1. Nature Commun.：防止阳离子混合使亚 15 nm 短波红外发射稀土基核壳纳米晶体的量子产率达到 50%
由于缺乏自发荧光、血液和组织对光子的吸收较弱以及光子散射系数较低等重要优点，短波红外（SWIR）荧光可能成为生物医学应用光学成像的新金标准。因此，与可见光和近红外区域相反，组织在短波红外区域变得半透明。然而，明亮且生物相容性探针的缺乏是释放短波红外荧光的全部潜力必须克服的关键挑战。尽管基于稀土的核壳纳米晶体似乎是有前途的短波红外探针，但它们的光致发光量子产率（PLQY）有限。对此类复杂材料的原子尺度组织缺乏控制是限制其光学性能的主要障碍之一。在此，卡尔斯鲁厄理工学院Damien Hudry，Bryce S. Richards，安特卫普大学Sandra Van Aert，慕尼黑亥姆霍兹中心Andriy Chmyrov报道了光学活性 α-NaYF4:Yb:Er（有或没有 Ce3+ 共掺杂）核纳米晶体上均质 (α-NaYF4) 或异质 (CaF2) 壳域的生长。1）可以通过仅在异质核壳纳米晶体中防止阳离子混合来控制原子尺度组织，这对 PLQY 有巨大影响。2）后者在60 mW/cm2时达到50%；亚 15 nm 纳米晶体的最高 PLQY 值之一。最有效的纳米晶体实现了用于 1450 nm 以上的体内成像。
Arteaga Cardona, F., Jain, N., Popescu, R. et al. Preventing cation intermixing enables 50% quantum yield in sub-15 nm short-wave infrared-emitting rare-earth based core-shell nanocrystals. Nat Commun 14, 4462 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40031-4https://doi.org/10.1038/s41467-023-40031-4
2. Nature Commun.：双原子催化剂的协同作用偏离了析氧反应的标度关系
双原子催化剂，特别是具有异核活性位点的双原子催化剂，在析氧反应方面有可能超越成熟的单原子催化剂，但仍然缺乏潜在的机理理解。近日，中国科学院青岛生物能源与过程技术研究所Xiaoyan Sun，国科大Yuxiao Ding采用大尺度密度泛函理论探讨*O-*O耦合机制的可行性，该机制可以规避结垢关系，提高N掺杂石墨烯负载Fe-、Co-、Ni-、含Cu异核双原子催化剂，即M'M@NC。1）基于构建的活性图，可以获得合理设计的描述符来预测同核催化剂。七种异核和四种同核双原子催化剂具有优于最小理论超电势的高活性。2）研究人员揭示了有利于 *O-*O 偶联机制从而导致反应活性增强的化学和结构起源。这项工作不仅为反应机制的基本理解提供了更多见解，而且为加速发现高效催化剂提供了指导。
Fang, C., Zhou, J., Zhang, L. et al. Synergy of dual-atom catalysts deviated from the scaling relationship for oxygen evolution reaction. Nat Commun 14, 4449 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40177-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-40177-1
3. Nature Commun.：解锁光催化二氧化碳还原的充分和快速转化用于放射性羰基化
收集阳光来推动二氧化碳 (CO2) 增值是支持可持续和碳中和经济的理想概念。虽然二氧化碳光化学还原为一氧化碳 (CO) 已成为热门研究课题，但二氧化碳到二氧化碳的完全转化仍然是一个经常被忽视的标准，它阻碍了二氧化碳直接高效转化为高附加值化学品。近日，巴黎萨克雷大学Davide Audisio，Zakaria Halime报道了一种有效的光催化方法，可以在几分钟内将 CO2 完全还原为 CO，并在不同类型的羰基化反应中直接使用产生的 CO。1）这种反应歧管的多功能性也显示了其在更容易和直接制备放射性示踪剂方面的潜力，这在当今人类健康领域（例如诊断、药物和农用化学品开发）中至关重要。2）使用基于反应模型的动力学模拟实现光物理和电化学数据，已经合理化了这种转变的优化。整个过程允许通过一步从 CO2 标记结构多样的衍生物库，包括酰胺、酯、酮、醛和羧酸。3）该技术为从主要同位素来源 [11C]CO2 和 [14C]CO2 直接获取 11C 和 14C 标记药物开辟了新的机会。
Monticelli, S., Talbot, A., Gotico, P. et al. Unlocking full and fast conversion in photocatalytic carbon dioxide reduction for applications in radio-carbonylation. Nat Commun 14, 4451 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40136-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-40136-w
4. Angew：Ni-Cu双金属电催化HMF氧化
电驱动有机氧化反应受到人们的持续关注。但是，有机氧化反应面临OER竞争反应，尤其是在高电流密度。OER竞争反应导致目标产物的法拉第效率较低，并且导致催化剂容易从电极表面脱落。有鉴于此，西湖大学孙立成等将Ni-Cu双金属电催化剂担载于泡沫Ni上，显著改善HMF（5-羟甲基糠醛）氧化反应，抑制OER反应。1）在HMF催化氧化反应中，当1.5 V过电势，实现了1000 mA cm-2电流密度。在较宽的过电势窗口，法拉第效率和产率都接近100 %。通过实验和理论计算，Cu掺杂能够阻碍OH*脱质子生成O*，因此钝化OER反应。2）本文研究结果有助于调控OER反应的相关研究，有助于实现生物质的高效率转化。
Dexin Chen, et al, Highly Efficient Biomass Upgrading By A Ni-Cu Electrocatalyst Featuring Passivation of Water Oxidation Activity, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202309478https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202309478
5. Angew：石墨的大层距和杂原子掺杂为双碳电池中的双离子存储机制提供了新的见解
双离子电池（DIBs）是一种很有前途的大规模储能技术。然而，材料结构对阴离子存储行为的影响仍是个问题。近日，北京理工大学陈人杰教授，Yongxin Huang合成了具有超大层间距和异质原子掺杂的石墨，系统地研究了它们对DIBs的联合作用。1）较大的0.51 nm层间距为阴离子的存储提供了更大的空间，而杂原子的掺杂降低了阴离子的嵌入和迁移的能垒，同时增强了界面上的快速离子存储。2）在协同效应的基础上，由碳正极和锂负极组成的DIBs在100 mA g-1的电流密度下具有240 mA h g-1的超高容量。以石墨为正负极的双碳电池（DCBs）在1 A g-1的电流密度下稳定循环2400次。因此，这项工作为DIBs和DCBs的设计策略提供了参考。
Xin Hu, et al, Large Interlayer Distance and Heteroatom-Doping of Graphite Provide New Insights into the Dual-Ion Storage Mechanism in Dual-Carbon Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307083DOI: 10.1002/anie.202307083https://doi.org/10.1002/anie.202307083
6. Angew：用于无线检测早期和成熟微生物生物膜的快速响应传感器
生物被膜相关感染能够耐受抗生素，在临床治疗中构成了重大挑战。这类感染与各种医疗条件有关，包括慢性伤口和植入物相关感染，使其成为一个主要的公共卫生问题。及早发现生物膜的形成在减轻生物膜造成的不良影响方面具有显著的优势。在这项工作中，马尔默大学Tautgirdas Ruzgas，Atefeh Shafaat旨在探索使用一种新型无线传感器来跟踪由医学相关细菌金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌形成的早期和成熟生物膜的可行性。1）该传感器利用电化学法还原连接喷墨打印制作的两个银色支腿的AgCl层，形成近场通信标签天线的一部分。2）天线与碳布连接，旨在促进微生物的生长，从而充当电子来源，将阻性AgCl还原为高导电性的银桥。AgCl-Ag转换显著改变了天线的阻抗，便于无线识别由微生物生长引起的终点。3）据了解，这项研究首次提出了证据，表明通过细菌的作用释放的电子可以被利用来将AgCl转化为Ag，从而能够无线、无电池和无芯片地早期检测生物膜的形成。
Atefeh Shafaat, et al, A Rapidly Responsive Sensor for Wireless Detection of Early and Mature Microbial Biofilms, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308181DOI: 10.1002/anie.202308181https://doi.org/10.1002/anie.202308181
7. Angew：液体电解质的各种原位聚合的效率及其对准固态电池的实际意义
液态电解液的原位聚合是目前构建固态电池最可行的方法，但它受到各种反应干扰因素的影响，从而影响电池的电化学性能。为了揭示聚合条件对聚合反应的影响，北京化工大学Shu-Meng Hao，Weidong Zhou研究了开环聚合(ROP)和双键自由基聚合(DBRP)两种常用的原位聚合反应的单体转化率和电化学性能(Li+电导率和界面稳定性)。1）ROP生成的聚酯和聚碳酸酯的单体转化率高达~90%，但室温下Li+-电导率低于2×10-5 S cm-1。此外，从ROP衍生的端烷氧基阴离子不耐高压阴极。而DBRP生产的聚乙二醇碳酸酯(VEC)和聚乙二醇碳酸酯(VC)的单体转化率较低，为50-80%，在RT下提供了相对较高的Li+-电导率2×10-4 S cm-1。2）研究人员比较两种聚合反应和四种单体，VEC基含氟共聚物在锂离子导电性和抗氧化性方面具有优势，同时在LiF基钝化层的帮助下对锂金属表现出稳定的同时，允许高压准固态电池长期稳定循环。
Peiying Li, et al, Efficiencies of Various in-situ Polymerizations of Liquid Electrolytes and the Practical Implications for Quasi Solid-state Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309613DOI: 10.1002/anie.202309613https://doi.org/10.1002/anie.202309613
8. Angew：低含量Ru限制在氮化硼上作为酸性析氧反应的高效稳定电催化剂
迄今为止，只有少数贵金属氧化物在酸性高压条件下表现出质子交换膜水电解(PEMWE)所需的析氧反应(OER)催化剂的效率和稳定性。这些催化剂的高成本和稀缺性阻碍了其规模化应用。在这里，南方科技大学Hui Li，Shaoyi Xu报道了一种用于OER的新型OER电催化剂，该催化剂由均匀分散的Ru团簇限制在BCN(BCN)载体上。1）与RuO2相比，BCN负载的催化剂表现出更强的电荷转移能力。在电流密度为10 mA cm-2时，其过电势为164 mV，表明其具有良好的OER催化活性。2）该催化剂在酸性条件下能够连续工作12 h以上，而没有载体的RuO2在1 h内失效。3）密度泛函理论(DFT)计算证实，BCN载体上的N与Ru团簇的相互作用改变了催化剂的吸附能力，降低了OER势垒，从而提高了Ru的电催化活性。
Xiaofang Bai, et al, Low Ruthenium Content Confined on Boron Carbon Nitride as an Efficient and Stable Electrocatalyst for Acidic Oxygen Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308704DOI: 10.1002/anie.202308704https://doi.org/10.1002/anie.202308704
9. Angew：将双向轴向配位引入 BiVO4@金属酞菁核壳光阳极以实现高效水氧化
核壳型光阳极在光电化学(PEC)水氧化中显示出巨大的潜力。然而，在核壳之间建立高质量的界面以及高度催化的表面仍然是一个挑战。在此，以计算为指导，湖南大学Shuang-Feng Yin，Sheng Shen提出了一种以吡嗪为配位剂，在BiVO4光阳极上涂覆锌钴铁多酞菁的方法。1）吡嗪的双向轴向配位起到了双重作用，一方面促进了BiVO4与锌钴铁多酞菁之间的紧密界面接触，另一方面也调节了锌钴铁酞菁中金属中心的电子密度和自旋构型，从而促进了*OH型脱附的势限步骤。2）得到的光阳极在1.23 VRHE下表现出5.7±0.1 mA·cm-2的高光电流密度。本研究介绍了一种构建核-壳型光阳极的新方法，揭示了吡嗪轴向配位在调控金属酞菁催化活性中的关键作用。
Jin-Bo Pan, et al, Introducing Bidirectional Axial Coordination into BiVO4@Metal Phthalocyanine Core–Shell Photoanodes for Efficient Water Oxidation., Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307246DOI: 10.1002/anie.202307246https://doi.org/10.1002/anie.202307246
10. Angew：具有电负性通道的烯烃共价有机骨架作为可持续锂金属电池阳极的阳离子高速通道
尽管锂金属作为理想的负极材料引起了人们的极大兴趣，但不可控的锂枝晶生长和不稳定的固体电解质界面一直困扰着其实际应用。这些限制可归因于Li+向锂金属表面的迁移缓慢且不均匀。在这里，延世大学Sang-Young Lee，中原工学院Diandian Han，Lipeng Zhai报道了具有负电通道的烯烃连接的共价有机框架（COF），用于促进选择性Li + 传输。1）COF 的三嗪环和氟化基团作为富电子位点引入，能够增强盐解离并引导通道内均匀的 Li+ 通量，从而产生高 Li+ 迁移数 (0.85) 和高离子电导率 (1.78 mS cm−1) ）。2）COF 与聚合物粘合剂混合形成混合基质膜。这些膜在 Li/Li 对称电池中实现了超过 700 小时的可靠的锂沉积/剥离循环能力，并在 Li/LiFePO4 电池中实现了稳定的容量保留，证明了其作为加速 Li+ 传导的可行阳离子高速通道的潜力。
Zhongping Li, et al, Olefin-Linked Covalent Organic Frameworks with Electronegative Channels as Cationic Highways for Sustainable Lithium Metal Battery Anodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307459DOI: 10.1002/anie.202307459https://doi.org/10.1002/anie.20230745911. Joule：高效烯烃氧化制二醇的界面电化学-化学反应耦合电化学和化学反应的耦合已经在传统串联反应器系统中得到了证明，但它们的实际应用仍有待优化。在这里，莱斯大学汪淏田报道了一个完全集成的系统，与传统的串联系统相比，该系统的催化性能显著提高。1) 以过氧化氢的电合成和烯烃环氧化反应为代表性例子，作者发现，通过将化学反应限制在固体电解质反应器中的电极/电解质界面，可以充分利用电催化产生H2O2产物的界面高浓度来促进随后的乙烯环氧化反应，与串联反应器系统相比，其实现了无电解质乙二醇生成的3倍改进。2) 这种整合策略可以扩展到其他电化学-化学偶联反应，特别是当偶联反应对反应物浓度敏感时，这可以避免电化学和化学反应之间通常需要的能量密集型分离或浓缩步骤。
Shou-Kun Zhang, et al. Interfacial electrochemical-chemical reaction coupling for efficient olefin oxidation to glycols. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.06.022https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.06.022
12. ACS Nano：头发衍生天然颗粒可作为多功能防晒霜用于高效紫外防护
过度的紫外线辐射会导致一系列的皮肤问题。尽管商用防晒霜可以在一定程度上保护皮肤免受紫外线损伤，但此类产品造成的副作用仍然令人担忧。受人类头发自然光保护作用的启发，武汉大学张先正和中山大学Sheng Hong从人类头发中提取了多功能颗粒作为防晒霜，用于紫外线防护。1）体外和体内研究结果表明，毛发衍生颗粒（HDPs）可以有效保护皮肤免受紫外线辐射。此外，HDPs保留了头发中黑色素的抗氧化能力，避免了紫外线诱导的氧化损伤。HDPs独特的形状也可以防止它们渗入皮肤，从而避免潜在的毒性。2）由于其介孔结构，该颗粒还可以用作药物载体。通过负载辛丙烯，颗粒在阻挡紫外线辐射方面更加有效。这项研究为天然物质防晒霜的设计和开发提供了一种巧妙的策略。
Sheng Hong, et al. Human-Hair-Derived Natural Particles as Multifunctional Sunscreen for Effective UV Protection. ACS Nano. 2023DOI：10.1021/acsnano.3c03504https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03504
