1. Nature Commun.：利用配位化学实现单原子催化剂的位置选择性固定
分散在载体材料上的单原子催化剂显示出优异的多相催化性能，并且还可以利用单原子和载体之间的相互作用进行调节。这种相互作用取决于单个原子是位于支撑体的表面还是内部。然而，人们对有意和选择性地将单个原子固定在载体表面或内部知之甚少。京都大学Toshiharu Teranishi通过选择金属络合物前体、溶剂和后处理程序来实现单原子的选择性放置。1）研究发现，使用CdSe纳米片作为载体，在非质子溶剂中的cis-[PtCl2(SO(CH3)2)2]前体仅将单个Pt原子附着在载体的表面上。相反，在质子溶剂中，进行胺处理的[PtCl4]2−前体可通过阳离子取代将60%的单Pt原子置于载体内。2）表面吸附的单个Pt原子在光催化析氢中表现出比取代的原子更高的稳定性，并且在排除了内部Pt后可使活性最大化。因此，本研究为单原子催化剂的结构精确合成和设计提供了一种可行的策略。
Kenichi Endo, et al. Location-selective immobilisation of single-atom catalysts on the surface or within the interior of ionic nanocrystals using coordination chemistry. Nature Communications. 2023DOI：10.1038/s41467-023-40003-8https://www.nature.com/articles/s41467-023-40003-8
2. Nature Commun.：DNA涂覆胶体的晶种生长可形成宏观光子单晶
光子晶体是一类材料，其光学性质来源于结构而非来源于组分。光子晶体可以由尺寸与可见光波长相当的自组装粒子产生。大量研究已经表明，DNA可用于引导微米级的胶体颗粒自组装成在可见光谱中具有光子特性的完全可编程晶体结构。然而，微米大小的DNA功能化颗粒具有极端温度敏感动力学，很难形成生长光子超材料所需的较大的单分散晶体。布兰代斯大学W. Benjamin Rogers和普林斯顿大学William M. Jacobs描述了一种稳健的两步方案，可用于自组装含有数百万光学级DNA功能化颗粒的单结构域晶体。1）这一单分散晶体最初组装在微流体制成的单分散液滴中，然后通过种子扩散限制生长形成宏观尺寸。研究通过组装不同的宏观单畴光子晶体证明了该方法的通用性。2）这些晶体具有超材料特性，如结构着色能力。通过绕过光学级DNA包被胶体结晶所固有的基本动力学陷阱，研究消除了从DNA编程材料中设计光子器件的关键障碍。
Alexander Hensley, et al. Macroscopic photonic single crystals via seeded growth of DNA-coated colloids. Nature Communications. 2023DOI：10.1038/s41467-023-39992-3https://www.nature.com/articles/s41467-023-39992-3
3. Nature Commun.：用水性凝胶电解质生产气体释放电解质补充Ah级锌金属软包电池
由于其安全性和低成本，水系锌电池是电网规模储能的理想选择。然而，大型水系锌电池的生产受到电解质消耗、氢气逸出和积累以及锌枝晶生长的阻碍。近日，天津大学杨全红教授，Chunpeng Yang报道了一种用于实用大型水性锌电池的可再填充配置，其具有用于释放氢气和水再填充的开放系统以及水结合凝胶电解质。1）凝胶电解质由交联的生物质衍生的 kappa (k)-卡拉胶和壳聚糖制成，可减少电解质消耗，防止电池膨胀，并减轻锌枝晶的生长。2）交联的 k-卡拉胶和壳聚糖 (CarraChi) 凝胶电解质具有许多极性官能团（-OH、-NH2、-SO42− ），可结合水分子以抑制电解质快速蒸发和 HER。此外，可再填充的开放系统电池配置允许在多层软包电池配置中有效补充电解质和释放气体。3）因此，在可再填充的大型锌电池中使用 CarraChi 凝胶可以提高电镀/剥离的可逆性、循环稳定性和电池寿命。可再填充对称软包电池在电流密度为 10 mA cm−2 时具有约 4000 小时的寿命，面积容量为 35 mAh cm−2 ，累积容量为 1286 Ah。此外，Zn||采用可再充式配置的ZnxV2O5·nH2O多层软包电池具有高容量（0.9 Ah）和良好的循环稳定性，200次循环后容量仍保持84%。
Wang, F., Zhang, J., Lu, H. et al. Production of gas-releasing electrolyte-replenishing Ah-scale zinc metal pouch cells with aqueous gel electrolyte. Nat Commun 14, 4211 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39877-5https://doi.org/10.1038/s41467-023-39877-5
4. JACS：Pb/Sn溴化物2D钙钛矿的化学行为和局部结构
合金化铅/锡（Pb/Sn）卤化物钙钛矿由于其广泛可调的吸收边缘，在串联太阳能电池和其他光电器件的发展中受到了极大的关注。为了更好地了解Pb/Sn钙钛矿的有趣性质，例如它们的反常带隙对化学计量的依赖性，加深对它们的化学行为和局部结构的理解是很重要的。西北大学H Mercouri G. Kanatzidis使用丁基铵（BA）和3-（氨基甲基）吡啶鎓（3AMPY）作为间隔阳离子，通过溶液法研究了一系列二维Ruddlesden–Popper（RP）和Dion–Jacobson（DJ）相合金化Pb/Sn溴化物钙钛矿：（BA）2（MA）n−1PbxSnn–xBr3n+1（n=1-3）和（3AMPY）（MA）n−1PbxMnn–xBr3n+1（n=1–3）。1）研究结果表明，通过单晶X射线衍射测定，Pb/Sn原子的比例和位置偏好受到层厚度（n）和间隔阳离子（A′）的影响。2）固态1H、119Sn和207Pb NMR光谱分析表明，Pb原子更喜欢n=3的外层：（BA）2（MA）PbxSnn–xBr10和（3AMPY）（MA）PbxSnn-xBr10。3）与RP类似物相比，层状2D DJ合金Pb/Sn溴化物钙钛矿（3AMPY）（MA）n−1PbxSnn–xBr3n+1（n=1–3）表现出更窄的光学带隙、更低的能量PL发射峰和更长的载流子寿命。密度泛函理论计算表明，n=1化合物的富Pb合金（Pb:Sn～4:1）在热力学上优于50:50（Pb:Sn~1:1）的成分。从掠入射广角X射线散射（GIWAXS）中，研究可看到RP相的薄膜平行于衬底取向，而对于DJ情况，观察到相对于衬底的随机取向。
Ping Fu, et al. Chemical Behavior and Local Structure of the Ruddlesden–Popper and Dion–Jacobson Alloyed Pb/Sn Bromide 2D Perovskites. JACS. 2023https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c03997
5. JACS：可充电多价离子电池中的可逆电化学阴离子氧化还原
可充电多价离子电池因其金属阳极的高比容量和地球丰富性而备受关注，尽管很少有阴极材料允许多价离子以电化学方式嵌入其中。晶体 Chevrel 相是已知的少数可可逆嵌入多价阳离子的阴极材料之一。然而，迄今为止，还没有多价离子嵌入电极能够与其可逆性和稳定性相匹配，部分原因是缺乏指导离子嵌入和电子电荷转移如何从原子尺度耦合的设计规则。在这里，美国东北大学Joshua W. Gallaway，宾汉姆顿大学Manuel Smeu，纽约市立大学Robert J. Messinger利用固态核磁共振波谱、同步加速器 X 射线近边缘吸收结构阐明了多价阳离子（Al3+、Zn2+）电化学嵌入时在 Chevrel 相（Mo6Se8、Mo6S8）电极中发生的电子电荷存储机制测量、操作同步加速器衍射和密度泛函理论（DFT）计算。1）在阳离子嵌入时，电子选择性地转移到阴离子硫族骨架，而过渡金属八面体不具有氧化还原活性。2）这种可逆电化学阴离子氧化还原在不破坏或形成化学键的情况下发生，是一种与大多数使用阴离子氧化还原来提高能量密度的含过渡金属嵌入电极中发生的电荷存储机制根本不同的电荷存储机制。研究结果提出了旨在实现新型嵌入电极的材料设计原则，使多价阳离子能够轻松电化学嵌入。
Ankur L. Jadhav, et al, Reversible Electrochemical Anionic Redox in Rechargeable Multivalent-Ion Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c02542https://doi.org/10.1021/jacs.3c02542
6. EES：用于高速率无树枝晶锌金属阳极的静电场层工程
锌（Zn）金属电池的商业化因锌-金属/电解质界面的不稳定性、同时发生的寄生反应和树枝状生长而受到严重阻碍，这导致其低下的库仑效率（CE）和较差的循环寿命。在此，江苏师范大学王庆红、阿德莱德大学Mao Jianfeng、郭再萍、扬州大学薛攀通过四氨基酞菁钴（Co（TAPC））的电解质添加剂建立的静电场层（EFL）可以消除这些缺点。1) 作者通过实验表征和理论计算发现，具有平面和大共轭环结构的Co（TAPC）优先在Zn金属阳极上吸收，形成亲锌EFL，其可以防止Zn和水的直接接触，从而抑制副反应，以及促进去溶剂化和Zn2+扩散动力学，并平衡空间电场，进而能够实现高速率和无枝晶的Zn沉积。2) 锌金属阳极在50 mA cm−2的电流密度下表现出>8000次循环的超长循环寿命，在5 mAh cm−2、10 mA cm−2中的苛刻测试条件下表现出高CE。此外，在Zn||MnO2全电池中也证明了Co（TAPC）EFL的有效性，即在2000 mA g−1的高电流密度下具有高达5000次的循环稳定性。
Kaiping Zhu, et al. Engineering an Electrostatic Field Layer for High-Rate and Dendrite-Free Zn Metal Anode. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01724A
7. Angew：新型人造尿液生物标志物可实现急性肾移植物排斥的早期诊断
目前来说，肾移植后所发生的急性肾移植排斥反应（ARAR）还没有效果特别令人满意的检测方法。由于浸润性中性粒细胞和细胞毒性T淋巴细胞（CTL）这两类细胞分别在ARAR进展中的先天免疫反应和细胞介导的排斥反应中发挥着关键作用，南洋理工大学浦侃裔教授和浙江大学Jia Shen开发了两种可对ARAR进行灵敏尿液分析的人工生物标志物探针（AMPros）。1）利用具有光学可调的羟基和连接在吲哚环上的叠氮化物基团的半菁荧光团（CyOH），作者合成了AMPros。其中，羟基被特异于免疫相关生物标志物的肽序列锁住，以降低氧原子的供电子能力；而叠氮化物基团通过点击反应与炔烃官能化的（2-羟基丙基）-β-环糊精进行偶联。2）为了实现中性粒细胞特异性成像，AMProN被中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）可裂解的肽序列（MeOSu-Ala-Ala-Pro-Val-OH：MeOSu-AAPV-OH）封闭；而为了实现CTL特异性成像，AMProT被串联肽序列（Ac-Ile-Glu-Phe-Asp-/-Glu:AcIEFD/G-OH）封闭。3）AMPros在全身给药后可自发进入肾脏，与前驱免疫生物标志物特异性反应，激活其近红外荧光信号，报告细胞介导的排斥反应，并可通过肾脏排泄进入到尿液中。研究显示，AMPros的检测性能优于组织学检测。
Penghui Cheng, et al. Artificial Urinary Biomarkers for Early Diagnosis of Acute Renal Allograft Rejection. Angew. 2023DOI：10.1002/anie.202306539https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202306539
8. AEM：掺入柠檬酸钾提高锡铅钙钛矿太阳能电池的性能
锡铅钙钛矿埋入界面处容易形成的锡空位阻碍了低带隙钙钛矿太阳能电池（PSC）的性能。在此，托莱多大学鄢炎发，Zhaoning Song报道了一种通过将柠檬酸钾（PC）掺入聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）空穴传输层来钝化Sn-Pb PSC的埋入界面的协同策略。1）PC中和PEDOT:PSS的酸性并稳定钙钛矿前表面，增强器件稳定性。柠檬酸盐部分与掩埋钙钛矿表面上的Sn2+配位，防止Sn2+氧化并抑制缺陷形成。此外，钾阳离子会融入Sn-Pb钙钛矿中，从而提高结晶度并钝化卤化物缺陷。2）综合优势使得高效的低带隙Sn-Pb PSC具有22.7%的功率转换效率和0.894 V的高开路电压。使用这种方法，全钙钛矿串联太阳能电池的效率达到26.1%。这些结果强调了掩埋界面钝化在开发高效稳定的Sn-Pb PSC和全钙钛矿串联太阳能电池中的重要性。
Lei Chen, et al, Incorporating Potassium Citrate to Improve the Performance of Tin-Lead Perovskite Solar Cells, Adv. Energy Mater. 2023, 2301218DOI: 10.1002/aenm.202301218https://doi.org/10.1002/aenm.202301218
9. ACS Nano：可产生老化信号的纳米颗粒刺激巨噬细胞介导的炎性中性粒细胞清除
活化中性粒细胞过度浸润被认为是中性粒细胞炎症中组织损伤的主要原因。尽管程序性细胞死亡如凋亡等维持了活化中性粒细胞的稳态，但这一过程常常会被异常炎症反应破坏。与细胞凋亡过程中暴露的内源性钙网蛋白不同，外源性钙网蛋白作为“老化”信号，可启动巨噬细胞介导的程序性细胞过早清除（PrCR），而这一过程可脱离细胞凋亡而独立存在。华南理工大学王均和中科大王育才报道了一种纳米介导的策略，以人工老化信号刺激启动活化中性粒细胞的精确清除，并减轻炎症。1）研究利用来源于血小板衍生细胞外囊泡（PEVs，用P表示）和来源于阿霉素处理细胞钙网织蛋白表达膜（用C表示）的杂化膜包被PLGA，以制备聚合物纳米颗粒PC@PLGA。2）PEVs中的P-选择素有利于PC@PLGA锚定活化的中性粒细胞，而钙网织蛋白可模拟巨噬细胞分泌的外源性“老化”信号以触发PrCR。3）在急性肺损伤和严重急性胰腺炎的小鼠模型中，PC@PLGA可特异性靶向活化的中性粒细胞并误导巨噬细胞将其识别为“老化”中性粒细胞，然后启动PrCR并防止促炎反应和组织损伤。这些发现表明，外源性老化信号特异性清除活化的中性粒细胞在改善炎症治疗中具有相当的有效性。
Kaige Chen, et al. Aged-Signal-Eliciting Nanoparticles Stimulated Macrophage-Mediated Programmed Removal of Inflammatory Neutrophils. ACS Nano. 2023DOI：10.1021/acsnano.3c03815https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03815
10. ACS Nano：由不同刚度的异电荷纳米粒子形成的胶体团簇和网络
胶体团簇和凝胶在科学和技术中无处不在。粒子的软度对粒子间相互作用有着很强的影响，然而，科学家们对于这个因素在胶体团簇和凝胶形成中的作用的理解才出于开始阶段。近日，多伦多大学Eugenia Kumacheva，美国西北大学Monica Olvera de la Cruz等对异电荷聚合物纳米粒子混合物的粒子软度对团簇和网络组装的影响进行了实验和理论研究。1）实验在聚合物玻璃转变温度以下或以上进行，该温度下纳米粒子之间的相互作用势和粘附力显著变化。2）研究发现，硬纳米粒子组装成fractal团簇，随后在动力学阻滞的胶体凝胶中有序排列，而软纳米粒子由于纳米粒子的变形和粒子间距的减小形成密集的沉淀聚集体。3）硬纳米粒子和软纳米粒子之间的相互作用导致在相对较低的软纳米粒子体积分数下形成离散的沉淀纳米粒子聚集体。4）作者发展了一个针对具有不同软度的异电荷纳米粒子相互作用的现象学模型。实验结果与基于该模型的分子动力学模拟结果一致。该工作为硬-硬、硬-软和软-软接触形成之前、期间和之后的粒子间相互作用提供了借鉴，并对可逆胶体凝胶的众多应用产生影响。
Sofia M. Morozova, et al. Colloidal Clusters and Networks Formed by Oppositely Charged Nanoparticles with Varying Stiffnesses. ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c04064https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c04064
11. ACS Nano：幻术尺寸的半导体纳米晶体中的生长同步和尺寸控制
“幻术尺寸”纳米晶体（MSNCs）在一系列特定尺寸之间以离散的跳跃方式生长。因此，MSNCs被探索作为制备具有原子级精度的均匀半导体颗粒的替代途径。然而，由于对生长机制的理解尚不完善，控制MSNC合成并获得所需尺寸的最佳策略尚不清楚。实验发现常见的参数，如生长时间和温度，对此具有有限的效用。近日，苏黎世联邦理工学院David J. Norris等从理论和实验上研究了反应物过饱和度作为控制MSNC生长的工具。1）作者将直接合成的CdSe MSNCs与分离的MSNCs或它们的混合物进行了比较。令人惊讶的是，作者发现即使从不同的初始条件开始，MSNCs也能够迅速同步到相同的生长轨迹，从而解释了MSNC生长的稳健性。2）此外，通过理解同步机制，作者展示了控制最终MSNC尺寸的方法。该工作深化了对MSNCs的认识，并指出了调控其生长的策略。
Sergio Mazzotti, et al. Growth Synchronization and Size Control in Magic-Sized Semiconductor Nanocrystals. ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c00585https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c00585
