1. Nature Review Chem.：DNA用于计算和数据存储
DNA计算和DNA数据存储技术可能有助于信息技术和诊断领域的发展提供广阔空间，DNA计算和数据存储能够将DNA分子作为计算介质和信息存储媒介，从而提供一种能够在纳米尺度进行操作，而且DNA计算和数据存储能够在溶液、水-油液滴、自组装膜构筑的隔间等非常规环境，不在局限于传统的硅基计算体系。但是目前人们仍然需要持续不断的发展先进可靠的计算和数据存储技术，并且能够将信息处理和信息的存储之间建立联系，才能够搭建出能够处理和存储分子信息的DNA计算机。有鉴于此，埃因霍芬理工大学Tom F. A. de Greef、上海交通大学樊春海院士、Stephen Mann等总结了DNA分子在计算和数据存储领域的发展。1）总结讨论了在DNA计算的体系时，如何平衡神经网络和DNA电路问题的关系。而且讨论了目前DNA数据存储和DNA数据的读写、检索、DNA编码数据的后续再编辑等问题。2）作者讨论了DNA计算如何与DNA数据存储之间如何进行集成，并且讨论了如何将DNA用于未来的近内存计算NMC(Near Memory Computing)信息技术以及健康分析应用场景。 Yang, S., Bögels, B.W.A., Wang, F. et al. DNA as a universal chemical substrate for computing and data storage. Nat Rev Chem (2024)DOI: 10.1038/s41570-024-00576-4https://www.nature.com/articles/s41570-024-00576-42. Nature Commun.：铁催化的烯烃氟烷基烷基磺酰化反应过渡金属催化的烯烃与卤代烷的还原双官能化是将日用化学品升级为密集官能化分子的有力方法。然而，超化学计量的金属还原剂和在烯烃中安装导向基团以抑制固有的β-H消除的要求给这类反应带来了很大的限制。中国科学技术大学Hanmin Huang等在此证明，烯烃与两种不同卤代烷的双官能化可通过自由基-阴离子中继实现，其中Na2S2O4既作为还原剂又作为砜源。 1）Na2S2O4与电子穿梭催化剂一起对于将机理路径转向形成烷基砜阴离子而不是先前报道的烷基金属中间体至关重要。2）机理研究允许识别以碳为中心的烷基自由基和以硫为中心的烷基砜自由基，它们通过捕获或挤出SO2而处于平衡状态，并可以通过铁电子穿梭催化作用加速转化为烷基砜阴离子，从而获得观察到的高化学选择性。Hou, X., Liu, H. & Huang, H. Iron-catalyzed fluoroalkylative alkylsulfonylation of alkenes via radical-anion relay. Nat Commun 15, 1480 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45867-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-45867-y
3. Angew：可降解的单金属铝能够作为生物调节剂以实现肿瘤细胞焦亡
细胞焦亡是一种有效的抗肿瘤策略。但迄今为止，单金属焦亡生物调节剂仍尚未被探索。中国科学院长春应化所张洪杰院士和雷朋朋副研究员首次将可生物降解的单金属铝（Al）作为细胞焦亡生物调节剂，以用于肿瘤治疗。1）实验通过利用聚乙二醇-b-(聚甲基丙烯酸甲酯)-co-聚(4-乙烯基吡啶)进行包被，构建了对pH敏感的Al纳米颗粒(Al@P)，其可在肿瘤部位发挥作用，而不会影响正常细胞。研究发现，Al@P在肿瘤酸性环境中释放的H2和Al3+能够破坏肿瘤细胞内的氧化还原平衡和离子稳态，从而产生大量的活性氧(ROS)，导致caspase-1活化、gasdermin D裂解和IL-1β/LDH释放，以诱导经典的焦亡过程。2）与此同时，研究者也将阿霉素前药(Pro-DOX)成功负载到Al@P(Al@P-P)上，其能够被ROS所激活，进而在肿瘤细胞中释放DOX，以进一步提高对肿瘤的杀伤效率。实验结果表明，Al@P-P具有可降解性，并且能够表现出有效的肿瘤抑制作用。 Yuan Liang. et al. Biodegradable Monometallic Aluminum as a Biotuner for Tumor Pyroptosis. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202317304https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202317304
4. Angew：可编程DNA酶用于实现对核酸的灵敏检测
生物体液中的核酸是一种新兴的疾病分子诊断生物标志物。然而，由于缺乏灵敏的核酸检测方法，因此其在临床中的应用仍会受到很大的阻碍。有鉴于此，上海交通大学王鹏飞研究员通过合理地将具有核酸内切酶催化能力的DNA酶设计成一个统一的单链变构生物传感器，开发了一种灵敏的核酸检测方法（即SPOT）。1）一旦特定序列的核酸靶标与其变构模块结合，SPOT就会被激活，从而实现对分子报告基因的连续切割。研究发现，SPOT能够为检测低丰度核酸提供一个稳健、灵敏、便捷和经济的平台。在临床验证实验中，研究者证明了SPOT能够检测血清miRNA，以实现对乳腺癌、胃癌和前列腺癌的诊断。2）实验结果表明，SPOT对来自临床拭子的SARS-CoV-2 RNA具有良好的检测性能，可实现较高的灵敏度和特异性。此外，SPOT也能够与床旁检测模式(如侧流检测)相兼容。综上所述，该研究设计的SPOT是一种能够用于敏感地检测多种核酸靶点以实现临床分子诊断的稳健方法。Chenzhi Shi. et al. A Programmable DNAzyme for the Sensitive Detection of Nucleic Acids. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202320179https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2023201795. AEM：非常规（101）Zn面的织构暴露实现金属锌阳极上的无树枝状Zn沉积织构化金属锌阳极（MZAs）用于选择性暴露具有高热力学稳定性的（002）Zn平面是一种有效的无枝晶Zn电沉积方案。然而，通过表面晶体结构工程影响Zn沉积形态的基本因素还没有得到很好理解。在此，安徽大学Hu Haibo、中国科学院微电子研究所Li Bo、哈尔滨工业大学Mo Funian通过在ZnSO4电解质中引入微量（0.01m）的茶碱，具有优先暴露（101）Zn面的MZAs可以有效促进无枝晶Zn沉积。1) 作者通过实验结果和数学模型证实，茶碱衍生的阳离子由于较高的吸附能而优先吸附在（002）Zn晶面上，从而通过增加与Zn2+离子的结合亲和力来加速其生长。2) 因此，这种现象有助于（101）Zn小面的织构暴露，以实现MZAs（101-Zn）的有序表面晶体取向，从而使电沉积/溶解循环能够在高达40%的放电深度下超过650小时，并显著提高101-Zn||carbon-cloth@MnO2全电池的再充电能力。该工作为MZAs的表面晶体取向和Zn沉积形态之间的科学联系提供了深入见解，同时为实现无枝晶MZAs开辟了巨大开发机会。 Zihai Cheng, et al. Texture Exposure of Unconventional (101)Zn Facet: Enabling Dendrite-Free Zn Deposition on Metallic Zinc Anodes. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202304003https://doi.org/10.1002/aenm.2023040036. AEM：电解质相关气相演化触发金属锂电化学镀的宏观不均匀性促进均匀的电极反应对于减轻电极过早退化和实现增强的循环稳定性至关重要。这对于在电化学循环中经历剧烈形态变化的锂金属电极来说尤其重要，因为它们的失效会导致树枝状锂生长和安全隐患。近日，首尔大学Kisuk Kang通过电解质相关气相演化触发金属锂电化学镀的宏观不均匀性。1)与电极尺寸相当的锂电镀过程中的宏观不均匀性受电解质的控制，这与电解质促进纳米/微米级锂枝晶生长的倾向性无关。无论锂枝晶的形成如何，这种电极水平的不均匀性由受电解质成分影响的气体生成反应所引发，随后的气相（即气泡）演变导致局部锂生长。2) 实验结果和连续体模型模拟表明，通过这些气泡的受限锂离子质量传输增加了过电位，加剧了宏观尺度的不均匀性。对电解质相关的宏观锂不均匀性观测强调了在考虑锂沉积/剥离过程中实现均匀性控制策略时采用多尺度视角的重要性。Kyoungoh Kim, et al. Macroscale Inhomogeneity in Electrochemical Lithium-Metal Plating Triggered by Electrolyte-Dependent Gas Phase Evolution. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202304396 https://doi.org/10.1002/aenm.202304396钠离子电池（SIB）由于其低成本而受到极大关注。然而，在低温（LT）环境中，SIB的电化学反应动力学缓慢，电极/电解质界面不稳定，钠离子在电极材料中的扩散缓慢，导致电池性能下降。因此，合理设计电解质和电极材料对优化SIBs的LT性能具有重要意义。近日，卧龙岗大学Wang Nana、长安大学Meng Weijia综述研究了LT-SIB的挑战与进展。1) 作者系统总结了近年来LT-SIB电解质、阴极和阳极材料以及钠金属电池和固态电解质的研究进展，旨在了解LT-SIB的设计原理。2) 此外，作者还阐明了高性能SIBs在实际应用中的基础研究和开发进展，并促进了全温度范围内SIBs技术的发展。 Zhongchao Bai, et al. Low-Temperature Sodium-Ion Batteries: Challenges and Progress. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202303788https://doi.org/10.1002/aenm.2023037888. AEM：用绝对光致发光光谱量化钝化宽带隙金属卤化物钙钛矿中的非辐射复合由于非辐射复合，宽带隙（>1.6eV）混合卤化物钙钛矿在太阳能电池中往往经历显著的开路电压损失。近日，埃因霍芬理工大学René A. J. Janssen研究了混合卤化物钙钛矿太阳能电池中缺陷及其钝化对载流子非辐射复合的影响。1) 作者通过对具有和不具有电荷传输层的钙钛矿层的绝对光致发光测量来确定准费米能级分裂，并与辐射开路电压进行比较。对于宽带隙钙钛矿，原始钙钛矿层中存在的非辐射复合随着带隙的增加而增加。最显著的损耗位于钙钛矿-电子传输层界面（ETL），可以通过不同带隙（1.58至1.82eV）的界面钝化将其降低到接近本征损耗的水平。2) 通过将依赖于光强度的绝对光致发光光谱与灵敏的光谱光电流测量相结合，作者发现不同钝化剂导致不同带隙的非辐射复合减少。这表明，获得的开路电压不是由于钙钛矿-ETL界面的能级排列改善所致。相反，钝化可以消除钙钛矿半导体和ETL之间的直接接触。Willemijn H. M. Remmerswaal, et al. Quantifying Non-Radiative Recombination in Passivated Wide-Bandgap Metal Halide Perovskites Using Absolute Photoluminescence Spectroscopy. Adv. Energy Mater. 2024 DOI: 10.1002/aenm.202303664https://doi.org/10.1002/aenm.2023036649. AEM：实验室电催化剂与工业相关碱性水电解槽的桥接碱水电解槽（AWE）是最早、最成熟的电解水技术。然而，用于AWE的传统雷尼镍电催化剂正在努力满足当前对绿色氢气生产中更高能效和成本效益的需求。清华大学Tang Cheng、北京智慧能源技术研究院Deng Zhanfeng对实验室电催化剂与工业相关碱性水电解槽的桥接进行了综述研究。1) 尽管在实验室中使用简单的制备方法开发了许多有效的电催化材料，但它们在商业AWE应用中并没有得到太多关注。这是由于学术界忽视了与工业AWE相关的特定操作条件、关键性能指标和材料成本，以及忽视了大规模电极制造工艺对催化性能的影响。因此，及时分析实验室重点与工业要求之间的联系，对于指导电催化剂的未来发展至关重要。2) 作者从实验室和工业系统的操作和测试条件的差异出发，概述了电催化设备、评估方法和电极制备原理方面的差距。为了缩小这些差距，作者强调了在推进工业相关电催化剂方面的一些学术研究，并对该领域未来机遇、研究重点和挑战进行了展望。 Ning Wang, et al. Bridging Laboratory Electrocatalysts with Industrially Relevant Alkaline Water Electrolyzers. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202303451https://doi.org/10.1002/aenm.202303451
