1. Nature Materials：双极性电荷转移石墨烯等离子体腔范德华材料中的等离子体极性子有望用于各种光子学应用，等离子体腔和纳米级电路中高载流子密度空间图案的确定性印记可以实现先进的非线性纳米光电，和强光-物质相互作用平台。鉴于此，来自哥伦比亚大学物理系的D. N. Basov等人开发了一种氧化激活的电荷转移策略，以编程双极低损耗石墨烯等离子体结构。1) 该研究通过使用过渡金属二硫族化合物覆盖石墨烯，然后将过渡金属二硅族化合物氧化为过渡金属氧化物，成功激活了过渡金属氧化物和石墨烯之间不同功函数的电荷转移，且纳米红外成像揭示了过渡金属氧化物/石墨烯界面处的双极低损耗等离子体激元；2) 此外，通过插入介电范德华间隔物，研究可以精确控制由氧化激活的电荷转移引起的电子和空穴密度，并实现具有接近本征质量因子的等离子体，且使用这种策略，研究以纳米级精度压印具有横向突变掺杂轮廓的等离子体腔，并构建了基于封装在过渡金属氧化物中的悬浮石墨烯的等离子体回音壁谐振器。
Kim, B.S.Y., Sternbach, A.J., Choi, M.S. et al. Ambipolar charge-transfer graphene plasmonic cavities. Nat. Mater. (2023).10.1038/s41563-023-01520-5https://doi.org/10.1038/s41563-023-01520-5
2. JACS：胶体 ALD 生长的金属氧化物壳使光活性配体/纳米晶体复合材料的合成成为可能
胶体纳米晶体(NC)是适用于从催化和光电子学到生物成像等各种应用和设备的理想材料。有机发色团通常与NC作为光活性配体结合，以扩展NC的功能或实现最佳的器件性能。引入这些发色团的最常见方法涉及配体交换程序。尽管它们无处不在，但配体交换受到一些限制，包括可逆结合、结合位点的访问受限以及样品纯化的需要，这可能导致胶体稳定性丧失。近日，洛桑联邦理工学院Raffaella Buonsanti通过生长氧化铝壳将光活性PAH分子嵌入各种纳米晶核上，通过cALD合成了配体/NC复合材料。1）c-ALD将这些功能性配体固定在适当位置，并允许组装混合金属氧化物壳，这些壳能够将能量从NC核心汇集到复合材料的表面。2）该方案可以扩展到其他金属氧化物，并且可以使用具有不同结合头基团的各种配体来促进能量转移。3）研究人员认为c-ALD可用于在NC核周围的混合壳中引入多种功能性配体的方案，以创建各种功能性复合材料。因此，c-ALD成为一种组装胶体稳定的复杂混合结构的方法，可以在非相干光子转换和光催化等领域找到实际应用。
Philippe B. Green, et al, Colloidal-ALD-Grown Metal Oxide Shells Enable the Synthesis of Photoactive Ligand/Nanocrystal Composite Materials, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c01439https://doi.org/10.1021/jacs.3c01439
3. JACS：将水纳米管限制在 Cu10O13 基金属有机框架中用于丙烯/丙烷分离具有创纪录的高选择性
化工行业对丙烯(C3H6)/丙烷(C3H8)的节能分离有很高的需求。然而，由于这些气体分子大小的细微差别，这一过程具有挑战性。在这里，南京工业大学Jingui Duan，Junfeng Bai报道了一种专门限制在基于Cu10O13的金属有机框架(MOF)中的连续水纳米管，它可以在所有多孔材料中以1570（在1 bar和298 K下）的创纪录高选择性吸附C3H6而不是C3H8。1）如此高的选择性源于C3H6吸附而非C3H8引起的受限水纳米管(~4.5Å)的初始膨胀和随后收缩的新机制。2）动态突破测量进一步证实了这种独特的响应，其中一个吸附/解吸循环产生二元混合物的每个组分高纯度（C3H6：98.8%；C3H8：>99.5%）和良好的C3H6生产率（1.6 mL mL−1）。3）此外，得益于框架的高稳健性，水纳米管可以通过将MOF浸泡在水中轻松回收，确保长期使用。分子洞察表明，限制策略为扩展MOF的功能开辟了一条新途径，特别是对于具有挑战性的混合物的唯一识别。
Qiubing Dong, et al, Confining Water Nanotubes in a Cu10O13-Based Metal−Organic Framework for Propylene/Propane Separation with Record-High Selectivity, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c00515https://doi.org/10.1021/jacs.3c00515
4. JACS：给电子体铁催化剂助力低温氨合成
Haber-Bosch工艺生产的氨为超过 50 亿人提供食物；然而，目前要求在不使用化石燃料的情况下生产，以将全球二氧化碳排放量减少3%或更多。设计用于在100-150 °C 以下合成氨的多相催化剂是必不可少的，以最大限度地减少过程的能量消耗。近日，东京工业大学Michikazu Hara发现，金属铁颗粒可以在100°C下与BaH2结合催化H2和N2合成氨。1）与以其他过渡金属为反应位点的多相催化剂相比，铁催化剂表现出更高的TOF。这可归因于金属铁表面在<100 °C的低温下将H吸附原子解吸为H2分子的固有性质。2）许多用于合成氨的过渡金属，如Ru、Co和Ni，与H吸附原子的结合比铁更紧密，这些H吸附原子可在>150−200 °C的宽温度范围内引起这些过渡金属的氢中毒。因此，铁被认为是一种特殊的过渡金属，可以防止氢中毒。在BaH2存在下向金属铁颗粒提供强电子也对铁催化剂上的低温氨形成有显着贡献，这表明碱金属氢化物可以提高铁的催化性能。因此，100多年前Mittasch首次发现可在高温下催化氨形成的铁，也可能对低温氨合成有效。
Masashi Hattori, et al, Low-Temperature Ammonia Synthesis on Iron Catalyst with an Electron Donor, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13015https://doi.org/10.1021/jacs.2c13015
5. JACS：二氧化硅负载的有机金属 IrI 配合物可实现高效的催化甲烷硼化
催化C−H硼酸化是一种很有吸引力的方法，可将最丰富的碳氢化合物甲烷(CH4)转化为温和的亲核结构单元。然而，现有的CH4硼酸化催化剂通常存在周转数和转化率较低的问题，据推测这是由不活泼的金属氢化物团聚造成的。在此，阿贡国家实验室Massimiliano Delferro，David M. Kaphan，宾夕法尼亚大学Daniel J. Mindiola报道了双膦分子预催化剂[(dmpe)Ir(cod)CH3]在无定形二氧化硅上的异质化显著提高了其性能，产生的催化剂比当前CH4硼化标准的效率高12倍。1）该催化剂在150°C下可在16小时内提供超过2000次转换，单硼化与二硼化的选择性为91.5%。更高的催化剂负载量提高了单硼化产物(H3CBpin)的产率和选择性，产率为82.8%，选择性超过99%，转化率为1255。2）X射线吸收和动态核极化增强固态NMR光谱研究将负载的预催化剂确定为IrI物种，并表明在催化完成后，不会形成多核Ir多氢化物。这与将有机金属Ir物种固定在表面上会阻止双分子分解途径的假设是一致的。将均匀的IrI片段固定到无定形二氧化硅上代表了一种独特而简单的策略，可以提高CH4硼化催化剂的TON和寿命。
Orion Staples, et al, Silica Supported Organometallic IrI Complexes Enable Efficient Catalytic Methane Borylation, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13612https://doi.org/10.1021/jacs.2c13612
6. JACS: 用于室温CO2加氢制甲醇的hcp-PdMo金属间化合物催化剂
CO2加氢制甲醇是极具潜力的CO2利用途径之一。然而，低温下的CO2活化、催化剂稳定性、催化剂制备和产物分离等方面的困难阻碍了室温条件下CO2加氢工艺的发展。近日，东京工业大学Hideo Hosono、Masaaki Kitano报道了用于室温CO2加氢制甲醇的hcp-PdMo金属间化合物催化剂。1) 作者报道了一种用于低温CO2加氢的PdMo金属间催化剂，该催化剂可以通过氧化物前体的简单氨解合成，并且在空气和反应气氛中具有优异的稳定性，以及与Pd催化剂相比具有显著提高的CO2加氢制甲醇和CO的催化活性。2) 作者发现，该催化剂在0.9 MPa和25°C条件下的甲醇合成周转频率为0.15 h–1，这与最先进的多相催化剂在更高压力条件下（4–5 MPa）的周转频率相当。该工作不仅可用于低温甲醇合成和CO2转化反应的催化剂设计，还可用于钯催化的其他反应。
Hironobu Sugiyama, et al. Room-Temperature CO2 Hydrogenation to Methanol over Air-Stable hcp-PdMo Intermetallic Catalyst. JACS 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13801https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13801
7. JACS: 用于增强析氧反应的高密度钴单原子催化剂
由于具有低配位和不饱和活性中心，单原子催化剂具有独特的催化特性。然而，SAC的性能受到低SAC负载、较差的金属-载体相互作用和不稳定性能的限制。近日，卡尔加里大学Pawan Kumar、Jinguang Hu、Md Golam Kibria报道了用于增强析氧反应的高密度钴单原子催化剂。1) 作者报道了一种大分子辅助的SAC合成方法，该方法能够在富含吡啶N的石墨烯网络中合成高密度的Co单原子催化剂（10.6wt%的Co-SAC）。作者利用高度多孔的碳网络结构，使Co-SAC具有修饰的共轭和邻近的Co位点，从而可以显著增强在1M KOH中的电催化析氧反应（OER）活性。2) 该催化剂的η10为351 mV，并且1.65 V时的质量活性为2209 mA mgCo–1，以及稳定性超过300小时。此外，作者通过X射线吸收近边缘结构表征发现，形成的缺电子Co-O配位中间体可以加速OER动力学。作者利用密度泛函理论（DFT）计算发现，电子可以更加容易地从钴转移到氧物种，从而加速OER。
Pawan Kumar, et al. High-Density Cobalt Single-Atom Catalysts for Enhanced Oxygen Evolution Reaction. JACS 2023DOI: 10.1021/jacs.3c00537https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00537
8. Angew：具有超稳定长寿命室温磷光的坚韧、可再加工和可回收动态共价聚合物
室温磷光(RTP)聚合物在光激发后可以长时间发光，在实际应用中具有重要意义。在此基础上，南京大学Cheng-Hui Li将具有B-N配位的动态共价硼酸酯键引入到商业环氧树脂基质中。1）B-N键在负载时的可逆解离为环氧网提供了有效的能量耗散途径，而刚性的环氧基则抑制了三重态激子在硼酸酯中的猝灭。2）所得聚合物具有较高的机械韧性(12.26 mJ·m-3)、超长RTP(τ=540.4 ms)和形状记忆行为。值得注意的是，由于网络的健壮，在各种溶剂中长时间浸泡后，RTP性能没有明显下降。此外，动态成键使聚合物具有优异的再加工性和可回收性。3）基于这些新的性质，研究人员展示了它们在信息加密和防伪方面的潜在应用。
Zi-Han Zhao, et al, Tough, Reprocessable and Recyclable Dynamic Covalent Polymers with Ultrastable Long-Lived Room-Temperature Phosphorescence, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301993DOI: 10.1002/anie.202301993https://doi.org/10.1002/anie.202301993
9. Nano Letters：氢通过尺寸相关的对称破缺促进铂金字塔形纳米晶体的生长
聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)已显示出作为工业部门电源的优势，在重型和海军工业中具有巨大潜力。然而，要使聚合物电解质膜燃料电池成为一种可行的替代能源，还需要重大的技术突破。近日，意大利理工学院Mauro Moglianetti，热那亚大学Riccardo Ferrando采用合成/表征实验和密度泛函理论计算相结合的方法，研究了锥形铂纳米晶的生长过程。1）结果表明，金字塔形状的生长是由于一种特殊类型的对称性破缺，这种对称性破缺是由氢在生长的纳米晶体上的吸附引起的。2）具体地说，金字塔形状的生长是由于氢原子在{100}面上的吸附能与尺寸有关，只有当氢原子足够大时，它的生长才会受到阻碍。3）在还原过程不涉及氢的实验中，没有金字塔纳米晶，进一步证实了氢吸附的关键作用。
Diana Nelli, et al, Hydrogen Promotes the Growth of Platinum Pyramidal Nanocrystals by Size-Dependent Symmetry Breaking, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04982https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04982
10. Nano Letters：石墨烯空心球和多壁纳米管的合成及其在水净化和拉曼传感中的应用
控制石墨炔(GDY)的结构对于发现新的性质和开发新的应用是至关重要的。近日，中国检验检疫研究院Guangcheng Xi首次报道了GDY中空球(HSS)和由超薄纳米片组成的多壁纳米管的微乳液合成。1）水包油(O/W)微乳液的形成是控制GDY生长的关键因素。2）由于避免了纳米片之间的重叠，这些GDY HSS具有完全裸露的表面，从而显示出1246 m2 g−1的超高比表面积，并在水净化和拉曼传感领域具有潜在的应用。
Lu Zhang, et al, Synthesis of Graphdiyne Hollow Spheres and Multiwalled Nanotubes and Applications in Water Purification and Raman Sensing, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00416https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00416
11. ACS Nano：用于健康管理的智能穿戴过滤系统
开发智能可穿戴防护系统对人类健康工程具有重要意义。理想的智能空气过滤系统应具有可靠的过滤效率、低的压降、医疗监护功能和人机交互能力(Man−Machine Interactive)。然而，现有的智能保护系统没有涵盖所有这些基本方面。在这里，香港城市大学Jinlian Hu利用先进的纳米技术和机器学习技术开发了一种智能可穿戴过滤系统(IWFS)。1）基于摩擦电学原理，制备的IWFS具有持久的高颗粒过滤效率和100%的细菌保护效率，低压降为5.8 mmH2O。2）相应地，优化后的IWFS(87 NC)的电荷积累增加到原始纳米网格的3.5倍，显著提高了粒子的过滤效率。3）通过分子动力学模拟、能带理论和开尔文探针力显微镜定量研究了修饰后纳米网格的β相增强和低表面电势等理论原理。此外，还通过机器学习和无线传输技术赋予了综合工作人员健康监护功能和MAN−机器交互能力。4）研究人员对人的呼吸、咳嗽、说话等关键生理信号进行了检测和分类，识别率高达92%；制作的IWF可以实时采集医疗数据，并通过便携式电子设备无障碍地传输语音命令。所实现的IWFS不仅对人类健康管理具有现实意义，而且对先进的可穿戴系统也具有重要的理论价值。
Shuo Shi, et al, An Intelligent Wearable Filtration System for Health Management, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c02099https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02099
12. ACS Nano：仿生温和光热效应增强型多功能纤维支架促进骨再生
骨折常常伴随着骨愈合不良和高感染率。早期募集间充质干细胞(MSCs)是启动有效骨修复的关键，温和的热刺激可以加速慢性病的恢复。近日，北京化工大学Jiajia Xue，北京大学Jin Cheng，哈佛医学院Wei Tao将一种仿生，阶段性光热效应增强的多功能支架被制作出来用于骨修复。1）研究人员将电纺聚己内酯纳米纤维单轴取向掺杂到黑磷纳米片(BP NSS)中，使其具有优异的近红外(NIR)响应能力。然后将Apt19S装饰在支架的表面，选择性地向损伤部位招募MSCs。随后，载抗菌药物的相变材料微粒也沉积在支架表面，可以在39℃以上发生固-液相转变，触发有效载荷的释放，以消除细菌和防止感染。2）在近红外光照射下，光热诱导热休克蛋白表达上调，促进BP-NSS生物降解，可促进MSCs的成骨分化和生物矿化。这一策略显示了在体内外光热效应的辅助下清除细菌、MSCs募集和促进骨再生的能力，强调了一种生物灵感支架的设计及其在骨组织工程中的温和光热效应的潜力。
Xiaodi Zhang, et al, Bioinspired Mild Photothermal Effect-Reinforced Multifunctional Fiber Scaffolds Promote Bone Regeneration, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c11486https://doi.org/10.1021/acsnano.2c11486
