1. Chem. Soc. Rev.：用于电化学能源应用的过渡金属二硫族化合物/碳异质结构的界面工程
为了实现碳中和的全球目标，人们致力于推进电化学能量转换（EEC）和电化学能量存储（EES）技术。对于这些技术，过渡金属二硫族化合物/碳（TMDC/C）异质结构由于其互补优势，在过去十年中已成为极具潜力的电极材料和电催化剂。界面性质在建立TMDC/C异质结构的整体电化学特性方面起着至关重要的作用。近日，天津大学Fang He、胡文彬、阿德莱德大学乔世璋对用于电化学能源应用的过渡金属二硫族化合物/碳异质结构的界面工程进行了综述研究。1) 该综述的目的是关注TMDC/C异质结构的三种界面工程，即界面取向工程、界面堆叠工程和界面掺杂工程，以了解它们在EES和EEC器件中的潜在应用。为了实现这一目标，作者结合实验和理论方法，分析和总结了TMDC/C异质结构的基本电化学性质和制备策略。2) 此外，作者重点介绍了用于特定EES和EEC器件的TMDC/C异质结构的界面工程设计和利用。最后，作者概述了在实际的EES和EEC器件中使用TMDC/C异质结构界面工程的挑战和机遇。
Biao Chen, et al. Interfacial engineering of transition metal dichalcogenide/carbon heterostructures for electrochemical energy applications. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D3CS00445G
2. Science Advances：揭示糖基化反应中的促进剂效应和抗衡离子交换的作用
糖苷键形成的立体选择性仍然是合成碳水化合物的一个值得注意的障碍，主要是因为在糖基化反应中SN1和SN2过程同时发生。在这里，台湾中央研究院Cheng-Chung Wang应用低温核磁共振和统计学方法对糖基化机制进行了深入的分析。1）研究人员首先发现了一条由反离子交换和反应副产物驱动的途径，以勾勒出中间体的立体贡献。2）此外，相对反应性值、受体亲核常数和Hammett取代基常数(σ值)为指示机理提供了一个通用的指数。这些结果可以极大地方便和简化碳水化合物合成过程中的构建块裁剪和反应条件优化。
Chun-Wei Chang, et al, Unraveling the promoter effect and the roles of counterion exchange in glycosylation reaction, Sci. Adv. 9 (42), eadk0531. DOI: 10.1126/sciadv.adk0531https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk0531
3. Science Advances：用于无线心脏电疗的自组装植入式微管起搏器
目前的心脏起搏器依赖电池，起搏导线容易导致瓣膜损伤和感染，而且需要完整的起搏器回收才能更换电池。尽管报道了无线生物电子设备来调整心外膜的速度，但需要进行开胸手术(开胸手术)来植入设备，而且这一过程是侵入性的，需要长时间的伤口愈合和医疗负担。近日，加州大学洛杉矶分校Tzung K. Hsiai展示了一种完全生物兼容的无线微电子产品，它具有自组装设计，可以卷成轻量级微管起搏器，用于血管内植入和起搏。1）研究人员利用射频将能量传递给微管起搏器进行电刺激。2）在麻醉的猪模型中，研究人员证明这种起搏器提供了有效的起搏来恢复心脏停止跳动的心脏收缩，并有能力进行超速起搏以增强血液循环。3）因此，这种微管起搏器为无铅、无电池微电子设备的微创植入铺平了道路。
Shaolei Wang, et al, A self-assembled implantable microtubular pacemaker for wireless cardiac electrotherapy, Sci. Adv. 9 (42), eadj0540. DOI: 10.1126/sciadv.adj0540https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj0540
4. Science Advances：通过流体和界面自适应进行水凝胶辅助可拉伸纤维的微流体纺丝
可伸缩聚合物纤维具有巨大的潜力，但其生产需要严格的环境控制和相当大的资源消耗。这对高性能但可纺性差的弹性聚合物也是一个挑战，例如聚二甲基硅氧烷和Ecoflex等有机硅。近日，西安交通大学Feng Xu，海南大学Dong Wang，Guoxu Zhao提出了一种水凝胶辅助微流控纺丝(HAMS)方法，通过将它们的预聚体封装在任意长度的、具有保护作用的和可牺牲的水凝胶纤维中来应对这些挑战。1）通过设计简单的设备和操纵油/水流动的流体和界面自适应，成功地生产出直径广泛可控(0.04至3.70毫米)、显著的长度、高质量(例如，表面光滑、全长均匀和圆形截面)以及显著的延伸性(高达1300%)的纤维，而与可纺性无关。2）独特的是，这种方法可以轻松、有效和可控地重塑螺旋纤维，并具有出色的延伸性和机械柔顺性。3）研究人员深入揭示了这些纤维的产生机制，并展示了它们作为纺织元件、光电子器件和致动器的潜力。HAMS方法将是大规模生产高质量可伸缩纤维的有力工具。
Guoxu Zhao, et al, Hydrogel-assisted microfluidic spinning of stretchable fibers via fluidic and interfacial self-adaptations, Sci. Adv. 9 (42), eadj5407. DOI: 10.1126/sciadv.adj5407https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj5407
5. Nature Commun.：用于混合被动制冷的大气湿度感生聚丙烯酸酯水凝胶
全球变暖正在加剧热应激，危及人类和社会的可持续性。因此，可靠和节能的冷却方法备受追捧。在这里，纽约州立大学Qiaoqiang Gan报道了一种利用自吸湿水凝胶制备的聚丙烯酸酯薄膜，用于高效混合被动制冷。1）研究人员使用成本最低的工业材料之一(例如聚丙烯酸钠)，展示了通过减少高太阳反射率(0.93)的太阳采暖和高中红外发射率(0.99)的最大热发射来实现辐射制冷。重要的是，制造过程只使用大气湿度，不需要额外的化学品或能源消耗，使其成为一个完全绿色的过程。2）在800 W m−2的太阳光照射下，在纽约州布法罗观测到的部分多云的天空下，薄膜的表面温度降低了5 ℃。结合其吸湿特性，该薄膜可以同时引入蒸发冷却，而不依赖于进入晴朗的天空。与目前电力驱动的空调设施相比，混合被动冷却方法预计将减少全球碳排放1184亿公斤/年。3）由于其低成本的原材料和出色的成型功能，该薄膜可以通过简单且具有成本效益的滚压工艺来制造，使其适合未来的建筑施工和个人热管理需求。
Galib, R.H., Tian, Y., Lei, Y. et al. Atmospheric-moisture-induced polyacrylate hydrogels for hybrid passive cooling. Nat Commun 14, 6707 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42548-0https://doi.org/10.1038/s41467-023-42548-0
6. Nature Commun.：具有折纸功能组转换和环重构的可重新编程机械超材料
可重新编程超材料的最新进展使得能够在原位开发具有可变特殊属性的智能物质。这些超材料采用元素内物理重构和元素间结构变换。然而，现有的单特性同元机械超材料的重编程功能有限。在这里，上海交通大学Zhimiao Yan介绍了一种由具有异质机械性能的折纸元素组成的可重新编程的机械超材料，它通过官能团转换和环重构来实现各种机械行为模式。1）通过将两个异质元素各向异性组装成一个功能组，可以实现正刚度和负刚度之间的机械行为切换。所得的多边形环表现出旋转变形、零泊松比拉伸/压缩变形和负泊松比拉胀变形。2）周期性排列这些环会产生均质超材料。四边形环的重新配置允许机械响应和负泊松比的连续微调。3）这种机械超材料可以为可重新编程的机械计算、多用途机器人、可变形车辆和不同规模的建筑提供多功能材料平台。
Hu, X., Tan, T., Wang, B. et al. A reprogrammable mechanical metamaterial with origami functional-group transformation and ring reconfiguration. Nat Commun 14, 6709 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42323-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-42323-1
7. Nature Commun.：用于可持续能量收集的光电响应离子通道
在当今世界，获得可持续能源至关重要，特别强调太阳能和水基能源。在此，浙江大学Qi Sun，Sai Wang开发了光响应离子染料敏化共价有机框架膜。1）这些创新膜旨在通过利用光子、电子和离子之间复杂的相互作用来显着增强选择性离子传输。2）研究中设计的纳米流体装置展示了卓越的阳离子电导率。此外，由于光激发触发的离子运动，它们可以熟练地将光转换为电信号。3）将盐度梯度的影响与光诱导离子运动相结合，这些设备的效率显着提高。具体而言，在 0.5/0.01 M NaCl 盐度差和光照下，该器件达到 129 W m−2 的峰值功率密度，比当前市场标准高出约 26 倍。除了介绍离子膜中光电活动的概念之外，研究还强调了满足不断增长的全球能源需求的潜在途径。
Guo, Q., Lai, Z., Zuo, X. et al. Photoelectric responsive ionic channel for sustainable energy harvesting. Nat Commun 14, 6702 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42584-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42584-w
8. Nature Commun.：色氨酸拉链肽分层组装成应力松弛生物活性水凝胶
自然界中的软材料是通过生物聚合物可逆超分子组装成动态分层网络而形成的。合理的设计使得自组装肽与天然材料的结构相似。然而，重建自然系统固有的动态功能特性仍然具有挑战性。在这里，新南威尔士大学Kristopher A. Kilian报道了基于色氨酸拉链（trpzip）基序的短肽的发现，它显示了导致出现动态特性的多尺度层次排序。1）Trpzip 水凝胶具有抗菌和自愈功能，具有可调的粘弹性和独特的屈服应力特性，只需轻轻一抖手腕即可立即收获嵌入的细胞。2）这一特性使得 Trpzip 水凝胶适合注射器挤出，研究人员通过细胞输送和生物打印的例子证明了这一点。3）Trpzip 水凝胶显示出固有的生物活性，允许具有顶端-基底极化的人类肠道类器官的繁殖。考虑到这些广泛的属性，预计 Trpzip 基序将成为生物技术和医学软材料超分子组装的通用构建模块。
Nguyen, A.K., Molley, T.G., Kardia, E. et al. Hierarchical assembly of tryptophan zipper peptides into stress-relaxing bioactive hydrogels. Nat Commun 14, 6604 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41907-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-41907-1
9. JACS：揭示溶酶体丙二醛在脑缺血/再灌注损伤期间影响维生素B12转运的作用
脑缺血再灌注损伤(CIRI)常伴有同型半胱氨酸(Hcy)上调的发生。过量的Hcy会损伤脑血管内皮细胞和神经元，进而诱发神经毒性甚至神经变性。正常情况下，补充维生素B12是一种能够降低Hcy的干预措施。然而，利用维生素B12治疗CIRI的临床效果并不理想。研究表明，氧化应激与CIRI密切相关，而溶酶体是也维生素B12转运的关键部位。因此，溶酶体氧化应激可能会阻碍维生素B12的转运。作为溶酶体氧化应激的重要生物标志物，溶酶体丙二醛(溶酶体MDA)是否会干扰维生素B12的转运目前仍尚未被阐明，原因在于缺乏可实时、原位测量活体脑内溶酶体MDA的有效方法。有鉴于此，山东师范大学唐波教授、李平教授、王昕教授、山东大学齐鲁医院吴伟教授和焉传祝教授构建了一种荧光显像剂Lyso-MCBH，其可通过进入大脑并靶向溶酶体来特异性地监测溶酶体MDA。1）实验利用Lyso-MCBH探针首次观察到CIRI活体小鼠脑内的溶酶体MDA水平会发生爆增。研究发现，过量的溶酶体MDA可通过阻断维生素B12从溶酶体到细胞质的转运而影响维生素B12的疗效。2）实验结果表明，维生素B12转运体LMBD1的表达和功能与过量的溶酶体MDA相关。综上所述，该研究通过揭示溶酶体MDA-LMBD1轴的存在解释了维生素B12治疗CIRI的无效原因，并为治疗CIRI提供了一个极具发展前景的靶点。
Di Su. et al. Shedding Light on Lysosomal Malondialdehyde Affecting Vitamin B12 Transport during Cerebral Ischemia/Reperfusion Injury. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07809https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07809
10. Angew：低配位Ir的优异酸性OER电催化
由于强酸性环境进行OER电催化反应具有非常强的氧化性，导致发展用于聚合物膜电解器件的高性能OER电催化剂非常困难。最近人们通过理论计算发现通过降低Ir-O配位数目的方式能够降低电催化OER反应的决速步能垒，从而加快OER电催化反应速率。有鉴于此，湖南大学王双印、陈如等对模型催化剂进行降低Ir-O配位数目，合成了低配位数目的IrOx电催化剂，在PEM电解槽实现了持久的优异OER电催化性能。1）对市售金红石晶相IrO2进行plasma处理修饰缺陷，原位XAS分析与DFT理论计算发现，研究降低配位数目能够提高催化活性。基于理论模型研究的结果，设计了一系列低配位Ir催化剂催化活性，在酸性电解液进行OER，10 mA cm-2电流密度的过电势为231 mV，催化剂的持久时间达到100 h。2）催化剂能够在非常低的电压构筑PEM电解槽，1 A cm-2电流密度的电压仅为1.72 V，而且具有优异的稳定性，1200 h未见性能衰减。这项工作说明低配位数目对催化剂起到的独特作用，为设计PEM的产氧Ir催化剂提供帮助。
Hongmei Gao, et al, Reducing the Ir–O Coordination Number in Anodic Catalysts based on IrOx Nanoparticles towards Enhanced Proton-exchange-membrane Water Electrolysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202313954https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202313954
11. EES：具有离散无机组分的固体电解质界面中锂的快速传输动力学途径
锂离子在固体电解质界面（SEI）中的传输分两步进行：通过外部多孔有机层的快速孔扩散，然后在内部致密无机层中的空位扩散。第二个步骤是在快速充电期间的速率限制步骤。在本研究中，印第安纳大学与普渡大学印第安纳波里斯联合分校Xie Jian、宾夕法尼亚大学Eric A. Stach通过在传统的碳酸亚乙酯基电解质中添加LiNO3，在单斜Nb2O5（H-Nb2O5）表面构建更厚的SEI（富含SEI）结构。1) 作者发现两个电极（一个富含SEI，另一个缺乏SEI）的电化学性能几乎相同，包括它们的快速充电能力和循环稳定性，尽管它们的SEI结构存在显著差异。作者通过低温扫描/透射电子显微镜分析发现，单个无机颗粒（例如Li2O）和无定形物质（LiNxOy/有机组分）在H-Nb2O5表面上离散修饰。2) 作者提出了一种新的锂离子通过SEI传输的机制：一步孔扩散，而没有第二步慢扩散。这种一步孔扩散过程提供了极其快速的锂离子传输，并有效地消除了用于快速充电的SEI中锂离子传输的动力学限制。
Yikang Yu, et al. Kinetic Pathways of Fast Lithium Transport in Solid Electrolyte Interphases with Discrete Inorganic Components. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02048G
12. AEM：用铜开关加速Ru0/Ru4+相邻双位点的构建以实现有效的碱性析氢
碱性析氢反应（HER）需要附近的水吸附和H2生成双位点，钌基电催化剂是铂基材料的有效替代品。然而，在双位点构建中实现高效率和长期稳定仍极具挑战性。陕西师范大学Yan Junqing、皇家墨尔本理工大学Ma Tianyi报道了Cu掺杂的RuO2（Cu-RuO2）催化剂。1) Cu2+离子是获得具有Ru-RuO2结构的Cu-RuO2-AC活化样品的开关。Cu-RuO2-AC样品在10 mA cm−2的电流密度下的过电位仅为19mV，Tafel斜率为32.8 mV dec−1。2) 此外，在1 A. mgRu−1的质量活性下 ，该催化剂只需要88 mV，这低于商业40%Ru/C的343 mV。密度泛函理论（DFT）计算表明，Cu2+掺杂激活了附近的Ru4+。Cu-RuO2-AC||Cu-RuO2的两电极H电池器件仅需要1.66和1.78V就可以实现100和200mA cm−2的电流密度 。
Wenshan Xi, et al. Accelerating Ru0/Ru4+ Adjacent Dual Sites Construction by Copper Switch for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302668https://doi.org/10.1002/aenm.202302668
