1. Chem. Soc. Rev.：用于提高固态材料储氢能力的纳米级工程提高物理吸附剂和化学吸附剂的储氢能力/密度以及改善氢化物的脱氢动力学仍极具挑战性。近日，洛桑联邦理工学院Yunting Wang、Yudong Xue、Andreas Züttel对用于提高固态材料储氢能力的纳米级工程进行了综述研究。1) 作者首先简要概述了纳米工程的储氢机制，以提高固态材料的储氢性能，例如氢溢出、纳米泵效应、纳米尺寸效应、纳米催化和其他非经典储氢机制。然后，作者重点介绍了纳米级工程策略的最新进展，旨在提高多孔材料的储氢能力，降低脱氢温度，改善金属氢化物的反应动力学和氢解吸/吸收的可逆性。2) 提高多孔材料储氢性能的有效纳米级调节策略包括优化表面积和孔体积，微调纳米孔径，引入纳米结构掺杂，以及制作纳米结构和纳米杂化材料。对于金属氢化物，相应的策略包括纳米约束、纳米尺寸和纳米催化剂的掺入。
Yunting Wang, et al. Nanoscale engineering of solid-state materials for boosting hydrogen storage. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D3CS00706E2. Chem. Soc. Rev.：稀土氧化物基电催化剂的合成、性能及应用稀土(RE)作为一种重要的战略资源，在元素周期表中共有17种元素，即15种镧系元素（La–Lu，原子序数57至71）、钪（Sc，原子号21）和钇（Y，原子号39）。在催化领域，4f电子的局部化和不完全填充赋予了RE独特的物理和化学性质，包括丰富的电子能级结构、可变的配位数等，使其在电催化方面具有巨大的潜力。在各种稀土催化材料中，稀土氧化物（REO）基电催化剂由于其制备过程简单、结构变异性强，在电催化反应中表现出优异的性能。同时，RE的电子轨道结构表现出优异的电子转移能力，可以降低速率决定步骤的带隙和能垒值，进一步加速电催化反应过程中的电子转移。近日，南开大学Du Yaping综述研究了稀土氧化物基电催化剂的合成、性能及应用。 1) 作者综述了REO基纳米催化剂的合成、性能和应用，并详细讨论了它们在电催化中的应用。包括析氢反应（HER）、析氧反应（OER）、氢氧化反应（HOR）、氧还原反应（ORR）、二氧化碳还原反应（CO2RR）、甲醇氧化反应（MOR）、氮还原反应（NRR）等电催化反应。2) 此外，作者进一步探讨了RE在上述反应中的催化机理。该综述及时、全面地总结了RE基纳米材料在电催化反应中的应用现状，并对REO基材料的电催化应用前景进行了展望。
Yong Jiang, et al. Rare earth oxide based electrocatalysts: synthesis, properties and applications. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D3CS00708A3. Nature Commun.：层状氧化物电池阴极的异步域动力学和平衡为了改进锂离子电池技术，人们必须探测和理解实际复合电极在工作条件下发生的微观动态过程。初级颗粒和次级颗粒是电池阴极电极的结构构件。它们的动态不一致具有深远但尚未被充分理解的影响。在这项研究中，中南大学Feixiang Wu，普渡大学Kejie Zhao，阿贡国家实验室Luxi Li，德克萨斯大学奥斯汀分校Yijin Liu结合操作相干多晶衍射和光学显微镜来检查层状氧化物阴极局部区域的化学动力学。1）研究结果不仅查明了亚颗粒水平上锂（脱）嵌的异步性，而且还揭示了复杂的扩散动力学和反应模式，涉及各种局部过程，例如化学起始、反应前沿传播、域平衡、颗粒变形和运动。这些观察结果为最先进的电池正极材料的活化和降解机制提供了新的线索。
Xue, Z., Sharma, N., Wu, F. et al. Asynchronous domain dynamics and equilibration in layered oxide battery cathode. Nat Commun 14, 8394 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-44222-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-44222-x4. Nature Commun.：用于保护呼吸道免受病毒气溶胶侵害的鼻内面罩许多传染病的传播依赖于气溶胶传播到呼吸道。在这里，中国科学院过程工程研究所Wei Wei，Guanghui Ma，国科大Limin Wang设计了一种鼻内面罩，由带正电荷的热敏水凝胶和具有特定病毒受体的细胞衍生的微型囊泡组成。1）研究表明，带正电荷的水凝胶拦截带负电荷的病毒气溶胶，而囊泡上的病毒受体则介导病毒的捕获以使其失活。2）研究人员证明，当展示匹配的病毒受体时，鼻内面罩可以保护小鼠的鼻腔和肺部免受严重急性呼吸综合征冠状病毒2或甲型流感病毒的侵害。3）利用人体鼻腔的计算机断层扫描图像，研究人员进一步对解剖学上精确的人体鼻腔进行计算流体动力学模拟和三维打印，将其与人体肺类器官连接起来，生成人体呼吸道模型。模拟和实验结果都支持鼻内面罩对人类的适用性，因为由不同变异株引起的病毒呼吸道感染的可能性大大降低。
Hu, X., Wang, S., Fu, S. et al. Intranasal mask for protecting the respiratory tract against viral aerosols. Nat Commun 14, 8398 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-44134-w https://doi.org/10.1038/s41467-023-44134-w5. Nature Commun.：用于神经形态应用的疏水门控忆阻纳米孔大脑中的信号传输依赖于电压门控离子通道，该通道表现出忆阻器（具有记忆功能的电阻器）的电学行为。目前最先进的技术采用基于半导体的神经拟态方法，这些方法已经在机器学习系统中证明了其功效。然而，这些方法在能量效率和尺寸方面仍然无法与生物神经元实现的性能相匹配。在这项研究中，罗马第一大学Alberto Giacomello利用分子动力学模拟、连续介质模型和电生理学实验来提出并实现生物启发的疏水门控忆阻纳米孔。1）研究结果表明疏水门控通过电润湿机制实现记忆，并且我们相应地建立了简单的设计规则。2）通过生物纳米孔的工程设计，研究人员成功地复制了忆阻器的特征磁滞循环，并构建了一种能够学习和遗忘的突触装置。这一进展为实现纳米级、经济高效、适应性强的仿生忆阻器提供了一条有前途的途径。
Paulo, G., Sun, K., Di Muccio, G. et al. Hydrophobically gated memristive nanopores for neuromorphic applications. Nat Commun 14, 8390 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-44019-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-44019-y6. Nature Commun.：捕获关键的偕二醇中间体和氢化物转移，用于 5-羟甲基糠醛阳极制氢由于工作电势较低（~0.1 V），5-羟甲基糠醛 (HMF) 的非经典阳极制氢对于具有增值化学转化的节能制氢非常有吸引力。然而，由于缺乏关键中间体的直接证据，反应机理仍不清楚。在此，深圳大学骆静利教授，符显珠教授，Jianwen Liu利用原位拉曼光谱和红外光谱、同位素追踪和密度泛函理论计算深入探讨了详细机制。1）研究人员观察到 HMF 在碱性介质中形成两种独特的可相互转化的 Gemdiol 中间体：5-(二羟甲基)呋喃-2 甲醇阴离子 (DHMFM− ) 和二价阴离子 (DHMFM2− )。2）DHMFM2− 很容易通过 H− 转移氧化产生 H2，而 DHMFM− 很容易通过 H+ 转移氧化产生 H2O。电势的增加大大促进了 DHMFM− 氧化速率，使 DHMFM− ↔ DHMFM2− 平衡向 DHMFM− 方向移动，从而减少阳极 H2 的产生直至其终止。这项工作捕获了导致醛产生氢气的关键中间体 DHMFM2−，揭示了设计更高性能系统的关键点。
Fu, G., Kang, X., Zhang, Y. et al. Capturing critical gem-diol intermediates and hydride transfer for anodic hydrogen production from 5-hydroxymethylfurfural. Nat Commun 14, 8395 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43704-2 https://doi.org/10.1038/s41467-023-43704-27. JACS：脉冲放电促进水中无催化剂二氧化碳转化生物圈二氧化碳平均浓度从18世纪中叶的280 ppm上升到2021年的416 ppm。为应对二氧化碳排放带来的全球挑战，开发碳捕获、利用和封存（CCUS）创新技术已成为实现净零碳排放目标的关键技术平台近日，悉尼大学Rusen Zhou，西安交通大学Renwu Zhou通过在微通道气泡内诱导CO2脉冲放电并调节由此形成的等离子体微泡，观察到直接从CO2和水中产生过氧化氢(H2O2)和草酸盐的高性能、无催化剂共形成。1）研究人员以同位素标记的C18O2为原料，异位表面增强拉曼光谱观察到的H218O16O和H216O2峰表明，CO2解离产生的单原子氧(O)和H2O衍生的OH自由基都有助于H2O2的形成。2）全球等离子体化学模型表明，高密度、高能量的电子供应能够实现高密度CO2-(aq)和HCO2-(aq)的形成以及它们随后的耦合以产生草酸盐。CxOy离子物种和CO的有效传输促进了CO2的增强溶剂化，这被证明是火花放电与气泡界面处的水相互作用的关键优势。3）这种等离子体微泡方法能够提供一种新颖的电力到化学途径，将二氧化碳转化为有价值的H2O2和草酸平台化学品，从而利用可再生能源。
Tianqi Zhang, et al, Catalyst-Free Carbon Dioxide Conversion in Water Facilitated by Pulse Discharges, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c11102https://doi.org/10.1021/jacs.3c111028. PNAS：金属位错亚结构的高应变速率纳米压痕演化高应变速率下的变形通常会在许多工程材料上产生高应力，在没有适当设计的情况下可能导致失效。因此，需要高应变速率机械测试来改进结构材料的设计，以实现广泛的应用。尽管已经开发了几种高应变率机械测试技术，以提供对高应变率变形条件下材料响应和微观结构演变的基本理解，但这些测试通常非常耗时且成本高昂。近日，德州农工大学George M. Pharr报道了金属位错亚结构的高应变速率纳米压痕演化。1) 作者利用高应变速率纳米压痕测试技术及相应系统，并结合透射电子显微镜，揭示了纯金属中从低（10–2 s–1）到极高压痕应变速率（104 s–1），其中以面心立方铝和体心立方钼为模型材料。2) 这些结果创造了微观和宏观测试与有效性进行比较的条件，也提供了一条高应变率压痕测试的有效途径，其可以大大降低成本，加快高应变率测试。
Yuwei Zhang, et al. Evolution of dislocation substructures in metals via high-strain-rate nanoindentation. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2310500120https://doi.org/10.1073/pnas.23105001209. ACS Nano：基于协同阴极/阳极界面工程的高稳定水/有机混合锌离子电池锌离子电池（ZIB）由于具有安全、能量密度适中、锌金属储量丰富等优点而发展迅速。然而，锌基阳极的枝晶生长和副反应以及过渡金属基阴极金属元素的溶解使电极/电解质界面不稳定，最终降低了ZIB的电化学性能。在此，北京理工大学陈人杰教授提出了一种具有协同阴极/阳极界面层的水/有机混合电解质。1）在阳极上，富含 ZnF2/Zn3(PO4)2 的薄膜诱导 Zn 成核，从而实现无枝晶和无腐蚀的电极形态。在阴极上，与未改性电解质中循环过程中由于欠电位沉积而在阴极表面异常沉积锌相反，使用混合电解质获得的界面膜抑制了金属元素的溶解，并避免了过渡金属基阴极上的锌沉积。2）结果，基于改性电解质的具有金属Zn阳极和LiMn2O4阴极（放电深度：40％）的软包电池在235次循环后仍保持92 mAh g−1的容量，并且具有稳定和清洁的阴极/阳极界面。这项研究深入探讨了长循环 ZIB 的稳定阴极/阳极界面的构建。
Jiahui Zhou, et al, Highly Stable Aqueous/Organic Hybrid Zinc-Ion Batteries Based on a Synergistic Cathode/Anode Interface Engineering, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c09419https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09419
10. ACS Nano：基于树突状细胞的原位纳米疫苗可重编程脂质代谢以增强肿瘤免疫治疗
癌症疫苗是一种用于治疗肿瘤的替代策略。然而，肿瘤抗原的异质性和肿瘤浸润树突状细胞(tumor-infiltrating dendritic cells，TIDC)的交叉呈递功能受损等问题仍会阻碍肿瘤疫苗的普及和有效性。有鉴于此，武汉大学张先正教授设计了一种基于具有调节脂质代谢和固有免疫刺激等功能的纳米颗粒的原位纳米疫苗(TPOP)。1）TPOP能够捕获肿瘤抗原，并诱导TIDCs对该纳米疫苗进行特异性识别和摄取。与此同时，TPOP也可以调控TIDC的脂质代谢，抑制脂肪酸的从头合成，从而减少TIDC的脂质积累，提高TIDC的交叉呈递能力。研究发现，瘤内注射TPOP和阿霉素预处理相联合的策略能够在小鼠皮下结直肠癌模型和黑色素瘤模型中表现出良好的治疗效果。2）与免疫检查点抑制剂联合使用时，TPOP可通过激活全身抗肿瘤免疫反应以显著抑制远端肿瘤的生长。综上所述，该研究构建的纳米疫苗能够通过调控免疫细胞的代谢实现对免疫系统的有效激活，从而为推动原位肿瘤疫苗的应用和发展提供了一种安全有效的新策略。
You-Teng Qin. et al. Dendritic Cell-Based In Situ Nanovaccine for Reprogramming Lipid Metabolism to Boost Tumor Immunotherapy. ACS Nano. 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c06784https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c06784
11. ACS Nano：螯合铪(Hf)、卟啉修饰的金纳米增敏剂用于增强结肠癌的放射-放射动力学治疗
X射线诱导的放射动力学疗法(RDT)是一种能够显著降低辐射剂量和提高抗癌效果的肿瘤治疗方法。开发安全、高效的放射增敏剂对于肿瘤放射治疗而言具有重要意义。有鉴于此，苏州大学史海斌教授和程侠菊教授构建了一种智能型纳米治疗系统FA-Au-CH，该系统由金纳米放射增敏剂、光敏剂Ce6和叶酸(FA)所组成。FA能够作为靶向叶酸受体的配体，以提高该系统的肿瘤特异性。1）高原子序数元素Au和Hf具有较强的X射线衰减能力。研究发现，Hf能够在X射线照射下将辐射能量传递给Ce6，使其产生ROS。2）实验结果表明，FA-Au-CH纳米粒子可以同时作为放射增敏剂和RDT治疗制剂，以实现对结肠癌的增强CT成像指导的放疗(RT)。综上所述，该研究证明了RT与RDT的结合能够为治疗恶性肿瘤提供一种新型高效的治疗模式。
Jiachen Li. et al. Hafnium (Hf)-Chelating Porphyrin-Decorated Gold Nanosensitizers for Enhanced Radio−Radiodynamic Therapy of Colon Carcinoma. ACS Nano. 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c08068https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c0806812. ACS Nano：通过异质界面外延应变稳定高性能微电池过锂化 Li1+xMn2O4 阴极的晶体框架为了满足高能量和高功率密度锂离子微电池日益增长的需求，过锂Li1+xMn2O4（0≤x≤1）由于296mAh g−1的高理论容量和互连的锂-离子扩散途径而成为一种有吸引力的正极候选材料。然而，由于Jahn-Teller畸变，过度锂化会引发不可逆的立方-四方相变，导致容量快速下降。与传统的锂离子电池相比，微电池提供了开发特定薄膜改性策略的机会。在这里，特温特大学Mark Huijben提出了异质界面晶格应变，通过在下面的 SrRuO3 (SRO) 电子导体层上外延薄膜生长来稳定过度锂化的 Li1+xMn2O4 (LMO) 阴极的尖晶石晶体框架。 1）结果表明，LMO/SRO 异质界面处的晶格失配导致整个 LMO 薄膜中出现面内外延约束。这抑制了通常发生在面内方向的过锂化过程中的晶格膨胀。通过密度泛函理论建模提出，外延约束可以适应过锂化过程中源自立方-四方转变的内部晶格应力。2）通过在具有完全可逆相变的 LiMn2O4 外延阴极中可逆地嵌入第二个锂离子，可以实现容量加倍。在 4 V 和 3 V 范围内，可逆容量保持率分别高于 90.3% 和 77.4%，从而获得令人印象深刻的循环稳定性。这为高性能微电池的稳定过锂Li1+xMn2O4外延阴极提供了有效的策略。
Jie Zheng, et al, Stabilizing Crystal Framework of an Overlithiated Li1+xMn2O4 Cathode by Heterointerfacial Epitaxial Strain for High Performance Microbatteries, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c08849https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08849
