如何促进先进材料的概念中获益。近日，马德里材料科学研究所Cefe López综述研究了人工智能与先进材料。1) 该综述涵盖了计算的各个方面，从基本原理到计算所采取的方向和产生的影响，以说明人工智能的起源、程序和应用。并回顾了机器学习及其方法，以及提供关于其实现及其潜力的基本知识。2) 这些技术深深地影响着先进材料的产生，以至于发展处一种新的范式，在这种范式中，人们正在挖掘隐含的知识来构思用于特定功能的材料和系统，而不是寻找已发现材料的应用。而这一趋势能的发展前景还尚不明确，比如发现数据中隐藏的物质或物理定律。
Cefe López, Artificial Intelligence and Advanced Materials Adv. Mateer. 2022DOI: 10.1002/adma.202208683https://doi.org/10.1002/adma.202208683
