1. Nature Commun.：用于 N-羧酸酐聚合的基于 MOF 的纳米级多相催化系统能够直接通往多肽和相关杂化材料
由于其可调特性和生物降解性，合成多肽已成为材料科学和生物医学工程中的多功能工具。虽然 N-羧酸酐 (NCA) 开环聚合 (ROP) 技术的进步旨在加速聚合并降低环境敏感性，但此类方法的更广泛影响仍未得到充分探索，而且 ROP 产品与其他材料的集成仍然是一个挑战。在这里，湖南大学Yugang Bai，Hang Xing展示了一种受许多多相催化剂成功启发的方法，使用纳米级金属有机框架（MOF）作为 NCA-ROP 的助催化剂，也通过邻近的肽螺旋加速。1）这种多相方法具有多种优点，包括动力学快、环境敏感性低、催化剂可回收性以及与混合材料制备的无缝集成。2）该催化系统不仅简化了多肽和多肽包被的MOF复合物（MOF@多肽杂化物）的制备，而且保留和增强了它们从构成MOF和多肽继承的均质性、可加工性和整体功能。
Liu, Y., Ren, Z., Zhang, N. et al. A nanoscale MOF-based heterogeneous catalytic system for the polymerization of N-carboxyanhydrides enables direct routes toward both polypeptides and related hybrid materials. Nat Commun 14, 5598 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41252-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-41252-3
2. Nature Commun.：有机半导体中的定向激子传输高速通道
激子带宽和激子输运很难通过材料设计来控制。近日，德累斯顿工业大学Frank Ortmann展示了具有特别定制的官能团的有机半导体材料中有趣的激子性质。1）电子能量损失谱观察到电磁光谱的近红外-可见部分的极宽激子带，并从理论上解释了紧密堆积分子之间的紧密接触和它们之间的强相互作用。这是由施主-受主类型的分子结构和由此产生的晶体堆积引起的，这导致了显著的各向异性，这应该导致激子的强烈定向传输。2）这些观察和对结果的详细理解为分子结构的设计提供了蓝图，其中类似的分子特征可能被用来进一步探索激子带的可调性，并为具有强烈增强的输运和内在地控制传播方向的有机材料铺平道路。
Müller, K., Schellhammer, K.S., Gräßler, N. et al. Directed exciton transport highways in organic semiconductors. Nat Commun 14, 5599 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41044-9https://doi.org/10.1038/s41467-023-41044-9
3. Nature Commun.：使用含硅原子的多共振热激活延迟荧光主体材料的高性能蓝色OLED
目前，有机发光二极管(OLED)已经商业化，使用在绿色和红色发射区具有100%内部量子效率(IQE)的荧光粉。近日，首尔大学Soo Young Park，庆熙大学Jongwook Park报道了三种高效的多共振热激活延迟荧光蓝色发射主体材料，包括5，9-二氧杂-13b-硼并[3，2，1-去]茂(DOBNA)和四苯基硅基。1）研究人员用常规的N7，N7，N13，N13，5，9，11，15-octaphenyl5，9，11，15-tetrahydro-5，9，11，15-tetraaza-19b，20b-diboradinaphtho[3，2，1de:1’，2’，3’-jk]pentacene-7，13-diamine((4-(2，12-di-tert-butyl-5，9-dioxa-13b-boranaphtho[3，2，)蓝色发光材料制备的器件具有较高的光致发光量子产率大于0.82，水平取向大于88%，光致发光衰减时间为0.96~1.93 μS。2）三苯基硅烷(TDBA-Si)在最大亮度/500 cd m−2/1,000 cd m−2时表现出36.2/35.0/31.3%的高外量子效率。3）这种高性能归功于从主体到掺杂剂的快速能量转移。其他可能导致高性能的因素包括T1激发态贡献、大体积四苯基硅基对聚集的抑制、高水平取向和高热稳定性。采用TDBA-Si为衬底材料，在1000 cd m−2上获得了大于30%的高效率和4.9%的小滚降值。
Park, D., Kang, S., Ryoo, C.H. et al. High-performance blue OLED using multiresonance thermally activated delayed fluorescence host materials containing silicon atoms. Nat Commun 14, 5589 (2023).DOI：org/10.1038/s41467-023-41440-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-41440-1
4. Nature Commun.：构建块长宽比控制合成和天然蛋白质网络的组装、结构和力学
由高纵横比蛋白质构建块构建的纤维网络在自然界中无处不在。尽管这种普遍存在，但此类结构单元相对于球状蛋白的功能优势尚不清楚。为了回答这个问题，利兹大学Lorna Dougan设计了具有不同数量的蛋白质 L 结构域的水凝胶网络构建块，以控制纵横比。然后使用剪切流变学和小角中子散射来表征光化学交联的蛋白质 L 网络的机械和结构特性。1）研究人员通过将结构从平移扩散主导转变为旋转扩散主导，证明了纵横比是定义网络架构和机制的关键属性。2）此外，研究人员证明在模型生命系统中观察到类似的转变：纤维蛋白血凝块网络。这种转变的功能优势是增加机械强度和在临界蛋白质浓度以上快速组装同质网络，这对于血液凝固等体内生物过程至关重要。此外，控制纵横比还为未来仿生和仿生材料的设计提供了参数。
Hughes, M.D.G., Cussons, S., Hanson, B.S. et al. Building block aspect ratio controls assembly, architecture, and mechanics of synthetic and natural protein networks. Nat Commun 14, 5593 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40921-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-40921-75. JACS：构筑大面积MOF膜实现安培级电催化生物质转化MOF纳米结构的制备目前得到显著进展，但是如何精确控制界面结构、表面结构进行大面积MOF膜的合成仍非常困难。有鉴于此，山东大学张进涛、新南威尔士大学戴黎明等报道一种将金属腐蚀与仿生矿化结合的策略，在温和反应条件和7种金属基底之上合成16种MOF薄膜。1）通过合成包括羧酸盐、N-杂环、酚类和膦酸盐构成多种多样MOF材料，能够研究金属的氧化还原、电解液性质、有机配体对于HER或ORR的影响，因此为指导如何基于Pourbaix图进行调节MOF的微结构和成分提供基本的指导。通过多种制备方法，作者实现了“微米-米”多个尺度进行MOF图案打印。2）制备64 cm2的大面积电极用于5-羟甲基糠醛电化学氧化制备2,5-呋喃二羧酸，在1.63 V的电流达到创纪录的3.0 A，实现了制备H2的同时进行电催化制备高附加值生物质。通过显著改善的电催化活性和大幅度增强5-羟甲基糠醛电化学氧化，展示了MOF薄膜材料用于生物质催化转化的前景。
Yueqing Wang, et al, Bionic Mineralization toward Scalable MOF Films for Ampere-Level Biomass Upgrading, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07790https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07790
6. EES：用于柔性钙钛矿太阳能电池的分子偶极工程辅助应变释放
由于钙钛矿层中的缺陷，机械耐久性和长期运行稳定性是柔性钙钛矿太阳能电池（f-PSC）商业化的关键因素。在此，中国科学院Li Wei、葛子义合成了一系列具有不同分子偶极子的-CN添加剂，包括2'-氟-[1,1'-联苯]-3,5-二腈（1F-2CN）、2'，6'-二氟-[1,2'-联苯]-3,5-二腈（2F-2CN）和2'，3'，4'-三氟-[1,6'-联苯]-3,5-三腈（3F-2CN）。1) 添加剂中的两个-CN基团可以与Pb2+缺陷配位，氟原子可以调节添加剂的偶极矩，并与带电荷的FA+基团形成氢键。因此，添加剂成功缝合了钙钛矿晶界处的缺陷，并释放了晶界应力，导致低杨氏模量和高机械柔韧性。同时，添加剂可以削弱电荷载流子与纵向光学声子之间的相互作用，并促进载流子的提取和传输。2) 此外，分子偶极更强的2F-2CN可以更好地提高f-PSCs效率和稳定性。因此，基于1F-2CN-、2F-2CN-和3F-2CN-的f-PSC分别具有21.87%、23.64%、24.08%和23.30%的功率转换效率（PCE）。得益于完美的钙钛矿膜，含有改性添加剂的未封装f-PSC具有优异的机械可靠性以及良好的光、热和空气稳定性。
Lisha Xie, et al. Molecular dipole engineering assisted strain release for mechanically robust flexible perovskite solar cells. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02569A
7. EES：C=S修饰3D sp2杂化碳骨架实现阳极的优异电荷转移动力学
碳阳极中有效的三维（3D）空间电荷转移对于改善碱金属离子电池的存储动力学至关重要。为了实现这一点，在3D渗透网络中调节sp2混合碳骨架是一种创新的方法。湖南大学刘金水、季华实验室Zhang Chengzhi、Tan Jun开发了用于修饰sp2杂化碳骨架的C=S基团。1) C=S可以优化碳层之间的空间π电子共轭和空间sp2杂化，从而实现优异的电子和原子结构性能。含有C=S（C5=S/HCSs）的中空碳球的碳骨架实现了有效的3D电荷转移通道，并具有快速的电化学动力学。2) 与钾离子电池中的对照样品相比，C5=S/HCSs阳极在2000次循环后，在2.0 A g−1下具有238 mAh g−1的可逆容量，在10.0 A g−1下具有158 mAh g–1的高容量。这一发现为碳骨架中三维空间电荷转移的设计提供了有效途径，并可实现快速可逆的离子存储动力学。
Fei Wang, et al. Delocalized C=S decorates 3D sp2-hybridized carbon skeleton for superior charge transfer kinetics of anodes. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01493B
8. EES：用于从空气和海水中电化学捕获CO2的双极膜
从大气中清除二氧化碳可以减轻气候变化的负面影响，而双极膜电渗析（BPM-ED）是一种极具潜力的技术，它使用可再生电力将水分解成酸和碱，以再生基于碳酸氢盐的CO2捕获溶液，例如用于直接空气捕获（DAC）过程的化学回路溶液，以及用于直接海洋捕获（DOC）中的溶液。在此，劳伦斯伯克利国家实验室Adam Z. Weber开发了一个实验验证的1D模型，即使用BPM-ED从基于碳酸氢盐的碳捕获溶液和海水中电化学再生CO2。1) 对于DAC，作者通过实验和计算表明，BPM水离解引起的pH波动驱动CO2在CEL|cBL界面的形成。然而，在电流密度>100 mA cm−2时，高气泡形成率会增加能量强度。此外，加速水分解催化和进行气泡去除可以在能量强度<100 kJ mol−1和电流密度>100 mA cm−2时实现CO2回收。2) 对于DOC，与海水中低碳浓度相关的质量传输限制表明，DOC最适合清洁生产下游工艺中可用的酸和碱。这些结果为使用BPM-ED进行工业规模CO2回收提供了设计策略。
Justin C. Bui, et al. Analysis of bipolar membranes for electrochemical CO2 capture from air and oceanwater. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01606D
9. EES：硫改性高活性稳定氧空位在锂硫电池中的高效催化
在锂硫电池（LSB）催化剂中引入氧空位（Vo）是提高催化剂性能的有效途径。然而，Vo的高活性是一把双刃剑，其不稳定性通常被忽视。在这里，哈尔滨工业大学Zhang Naiqing、Zhang Yu报道了一种“锚空位”的方法，通过S修饰将Vo的高活性和高稳定性结合起来。1) S改性可以有效提高多硫化锂（LiPSs）的吸附和催化性能，同时，表面的S原子可以锚定附近的空位，防止其形成能降低而向内迁移，从而提高了催化的稳定性。2) 基于该催化剂的电池在0.2C下具有高达1291mAh g-1的初始放电比容量，并且在1C下的1500次循环期间具有0.035%的低平均容量衰减。该研究为提高LSB中Vo的活性和稳定性提供了一种有效策略，为LSB中先进催化剂的设计开辟了一条新途径。
Chenghao Zhao, et al. Highly Active and Stable Oxygen Vacancies via Sulfur Modification for Efficient Catalysis in Lithium-Sulfur Batteries. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01774E10. Angew：半导体铁螯合纳米免疫调节剂用于实现特异性和增敏的癌症声-金属-免疫治疗声-免疫治疗能够有效抑制深部肿瘤。然而，能够同时消除肿瘤细胞和调控肿瘤免疫微环境的智能型超声治疗试剂目前仍鲜有报道。有鉴于此，南洋理工大学浦侃裔教授开发了一种时空可控的半导体铁螯合纳米金属调节剂(SINM)，并将其用于实现高灵敏度的肿瘤声-金属-免疫治疗。1）SINM由具有噻吩基希夫碱结构、铁离子(Fe3+)螯合的半导体聚合物(SP)骨架和亲水侧链所组成。全身给药后，SINM会在肿瘤内富集，并响应肿瘤氧化还原环境以特异性地引发铁死亡和M1型巨噬细胞极化。2）同时，螯合的Fe3+也能够增强了SPs的声敏作用，进一步增强活性氧的产生，从而导致免疫原性细胞死亡。实验结果表明，基于SINM的声动力-金属-免疫联合治疗可有效消融深部肿瘤，并且能够实现对免疫表型的时空调节。
Shasha He. et al. A Semiconducting Iron-Chelating Nano-immunomodulator for Specific and Sensitized Sono-metallo-immunotherapy of Cancer. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202310178https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310178
11. AEM：强韧介孔金属催化剂上硝酸盐选择性氨电合成的中间约束
介孔金属由于其独特的结构特征而在催化和电催化领域引起了广泛的研究兴趣。然而，大多数研究都集中在增强活性上，而很少关注促进选择性。近日，四川大学Ben Liu报道了介观水平的双金属钯铜(PdCu)合金的设计是一种可靠且稳健的策略，可以限制反应中间体，从而促进选择性NH3电合成的硝酸盐还原反应(NITRR)电催化。1）优化的PdCu介孔纳米球(MSs)具有较高的电催化NO3-to-NH3性能，NH3法拉第效率(FENH3)为85%，产率为3058 μg h−1 mg−1，能量效率为31%，并且具有多转弯稳定性。2）表面分析和实验技术相结合表明，NO3-转化为NH3的高性能源于PdCuMS的高渗透性和活性介孔通道，不仅在动力学上促进NO3-的吸附和反应性，而且还增强了关键中间体的限制(NO2-)朝向八电子NITRR途径进行选择性NH3电合成。3）更重要的是，结合成分控制，三金属PdCuRu合金MS具有高达95%的优异FENH3和令人印象深刻的8518 μg h−1 mg−1的NH3产率，用于选择性NO3-至NH3电还原。
Lizhi Sun, et al, Intermediate Confinement for Selective Ammonia Electrosynthesis from Nitrate on Robust Mesoporous Metal Catalysts, Adv. Energy Mater. 2023, 2302274DOI: 10.1002/aenm.202302274https://doi.org/10.1002/aenm.202302274
12. ACS Nano：用于双功能氧电催化的多金属单原子催化剂
多金属合金在金属-空气电池的应用中表现出了良好的性能，但设计多金属单原子催化剂（MM-SAC）仍然是一个挑战。近日，海南大学Daoxiong Wu，Xinlong Tian以金属-C3N4和氮掺杂碳为基石，通过一般的两步法合成MM-SAC，并验证了原子色散的固有特征和多金属位点之间的强电子互易性。1）研究发现三金属FeCoZn-SAC和四金属FeCoCuZn-SAC分别具有优异的析氧反应和氧还原反应活性，以及出色的双功能耐久性。2）密度泛函理论计算阐明了FeCoCuZn-SAC的Co位点对ORR和OER有效催化的关键贡献。3）更重要的是，以FeCoCuZn SAC作为阴极催化剂的锌空气电池表现出高功率密度（252 mW cm−2）、高比容量（817 mAh gZn−1）和充放电过程的相当大的稳定性（超过225小时）。这项工作为MM-SAC在氧电催化方面的优势提供了直观的视角。
Ruisong Li, et al, Multimetallic Single-Atom Catalysts for Bifunctional Oxygen Electrocatalysis, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c04945https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04945
