1. Chem. Soc. Rev：活性X(其中X = O, N, S, C, Cl, Br和I)物种纳米医学
同济大学彭波教授、上海大学陈雨教授和冯炜研究员对活性X(X = O, N, S, C, Cl, Br和I)物种纳米医学相关研究进行了综述。1）活性氧、氮、硫、羰基、氯、溴和碘(RXS，X = O、N、S、C、Cl、Br和I)会在多种正常的生理过程中发挥重要作用，其也是细胞代谢的重要调节因子，能够控制细胞信号传导、免疫平衡和组织稳态。然而，RXS的产生与消耗失衡也会诱发多种疾病的发生和发展。近年来，纳米医学取得了长足的进步，研究者合理地设计并构建了多种可以调控RXS的纳米系统，并将其用于恢复RXS的平衡，阻止不同疾病的病理进展。构建可调节自由基的纳米材料能够为疾病治疗提供许多新的可能性，并有望进一步推动纳米医学领域的发展。2）作者在文中总结了基于RXS的纳米药物在多种疾病治疗中的最新研究进展，重点介绍了这些活性物质的类型和病理效应，探讨了基于RXS的纳米材料的生物学效应，并对RXS纳米药物面临的挑战和未来的临床转化前景进行了讨论和展望。
Keyi Wang. et al. Reactive X (where X = O, N, S, C, Cl, Br, and I) species nanomedicine. Chemical Society Reviews. 2023https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/cs/d2cs00435f
2. Nature Commun.：构建不对称双原子位点协同催化电化学CO2还原
阐明多个活性中心之间的协同催化机制对于多相催化具有重要意义；然而，由于催化剂结构和界面环境的复杂性，寻找相应的实验证据仍然具有挑战性。在这里，天津理工大学鲁统部教授，Jiqing Jiao，华中科技大学Xuan Yang，内蒙古大学Jiangwei Zhang构建了一种不对称的 TeN2-CuN3 双原子位催化剂，并通过全范围同步加速器对分布函数对其进行了分析。1）在电化学 CO2 还原中，催化剂具有协同机制，双原子位点激活两个关键分子：操作光谱证实 Te 中心激活 CO2，Cu 中心帮助解离 H2O。2）实验和理论结果表明，TeN2-CuN3 可以协同降低速率决定步骤的能垒，促进质子转移动力学。3）TeN2-CuN3 显示出较宽的电位范围、高 CO 选择性、改进的动力学和良好的稳定性。这项工作提出了双原子位催化剂的合成和表征策略，并通过实验揭示了协同催化的基础机制。
Jiao, J., Yuan, Q., Tan, M. et al. Constructing asymmetric double-atomic sites for synergistic catalysis of electrochemical CO2 reduction. Nat Commun 14, 6164 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41863-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41863-w
3. Nature Commun.：金属硫化物的金属到非金属位点将产物从 CO 转换为 CH4，用于光催化 CO2 还原
二氧化碳吸附和活化的活性中心对于光催化CO2还原的转化率和产物选择性起着至关重要的作用。在这里，福州大学Zizhong Zhang发现了多种金属硫化物 CuInSnS4 八面体纳米晶体，具有暴露的 (111) 平面，可选择性光催化 CO2 还原为甲烷。尽管如此，产物在相应的单个金属硫化物 In2S3、SnS2 和 Cu2S 上转化为一氧化碳。1）与常见的金属或缺陷作为活性位点不同，CuInSnS4 中的非金属硫原子被认为是响应 CH4 产物选择性的吸附中心。2）CuInSnS4的缺电子硫原子上吸附的CO2碳原子有利于稳定中间体，从而促进CO2转化为CH4。通过使用各种助催化剂进行修饰，可以进一步提高 CH4 产物相对于原始 CuInSnS4 纳米晶体的活性和选择性，以增强光生电荷载流子的分离。这项工作提供了一个非金属活性位点来确定光催化二氧化碳还原的转化率和选择性。
Chai, Y., Kong, Y., Lin, M. et al. Metal to non-metal sites of metallic sulfides switching products from CO to CH4 for photocatalytic CO2 reduction. Nat Commun 14, 6168 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41943-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41943-x
4. Nature Commun.：小平面设计的 TiO2 在析氢过程中可提高负载型贵金属簇的光催化活性和稳定性
TiO2 负载的金属簇广泛用于许多光催化应用，包括污染控制和太阳能燃料的生产。除了高光活性之外，光反应过程中的稳定性是高性能光催化剂的另一个基本品质，然而对于TiO2负载的金属团簇缺乏对此属性的系统研究。在这里，加泰罗尼亚理工大学Jordi Llorca，Lluís Sole通过实验和第一原理模拟方法研究了通过球磨在纳米锐钛矿纳米颗粒上制备的 Pt、Pd 和 Au 簇的稳定性，在纳米颗粒上优先暴露 {001}（板）和 {101}（双锥体）晶面。1）研究发现，Pt/TiO2 比 Pd/TiO2 和 Au/TiO2 表现出优异的稳定性，并且无论考虑何种金属种类，{001} 面基光催化剂总是比其 {101} 类似物更稳定。2）与簇烧结相关的稳定性损失，这是通过光激发载流子从金属物质转移到邻近的 Ti 和 O 原子而促进的，最显着且有害地影响析氢光活性。
Chen, Y., Soler, L., Cazorla, C. et al. Facet-engineered TiO2 drives photocatalytic activity and stability of supported noble metal clusters during H2 evolution. Nat Commun 14, 6165 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41976-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-41976-2
5. JACS：用于高性能制氢的光催化 π 共轭聚合物纳米纤维中的定制能量漏斗
创建具有可定制天线系统的人工高性能光合作用组件，将吸收的太阳能传递到光合作用反应中心，从而模仿生物光合作用，仍然是一个重大挑战。近日，维多利亚大学Ian Manners报道了可回收的高性能光合纳米纤维的构建，其具有结晶π共轭聚芴核作为天线系统，将吸收的太阳能输送到空间限定的敏化Co(II)卟啉光催化剂以进行析氢反应。1）通过调整纳米纤维的尺寸，以利用与使用活性结晶驱动的自组装晶种生长方法形成的高度结晶聚芴核相关的非常长的激子扩散长度（> 200 nm），实现了高效的能量漏斗。2）这使得太阳能光驱动的水高效产氢成为可能，在 8 小时的照射下，转换次数超过 450，氢气生产率约为 100%。65 mmol h−1 g−1 ，并且在超出分子光催化剂吸收的波长区域（<405 nm）内总量子产率为0.4%。3）这项工作中报道的使用基于 π 共轭聚合物的定制天线系统和最大化激子传输到反应中心的策略为未来在其他领域的潜在应用开辟了机会，例如太阳能整体水分解、二氧化碳还原和光催化小分子合成。
Yifan Zhang, et al, Tailored Energy Funneling in Photocatalytic π‑Conjugated Polymer Nanofibers for High-Performance Hydrogen Production, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07443https://doi.org/10.1021/jacs.3c07443
6. JACS：调节双金属三硫化磷的自旋态构型以促进硫氧化还原动力学
由于硫阴极的导电性差和多硫化物闭塞，锂硫（Li−S）电池动力学缓慢。目前硫氧化还原催化的研究主要集中在多硫化锂的吸附和催化转化上，而忽略了催化剂电子结构的调控，其中涉及自旋相关的电荷转移和轨道相互作用。在这项工作中，深圳大学Jinlong Yang，清华深圳国际研究生院Guangmin Zhou精心合成了嵌入普鲁士蓝类似物衍生的氮掺杂空心碳纳米立方体（FeCoPS3/NCs）中的双金属三硫化二磷作为主体，以揭示Li−S电池的催化活性和自旋态构型之间的关系。1）FeCoPS3 中的轨道自旋分裂驱动电子结构从低自旋态向高自旋态转变，在 3d 轨道上产生更多不成对的电子。具体来说，FeCoPS3 高自旋构型涉及的非简并轨道导致能级上升，产生更活跃的电子态。2）这种定制的电子结构增加了电荷转移，影响了d带中心，并进一步改变了多硫化锂的吸附能和潜在的反应途径。因此，采用 FeCoPS3/NC主体的电池在 1000 次循环中表现出每循环 0.037% 的超低容量衰减。这项研究提出了一种雕刻几何构型的通用策略，以实现锂硫电池催化剂中的自旋和轨道拓扑调节。
Hong Li, et al, Regulating the Spin State Configuration in Bimetallic Phosphorus Trisulfides for Promoting Sulfur Redox Kinetics, J. Am. Chem. Soc., 2023https://doi.org/10.1021/jacs.3c07213
7. JACS：金(I)-有机框架作为炔烃与 CO2 羧化的催化剂
构建金基金属有机框架（Au-MOF）将金化学的优点引入MOF。然而，这仍然具有挑战性，因为金阳离子在溶剂热条件下很容易还原成金属金。在此，暨南大学Guo-Hong Ning，李丹提出了第一个由环状三核金（I）络合物网络制备的 Au-MOF 的例子，通过在环境条件下以快速（<15 分钟）和可扩展（高达 1 g）的方式进行正式转亚胺反应。1）Au-MOF 具有均匀的孔隙率、高结晶度和对碱（即 20 M NaOH）优异的化学稳定性。2）骨架中具有开放的 Au(I) 位点，Au-MOF 作为非均相催化剂，为炔烃与 CO2 的羧化反应提供了良好的性能和底物耐受性。这项工作展示了一种通过结合配位和动态共价化学来网状合成 Au-MOF 的简便方法。
Rong-Jia Wei, et al, Gold(I)-Organic Frameworks as Catalysts for Carboxylation of Alkynes with CO2, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08262https://doi.org/10.1021/jacs.3c08262
8. JACS：响应性核酸基有机二氧化硅纳米粒子
开发在结构框架中编码响应特征的智能纳米粒子(NPs)的有望能够拓展纳米粒子在药物、疫苗和诊断工具等方面的应用。在理想的情况下，新型纳米载体是由最少数量的生物相容性成分组成，并且可以对特定的生物分子表现出多重响应行为。然而，如何合成适宜的构建模块仍是一项严峻的难题。意大利马里奥·内格里药理研究所Luisa De Cola、麦吉尔大学Hanadi Sleiman、帕尔马大学Roberto Corradini和罗马大学Alessandro Porchetta设计了一种将核酸相互作用的可编程性和与溶胶-凝胶化学相结合的仿生策略，进而将合成核酸和类似物作为组成成分纳入到有机二氧化硅纳米粒子中。1）实验制备了多种含有单链核酸的纳米材料，这些核酸被共价嵌入到二氧化硅网络中。通过将功能性核酸整合到有机硅框架中，这些颗粒可以响应多种生物、物理和化学输入，从而产生能够被检测到的物理化学变化。2）实验结果表明，这种一步法自下而上制备有机二氧化硅纳米粒子的方法能够用于构建将寡核苷酸的可调谐性与二氧化硅的硬度、低成本和生物相容性相结合的多功能系统，以实现包括药物递送和生物传感在内的多种应用。
Pierre Picchetti. et al. Responsive Nucleic Acid-Based Organosilica Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c00393https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00393
9. AEM：利用软接触共面电荷泵策略的高性能耐用旋转摩擦纳米发电机
摩擦纳米发电机（TENG）是一种新兴的获取环境机械能的方法。然而，实际应用中存在电荷密度不足和材料磨损的问题。鉴于此，西南大学Zhiming Lin、香港科技大学杨征保等介绍了一种旋转式TENG，该TENG在机械能收集方面具有卓越的输出性能和耐用性，并通过软接触将巧妙的共面电荷泵与悬浮式静电感应模式相结合。1）得益于中央电荷泵单元的连续同步电荷注入，电荷密度可达74.62 µC m-2，峰值功率密度高达20.72 W m-2。此外，在电荷泵单元中使用屈服聚酯毛皮作为软接触的三层，可减少材料磨损，从而提高耐用性和坚固性。2）TENG在100000次工作循环后仍能保持99.2%的电输出。通过优化设计，原型可连续驱动四个串联的12 W额定功率商用灯。此外，还演示了为电子设备供电的无线供电系统，展示了TENG的广泛应用。鉴于其引人注目的特性，这项工作有望为提高TENG在自供电传感器系统领域的输出和耐用性提供合理的策略。
Lv, S., et al, High-Performance and Durable Rotational Triboelectric Nanogenerator Leveraging Soft-Contact Coplanar Charge Pumping Strategy. Adv. Energy Mater. 2023, 2301832.DOI: 10.1002/aenm.202301832https://doi.org/10.1002/aenm.202301832
10. AEM：利用亲锌疏水电解质添加剂抑制水反应性打造卓越的水系锌金属电池
作为最有前途的水性电池负极之一，金属锌面临着难以控制的副反应和有害的枝晶生长问题，这严重影响了其循环寿命和库仑效率（CE）。鉴于此，北京理工大学Ying Bai、Chuan Wu、Ran Zhao等报道了一种多功能电解质添加剂，它可以调节溶解结构，吸附在锌表面，并在原位生成一种新型的亲锌-微疏水相，从而将负极与活性水分子隔离开来。1）得益于其对水反应性调制的三重效应，金属锌负极表现出了极佳的可逆性，在ZnSO4电解质体系中，5 mA cm-2时的平均CE值达到了99.92%的超高水平，而添加了乙烷磺酰胺添加剂的Zn||Zn对称电池则实现了超过6000小时的长寿命。2）ESA添加剂的优点在Zn//MnO2全电池和锌离子混合电容器中得到了进一步体现，在5 C条件下，1000次循环后的容量保持率为81.60%，在5 A g-1条件下，50000次循环后的容量保持率为92.25%。此外，全电池在0.1摄氏度下循环120次后仍能保持100%的容量，表现出卓越的稳定性。这种策略为进一步开发以低成本ZnSO4为电解质的水性锌金属电池提供了一种可行的选择。
Wang, Y., et al, Suppressed Water Reactivity by Zincophilic-Hydrophobic Electrolyte Additive for Superior Aqueous Zn Metal Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2302707.DOI: 10.1002/aenm.202302707https://doi.org/10.1002/aenm.202302707
11. Nano Letters：原子分散在 Pd金属烯上的 CrOx用于耐CO甲醇氧化
高性能甲醇氧化反应（MOR）电催化剂的有效设计和构建对于直接甲醇燃料电池的发展具有重要意义。但MOR电催化剂的活性位点容易受到CO中毒，导致耐久性较差。在此，吉林大学Weitao Zheng，Xiaoqiang Cui报道了一种原子分散的 CrOx 物质通过桥接 O 原子锚定在 Pd 金属烯上。1）该催化剂表现出出色的 MOR 性能，其质量活性比商用 Pd/C 高 7 倍，CO 电氧化电位低 100 mV。2）原位电化学傅里叶变换红外光谱的结果证明了 CrOx-Pd 金属烯上 CO* 的快速去除。理论计算表明，原子分散的CrOx可以降低CO*在Pd位点上的吸附能，并通过形成氢键增强OH*的吸附能，从而降低COOH*的形成能。这项工作提供了一种通过原子工程氧化物/金属界面来提高 MOR 性能的新策略。
Yu Qiu, et al, Atomically Dispersed CrOx on Pd Metallene for CO-ResistantMethanol Oxidation, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03141https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03141
12. Nano Letters：均质空位增强轨道杂交选择性高效 CO2 转化为 CO 电催化
制造空位提供了一条有效的途径来提高纳米材料用于二氧化碳电还原的选择性和生产率。然而，有缺陷的纳米电催化剂主要在其表面具有催化活性空位，其余内部原子对于二氧化碳到产物的转化是无水的。在此，河南大学Ke Chen，Jie Li，中南大学Min Liu以纳米银为原型，通过卤化银的电化学重构实现均匀空位，从而激发内部原子的催化能力。1）与表面空位为主的纳米银相比，均匀的富含空位的纳米银具有更正的d带中心，可触发Ag_d轨道与*COOH中间体的C_P轨道的强化杂化，从而加速CO2转化为CO转型。2）这些结构和电子优点使得大面积(9 cm−2)电极能够在7.5 A的施加电流下产生几乎纯的CO，CO/H2法拉第效率比为6932。这些发现凸显了设计新型电极的潜力。电催化CO2还原工业化实现的缺陷。
Yuntong Qin, et al, Homogeneous Vacancies-Enhanced Orbital Hybridization for Selective and Efficient CO2‑to-CO Electrocatalysis, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01905https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01905
