1. Science Advances：人工共生体光催化CO2和N2合成肽
发展突破自然合成局限的人工共生体（artificial symbiont）能够为农业、医疗、环境等领域带来创新变革。有鉴于此，中科院化学所王树、白昊天等报道设计了一种太阳能驱动的多有机共生体，使用集胞藻（Synechocystis sp.）进行CO2转化，通过光合细菌(Rhodopseudomonas palustris)固氮，生物多肽合成模块Bacillus licheniformis，导电的芴-苯基共聚物转移电子。通过模块化的设计方式实现光催化将CO2和N2合成γ-聚谷氨酸。1）由于人工构筑直接的底物转移和电子转移路径，因此细胞内的ATP和NADPH分别增强了69 %和30 %，生成γ-聚谷氨酸提高104 %。这种人工体系能够用于合成市售抗体bacitracin A。2）本文研究结果改善了CO2和N2合成多肽的选择性和产率，而且有助于发展新型光合成体系。
Wen Yu, et al, Solar-powered multi-organism symbiont mimic system for beyond natural synthesis of polypeptides from CO2 and N2, Science Advance 2023, 9 (11),DOI: 10.1126/sciadv.adf6772https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf6772
2. JACS：利用同型膜增强对BBB的穿越和对胶质母细胞瘤的靶向以用于精准手术切除和光热治疗
如何穿越血脑屏障(BBB)是恶性胶质瘤(GBM)治疗面临的一项关键难题。同型靶向是实现BBB穿越的有效策略之一。南京师范大学戴志晖教授、王兆寅副教授和南京医科大学尤永平教授利用GBM患者源性的肿瘤细胞膜（GBM-PDTCM）包裹金纳米棒(AuNRs)，构建了GBM-PDTCM@AuNRs纳米平台。1）基于GBM-PDTCM与脑细胞膜的高度同源性，GBM-PDTCM@AuNRs可实现高效的BBB穿越和选择性的GBM靶向。同时，由于功能化修饰了拉曼报告器和亲脂性荧光团，因此GBM-PDTCM@AuNRs能够在GBM病灶处产生荧光和拉曼信号。在双重信号的指导下，实验可在15 min内对几乎所有肿瘤进行精确地手术切除，进而极大地改善对晚期GBM的手术治疗。2）在原位异种移植小鼠肿瘤模型中，研究者通过静脉注射GBM-PDTCM@AuNRs的方式进行了肿瘤光热治疗。该治疗能够使小鼠的中位生存时间增加一倍，有效改善对早期GBM的非手术治疗效果。综上所述，得益于同型膜增强的BBB穿越和GBM靶向，GBM-PDTCM@AuNRs能够以不同的方式治疗全期GBM，从而为脑肿瘤的治疗提供了新的思路。
Hang Zhang. et al. Homotypic Membrane-Enhanced Blood−Brain Barrier Crossing and Glioblastoma Targeting for Precise Surgical Resection and Photothermal Therapy. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13701https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13701
3. AM: 基于可解释机器学习的深紫外非线性光学材料的目标驱动设计
数据驱动科学的发展正在极大地改变材料的发现过程。特别是探索具有对深紫外（UV）区域的双折射相位非线性光学（NLO）材料对激光技术领域具有至关重要的意义。近日，中国科学院大学Yang Zhihua报道了基于可解释机器学习的深紫外非线性光学材料的目标驱动设计。1) 作者提出了一种结合高通量计算（HTC）、晶体结构预测和可解释机器学习（ML）的目标驱动材料设计框架，以加速深紫外NLO材料的发现。作者利用HTC生成的数据集，开发了用于预测双折射的ML回归模型，该模型可以实现快速准确的材料预测。从本质上讲，晶体结构被用作模型的唯一已知输入，并建立映射双折射的紧密结构-性质关系。2) 通过ML预测的最短相位匹配波长的双折射数据，作者基于有效筛选策略确定了潜在化学成分的完整列表。此外，作者发现了八种稳定结构，由于它们具有良好的NLO相关特性，因此在深紫外区域极具应用前景。作者设计的框架可以以低计算成本在广阔的化学空间中识别出所需的高性能材料。
Mengfan Wu, et al. Target-Driven Design of Deep-Ultraviolet Nonlinear Optical Materials via Interpretable Machine Learning. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202300848https://doi.org/10.1002/adma.202300848
4. AM: 挥发性固体添加剂在高效PM6:Y6系列非富勒烯太阳能电池中的作用
有机非富勒烯太阳能电池（ONSC）已经取得了巨大进展，然而，相对于经典的富勒烯基器件，ONSC的形态优化仍极具挑战性。近日，苏州大学袁建宇报道了挥发性固体添加剂在高效PM6:Y6系列非富勒烯太阳能电池中的作用。1) 作者报道了一种新型挥发性固体添加剂（VSA），2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（2-HM），其可实现高效的ONSC。而2-HM作为常见的PM6:Y6系列非富勒烯共混物的通用形态导向剂，即PM6:Y6、PM6:BTP-eC9、PM6:L8-BO，其在二元ONSC中具有18.85%的能量转换效率。2) 作者采用了一组原位和非原位表征，首先说明了VSA辅助分子-聚集体结构域转变的动力学过程，并解开了2-HM在单个供体PM6和受体Y6系统中的作用，并进一步揭示了2-HM改变PM6:Y6本体异质结共混物以增强光伏性能的功能。该研究不仅为新兴的挥发性固体添加剂带来了深刻的见解，也可以进一步改善ONSC的分子有序性、薄膜微观结构。
Yang Xue, et al. Intrinsic Role of Volatile Solid Additive in High-Efficiency PM6:Y6 Series Nonfullerene Solar Cells. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202301604https://doi.org/10.1002/adma.202301604
5. AM综述：基于过渡金属的炎症疾病治疗策略
新加坡国立大学陈小元教授和Qing You对基于过渡金属的炎症疾病治疗策略相关研究进行了综述。1）炎症性疾病(IDs)是一个总称，其涵盖了以慢性炎症为主要发病表现的所有疾病。传统的治疗IDs的方法以抗炎和免疫抑制药物为主，其具有能够短期缓解症状的姑息作用。纳米药物有望能够解决IDs的潜在原因并防止其复发，因此在治疗IDs方面具有巨大的潜力。在众多的纳米材料体系中，基于过渡金属的智能纳米系统(TMSNs)因具有独特的电子结构、较大的比表面积体积比(S/V比)、较高的光热转换效率、X射线吸收能力以及多种催化酶活性而在IDs治疗方面表现出了显著的优势。2）作者在文中总结了TMSNs治疗多种IDs的基本原理、设计原则和治疗机制。在经过合理设计后，TMSNs不仅可以清除危险信号（如活性氧和氮(RONS)和细胞游离DNA (cfDNA)），还能够阻断启动炎症反应的机制。此外，TMSNs也可以作为纳米载体已被进一步用于递送抗炎药物。最后，作者讨论了TMSNs所面临的挑战，并重点强调了基于TMSNs的IDs治疗策略的临床应用前景。
Yilin Song. et al. Transition Metal-based Therapies for Inflammatory Diseases. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202212102https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202212102
6. AM: 圆偏振光响应材料的设计策略和应用
圆偏振光（CPL）的光学矢量末端沿圆周轨迹传播，并表现出左旋和右旋特性，以及通过复杂的CPL与物质的相互作用将手性信息传递给材料。近日，山东大学邢鹏遥对圆偏振光响应材料的设计策略和应用进行了综述研究。1) 具有圆二向色性的材料通过差分输出选择性响应CPL照明，可用于设计新型光电探测器。CPL下的外消旋或非手性化合物通过光分解、光溶解和不对称合成途径产生对映体偏差和光学活性。通过这种策略，可以直接合成螺旋聚合物和手性无机等离子体纳米结构，并且它们的分子内折叠和随后的自组装也是光模块化的。2) 在自组装和液晶相的聚集状态下，动态分子堆积的螺旋对CPL带来的对映体偏压敏感，使手性扩增能够达到超分子规模。作者系统总结和讨论CPL响应材料的应用指导设计策略。并在过去几十年的发展基础上，重点介绍了小型有机化合物、聚合物、无机纳米颗粒、超分子组装体和液晶的不对称合成、分辨率和性质调节。此外，还介绍了光物质相互作用的应用，包括CPL检测和生物医学应用。
Yiping Liu, et al. Circularly Polarized Light Responsive Materials: Design Strategies and Applications. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202300968https://doi.org/10.1002/adma.202300968
7. AEM: 用于室温储氢的单原子铂非晶态缺陷富勒烯
寻找能够在室温下以分子或原子形式储存氢气的储氢材料对氢经济的发展至关重要。近日，韩国科学技术院Jeung Ku Kang、Yong-Hoon Kim报道了用于室温储氢的单原子铂非晶态缺陷富勒烯。1) 与晶体C60相比，用单原子铂固定化的C60-x可获得高14倍的表面积，并且其微孔/中孔为快速氢传输提供了≈20倍的体积。实验证明，在室温下通过压力摆动在C60-x上溢出的储氢能够实现高的可逆重量（6.8wt%）和体积（64.9kg m-3）容量，这是迄今为止在室温下接近DOE目标的最高可逆容量。2) 此外，密度泛函理论计算表明，有效储氢的关键是存在为溢出保留弯曲的sp2型局部碳几何结构，该几何结构可以保留H自由基以实现氢的快速迁移。此外，H原子在C60-x完整区域上的扩散比在缺陷区域更快，并且在重复的氢气吸附/解吸循环中实现了优异的容量保持。
Heebin Lee, et al. Amorphized Defective Fullerene with a Single-Atom Platinum for Room-Temperature Hydrogen Storage. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202300041https://doi.org/10.1002/aenm.202300041
8. AEM: 揭示水性钠离子电池中Na+和H+在Na0.44MnO2中的竞争嵌入
水性可充电钠离子电池由于其固有的安全性和充足的钠储备，使其在大规模储能应用中备受关注。近日，中国科学技术大学Hou Zhiguo揭示了水性钠离子电池中Na+和H+在Na0.44MnO2中的竞争嵌入。1) 虽然隧道型Na0.44MnO2阴极具有低成本和高理论容量（120mAh g−1）的特点，但Na0.44MnO2在水性电解质中很难获得高于45mAh g−1的容量。这种发现，H+和Na+之间存在竞争性插入反应，Na+的扩散能垒随着Na0.44MnO2中Na含量的增加而增加，但质子的情况正好相反。2) 通过降低Na+的扩散能垒和增加质子的扩散能势垒，作者首次在水性电解质中使Na0.44MnO2 具有高达101 mAh g−1的可逆容量。其与醌阳极相结合，全电池具有60 Wh kg−1的高能量密度，并在1 C的速率下经过1200次循环后仍保持85%的容量。
Xueqian Zhang, et al. Revealing the Competitive Intercalation between Na+ and H+ into Na0.44MnO2 in Aqueous Sodium Ion Batteries. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202204413https://doi.org/10.1002/aenm.202204413
9. AEM: 电荷分离增强Cu2ZnSn(S,Se)4光电阴极中的光电流密度，从而实现高效的太阳能制氢
Cu2ZnSn(S,Se)4（CZTSSe）具有可调的带隙和优异的吸收系数，是一种极具潜力的光吸收半导体，其可用于光伏电池和光电化学（PEC）水分解装置中的太阳能转换。然而，严重的电荷载流子复合和缓慢的电荷分离效率是阻碍器件性能增强的主要问题。近日，深圳大学Chen Shuo利用电荷分离增强Cu2ZnSn(S,Se)4光电阴极中的光电流密度，从而实现高效的太阳能制氢。1) 作者通过溶液处理旋涂和热处理硒化两步工艺，可以获得晶粒致密均匀的高质量CZTSSe薄膜。当使用适当的膜厚度时，体缺陷和表面/界面缺陷都被钝化，从而显著抑制了缺陷的辅助复合。2) 此外，CZTSSe/CdS异质结的良性能带排列有利于提高光生电荷的分离和转移效率。其可以实现40.40 mA cm−2的光电流密度，这接近其42.85 mA cm−2的理论值，这是迄今为止报道的基于红石光电阴极的最高值。具有半电池太阳能-氢气转换效率为6.47%的CZTSSe光电阴极极大促进了高效太阳能制氢应用的发展。
Guangxing Liang, et al. Charge Separation Enhancement Enables Record Photocurrent Density in Cu2ZnSn(S,Se)4 Photocathodes for Efficient Solar Hydrogen Production. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202300215https://doi.org/10.1002/aenm.202300215
10. ACS Nano：烷基胺限制厚度可调合成Co(OH)2-CoO纳米片用于OER
具有优异催化性能的过渡金属氢氧化物/氧化物纳米片的厚度调节代表了提高催化性能的有前途的策略，但实现精确控制仍然是一个巨大的挑战，特别是当涉及到超薄极限（几个原子层）时。在这项工作中，厦门大学黄小青教授，Leigang Li，Lingzheng Bu提出了一种简便的烷基胺限制生长策略，用于合成厚度可调的金属氢氧化物/氧化物纳米片。1）具体而言，通过使用不同的烷基胺合成厚度在 2-6 nm（5-13 个原子层）范围内的超薄氢氧化钴和氧化钴杂化物(Co(OH)2-CoO)纳米片 (Co-O NSs)碳链长度作为配体调节垂直配位能力。2）厚度为2 nm的 Co-O NSs (Co-O NSs-2 nm) 表现出优异的析氧反应 (OER) 性能，在 10 mA/cm2 时的过电势为 278 mV。包括氧空位在内的最大活性位点数量、最佳吸附强度和最高电导率被认为是促成 Co−O NSs-2 nm 优异 OER 性能的潜在因素。该工作对于精确调节和改进催化性能的过渡金属层状氢氧化物纳米片的厚度可调合成具有重要意义。
Chuansheng He, et al, Alkylamine-Confined Thickness-Tunable Synthesis of Co(OH)2-CoO Nanosheets toward Oxygen Evolution Catalysis, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c12735https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12735
