1. Science Advances：基于纳米粒子的超球二元混合物中结构色的机理
受鸟类物种结构色的启发，人们开发了各种合成策略，以使用纳米粒子组件产生非虹彩、饱和的颜色。粒子化学和大小不同的纳米粒子混合物具有影响产生的颜色的额外涌现特性。对于复杂的多组分系统，了解组装结构和强大的光学建模工具可以使科学家能够识别结构-颜色关系并制造具有定制颜色的设计师材料。在这里，特拉华大学Arthi Jayaraman，阿克伦大学Ali Dhinojwala演示了如何使用散射实验方法的计算逆向工程分析从小角度散射测量重建组装结构，并在有限差分时域计算中使用重建结构来预测颜色。
本文要点：
1）研究人员成功地定量预测了实验观察到的含有强吸收纳米颗粒的混合物中的颜色，并证明了单层分离纳米颗粒对产生的颜色的影响。
2）所提出的多功能计算方法可用于设计具有所需颜色的合成材料，而无需费力的反复试验。
Christian M. Heil, et al, Mechanism of structural colors in binary mixtures of nanoparticle-based supraballs, Sci. Adv. 9, eadf2859 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.adf2859
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf2859
2. Science Advances：延迟固态反应可实现高效稳定的全无机钙钛矿太阳能电池和模块
效率超过20%的全无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池(PSC)是应用于大型串联太阳能电池的理想选择。然而，仍然有两个主要障碍阻碍了它们的放大：（i）不均匀的固态合成过程和（ii）光活性CsPbI3黑相的稳定性较差。
在这里，华北电力大学Yong Ding，洛桑联邦理工学院Zhaofu Fei，Paul J. Dyson，Mohammad Khaja Nazeeruddin，中国科学院青岛生物能源与过程研究所Zhipeng Shao使用热稳定的离子液体双（三苯基膦）亚胺双（三氟甲基磺酰基）亚胺（[PPN][TFSI]）来延缓Cs4PbI6和DMAPbI3[二甲基铵(DMA)]之间的高温固相反应,可以在空气中制备高质量大面积的CsPbI3薄膜。
本文要点：
1）由于强Pb-O接触，[PPN][TFSI]增加了表面空位的形成能并防止了CsPbI3的不希望的相退化。
2）所得PSC的功率转换效率(PCE)为20.64%（经认证为19.69%），并具有超过1000小时的长期运行稳 定性。全无机钙钛矿太阳能电池组件的效率达到创纪录的16.89%，有效面积为28.17cm2。
Cheng Liu, et al, Retarding solid-state reactions enable efficient and stable all-inorganic perovskite solar cells and modules, Sci. Adv. 9, eadg0087 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.adg0087
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg0087
3. Science Advances：用于临床评估睡眠质量和睡眠呼吸暂停的家用无线睡眠监测贴片
尽管许多人都患有睡眠障碍，但大多数人未被确诊，从而导致健康受损。现有的多导睡眠监测方法不易获得；它对患者来说成本高、负担重，并且需要专门的设施和人员。在这里，佐治亚理工学院Woon-Hong Yeo报道了一种家用便携式系统，其中包括无线睡眠传感器和具有嵌入式机器学习功能的可穿戴电子设备。此外，还展示了它在评估睡眠质量和检测多名患者的睡眠呼吸暂停方面的应用。
本文要点：
1）与使用大量笨重传感器的传统系统不同，柔软、全集成的可穿戴平台可在用户喜欢的任何地方提供自然睡眠。在一项临床研究中，检测大脑、眼睛和肌肉信号的面部贴片显示出与多导睡眠图相当的性能。
2）研究人员将健康对照者与睡眠呼吸暂停患者进行比较时，可穿戴系统可以检测阻塞性睡眠呼吸暂停，准确率为 88.5%。此外，深度学习提供了自动睡眠评分，展示了便携性和护理点可用性。
家用可穿戴电子产品可以确保支持便携式睡眠监测和家庭保健的前景广阔。
Shinjae Kwon, et al, At-home wireless sleep monitoring patches for the clinical assessment of sleep quality and sleep apnea, Sci. Adv. 9, eadg9671 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.adg9671
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg9671
4. JACS：固体电解液界面相溶解现象对Li金属阳极循环的影响
当Li金属电极的库伦效率>95 %，大部分Li金属阳极的容量损失来自固体电解液界面的形成和生长。但是人们对固体电解液界面的形成和生长并不清楚。固体电解液界面相的一个重要影响是其电解液溶解性。有鉴于此，斯坦福大学崔屹等通过原位电化学微天平，系统的研究各种固体电解液界面相，并进行相互比较。
本文要点：
1）通过研究，在溶解性、钝化、循环性之间建立了相互关系，说明固体电解液界面相的溶解主要区别之处在于不同电池电解液的钝化和电化学性能。
2）通过微天平测试、XPS、NMR等结果，说明界面固体电解液的溶解性与界面相的组成和电解液成分都有关。研究结果有助于降低电池循环和老化过程中，界面相形成或生长导致的容量衰减。
Philaphon Sayavong, et al, Dissolution of the Solid Electrolyte Interphase and Its Effects on Lithium Metal Anode Cyclability, J. Am. Chem. Soc. 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c03195
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c03195
5. JACS：用于稀土元素选择性传输的具有可控取向的大规模金属-有机骨架纳米粒子单层
长期以来，人们一直在精确分离中追求由多孔纳米粒子组成的长程有序膜。然而，大多数制造方法都受制于有限的基板或缺乏对晶体取向的精确控制。在此，中国科学院理化技术研究所田野研究员通过受超亲液底物限制的界面自组装过程制备了具有受控方向的大规模金属有机骨架（MOF）单层膜。
本文要点：
1）反应物微滴的超扩散导致在不混溶的油下形成超薄液体层作为密闭反应器。伴随的 MOF (ZIF-8) 颗粒自发地组装成具有受控方向的单层，由颗粒在液/液界面的接触角决定，可以通过溶剂成分进行调节。其中气体吸附和离子传输测试都证明⟨111⟩定向膜表现出最小的传质阻力。
2）所制备的膜可以选择性地传输稀土元素 (REE)，并且实现了 14.3 的 La3+/K+ 选择性。分子动力学模拟表明，稀土元素的选择性与离子膜结合能的明显差异有关，证明了 ZIF-8 膜在从工业废物中高效回收稀土元素方面的潜力。
Ming Qiu, et al, Large-Scale Metal−Organic Framework Nanoparticle Monolayers with Controlled Orientation for Selective Transport of Rare-Earth Elements, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c02716
https://doi.org/10.1021/jacs.3c02716
6. JACS：阳离子与阴离子的共嵌入：多价电解质中石墨阴极低容量的根源
将阴离子嵌入石墨阴极的双离子电池代表了用于低成本和高功率储能的有前途的电池技术。然而，与锂离子电解质相比，地球丰富且廉价的多价电解质中石墨阴极的容量低得多的基本起源仍然难以捉摸。在此，中科院青岛能源所崔光磊研究员，Zheng Chen，Jingwen Zhao揭示了石墨正极在多价电解质中有限的阴离子存储能力，其根源在于多价阳离子与大尺寸阴离子络合物形式的阴离子的异常共嵌入。
本文要点：
1）这种阳离子共嵌入行为在石墨层间化合物的整个阶段演化过程中持续存在，并导致石墨通道内实际可行的容量贡献显着减少。进一步的系统研究表明，由于多价电解质中普遍存在强阳离子-阴离子缔合，阳离子共嵌入石墨的现象与界面阴离子去溶剂化的高能量损失密切相关。
2）研究人员证实了通过使用高介电常数和抗氧化助溶剂促进多价电解质中的离子解离可有效抑制多价阳离子共嵌入，从而实现石墨阴极容量的增加。例如，将己二腈作为共溶剂引入基于Mg2+的碳酸盐电解质中，可使Mg2+共嵌入减少83%，并使石墨正极的输送容量增加约29.5%。
Yuanyuan Yang, Cation Co-Intercalation with Anions: The Origin of Low Capacities of Graphite Cathodes in Multivalent Electrolytes, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c01555
https://doi.org/10.1021/jacs.3c01555
7. JACS：具有超大3D笼的MOF可用于核酸提取
在生物领域，由分子构建块组装而成的介孔（2–50 nm）三维（3D）笼是具有巨大的应用前景；然而，它们的合成以及它们的结构表征都相当具有挑战性的。武汉大学邓鹤翔报道了在MOF晶体中合成超大3D笼的策略。
本文要点：
1）这些笼由长度为0.85和1.3nm的相对较短的有机连接体构建，其中分子运动的影响被最小化，从而有利于结晶的形成。
2）MOFs中这些超大的3D笼可用于从水溶液中完全提取长核酸，如总RNA和质粒。
Gaoli Hu, et al. Extremely Large 3D Cages in Metal–Organic Frameworks for Nucleic Acid Extraction. JACS. 2023
DOI：10.1021/jacs.3c02128
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c02128
8. JACS：基于钌团簇组装形成螺旋方形纳米片
螺旋二维（2D）纳米片由于其扭曲的结构而表现出独特的物理和化学现象。中国科学技术大学洪勋首次报道了一种涉及螺旋位错的组装方法，可进一步获得具有均匀正方形形态的二维螺旋团簇组装纳米片（CAN）。
本文要点：
1）在熔融嵌段共聚物Pluronic F127的存在下，通过组装1–2 nm的Ru簇，制备了长度约为4μm、每层厚度为20.7±3.0 nm的2D螺旋Ru CAN。
2）X射线吸收精细结构光谱表明，Ru团簇是Ru3+物种，Ru原子主要与Cl配位，配位数为6.5。
3）研究显示，Ru团簇的组装过程是由非共价相互作用形成的，包括氢键和亲水相互作用。此外，Ru-F127 CAN在近红外（NIR）区域表现出优异的光热转换性能。
Haohui Hu, et al. Spiral Square Nanosheets Assembled from Ru Clusters. JACS. 2023
DOI：10.1021/jacs.3c01738
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c01738
9. JACS：可应用于植物生物技术的单晶COF
通过共价键化学合成为周期性二维（2D）框架的分子可以形成一些具有极高表面积和电荷密度的粒子。如果能够实现其生物相容性，那么这些纳米载体在生命科学中的应用潜力将是巨大的。麻省理工学院Michael S. Strano和Sarojam Rajani通过最小化核的表面能，对生物相容性亚胺单体的2D聚合过程建立了热力学控制策略。由此可分别获得多晶体、中晶体和单晶2D共价有机框架（COFs）。。
本文要点：
1）通过剥离和缩小方法实现了COF单晶，形成了可以与生物相容性阳离子聚合物分散在水介质中的高表面积纳米片。
2）这些具有高表面积的2D COF纳米片是优秀的植物细胞纳米载体，凭借2D几何形状可穿过细胞壁和细胞膜。因此这些载体可以通过静电吸引装载生物活性物质，如植物激素脱落酸（ABA），并将其输送到完整活植物的细胞质中。
Song Wang, et al. Single-Crystal 2D Covalent Organic Frameworks for Plant Biotechnology. JACS. 2023
DOI：10.1021/jacs.3c01783
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c01783
10. AM：受自然启发的钟乳石纳米孔用于生物传感和能量收集
大自然提供了从纳米尺度到宏观尺度的各种自组装结构。在合适的热力学条件和适当的物质供应下，钟乳石、冰柱和珊瑚等结构可以生长。然而，自然生长过程是耗时的。近日，洛桑联邦理工学院Andrey Chernev，Yunfei Teng，Aleksandra Radenovic引入了不对称圆锥形纳米孔，称为钟乳石孔，与现有的固态纳米孔相比具有独特的结构。
本文要点：
1）钟乳石纳米孔的制备方法直接受到自然界的启发。当周期性的热力学条件允许珊瑚、钟乳石、brinicles 和冰柱等特殊结构存在时，存在无数的例子。
2）这些自然组装的物体的结构是由于前体的循环供应和生长点热力学参数的变化而形成的。这一策略启发我们使用类似的方法应用于纳米孔。与自然物体不同，研究人员使用最先进的洁净室技术来促进这一过程并显着提高其速度。
3）使用模板化氮化硅 (SiN) 孔径作为生长的起点，研究人员展示了周期性氧化铪环的异质各向异性生长，从而形成浅锥形梯形钟乳石纳米结构。这种制造方法允许人们通过调整生长参数和模板来创建孔径从个位数到数百纳米的高度不对称纳米孔，为纳米流体研究提供了一个具有可扩展性潜力的新平台。
Andrey Chernev, et al, Nature-inspired stalactite nanopores for biosensing and energy harvesting, Adv. Mater. 2023
DOI: 10.1002/adma.202302827
https://doi.org/10.1002/adma.202302827
11. AEM：强吸电子硝基调控共价有机骨架电子结构构建特定的Li+取向通道
无序锂枝晶的生长以及锂与电解质之间的严重反应阻碍了锂金属电池（LMB）的实际应用。在此，云南大学Hong Guo由硝基功能化的共价有机骨架（NO2-COF）构建的人工固体电解质中间相（ASEI）被设计用于调节Li+沉积和稳定的Li负极。
本文要点：
1）强吸电子硝基可以通过供体-受体（D-A）效应聚集相连单体周围的电子，从而调节共价有机骨架（COF）的电子结构，构建特定的阳离子导向通道。
2）在这种高选择性的Li+传输通道和调节的表面电荷下，实现了均匀的Li+沉积和Li枝晶的抑制。此外，硝基还可以在充放电过程中被还原成NO2-并进一步与Li反应生成高离子电导率的Li3N和LiNxOy，有助于Li+的迁移。
3）因此，与裸锂和TpBD-COF/Li（不含硝基）相比，NO2-COF修饰的对称电池在5 mA cm-2的电流密度下实现了超过6000小时的超长循环寿命。全电池与LiFePO4耦合稳定循环1000次，容量保持率为91%。
因此，通过供体-受体(D-A)效应有效优化电子结构为提升LMB的性能提供了更好的平台。
Yongxin Yang, et al, Regulating the Electron Structure of Covalent Organic Frameworks by Strong Electron-Withdrawing Nitro to Construct Specific Li+ Oriented Channel, Adv. Energy Mater. 2023, 2300725
DOI: 10.1002/aenm.202300725
https://doi.org/10.1002/aenm.202300725
12. AEM：用于自持智能电子服的生物物理化学双能量收集织物
尽管各种可穿戴发电机迅速发展以从人类活动中收集能量，但它们仅限于单次或间歇发电。在这里，韩国科学技术院（KIST）Hyun-Cheol Song，Ji-Soo Jang报道了可拉伸和可清洗的能量收集织物，它通过共织摩擦发电机（TEG）和汗液发电机（PEG）基纤维实现生物力学和生化发电。
本文要点：
1）这两种能量收集方法可以单独或同时工作，从而对抗湿度并增加电输出。基于 TEG 和 PEG 的光纤的最大输出功率密度可分别达到 166 和 5.4 μW cm−2。
2）编织结构的贴片式能量采集器与衣物贴合。它可以从人体运动和汗液中收集能量，驱动可穿戴物联网 (IoT)，无需充电系统。这种协同和互补的能量收集器可以为可穿戴电子产品提供完全依赖人类活动的可行的独立电源。
Jiwon Park, et al, Bio-Physicochemical Dual Energy Harvesting Fabrics for Self-Sustainable Smart Electronic Suits, Adv. Energy Mater. 2023, 2300530
DOI: 10.1002/aenm.202300530
https://doi.org/10.1002/aenm.202300530
