1. JACS：路易斯酸金属掺杂 Cuδ+ 催化剂上亲氧性控制的 CO2 电还原为 C2+醇
铜基电催化剂在促进二氧化碳还原以生产能源密集型燃料和化学品方面具有巨大潜力。然而，由于各种途径之间不可避免的激烈竞争，获得高产品选择性仍然具有挑战性。在这里，中科院化学所韩布兴院士，Xiaofu Sun提出了一种通过引入亲氧金属来调节Cu上与氧相关的活性物种的吸附的策略，可以有效提高C2+醇的选择性。1）理论计算表明，路易斯酸金属Al掺杂到Cu中可以影响C−O键和Cu−C键朝着选择性确定的中间体（乙醇和乙烯共享）断裂，从而优先考虑乙醇途径。2）实验表明，Al掺杂Cu催化剂表现出出色的C2+法拉第效率（FE）为84.5%，并且具有出色的稳定性。特别是，C2+醇的FE可以达到55.2%，部分电流密度为354.2 mA cm−2，生成速率为1066.8 μmol cm−2 h−1 。3）详细的实验研究表明，Al掺杂提高了Cu表面活性氧的吸附强度，并稳定了关键中间体*OC2H5，从而对乙醇具有高选择性。进一步的研究表明，该策略也可以扩展到其他路易斯酸金属。
Libing Zhang, et al, Oxophilicity-Controlled CO2 Electroreduction to C2+ Alcohols over Lewis Acid Metal-Doped Cuδ+ Catalysts, J. Am. Chem. Soc.DOI: 10.1021/jacs.3c06697https://doi.org/10.1021/jacs.3c06697
2. JACS：通过非晶原沸石纳米粒子的定向附着来进行硅烷醇工程的沸石纳米片的非经典生长
通过颗粒附着的沸石非经典生长已经被提出了二十年，但附着机制和动力学调节仍然难以捉摸。近日，吉林大学于吉红院士, 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院Jun Xu通过使用含有封装的TPA+模板和丰富的硅烷醇(Si−OH)作为唯一前体的无定形原沸石(PZ)纳米粒子，在水热条件下实现了MFI型沸石的非经典生长。1）研究人员通过二维(2D)固态核磁共振(NMR)相关光谱研究了前驱体的硅烷醇特性，事实证明，二维(2D)固态核磁共振(NMR)在确定前驱体附着行为和晶体生长方向方面发挥着关键作用。2）在机械球磨或压片过程中，压力驱动球形PZ融合成片状集成PZ（IPZ），同时外部硅烷醇从均匀分布转变为曲率依赖分布，内部硅烷醇从孤立转变为空间邻近。3）与孤立的硅烷醇相比，空间上邻近的硅烷醇与TPA+具有更强的相关性，有利于通过硅烷醇缩合形成Si−O−Si键。随后，在表面能最小化的驱动下，片状IPZ前体的颗粒附着优先发生在具有高密度硅烷醇的高曲率表面，导致非经典生长的各向异性速率，从而形成高纵横比的MFI-型沸石纳米片。4）先进的电子显微镜提供了非晶IPZ前体沿c轴方向附着到结晶中间表面并形成非晶-结晶界面的直接证据，随后界面消除和结构演变为单晶相。研究结果不仅揭示了沸石非经典生长机制，而且揭示了硅烷醇化学在动力学调节中的关键作用，这对于追求定制沸石合成非常重要。
Qiang Zhang, et al, Silanol-Engineered Nonclassical Growth of Zeolite Nanosheets from Oriented Attachment of Amorphous Protozeolite Nanoparticles, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04031https://doi.org/10.1021/jacs.3c04031
3. JACS：用于碱性水电解槽中高效析氢反应的 Ru−Cu 纳米异质结构
将多个物种串联起来用于不同的析氢反应(HER)步骤是设计HER电催化剂的有效策略。在这里，意大利理工学院Yong Zuo，Liberato Mann，Sebastiano Bellani设计了一种用于HER的分层电极，由非晶态TiO2/Cu纳米棒(NR)组成，并装饰有经济高效的Ru−Cu纳米异质结构（Ru质量负载=52 μg/cm2）。1）对于1 M NaOH中的HER，这种电极在-200 mA/cm2下表现出稳定的250小时以上74 mV的低过电势。2）通过结构分析、原位X射线吸收光谱和第一原理模拟，电极的高活性归因于协同功能：(1)机械坚固、垂直排列的CuNR具有高电导率和孔隙率，可提供快速充电和气体传输通道；（2）Ru电子结构受表面Cu簇尺寸的调节，促进水解离（Volmer步骤）；(3)在Ru顶部生长的Cu团簇表现出接近于零的氢吸附吉布斯自由能，促进了快速的Heyrovsky/Tafel步骤。3）连接所提出的阴极和不锈钢阳极的碱性电解槽（AEL）可以在连续（1 A/cm2超过200小时）和间歇模式（加速应力测试）下稳定运行。此外，技术经济分析预测，基于我们的AEL单电池，寿命为30年的1 M WAEL工厂的最低总体制氢成本为2.12美元/kg，达到全球目标（2−2.5美元/kgH2）。
Yong Zuo, et al, Ru−Cu Nanoheterostructures for Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Water Electrolyzers, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06726https://doi.org/10.1021/jacs.3c06726
4. JACS：共聚物纳米颗粒的界面超组装能够形成具有可调内部结构的纳米复合晶体
精确控制晶体纳米复合材料的空间组成和内部结构是非常理想的，但在技术上具有挑战性，特别是在一锅合成路线中。在此，暨南大学Yin Ning展示了一种通过掺入策略来调整主体无机晶体内客体物种空间分布的通用途径。1）具体来说，通过聚合诱导的自组装合成了明确的嵌段共聚物纳米粒子，聚（甲基丙烯酸）x-嵌段-聚（苯乙烯-alt-N-苯基马来酰亚胺）y [PMAAx-P(St-alt-NMI)y] 。2）这种阴离子纳米颗粒可以通过静电相互作用超组装到较大的阳离子纳米颗粒的表面上，形成胶体纳米复合颗粒（CNP）。值得注意的是，这种 CNP 可以以空间控制的方式掺入方解石单晶中：CNP 掺入方解石的深度是可调的。3）系统研究表明，这种有趣的现象是由 CNP 的胶体稳定性决定的，而 CNP 的胶体稳定性又由 PMAAx-P(St-alt-NMI)y 吸附密度和钙离子浓度决定。这项研究为制备各种具有受控内部成分和结构的晶体纳米复合材料开辟了一条通用且有效的途径。
Zhenghong Zhao, et al, Interfacial Supra-Assembly of Copolymer Nanoparticles Enables the Formation of Nanocomposite Crystals with a Tunable Internal Structure, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07435https://doi.org/10.1021/jacs.3c07435
5. JACS：具有量子干涉效应的超分子晶体管
通过超分子结的电荷传输表现出独特的量子干涉（QI）效应，这为超分子晶体管的设计提供了机会。受益于 QI 的构型依赖性，超分子组装体的构型控制以展示 QI 特征是关键但具有挑战性的步骤。在这项工作中，厦门大学Jie Bai，Wenjing Hong，兰州大学Zitong Liu制造了超分子晶体管，并使用电化学门控扫描隧道显微镜断裂结技术研究了通过单个π堆叠噻吩/亚苯基共聚低聚物（TPCO）的导电通道的电荷传输。1）研究人员控制了超分子通道的构型，并在超分子通道的反共振和共振状态之间切换QI特征。2）研究人员观察到超分子晶体管的开/关比高于 103 (~1300)，高选通效率~165 mV/dec，低断态漏电流~30 pA，沟道长度缩小至 <2.0nm。3）密度泛函理论计算表明，π 堆叠 TPCO 中的 QI 特征根据超分子结构而变化，并且可以通过微调超分子构型来有效操纵。这项工作揭示了分子电子学超分子通道的潜力，并提供了对分子间电荷传输的基本理解。
Xiaohui Li, et al, Supramolecular Transistors with Quantum Interference Effect, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08615https://doi.org/10.1021/jacs.3c08615
6. JACS：用于高功率全固态锂金属电池的具有高离子电导率的高熵层压板
固态电解质（SSE）对于高能量密度锂金属电池至关重要，但它们通常存在锂离子传输动力学缓慢和机械强度低的问题，严重阻碍了全固态电池的应用。在这里，北京航空航天大学Zhiguo Du，Shubin Yang开发了一种二维（2D）高熵锂离子导体，即含锂过渡金属磷硫化物，HELixMPS3（Lix（Fe1/5Co1/5Ni1/5Mn1/5Zn1/5）PS3），具有五个过渡金属原子锂离子（Li+）分散到[P2S6]2−骨架层中，表现出高晶格畸变和大量阳离子空位。1）这种独特的功能能够有效加速二维[P2S6]2−层间中Li+的迁移，在室温下提供5×10−4 S cm−1的高离子电导率。此外，HE-LixMPS3层压板可用作构建块，基于HE-LixMPS3和丁腈橡胶之间的强CS键构建超薄SSE薄膜（~10μm）。2）SSE薄膜具有很强的机械强度（6.0 MPa，310%伸长率）和4×10−4 S cm−1的高离子电导率，在锂对称电池中表现出800小时的长循环稳定性。与LiFePO4正极和锂负极相结合，全固态电池在5.0 C下2000次循环内呈现出高达99.8%的库伦效率。
Qi Zhao, et al, High-Entropy Laminates with High Ion Conductivities for High Power All Solid-State Lithium Metal Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04279https://doi.org/10.1021/jacs.3c04279
7. JACS：体外选择非M2+依赖、快速响应的酸性脱氧核酶以用于细菌检测
大连理工大学刘猛教授首次通过体外选择的方法，从随机序列DNA库中分离得到酸性RNA剪切DNA酶(aRCDs)，其能够在pH=5.3的条件下被微生物大肠杆菌（E. coli）激活。1）这些对大肠杆菌敏感的aRCDs只需要将单价金属离子作为辅助因子就能够剪切荧光嵌合DNA/RNA底物。这种特性能够有效地保护RCDs免受其化学不稳定性和外部酶降解等作用的影响。研究发现，DNA酶（aRCD-EC1）对大肠杆菌具有特异性，其靶点是一种蛋白质。此外，截短的aRCD-EC1具有显著提高的催化活性，速率常数(kobs)为1.18 min-1，是迄今为止最快的细菌响应RCD。2）对40例患者尿液样本的临床评估结果表明，在不进行细菌培养以及总分析时间为50 min时，这种基于aRCD的荧光检测方法的诊断灵敏度为100%，特异性为100%。综上所述，这项研究工作进一步丰富了在非生理条件下具有活性的DNA酶库，有望推动基于DNA酶的生物传感器在临床诊断中的应用。
Qinbin Zhou. et al. In Vitro Selection of M2+-Independent, Fast-Responding Acidic Deoxyribozymes for Bacterial Detection. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06155https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06155
8. JACS：光催化 ATRP 解聚：低 ppm 催化剂浓度下的时间控制
可逆失活自由基聚合 (RDRP) 能够精确控制分子量、摩尔质量分布、序列、结构和端基保真度。在原子转移自由基聚合（ATRP）和可逆加成断裂链转移（RAFT）聚合中，可以说是两种最主要的受控自由基方法，这种控制是通过调节活性物质和休眠物质之间的活化/失活平衡来实现的。近日，苏黎世联邦理工学院Athina Anastasaki，卡内基梅隆大学匹兹堡分校Krzysztof Matyjaszewsk引入光催化 ATRP 解聚，可将反应温度显着抑制在 170 至 100 °C，同时实现时间调节。1）在低毒性铁基催化剂存在和可见光照射下，可以实现近定量的单体回收率（高达 90%），尽管需要最小的时间控制。2）通过使用 ppm 浓度的 FeCl2 或 FeCl3，可以完全消除黑暗期间的解聚，从而实现时间控制并可以通过简单地“打开”和“关闭”灯来调节速率。3）值得注意的是，我们的方法可以在整个反应过程中保持端基保真度，可以在高聚合物负载量（高达 2M）下进行，并且与各种聚合物和光源兼容。该方法提供了一种简便、环保且临时调节的途径来化学回收 ATRP 合成的聚合物，从而为进一步的机会打开了大门。
Kostas Parkatzidis, et al, Photocatalytic ATRP Depolymerization: Temporal Control at Low ppm of Catalyst Concentration, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c05632https://doi.org/10.1021/jacs.3c05632
9. Nano Letters：一种高活性、耐用的大电流密度水分解多级电催化剂
在工业环境下设计高电流密度的双功能催化剂对于推动氢能从基础到实际应用的推动至关重要。在这项工作中，中南大学Guangyi Liu，阿尔伯塔大学Xiaolei Wang设计了由氧化锰和磷化钴（表示为MnO-CoP/NF）组成的异质结纳米线阵列，通过调节与众多纳米异质界面的协同质量传输和电子结构耦合来满足工业需求。1）最佳的MnO-CoP/NF电极表现出卓越的双功能电催化性能，在1000 mA cm−2的大电流密度下析氢过电势为259.5 mV，在1500 mA cm−2的大电流密度下析氧过电势为392.2 mV。2）此外，MnOCoP/NF电极表现出优异的耐用性和500 mA cm-2下1.76 V的超低电压，优于商用RuO2||Pt/C电极。这项工作为实际工业水分解应用中具有优化界面电子结构和大量活性位点的金属异质结构的设计提供了线索。
Yan Dong, et al, A Highly Active and Durable Hierarchical Electrocatalyst for LargeCurrent-Density Water Splitting, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02940https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02940
10. Nano Letters：用于双模光电应用的 MAPbI3 钙钛矿纳米晶体的可控胶体合成
纳米尺寸的胶体钙钛矿纳米晶体（PNC）因其窄发射带宽、高光致发光量子产率（PLQY）和高缺陷容限而吸引了越来越多的研究兴趣。近日，南开大学Qian Zhao，苏州大学Jianyu Yuan展示了一种醋酸配体 (AcO−) 辅助策略，用于可控和可调地合成胶体甲基碘化铅 (MAPbI3) 钙钛矿纳米晶体 (PNC)，以实现高效光伏和光电探测器器件。1）通过改变反应前体中的 AcO−/MA 比率，可以将胶体 MAPbI3 PNC 的尺寸从 9 调整到 20 nm。2）原位观察和详细表征结果表明，AcO− 配体的掺入改变了 PbI6 八面体笼的形成，从而控制了 PNC 的生长。3）充分优化的 AcO−/MA 比率使 MAPbI3 PNC 具有低缺陷密度、长载流子寿命和独特的固态各向同性特性，可用于制造溶液处理的双模光伏和光电探测器器件，转换效率为 13.34%和探测率分别为 2 × 1011 Jones。这项研究为进一步精确可控合成用于多功能光电应用的混合 PNC 提供了途径。
Hehe Huang, et al, Controllable Colloidal Synthesis of MAPbI3 Perovskite Nanocrystals for Dual-Mode Optoelectronic Applications, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03354https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03354
11. Nano Letters：通过智能口罩追踪流感症状的进展
呼吸和体温在很大程度上受到高传染性流感病毒的影响，这对全球公共卫生构成持续挑战。在这里，加州大学洛杉矶分校Jun Chen，东华大学Yongchun Zeng推出了一款由超灵敏纤维温度传感器制成的无线一体式传感口罩（WISE 口罩）。1）WISE口罩具有卓越的热敏性、出色的透气性和佩戴舒适性。它提供高度灵敏的体温监测和呼吸检测功能。2）利用物联网和人工智能的进步，WISE口罩通过定制的柔性电路、深度学习算法和用户友好的界面进一步证明，可以持续识别呼吸和体温的异常情况。3）WISE 口罩代表了一种以经济高效且便捷的方式追踪流感症状进展的引人注目的方法，在面对持续的流感相关公共卫生问题时，它可以作为个性化健康监测和护理点系统的强大解决方案。
Tienan Zhao, et al, Tracing the Flu Symptom Progression via a Smart Face Mask, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02492https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02492
12. ACS Nano：具有三维互连多孔网络的可拉伸热电纤维，用于低级身体热能收集
作为可穿戴生物电子产品的可持续电源，体热发电引起了人们的极大兴趣。在这项工作中，南京邮电大学Yannan Xie，加州大学洛杉矶分校Jun Chen通过湿纺工艺报道了基于 Ti3C2TX MXene 纳米片和聚氨酯 (MP) 混合的可拉伸 n 型热电纤维。1）所提出的纤维采用 3D 互连多孔网络设计，可同时实现令人满意的导电性 (σ)、导热性 (κ) 和拉伸性。2）研究人员系统地优化了 MP 纤维的热电和机械特性，MP-60（MXene 含量为 60 wt%）表现出 1.25 × 103 S m−1 的高 σ，n 型塞贝克系数为 -8.3 μV K− 1，并且 κ 非常低，为 0.19 W m-1 K-1 。此外，MP-60纤维具有良好的拉伸性和机械强度，拉伸应变为434%，断裂应力为11.8 MPa。3）在实际应用中，研究人员基于 MP-60 纤维构建了纺织热电发电机，电压达到 3.6 mV，人体皮肤和周围环境之间存在温度梯度，凸显了低品位人体热能收集的巨大潜力。
Jiahui Li, et al, Stretchable Thermoelectric Fibers with Three Dimensional Interconnected Porous Network for Low-Grade Body Heat Energy Harvesting, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c05797https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05797
