​顶刊日报丨孙学良、唐波、冯新亮、曾海波等成果速递20231202
纳米人 纳米人 2023-12-03
1. Nature Materials:异质结构中的辅助压电效应

界面处固有的对称性破坏是无数物理效应和功能的基础,如有效的自旋-电荷相互转换、奇异的磁性结构和体光伏效应。界面不对称可以在异质结构中诱导相当大的压电效应,即使是由中心对称半导体组成的异质结构,这为开发和优化机电耦合现象提供了灵活性。在这里,华威大学Yang MingminMarin Alexe报道了异质结构中的辅助压电效应。
 
本文要点:
1) 通过有针对性的界面对称性工程,作者实现负泊松比的电模拟压电现象。这种膨胀压电效应中的纵向(d33)和横向(d31,d32)压电系数具有相同的符号,使其能够在外部电刺激下在所有方向上同时收缩或膨胀。

2) 横向系数的符号可以通过平面内对称各向异性来进一步调整。这种效应存在于广泛的材料系统中,并表现出显著的系数,表明其对所有半导体致动器、传感器和滤波器应用的潜在影响。

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Ming-Min Yang, et al. Auxetic piezoelectric effect in heterostructures. Nature Materials 2023
DOI: 10.1038/s41563-023-01736-5
https://doi.org/10.1038/s41563-023-01736-5
          
2. Chem. Soc. Rev.:用于生物启发催化的金属-有机框架中类金属酶的原子级设计
天然金属酶具有优异的反应活性和特异性,是重要生命转化的基础。然而,酶只能在温和的条件下工作,以保持复杂结构的活性,这限制了它们的潜在应用。近日,华中师范大学Zhu Chengzhou华盛顿州立大学 Lin Yuehe综述研究了用于生物启发催化的金属-有机框架中类金属酶的原子级设计。
 
本文要点:
1) 具有酶催化活性的人工金属酶不仅可以避免酶的脆性,而且可以将多种功能付诸实践。其中,具有多样化和位点分离的金属位点和超分子结构的金属-有机框架(MOFs)已成为高效的金属酶。

2) 作者系统总结了MOF基金属酶的重大进展,特别强调了原子水平上的活性设计,包括一级催化位点和二级配位球。然后,作者对催化机理及其先进应用进行了讨论。最后,作者对这一新兴研究领域进行了展望,以推进生物启发催化。  

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Weiqing Xu, et al. Atomic-level design of metalloenzyme-like active pockets in metal–organic frameworks for bioinspired catalysis. Chem. Soc. Rev. 2023
DOI: 10.1039/D3CS00767G
https://doi.org/10.1039/D3CS00767G
          
3. Chem. Soc. Rev.:包含不同化学键的各向异性结构构建单元
包含不同化学键的各向异性结构构建单元(ABUCB)可以导致晶体结构和空间电子分布的各向异性,最终导致宏观光学各向异性增强。因此,涉及独特的P–F或S–F键的(PO3F)2−或(SO3F)四面体充当这样的ABUCB。独特的化学键有效改变了结构构建单元的微观性质,如极化率各向异性、超极化率和几何畸变;从而改变了材料的宏观二阶非线性光学(2nd NLO)性质。近日,北京师范大学Wu Li-MingChen Ling对包含不同化学键的各向异性结构构建单元进行了综述研究。    
 
本文要点:
1) 作者总结了含有ABUCBs的典型化合物和新出现的化合物,这些化合物包括代表六个不同类别的大约90个实例,如磷酸盐、硼酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硫属化物和氧卤化物。此外,作者证明了DUV/UV NLO化合物中ABUCBs的存在有助于增加双折射和保持大带隙,从而促进高能短波长光谱范围内的相位匹配。

2) 此外,在IR NLO化合物中加入ABUCBs为增加带隙从而提高更大的激光诱导损伤阈值提供了一种可行方法。该综述综合了各种试错探索,并提出了一种设计2nd-NLO的新策略。    

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Xin Liu, et al. Anisotropic structure building unit involving diverse chemical bonds: a new opportunity for high-performance second-order NLO materials. Chem. Soc. Rev. 2023
DOI: 10.1039/D3CS00691C
https://doi.org/10.1039/D3CS00691C
          

4. Nature Commun.:通过微真空力进行通用选择性转移印刷  

无机薄膜半导体的转移印刷已引起人们的广泛关注,以在特殊基材上实现高性能软电子产品。然而,传统的转印技术,包括弹性体转印、激光辅助转印和静电转印,仍然存在诸如印模可重复使用性、额外的粘合剂和设备损坏等具有挑战性的问题。据报道,微真空辅助选择性转移将微米尺寸的无机半导体组装到非常规基板上。通过激光诱导蚀刻技术在玻璃基板上形成20微米尺寸的微孔阵列。真空可控模块由激光钻孔玻璃和硬质聚二甲基硅氧烷微通道组成,能够选择性地调节微芯片阵列上的微真空吸力。    
          
近日,韩国科学技术院Keon Jae Lee通过微真空转移过程中的压力控制实现 3.364 × 10的超高粘合可切换性,有助于薄膜半导体的拾取和释放,而不会产生额外的粘合剂和芯片损坏。
          
本文要点:
1)通过将来自不同母晶圆的不同形状和尺寸的微芯片组装在同一平面上,演示了 III-V 族材料和硅的异质集成。

2)通过两个独立真空通道的独立压力控制实现多次选择性转移,转移良率高达98.06%。

3)最后,通过微真空辅助选择性转移制造出具有均匀电/光特性的柔性微型发光二极管和晶体管。    

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Park, S.H., Kim, T.J., Lee, H.E. et al. Universal selective transfer printing via micro-vacuum force. Nat Commun 14, 7744 (2023).
DOI:10.1038/s41467-023-43342-8
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43342-8
          
5. JACS:铁电异质结构中的可控电催化到光催化转化
生产增值化学品的光催化和电催化反应为解决能源危机和环境污染提供了有前景的解决方案。光催化由光激发和电荷分离驱动,依赖于半导体催化剂,而电催化由外部电流驱动,大多基于高导电率的金属催化剂。由于不同的反应机制,两种催化类型之间的转化在很大程度上仍未被探索。    
          
在此,通过密度泛函理论(DFT)模拟,温州大学Xin Tan,昆士兰科技大学Liangzhi Kou证明了铁电异质结构Mo-BN@In2Se3和WSe2@In2Se3可以根据内置场和电子的极化方向表现出半导体或金属特征转移。
          
本文要点:
1)以氮还原反应(NRR)和析氢反应(HER)为例,金属异质结构作为这些反应的优异电催化剂,而半导体异质结构作为相应的光催化剂,具有改善的光吸收、增强的电荷分离和低吉布斯自由能变化。

这些发现不仅将电子相变的物理现象与化学反应联系起来,而且为显着提高催化效率提供了一种新的可行的方法。

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Lin Ju, et al, Controllable Electrocatalytic to Photocatalytic Conversion in Ferroelectric Heterostructures, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c10271
https://doi.org/10.1021/jacs.3c10271
          

6. Angew:基于双阴离子化学的超离子玻璃可实现长循环全固态钠离子电池  

玻璃态钠离子固态电解质(GNSSE)是一类重要的非晶态固态电解质。然而,最先进的 GNSSE 在室温下离子电导率不足,削弱了它们在开发具有高能量密度和更高安全性的全固态钠离子电池(ASSNIB)方面的前景。在这里,西安大略大学孙学良院士报道了一种基于氯氧化物双阴离子亚晶格的新型钠超离子玻璃 0.5Na2O2TaCl5 (NTOC) 的发现。
          
本文要点:
1)具有丰富桥接和非桥接氧原子的独特局部结构有助于NTOC内高度无序的Na离子分布以及低Na+迁移势垒,从而在25 ℃下实现4.62 mS cm-1的超高离子电导率(超过20比之前报道的 GNSSE 高出数倍)。

2)此外,玻璃状NTOC电解质的优异成型性及其高电化学氧化稳定性确保了良好的电解质-电极界面,有助于ASSNIB在室温下循环超过500次,具有优异的循环稳定性。玻璃态NTOC电解质的发现将重新点燃基于多阴离子化学的超离子玻璃态SSE的研究热情。    

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Xiaoting Lin, et al, A Dual Anion Chemistry-Based Superionic Glass Enabling LongCycling All-Solid-State Sodium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202314181
DOI: 10.1002/anie.202314181
https://doi.org/10.1002/anie.202314181
          

7. Angew:序贯激活的荧光探针可同时检测γ-谷氨酰转肽酶和次溴酸以预测早期动脉粥样硬化斑块  

动脉粥样硬化是一种脂蛋白驱动的疾病,目前尚缺乏有效的治疗方法能够逆转动脉粥样硬化或已经存在的斑块。因此,迫切需要开发一种无创、可靠的早期动脉粥样硬化检测方法,以防止初始斑块的形成。已有研究表明,动脉粥样硬化与炎症密切相关。炎症通常伴随着过量的活性氧(ROS)产生,由此导致细胞需要更多的谷胱甘肽(GSH)来抵抗严重的氧化应激。因此,谷胱甘肽水解蛋白γ-谷氨酰转肽酶(GGT)和ROS-次溴酸(HBrO)是预测动脉粥样硬化的潜在生物标志物。为了避免单一生物标志物导致的假阳性诊断,山东师范大学唐波教授和李平教授构建了一种独特的序贯激活型双锁TP荧光探针C-HBrO-GGT,其中的GGT和HBrO是两个精心设计的序贯触发器,能够确保探针在被GGT水解后才会产生对HBrO响应的荧光。    
 
本文要点:
1)在细胞水平上,实验利用C-HBrO-GGT探针对电压门控氯离子通道(CLC-1)-HBrO-过氧化氢酶(CAT)-GGT信号通路进行了证实。

2)实验结果表明,该探针能够在通过肉眼或经典的免疫荧光染色观察到斑块之前成功地预测即将发生的动脉粥样硬化斑块。综上所述,该研究开发了一个能够精准指示成熟斑块位置的强效工具,其有望实现对动脉粥样硬化斑块的早期预警。

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Hui Wang. et al. Prediction of Early Atherosclerotic Plaques using a Sequence-Activated Fluorescence Probe for the Simultaneous Detection of γ-Glutamyl Transpeptidase and Hypobromous Acid. Angewandte Chemie International Edition. 2023    
DOI: 10.1002/anie.202315861
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202315861
          

8. Angew综述:合理设计的共价有机框架材料用于癌症治疗  

山东师范大学董育斌教授对合理设计的共价有机框架材料用于癌症治疗的相关研究进行了综述。
 
本文要点:
1)纳米药物已被广泛应用于肿瘤治疗。共价有机框架(COFs)是一种结晶有机多孔材料,其具有多孔性、设计灵活性、可功能化和高生物相容性等优点,能够用于肿瘤治疗。

2)作者从网络化学和功能导向的材料设计等角度探讨了COFs在肿瘤治疗中的应用。首先,作者综述了COFs的修饰位点和功能化方法,并对与其它功能组件相集成以作为多功能纳米平台的COFs在肿瘤靶向、成像和治疗等方面的应用潜力进行了介绍;此外,作者也讨论了COFs的临床转化所面临的挑战,以期推动基于COFs的抗癌纳米药物的发展和临床应用。    

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Le-Le Zhou. et al. Covalent Organic Frameworks: Opportunities for Rational Materials Design in Cancer Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2023
DOI: 10.1002/anie.202314763
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202314763
          
9. AEM:多功能分子接枝V2C-MXene作为双离子储能装置的高动力学钾离子插层阳极
使用阴离子嵌入石墨阴极构建双离子储能装置可同时实现高能量密度和输出功率密度,然而一个关键的挑战是缺乏与石墨阴极匹配的合适阳极。近日,德累斯顿工业大学Yu Minghao冯新亮将多功能分子接枝V2C-MXene作为双离子储能装置的高动力学钾离子插层阳极。    
 
本文要点:
1) 作者报道了一种利用多功能偶氮苯磺酸的表面接枝方法,该方法将V2C MXene转化为用于双离子储能装置的高动力学K+嵌入阳极(表示为ASA-V2C)。此外,接枝的偶氮苯磺酸提供了额外的K+存储中心和快速的K+跳跃位点,同时作为V2C层之间的缓冲层,以减轻K+嵌入/脱嵌入过程中的结构畸变。

2) 这些功能使V2C电极具有显著增强的比容量、倍率性能和循环稳定性。当与阴离子嵌入石墨阴极耦合时,该装置的最大能量密度为175 Wh kg−1,比功率密度为6.5 kW kg−1

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Davood Sabaghi, et al. Multifunctional Molecule-Grafted V2C MXene as High-Kinetics Potassium-Ion-Intercalation Anodes for Dual-Ion Energy Storage Devices. Adv. Energy Mater. 2023    
DOI: 10.1002/aenm.202302961
https://doi.org/10.1002/aenm.202302961
          
10. AFM:量子点聚合物的直接光刻图案化
对于基于量子点(QDs)的新型显示技术,实现高精度的红、绿、蓝像素阵列一直是追求高质量、生动图像显示的研究重点。然而,材料稳定性和工艺环境等问题使高精度图案的质量难以保证。以直接光刻为代表的新型光学图案化技术被认为是在亚微米水平上实现超细图案的一种有效方法。该工艺通过光诱导的化学变化制备出图案化的量子点聚合物膜。近日,南京理工大学Lu Jian曾海波Chen Jun综述了QD聚合物材料的直接光刻研究进展,并介绍了单色/多色光图案化工艺的最新进展。
 
本文要点:
1) 作者通过将量子点与聚合物以不同的方式结合,将量子点聚合物分为三类,包括聚合物包覆的量子点、作为量子点配体的聚合物和作为量子点光交联剂的聚合物。作者还介绍了它们的合成方案、功能特征和挑战。

2) 此外,作者还提出了一种在使用激光和光场调制的直接光刻过程中去除光掩模的方案。旨在为研究者提供一些通用的研究信息和改进思路,从而可以进一步推动QD聚合物直接光刻技术的发展。    

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Weishu Guo, et al. Direct Photolithography Patterning of Quantum Dot-Polymer. AFM 2023
DOI: 10.1002/adfm.202310338
https://doi.org/10.1002/adfm.202310338

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