1. Nature Electronics：单片集成高密度垂直有机电化学晶体管阵列和互补电路有机电化学晶体管（OECT）可用于创建生物传感器、可穿戴设备和神经形态系统。然而，有机半导体的微图案和纳米图案的限制，以及拓扑不规则性，往往限制了它们在单片集成电路中的使用。鉴于此，来自西北大学材料科学与工程系的Jonathan Rivnay和Tobin J. Marks、Antonio Facchetti等人通过电子束曝光的有机半导体的微图案可以用于创建高密度（高达约720万OECT/cm2）和机械柔性的垂直OECT阵列和电路。1) 该研究发现高能电子将半导体暴露区域转换为电子绝缘体，同时保持离子导电性和与氧化还原活性未暴露区域的拓扑连续性，这对单片集成至关重要；2) 此外，由此产生的p型和n型垂直OECT有源矩阵阵列表现出了0.08–1.7S的跨导、 瞬态时间小于100 μs和超过100000次循环的稳定开关特性，该研究还制作了垂直堆叠的互补逻辑电路，包括NOT、NAND和NOR门。 Kim, J., Pankow, R.M., Cho, Y. et al. Monolithically integrated high-density vertical organic electrochemical transistor arrays and complementary circuits. Nat Electron (2024).10.1038/s41928-024-01127-xhttps://doi.org/10.1038/s41928-024-01127-x2. Nature Commun.：用于CO2电甲基化的岩盐有序双钙钛矿氧化物中超交换稳定的长距离铜位点基于铜氧化物的催化剂有望用于CO2电还原（CO2RR）成CH4，但遭受不可避免的还原（成金属铜）和不可控制的结构崩溃。中国科学院青能所Heqing Jiang和Jiawei Zhu等报道了基于铜的岩盐有序双钙钛矿氧化物，具有超交换稳定的长距离铜位点，用于有效和稳定的CO2到CH4的转化。 1）对于Sr2CuWO6的概念验证催化剂，其角连接的CuO6和WO6八面体基序在所有三个晶体学维度上交替，产生足够长的Cu-Cu距离（至少5.4 Å）并引入显著的超交换相互作用，主要表现为O-阴离子介导的电子转移（从Cu到W位点）。在CO2RR中，相对于CuO/WO3的物理混合物对应物，Sr2CuWO6在CH4的活性和选择性方面表现出显著的改善（高达14.1倍），同时稳定性也大大提高。此外，Sr2CuWO6是最有效的CO2甲烷化铜基钙钛矿催化剂，在400mA cm-2下CH4的选择性高达73.1%。2）作者的实验和理论计算强调了促进*CO氢化的长Cu-Cu距离和稳定Cu位点的超交换相互作用是优异性能的原因。 Zhu, J., Zhang, Y., Chen, Z. et al. Superexchange-stabilized long-distance Cu sites in rock-salt-ordered double perovskite oxides for CO2 electromethanation. Nat Commun 15, 1565 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45747-5https://doi.org/10.1038/s41467-024-45747-53. Nature Commun.：揭示蒸发动量在减压下冻结过冷液滴的自跳跃动力学中的作用水的过冷使相变动力学变得复杂，对相变动力学的了解仍然有限，但对能源相关和航空航天过程至关重要。香港科技大学Xiao Yan和Shuhuai Yao等研究了超疏水表面上过冷水滴在低压环境下由显著的汽化动量引起的冻结和跳跃动力学。 1）汽化动量来自液滴自由表面的汽化，通过再辉进行发展和强化，随后导致液滴压缩并最终自跳跃。通过结合涉及汽化、冻结再辉和液-固相互作用的液-气-固相变，作者解析了汽化动量和液滴动力学，揭示了尺寸尺度的跳跃速度和成核控制的跳跃方向。建立了液滴尺寸定义的状态图，区分了蒸发动量主导的自跳跃与蒸发干燥和过压启动的悬浮，所有这些都是由减压和蒸发引起的。2）作者的发现阐明了过冷和低压介导的相变在形成流体传输动力学中的作用，并对被动防冰、先进冷却和气候物理学产生了影响。Yan, X., Au, S.C.Y., Chan, S.C. et al. Unraveling the role of vaporization momentum in self-jumping dynamics of freezing supercooled droplets at reduced pressures. Nat Commun 15, 1567 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45928-2https://doi.org/10.1038/s41467-024-45928-24. Nature Commun.：2D Ti3C2Tx MXene单层膜的弹性性能和拉伸强度 以Ti3C2Tx为代表的二维（2D）过渡金属氮化物和碳化物（MXenes）因其独特的物理和化学性质而在柔性电子器件、机电设备和结构薄膜中具有广泛的应用。尽管理论上预测2D Ti3C2Tx的杨氏模量为0.502 TPa，但由于测量极其受限，迄今为止尚未通过实验证实。华东理工大学Fu-Zhen Xuan、Yabin Yan和Bowei Zhang等在扫描电子显微镜下使用纳米机械推拉设备对单层Ti3C2Tx纳米片进行了直接原位拉伸测试。1）有效杨氏模量为0.484±0.013 TPa，比之前通过有争议的纳米压痕法报道的0.33 TPa更接近0.502 TPa的理论值，测得的弹性刚度为~948 N/m。此外，在拉伸加载过程中，单层Ti3C2Tx显示出~3.2%的平均弹性应变和高达~15.4 GPa的拉伸强度。2）这项工作通过纳米压痕法纠正了以前的报道，并证明Ti3C2Tx确实具有广泛的应用潜力。 Rong, C., Su, T., Li, Z. et al. Elastic properties and tensile strength of 2D Ti3C2Tx MXene monolayers. Nat Commun 15, 1566 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45657-6https://doi.org/10.1038/s41467-024-45657-65. Nature Commun.：合理设计的纳米阱结构用于一步高效分离稀土元素从废水中提取稀土元素对经济增长和生态友好型可持续发展至关重要。然而，通过稀土元素的细微差异来分离单个稀土元素是一项艰巨的挑战。东华理工大学Jian-Ding Qiu和南昌大学Ru-Ping Liang等报告了一种独特的稀土纳米陷阱。1）其特征是在双重互穿金属有机框架（命名为NCU-1）中含有密集的未配位羧基和三唑N原子。值得注意的是，NCU-1中合适的孔径和稀土纳米陷阱的协同效应对稀土离子的尺寸变化高度敏感，并对轻稀土元素表现出高选择性。作为概念验证，Pr/Lu和Nd/Er被用作二元模型，它们给出了SFPr/Lu = 796和SFNd/Er = 273的高分离因子，表明在一个步骤中可以实现高效分离。2）这种能力实现了从矿山尾矿中高效和选择性地提取和分离稀土元素，使该平台成为可持续获得高纯度稀土元素的重要进步。Hu, QH., Song, AM., Gao, X. et al. Rationally designed nanotrap structures for efficient separation of rare earth elements over a single step. Nat Commun 15, 1558 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45810-1https://doi.org/10.1038/s41467-024-45810-1
6. JACS综述：NHC稳定金属纳米簇
加拿大女王大学Cathleen M. Crudden、Tatsuya Tsukuda、Hannu Häkkinen、Kevin Stamplecoskie、名古屋大学Masakazu Nambo等对N-杂环卡宾（NHCs）有机配体稳定的金属纳米团簇的制备和进展进行总结。 1）总结了NHC性质与金属纳米团簇的结构和性质的关系。重点介绍了催化反应活性位点和纳米团簇稳定性之间需要相互平衡的重要性，而且总结说明理解这些团簇如何与环境之间的相互作用，以在应用于生物应用领域的重要性。2）总结了原子精度理论计算模拟的发展，总结了大规模分子动力学模拟领域的原子相互作用势概念的发展，而且讨论总结了合成方法和物理性质背后的机制的深入理解。Emily L. Albright, et al, N-Heterocyclic Carbene-Stabilized Atomically Precise Metal Nanoclusters, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11031https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c110317. JACS：金纳米粒子上硫分子通过金纳米团簇电荷转移的光谱鉴定对电荷转移的研究需要能够揭示这种现象的分析工具，并使人们能够在分子水平上理解其影响。鉴于此，来自麦考瑞大学科学与工程学院的Yuling Wang和昆士兰科技大学机械、医学和工艺工程学院的Liangzhi Kou等人研究了如何结合使用金纳米团簇和不同的光谱技术来研究硫化分子在金纳米颗粒上的电荷转移(AuNP@Mol)。 1) 该研究发现，硫化分子中的电荷转移效应可能会受到AuNCs的影响，这可以通过分子表面增强拉曼散射信号的放大和AuNCs荧光寿命的变化来证实，并且密度泛函理论的计算进一步揭示了AuNCs可以通过向AuNPs表面泵送电子来放大分子水平上的电荷转移过程；2) 此外，有限元模拟还表明，电磁增强机制和化学增强共同决定了硫化分子的SERS增强效果，这项研究为在分子水平上研究有机化合物和无机化合物之间的电荷转移提供了一个机制性的视角，这对设计新的纳米复合材料体系具有重要意义，并且该工作还展示了SERS作为一种强大的分析工具的潜力，可以用于纳米化学、材料科学、能源和生物医学领域。Wang Y., Kou L., et al. Spectroscopic Identification of Charge Transfer of Thiolated Molecules on Gold Nanoparticles via Gold Nanoclusters. J. Am. Chem. Soc. 2024.https://doi.org/10.1021/jacs.3c11959
8. Angew：生物正交“点击释放”反应触发的金纳米粒子聚集结合释放的氯尼达明用于增强癌症光热治疗
癌症是最致命的疾病之一。据估计，到2030年，每年将有1300万人死于癌症。基于金纳米粒子(AuNPs)的光热治疗(PTT)因其高度的时空可控性和无创性引起了研究者的极大关注。由于AuNPs的粒径和光热效率之间存在相关性，因此需要通过合理的设计策略来将AuNPs聚集成更大的粒子，使其在肿瘤部位产生理想的近红外吸收。有鉴于此，武汉大学张先正教授和刘传军教授利用iminosydnone和环炔之间的生物正交“点击释放”(BCR)反应实现了金纳米粒子的聚集和化疗药物的伴随释放，以实现协同的光热治疗。1）实验合成了iminosydnone-氯尼达明(ImLND)前药，并选择二苯并环辛炔(DBCO)作为BCR反应的触发剂。随后，研究者设计了一种基于聚乙二醇化金纳米粒子的双组分纳米平台，其由负载前药的金纳米粒子-ImLND和肿瘤靶向肽RGD偶联的金纳米粒子-DBCO-RGD组成。 2）在治疗过程中，被静脉注射的AuNPs-DBCO-RGD能够在肿瘤中实现特异性富集和保留。当注射的金纳米粒子-ImLND到达肿瘤部位后，ImLND和DBCO之间的BCR反应有助于形成具有高度光热活性的金纳米粒子聚集体。与此同时，释放的氯尼达明也可通过增强癌细胞对PTT的敏感性以进一步提高肿瘤光热治疗的效果。Xiao Yan. et al. Bioorthogonal “Click and Release” Reaction-Triggered Aggregation of Gold Nanoparticles Combined with Released Lonidamine for Enhanced Cancer Photothermal Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202318539https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2023185399. AEM：调节量子点集成以提高锡铅钙钛矿太阳能电池的性能尽管锡-铅卤化物钙钛矿（TLHP）具有窄带隙和降低毒性等优势，但其功率转换效率（PCE）较低。近日，蔚山国立科学技术研究所Jang Sungyeon、高丽大学Kwak Sangkyu引入了一种利用钙钛矿量子点（PQD）优化TLHP太阳能电池的方法。1) 虽然传统油酰基封端的PQD提高了开路电压（VOC），但长链配体阻碍了电荷传输。为了克服这一限制，作者用异丙醇进行后处理可以有效解离这些配体和PQD晶体，从而降低缺陷密度，改善电荷转移，并提高TLHP器件中的准费米能级分裂。2) 因此，器件的PCE从19.0%显著增加到23.74%，VOC从0.78V提高到0.87V，而不影响光电流或填充因子。此外，PQD改性是增强TLHP太阳能电池的一种有效途径，尤其是在提高VOC方面。 Muhibullah Al Mubarok, et al. Regulating the Quantum Dots Integration to Improve the Performance of Tin–Lead Perovskite Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202304276https://doi.org/10.1002/aenm.20230427610. AEM：基于封装策略的耐用锂金属参比电极结构易损性控制作为一种有效的去耦和量化工具，参比电极（RE）越来越多地用于开发高性能、高安全性的锂电池。然而，考虑到多场相互作用的复杂性，在实际电池系统中构建耐用RE仍极具挑战性。近日，北京理工大学Huang Jiaqi、Yan Chong确定了工作电池内锂金属RE的两阶段失效机制，包括空间再分配行为导致的活性材料损失期和基于混合势理论的加速失效期，这大大威胁了RE的动态使用寿命。 1) 作者提出了有针对性的封装策略来控制锂金属RE的结构脆弱性问题。与未改性的RE相比，作者通过设计的模型实验，验证了封装的RE在动力学上减轻再分配电流的可行性。2) 得益于改进的结构稳定性，在循环过程中，封装的RE在1 Ah软包全电池中实现了两倍的寿命延长。该工作揭示了锂金属RE在运行中被忽视的结构失效机制，并为工作电池中更耐用的RE提供了新的设计启示，从而对电池前景有了更深入的了解。Ye Xiao, et al. Structural Vulnerability Control by Encapsulation Strategy toward Durable Lithium Metal Reference Electrodes. Adv. Energy Mater. 2024 DOI: 10.1002/aenm.202304502https://doi.org/10.1002/aenm.202304502
