1. PNAS: 设计具有高度暴露活性位点的MoS₂/Co₉S₈双向催化剂界面取向用于可逆Li-CO₂电池

阴极CO₂还原反应（CO₂RR）和析出（CO₂ER）反应的缓慢动力学严重阻碍了锂-二氧化碳电池的应用，而锂-二氧化碳电池作为一种极具潜力的碳中和技术受到了科研工作者的广泛关注。二维过渡金属二醇化物（TMDs）具有CO₂氧化还原双向催化的巨大潜力，但如何实现具有CO₂RR/CO₂ER活性的TMDs双活性位点的高度暴露仍然是一个挑战。近日，深圳大学杨金龙、清华大学周光敏设计具有高度暴露活性位点的MoS₂/Co₉S₈双向催化剂。

本文要点：

1) 作者通过在由碳纸负载的Co₉S₈（V-MoS₂/Co₉S₈@CP)）上垂直生长MoS₂双向催化剂，使其具有丰富的边缘可作为CO₂RR和CO₂ER的活性位点，并改善了界面导电性，以及调节了沿基面的电子传输路径。该催化剂在20μA cm⁻²时具有81.2%的能效和0.68 V的超小电压间隙。

2)作者利用密度泛函理论计算揭示了其性能和结构之间的关系，并证明了MoS₂边缘位点和Co₉S₈之间的协同效应。该工作为理解和实现具有特定晶面TMD电子接触的合理设计提供了指导，还为Li-CO₂电池中高性能阴极催化剂材料的设计提供了指导。

Lu Bingyi， et al. Engineering the interfacial orientation of MoS₂/Co₉S₈ bidirectional catalysts with highly exposed active sites for reversible Li-CO₂ batteries. PNAS 2023

DOI: 10.1073/pnas.2216933120

https://doi.org/10.1073/pnas.2216933120

2. JACS：用于强氢氧化的伪铂单分子膜

异质外延核−壳层结构有利于结合外延层和衬底的优点，实现新颖的多功能催化应用。近日，华中科大王得丽教授报道了一种生长在IrPd核基质上的赝铂原子层(PmPt) (PmPt@IrPd/C)。

本文要点：

1）作为一种高效、稳定的碱性氢氧化反应催化剂，PmPt@IrPd/C活性提高了29.2倍。在50,000次循环加速稳定性试验中，PmPt@IrPd/C催化剂性能的提高也是Pt/C的25.0倍。

2）这种强健的稳定性源于更强的H₂O相互作用而不是碳氧化物(CO_X)毒物物种对碳腐蚀的抵抗力，以及调制的羟基(OH*)吸附可以抑制OH*物种将表面铂原子从衬底上重排。

3）由PmPt@IrPd/C组装的负离子交换膜燃料电池在阳极上的铂负载量为0.009 mg_Pt cm⁻²，可提供1.27 W cm⁻²的功率密度。

Tonghui Zhao, et al, Pseudo-Pt Monolayer for Robust Hydrogen Oxidation, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c11907

https://doi.org/10.1021/jacs.2c11907

3. JACS：对癌细胞中的不同乏氧水平进行双色成像

乏氧会发生在一系列生物环境（包括植物、细菌生物膜和实体肿瘤）中，并会影响这些生物系统的生存情况。研究发现，乏氧会使得肿瘤治疗更加困难，并对患者预后产生负面影响。因此，开发能够研究生物乏氧的化学探针以促进对涉及乏氧水平的疾病相关疾病的理解非常重要，有望能够改善诊断和治疗效果。然而，虽然已有小分子乏氧传感探针被报道，但其中大多数只能对非常严重乏氧(<1% O₂)进行成像，因此不能提供异构生物乏氧的完整图像。此外，常用的基于抗体的乏氧成像工具需要涉及免疫染色的二次检测步骤，过程也较为繁琐。有鉴于此，牛津大学Stuart J. Conway和Ester M. Hammond构建了一系列基于吲哚醌的生物还原荧光探针，并对其电化学性能、光物理分析和生物成像功能进行了研究。

本文要点：

1）研究表明，这些化合物可在2D和3D细胞培养中对不同程度的乏氧进行成像。基于试卤灵的探针2可在4%或更低的O₂条件下被激活，而基于Me-Tokyo Green的探针4仅会在严重乏氧（0.5%）或更低的O₂条件下被激活。

2）这些化合物在球状体中的应用结果表明，化合物2能够成像的乏氧水平与吡莫硝唑相似，而化合物4则能够以类似于EF5的方式对更极端的乏氧进行成像。综上所述，该研究构建的化合物2和4能够作为研究细胞环境中的乏氧的有效工具。

Antoine L. D. Wallabregue. et al. Two Color Imaging of Different Hypoxia Levels in Cancer Cells. Journal of the American Chemical Society. 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c12493

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c12493

4. JACS：超声触发原位光子发射以用于无创光遗传学

光遗传学能够对神经回路中的特定细胞类型神经元进行时空控制。然而，脑内无创光子递送技术的发展较为缓慢，极大地限制了光遗传学的临床应用。聚焦超声(FUS)衍生的机械发光已成为实现原位光子发射的一种重要工具，但目前尚未有用于时空光遗传学的生物相容型液相机械发光系统被报道。为了实现具有高时间分辨率和良好生物相容性的无创光遗传学，德克萨斯大学奥斯汀分校王辉亮教授和斯坦福大学洪国松教授开发了脂质体纳米颗粒(Lipo@IR780/L012)以用于FUS触发的机械发光和脑部光子递送。

本文要点：

1）在FUS照射下，脂质体内会发生级联反应，进而在溶液中产生稳定的蓝光发射。体外实验表明，在不同的刺激频率下，FUS可以触发Lipo@IR780/L012的光发射，从而激活表达视蛋白的尖刺 HEK细胞。

2）体内光遗传刺激实验进一步表明，静脉注射脂质纳米颗粒后，重复进行FUS照射可实现无创、可逆地运动皮层神经元激活以及肢体运动。

Wenliang Wang. et al. Ultrasound-Triggered In Situ Photon Emission for Noninvasive Optogenetics. Journal of the American Chemical Society. 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c10666

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10666

5. JACS：乏氧触发聚(N-氧化物)-药物偶联物的生物还原以增强其肿瘤穿透和抗肿瘤疗效

聚乙二醇修饰能够延长药物的血液循环时间，但同时也会由于PEG的无脏污功能和较大的水动力体积而降低药物在肿瘤中的穿透，导致其对实体肿瘤的治疗效果不够理想。有鉴于此，北京大学高卫平研究员在一种重要的蛋白质药物干扰素(IFN)中原位生长了可生物还原型聚(N-氧化物)聚合物，以构建得到位点特异性的IFN−聚(N-氧化物)偶联物，其生物活性也高于临床使用的PEG化IFN（PEGASYS）。

本文要点：

1）实验筛选出的IFN−聚(N-氧化物)偶联物具有长达51 h的循环半衰期，这与PEGASYS相似，但比IFN高96倍。研究发现，该偶联物在荷瘤小鼠的肿瘤内穿透和抗肿瘤疗效方面大大优于PEGASYS和IFN。这种增强的肿瘤穿透可归因于吸附介导的偶联物的转胞作用，其中的聚(N-氧化物)会在乏氧条件下被生物还原为聚（叔胺），其在酸性肿瘤微环境中也会进一步发生质子化。

2）实验结果表明，聚(N-氧化物)不仅具有长循环性能，而且在乏氧条件下具有生物还原性，有望作为新一代载体以将药物递送到实体肿瘤内部和增强其抗肿瘤疗效。

Longshuai Zhang. et al. Hypoxia-Triggered Bioreduction of Poly(N‑oxide−Drug Conjugates Enhances Tumor Penetration and Antitumor Efficacy. Journal of the American Chemical Society. 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c10188

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10188

6. JACS：抗水解的酯基连接剂用于构建活性基近红外生物发光探针

具有近红外生物发光性能的活性传感(ABS)探针因其高灵敏度和深层组织相容性而发展成为研究癌症生物标志物的重要化学工具。然而，由于近红外底物 (如BL660(近红外荧光素模拟物))往往不具有合适的连接位点以安装ABS触发器，因此这类探针在目前仍然缺乏。利用标准的自毁型苄基连接剂掩盖羧酸部分会因酯水解而导致显著的背景信号产生。有鉴于此，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Jefferson Chan合理设计了一种具有异丙基屏蔽臂的新型抗水解酯基连接剂以解决这一难题。

本文要点：

1）与母体相比，该新型设计的连接剂对自发水解和酯酶介导的水解的抗性分别提高了140.5倍和67.8倍。当与一组具有酯水解活性的酶孵育时，该探针的酯部分的裂解程度也最低。研究者也通过一系列体外活细胞实验对其水解抗性进行了证明。

2）随后，研究者也进一步开发了首个用于硝酸还原酶(NTR)活性成像的近红外生物发光探针，并将其应用于对乏氧的肺癌细胞和非小细胞肺癌小鼠模型中的NTR表达升高进行可视化，以证明该技术的实用性。鉴于NTR与肿瘤乏氧有关，而肿瘤乏氧又与耐药性和侵袭性癌症表型有关，因此在深层组织环境中监测这一关键生物标志物活性也具有重要的应用价值。

Anuj K Yadav. et al. Hydrolysis-Resistant Ester-Based Linkers for Development of Activity-Based NIR Bioluminescence Probes. Journal of the American Chemical Society. 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c12984

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c12984

7. JACS：具有可调谐六齿配体的分子开关钴氧化还原穿梭体

染料敏化太阳能电池（DSSC）仍然是一种很有前途的可再生发电技术，可以以最低的成本生产，并具有很大的可调谐性。近日，来自密歇根州立大学化学系的Thomas W. Hamann等人合成了强场六齿配体，并与钴金属中心配位，形成了三个新的低自旋到低自旋Co(III/II)氧化还原偶。

本文要点：

1) 配体骨架由二甲胺基修饰，使得Co(III/II)氧化还原偶的氧化还原电位相对于Fc^+/0从−200转变至−430 mV，尽管配体是六齿的，但氧化还原偶却经历了从Co(II)到Co(III)的可逆分子开关重排；

2) 此外，与0.27 M^–1 s^–1时的高自旋到低自旋氧化还原偶[Co(bpy)₃]^3+/2+相比，配合物表现出2.2–4.2 M^–1 s^–1的适度较快的电子自交换速率常数，这主要是归因于自旋状态的变化在某种程度上被这种配位切换行为抵消。在具有近红外AP25+D35染料系统的染料敏化太阳能电池中，该络合物用作氧化还原穿梭物，并表现出比[Co(bpy)₃]^3+/2+氧化还原穿梭体（19.8 vs 18.0mA/cm²）更高的光电流。

Thomas W.H., et al. Molecular Switch Cobalt Redox Shuttle with a Tunable Hexadentate Ligand. J. Am. Chem. Soc. (2023).

DOI: 10.1021/jacs.2c12017

https://doi.org/10.1021/jacs.2c12017

8. EES: 过氧化物介导的太阳能催化生物质多糖在高熵硫化物上的选择性转化

作为丰富的可再生碳资源，生物质转化是替代化石燃料的理想选择，特别是在使用清洁和可持续的太阳能时。然而，由于高分子量生物质转化需要苛刻的反应条件，并且生物质转化产物产率低，选择性有限，有鉴于此，急需开发高效催化剂。近日，三峡大学叶立群、Huang Yingping、墨尔本皇家理工大学Ma Tianyi利用过氧化物介导的太阳能催化实现生物质多糖在高熵硫化物上的选择性转化。

本文要点：

1)在温和反应条件、环境温度和大气压下，作者在新型高熵硫化物（CdZnCuCoFe）S_x上，利用过氧化物氧化剂对生物质多糖进行高效和选择性的光催化转化。并且在1.73 mmol g^-1 h^-1下的一氧化碳（CO）选择性高达99.1%。此外，在溶液中还有机酸（甲酸和乙酸）作为副产物生成。

2)（CdZnCuCoFe）S_x的合适电子环境使其具有优异的光吸收能力，并且多元素的存在实现了有效的电子转移，这两者充分发挥了其表面催化活性，并进一步促进了光催化过程中CO的生成。该工作为生物质选择性转化为CO提供了一个新的反应路线，有助于解决迫在眉睫的能源短缺问题。

Xu Yixue, et al. Peroxides-Mediated Selective Conversion of Biomass Polysaccharides over High Entropy Sulfides via Solar Energy Catalysis. EES 2023

DOI: 10.1039/D2EE03357G

https://doi.org/10.1039/D2EE03357G

9. Angew：电化学界面聚合制备超薄COF膜用于盐水淡化

超薄共价有机骨架膜(COF)是分子/离子分离的迫切需求。近日，天津大学姜忠义教授，Fusheng Pan报道了一种电化学界面聚合策略，通过主动调控自愈合效应和自抑制效应制备厚度为85 nm的超薄COF膜。

本文要点：

1）制备的COF膜具有较好的海水淡化性能，渗透通量为92 kg m-2 h-1，去除率为99.96%。

2）电化学界面聚合策略丰富了COF膜的制备方法，有利于超薄膜的合理设计。

Meidi Wang, et al, Electrochemical interfacial polymerization toward ultrathin COF membranes for brine desalination, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202219084

DOI: 10.1002/anie.202219084

https://doi.org/10.1002/anie.202219084

10. AM：N-甲基咪唑分子作为高可逆锌金属阳极的自发质子泵实现的动态界面pH缓冲效应

水基锌金属电池因其高安全性和低成本的突出优点而受到广泛关注。然而，锌在含水电解质中固有的热力学不稳定性不可避免地导致氢析出，并且随后在界面处产生的OH^-将显著加剧死锌和枝晶的形成。广东工业大学Cheng Chao Li等提出了通过N-甲基咪唑(NMI)添加剂实现的动态界面pH缓冲策略，以实时去除锌/电解质界面上的有害OH^-，从而从根本上消除副产物的积累。

本文要点：

1）电化学石英晶体微天平和分子动力学模拟结果揭示了NMI和质子化NMI (NMIH⁺)组装的界面吸附层的存在，起到离子泵的作用，不断向界面补充质子。此外，作者发展了一种基于超微电极技术的具有微米级空间分辨率的原位界面pH检测方法，以探测扩散层中的pH演化，确定含NMI电解质中稳定的界面化学环境。因此，在NMI的存在下，锌电极实现了4.2 Ah·cm^-2的优异累积镀容量和99.74%的超高库仑效率。

2）同时，NMI/NMIH⁺缓冲添加剂可以加速MnO₂/Mn²⁺在正极上的溶解/沉积过程，从而提高循环容量。

Zhang, M., et al, Dynamically interfacial pH-buffering effect enabled by N-methylimidazole molecules as spontaneous proton pumps toward highly reversible zinc metal anodes. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2208630.

DOI: 10.1002/adma.202208630

https://doi.org/10.1002/adma.202208630

11. AEM：弱溶剂化效应为含水锌钠混合电池产生可靠的界面化学

对水环境中锌阳极和电解液界面化学的研究不足，限制了水基锌电池的应用潜力。

南方科技大学Hongfei Li和Xinming Li等通过设计具有弱溶剂化效应的水性电解质来操纵金属离子(Zn²⁺/Na⁺)的溶剂化结构，构建了具有高离子传导性能的耐用的阴离子衍生的固体电解质界面(SEI)。

本文要点：

1）所构建的SEI显著抑制了锌阳极表面上枝晶的形成和不良反应的发生，赋予锌金属阳极高的沉积/剥离可逆性和超过5000 h的超长寿命，具有超过2.5 Ah cm^-2的优异累积容量。重要的是，作者详细阐明了通过弱溶剂化效应促进阴离子和金属离子(Zn²⁺/Na⁺)之间的配位而实现的SEI的形成机理，以及阴离子衍生的富含无机物的SEI的组成分布。

2）此外，得益于精心设计的SEI和调控的电解质环境的协同作用，Zn//普鲁士蓝类似物(PBA)全电池可以在2.1 V的高压平台下工作，并在5000次循环后保持99.3%的容量。

Yang, Y., et al., Weakly Solvating Effect Spawning Reliable Interfacial Chemistry for Aqueous Zn/Na Hybrid Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2203729.

DOI: 10.1002/aenm.202203729

https://doi.org/10.1002/aenm.202203729

12. AEM：通过富含磺酸盐的离子交换层调节阳极-电解质界面的离子传输用于耐用锌碘电池

可充水锌碘电池被认为是一种很有前途的新型储能系统，但阳极腐蚀和枝晶生长严重阻碍了其应用前景。鲁汶大学Feili Lai和郑州大学Jiajia Huang等详细揭示了聚碘的腐蚀机理，显示它能自发地与锌发生反应，导致电池迅速失效。

本文要点：

1）为了解决这个问题，富磺酸根离子交换层(SC-PSS)被特意构建来调节多碘化合物和Zn²⁺在锌/电解质界面的传输和反应化学。所得ZIB可以正常工作超过6000次循环，具有高容量保持率(90.2%)和可逆性(99.89%)。理论计算和实验表征表明，SC-PPS层通过静电排斥阻止多碘化物渗透，同时促进Zn(H₂O)₆²⁺的去溶剂化并通过化学吸附限制Zn²⁺的不期望的2D扩散。

2）该工作不仅系统地分析了多碘化合物对锌阳极的不利影响，而且为开发长寿命、低成本、本质安全的水基锌碘电池提供了一个可操作性强的解决方案。

Zhang, L., et al, Tuning Ion Transport at the Anode-Electrolyte Interface via a Sulfonate-Rich Ion-Exchange Layer for Durable Zinc-Iodine Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2203790.

DOI: 10.1002/aenm.202203790

https://doi.org/10.1002/aenm.202203790