1. Nature Materials：扭曲双层石墨烯上单层半导体中动态可调谐莫尔激子里德堡态
莫尔激子是二维半导体中的出射光学激发。尽管人们已经观察到这些激发，但具有动态可调莫尔势以调整其特性的系统尚未实现。近日，华盛顿大学Xu Xiaodong、香港大学Yao Wang在单层WSe2中实现了一个连续可调的莫尔电位，这是由于它在魔角附近接近扭曲的双层石墨烯（TBG）。1) 通过调节局部电荷密度，TBG提供了一种空间变化和动态可调的介电超晶格，并且其可用于调制单层WSe2的激子波函数。作者观察到，由于亮和暗里德堡态之间的激子波函数杂化，在掺杂TBG后，出现的莫尔激子里德堡分支具有增加的能量分裂。2) 此外，涌现的里德堡态可以在魔角上探测到TBG中的强相关态。该研究为工程莫尔激子和TBG中具有小间隙电子态的光学可及性提供了一个新平台。
Minhao He, et al. Dynamically tunable moiré exciton Rydberg states in a monolayer semiconductor on twisted bilayer graphene. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-023-01713-yhttps://doi.org/10.1038/s41563-023-01713-y
2. Nature Commun.：二维铜有机框架中层间堆积的可逆调节，以调节孔隙率和光催化活性
二维共价有机骨架（2D COF）的性能，包括孔隙率、催化活性以及电子和光学性能，很大程度上受到其层间堆叠结构的影响。然而，对其层间堆叠模式的精确控制，尤其是以可逆方式，是一个长期且具有挑战性的追求。在这里，暨南大学李丹，Guo-Hong Ning制备了三种2D铜有机框架，即JNM-n（n = 7、8和9）。1）有趣的是，重叠式AA堆叠（即JNM-7-AA和JNM-8-AA）和交错式ABC堆叠（即JNM-7-ABC和JNM-8-ABC）之间的可逆层间滑动可以通过环境刺激来实现，赋予脂肪酶可逆的封装和释放。2）重要的是，与ABC堆叠同构结构相比，JNM-7-AA和JNM-8-AA表现出更宽的光吸收范围、更高的电荷分离效率以及更高的光催化活性，可以将O2敏化为1O2和O2•−。因此，与 JNM-8-ABC 和其他报道的均相和非均相催化剂相比，JNM-8-AA 显着增强了氧化交叉偶联反应的光催化活性。
You, PY., Mo, KM., Wang, YM. et al. Reversible modulation of interlayer stacking in 2D copper-organic frameworks for tailoring porosity and photocatalytic activity. Nat Commun 15, 194 (2024).DOI：10.1038/s41467-023-44552-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-44552-w
3. Nature Commun.：利用酶驱动的机械响应来改变水凝胶的形状
水凝胶被设计用于对许多不同的刺激做出反应，在组织工程和软机器人领域有着广泛的应用。然而，具有机械响应性的聚合物网络，特别是那些表现出按需自硬化和自软化行为的聚合物网络，却很少有报道。在这里，中国科学院大学温州研究院Lifei Zheng，德国莱布尼茨互动材料研究所Andreas Herrmann设计了一种分子水平上的机械控制生物催化系统，该系统被纳入水凝胶中，以在材料尺度上调节其机械性能。 1）该生物催化系统由蛋白酶凝血酶及其抑制剂水蛭素组成，它们经过基因工程改造并与水凝胶网络共价偶联。2）凝血酶的催化活性通过水凝胶的拉伸可逆地开启，这破坏了两个实体之间的非共价抑制相互作用。3）在循环拉伸载荷下，当存在被凝血酶激活后可以自组装形成新网络的基质或当可裂解的肽交联剂是原始网络的组成成分时，水凝胶分别表现出自硬化或自软化特性。此外，还演示了双层水凝胶的编程，以在机械刺激下表现出定制的形状变形行为。4）所开发的系统为机械控制的可逆生物催化过程提供了概念证明，展示了它们调节水凝胶的潜力，并提出了机械调节软功能材料的生物大分子策略。
Zhang, K., Zhou, Y., Zhang, J. et al. Shape morphing of hydrogels by harnessing enzyme enabled mechanoresponse. Nat Commun 15, 249 (2024).DOI：10.1038/s41467-023-44607-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-44607-y4. Nature Commun.：YMnO3中拓扑自旋涨落引起的热霍尔效应磁绝缘体中的热霍尔效应被认为是研究磁振子等电中性准粒子拓扑性质的有力方法。然而，与kagome系统不同，三角形晶格在研究热霍尔效应时受到的关注较少，因为相邻三角形之间的标量自旋手性相互抵消。然而，如果三角晶格是扭曲的，这种抵消是不完美的。首尔大学Je-Geun Park和日本新兴物质科学中心Naoto Nagaosa等报道了多铁性六方锰酸盐YMnO3的三聚化三角晶格在外加磁场下产生非常不寻常的热霍尔效应。 1）作者的理论计算表明，热霍尔电导率与其120°磁结构的两个简并手性的分裂有关。我们的结果是拓扑物理学中最不寻常的情况之一，这是由于YMnO3的顺磁态中手性的Z2对称性被破坏，由于强拓扑自旋起伏和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的额外复杂性。2）这种新机制为探索新的热霍尔物理和奇异激发提供了新的方向。
Kim, HL., Saito, T., Yang, H. et al. Thermal Hall effects due to topological spin fluctuations in YMnO3. Nat Commun 15, 243 (2024).DOI: 10.1038/s41467-023-44448-9https://doi.org/10.1038/s41467-023-44448-95. Nature Commun.：自旋相关的Cu-Co对可增加高熵氧化物上电化学氨的产生电化学法将硝酸盐转化为氨是去除水中硝酸盐污染物的一种方法。结果表明，铜钴协同效应对合成氨具有良好的催化性能。然而，很少有研究集中在高熵氧化物中的这种效应。在这里，A*STAR的Zhi Wei She，Jia Zhang，南洋理工大学徐梽川报道了自旋相关的铜-钴协同效应在高熵氧化物Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2O电化学硝酸盐转化为氨反应中的作用。相比之下，锂掺杂的镁钴镍铜氧化锌表现出较差的性能。 1）通过对电子结构的关联，研究人员发现Co的自旋态对铜-钴协同产氨效应起着至关重要的作用。2）在Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2O中，具有高自旋Co的Cu-Co对可以促进氨气的生成，而Li掺杂的MgCoNiCuZnO中的低自旋Co降低了铜-钴的协同作用。这些发现为利用内部的协同效应和自旋态进行选择性催化提供了重要的启示。指出了氨合成中电催化和热催化的磁效应的共性。
Sun, S., Dai, C., Zhao, P. et al. Spin-related Cu-Co pair to increase electrochemical ammonia generation on high-entropy oxides. Nat Commun 15, 260 (2024).DOI：10.1038/s41467-023-44587-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-44587-z
6. Angew：采用全卤噻吩固体添加剂的二元全聚合物太阳能电池效率超过 18%
在制造高性能有机太阳能电池中，全聚合物共混物的形态控制是典型的，但也具有挑战性。最近，固体添加剂（SA）已被批准能够调节聚合物的形态：小分子混合物可提高设备的性能和稳定性。近日，南开大学Bin Kan，陈永胜报道了三种全卤代噻吩是3,4-二溴-2,5-二碘噻吩(SA-T1)、2,5-二溴-3,4-二碘噻吩(SA-T2)和2,3-二溴-4采用,5-二碘噻吩(SAT3)作为SA来优化全聚合物有机太阳能电池(APSC)的性能。1）对于PM6和PY-IT的共混物，受益于全卤代噻吩和聚合物之间的分子间相互作用，引入这些SA后可以精细调节分子堆积性能。原位紫外-可见光测量表明，这些SA可以帮助全聚合物共混物的形态特征演化，从而获得最佳形态。2）与PM6:PY-IT的铸态器件相比，所有SA处理的二元器件均表现出17.4–18.3%的增强功率转换效率，并且短路电流密度和填充因子明显提高。据我们所知，SA-T1处理的二元系统的PCE为18.3%，是迄今为止所有二元APSC中最高的。同时，SAT1在其他全聚合物共混物中的通用性得到了一致改善的器件性能的证明。
Wanying Feng et al, Binary All-polymer Solar Cells with a Perhalogenated Thiophene-Based Solid Additive Surpass 18% Efficiency, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202316698DOI: 10.1002/anie.202316698https://doi.org/10.1002/anie.2023166987. Angew：用于可持续准固态锌离子电池的可热修复的电解质-电极界面使用水凝胶电解质的准固态锌离子电池由于其固有的安全性、较少的副反应和宽的电化学窗口而在储能装置中显示出巨大的潜力。然而，锌阳极上的枝晶问题不能从根本上消除，并且本征阳极-电解质界面间隙很少被研究。中南大学Haiyan Wang等设计了一种动态可修复的明胶基水凝胶电解质，具有高度可逆的溶胶-凝胶转变，可以构建共形的电极-电解质界面，并通过原位固化进一步演化为稳定的固体-固体界面。 1）独特的螺旋明胶链结构通过硫酸基团的桥接效应为锌离子转运提供了均匀的通道。因此，动态可修复界面可实现无枝晶锌阳极，并通过明胶电解质的可逆溶胶-凝胶转变反复修复阳极-电解质界面间隙，从而为可持续锌离子电池提供持久保护。2）组装的电池表现出优异的稳定性，总容量为22.5 mAh，240次循环后容量保持率为100%。所提出的策略为高性能固体或准固体金属离子电池的坚固金属电极-电解质界面的构建提供了新的见解。
Zefang Yang, et al, Thermally Healable Electrolyte-Electrode Interface for Sustainable Quasi-Solid Zinc-ion Batteries. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202317457. DOI: 10.1002/anie.202317457https://doi.org/10.1002/anie.2023174578. AM：工业条件下用于稳定析氧电催化的高熵异质结构催化剂的原位重构尽管迫切需要高度稳定和高效的电化学水分解装置，但在苛刻的工业条件下获得高度稳定的析氧反应(OER)电催化剂仍然极具挑战性。昆明理工大学Chengxu Zhang、Libo Zhang和香港理工大学Bolong Huang以及伊比利亚国际纳米技术实验室Zhongchang Wang等报道了通过铬诱导的自发重建策略成功原位合成FeCoNiMnCr高熵合金(HEA)和高熵氧化物(HEO)杂催化剂，并证明它们提供了优异的超稳定OER电催化性能，在500mA cm–2下具有320 mV的低过电位，在100mA cm–2下保持240 h后活性损失可以忽略不计。1）值得注意的是， 在6 M KOH和85°C的苛刻工业条件下，在高达500mA cm–2的电流密度下超过500 h，该杂催化剂具有出色的长期稳定性。密度泛函理论计算表明，HEA-HEO异质结构的形成可以提供具有鲁棒价态的电活性位点，以保证长期稳定的OER过程，从而导致电活性的增强。2）这种在工业条件下高度稳定的OER多相催化剂的发现为设计和构建用于实际工业水分解的高效高熵电催化剂提供了新的视角。
J. Hu, et al, In-situ Reconstruction of High-Entropy Heterostructure Catalysts for Stable Oxygen Evolution Electrocatalysis Under Industrial Conditions. Adv. Mater. 2024, 2310918.DOI: 10.1002/adma.202310918https://doi.org/10.1002/adma.2023109189. AEM：调整表面岩盐层实现有效的O捕获来提高LiCoO2在4.65V下的结构耐久性岩盐（RS）相被用来提高LiCoO2（LCO）的表面稳定性，然而，优化机制仍然不明确。在此，北京大学潘锋、Zhao Qinghe通过构建坚韧的表面RS层（≈5nm），即RS-LCO，成功增强了LCO的结构稳定性。1) 该表面RS层在充电时捕获迁移的晶格O离子方面发挥着重要作用，导致表面从惰性RS相向离子导电尖晶石相转变。因此，其不仅大大减少了氧氧化还原诱导的副反应，还显著促进了Li+-离子的传输。2) RS-LCO/Li电池具有显著的循环稳定性，在电流为1 C（1 C=200 mA g−1）的情况下，在3–4.6 V的1000次循环后容量保持率为89.7%，在1 C的情况下在3–4.65 V的400次循环后电容保持率为81.2%。此外，RS-LCO/石墨电池在1 C下3–4.55 V的600次循环中几乎没有容量衰减。
Wangyang Ding, et al. Tuning Surface Rock-Salt Layer as Effective O Capture for Enhanced Structure Durability of LiCoO2 at 4.65 V. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202303926 https://doi.org/10.1002/aenm.202303926
10. Nano Lett.：免疫佐剂修饰的球形红杆菌用于增强癌症光热免疫治疗
光热免疫治疗是一种极具前景的肿瘤治疗策略。然而，传统的无机或有机光热制剂仍存在光不稳定、免疫佐剂效果差和不易积累等固有缺陷，极大地限制了其进一步应用。基于活菌优越的负载能力和主动的肿瘤靶向性，武汉大学张先正教授、程翰教授和钟振林教授构建了由免疫佐剂修饰和工程化的肿瘤靶向菌，并将其用于实现有效的光热免疫治疗。1）实验将负载免疫佐剂咪喹莫特(imiquimod，R837)的温敏脂质体(R837@TSL)共价修饰到球形红杆菌(Rhodobacter sphereroides，R.S)上，以构建纳米免疫佐剂修饰的细菌(R.S-R837@TSL)。研究发现，具有光热特性的R.S能够与R837@TSL相联合，以实现近红外(NIR)激光诱导的R837的原位可控释放。2）与此同时，R.S-R837@TSL的光热作用也会引起肿瘤免疫原性细胞死亡(ICD)，从而与释放的免疫佐剂相协同以促进树突状细胞(DC)成熟，增强细胞毒性T淋巴细胞(CTL)浸润，进一步消灭肿瘤。综上所述，该研究开发的由负载免疫佐剂的脂质体修饰的光合细菌能够为实现免疫佐剂增强的肿瘤光热免疫治疗提供一种新的策略。
Mei-Ting Niu. et al. Immunoadjuvant-Modified Rhodobacter sphaeroides Potentiate Cancer Photothermal Immunotherapy. Nano Letters. 2023DOI：10.1021/acs.nanolett.3c03191https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c03191
