1. Nature Materials：聚合物电解质中的纳秒溶剂动力学溶剂动力学对电荷输运有重要影响。近日，加利福尼亚大学Nitash P. Balsara、Wang Rui报道了聚合物电解质中的纳秒溶剂动力学。1) 光谱实验和计算机模拟表明，溶剂动力学发生在皮秒时间尺度上。然而，在有机电解质中，锂离子与多个聚合物链配位，产生临时交联。作者通过准弹性中子散射检测到的交联弛豫与溶剂化动力学直接相关。2) 此外，作者通过模拟揭示了宽谱的弛豫时间，并且溶剂动力学的平均时间尺度为一纳秒。作者实现了在电解质中溶剂动力学的直接测量。 Neel J. Shah, et al. Nanosecond solvation dynamics in a polymer electrolyte for lithium batteries. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01834-yhttps://doi.org/10.1038/s41563-024-01834-y2. Nature Materials：用于胃肠道治疗的可饮用原位形成坚韧水凝胶药丸是医学的基石，但其难以下咽。虽然液体制剂更容易摄入，但它们缺乏用赋形剂定位治疗的能力。近日，麻省理工学院Giovanni Traverso报道了基于液体原位形成坚韧（LIFT）水凝胶的药物制剂，该水凝胶桥接了固体和液体制剂的优势。1) LIFT水凝胶通过摄入钙和二硫醇交联剂的交联剂溶液，然后是藻酸盐和四臂聚（乙二醇）-马来酰亚胺的含药物聚合物溶液，从而直接在胃中形成。作者发现，LIFT水凝胶可以在活大鼠和猪的胃中稳定形成，并且在24小时后具有机械韧性、生物相容性和安全去除的能力。2) LIFT水凝胶以可控的方式提供与未包封药物相当的总药物剂量，并保护包封的治疗酶和细菌免受胃酸介导的失活。总之，LIFT水凝胶可以扩大吞咽困难患者获得先进治疗的途径。Gary W. Liu, et al. Drinkable in situ-forming tough hydrogels for gastrointestinal therapeutics. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01811-5https://doi.org/10.1038/s41563-024-01811-53. Nature Materials：用于电化学电容器的氮化钌电极快速充电是下一代电化学储能装置的关键问题，其推动了对电化学电容器和微型超级电容器新型电极材料的广泛研究。在这里，上法兰西综合理工大学Christophe Lethien、里尔大学Pascal Roussel使用溅射沉积方法制备了氮化钌膜。 1)在不牺牲循环稳定性的情况下，这些薄膜的体积电容得到加倍提升（1200 F cm–3）。这使得操作电位窗口延长至0.85 Vvs. Hg/HgO。作者通过操作X射线吸收光谱和透射电子显微镜分析揭示了其中的电化学氧化机制。2) 电荷存储机制利用了高电导率以及羽毛状核中的立方氮化钌和Ru相，导致其具有高电导率与高容量。因此，作者开发了一种将容量与时间常数相关联的分析方法，其可用于识别在高充电/放电速率下具有高容量的材料。 Huy Dinh Khac, et al. Nanofeather ruthenium nitride electrodes for electrochemical capacitors. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01816-0https://doi.org/10.1038/s41563-024-01816-04. Nature Materials：在软衬底上形成高密度稳定玻璃物理气相沉积可以产生与液体淬火玻璃相当的高密度稳定玻璃。近日，宾夕法尼亚州立大学Zahra Fakhraai在软衬底上合成了高密度稳定玻璃。1)在柔软的橡胶基底上，作者将表面介导平衡增强到距离界面170纳米处，从而在2.5 h的沉积时间内形成密度比液体淬火玻璃高出2.5%的稳定玻璃。在刚性基底上获得类似的性能需要将沉积速度放慢1000万倍，大约需要3000 年。2) 通过控制橡胶基材的模量可以在恒定沉积条件下对玻璃结构和密度进行控制。该工作强调了基底弹性在控制移动表面层的性质以及玻璃结构和性质方面的重要性。Peng Luo, et al. High-density stable glasses formed on soft substrates. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01828-w https://doi.org/10.1038/s41563-024-01828-w5. Nature Commun.：纳米曲率诱导的场效应能够控制单原子电催化剂的活性调节界面电场提供了控制电催化剂活性的强大手段。重要的是，电场可以根据其极化率和偶极矩来改变吸附质的结合能，从而独立于从根本上限制性能的标度关系。然而，这种策略的实施仍然具有挑战性，因为典型的方法会不均匀地改变电场，并且只影响少数活性位点。鉴于此，来自新加坡国立大学化学与生物分子工程系的Yanwei Lum研究发现使用单原子催化剂（SACs）的模型系统可以实现均匀可调的电场调制。1) 该研究证实，这些M-N4活性位点位于一系列具有不同纳米曲率的球形碳载体上，通过带有斯塔克位移报告子的原位拉曼光谱，研究发现纳米曲率越大，则会产生越强的电场；2) 此外，研究表明，这种策略在广泛的SAC系统和电催化反应中是有效的，例如，具有优化纳米曲率的Ni SACs在酸性介质中以大于99%的法拉第效率获得了约400 mA·cm-2的高CO分电流密度。 Wang, B., Wang, M., Fan, Z. et al. Nanocurvature-induced field effects enable control over the activity of single-atom electrocatalysts. Nat. Commun. (2024).10.1038/s41467-024-46175-1https://doi.org/10.1038/s41467-024-46175-16. Nature Commun.：双位点分段协同催化机制：促进CoFeSx纳米团簇的可持续水氧化 高效的析氧反应电催化剂对于可持续的清洁能源转换至关重要。然而，催化材料遵循传统的吸附质演化机制（AEM），关键氧中间体*OOH和*OH之间存在固有的比例关系，或者遵循晶格氧介导机制（LOM），从而可能存在晶格氧迁移和结构重建，不利于高活性和稳定性之间的平衡。鉴于此，来自郑州大学材料科学与工程学院的Jia-Nan Zhang开发了一种非常规的Co-Fe双位点分段协同机制（DSSM），用于碳纳米管（CNT）上的单畴铁磁性催化剂CoFeSx纳米团簇（CFS-ACs/CNT），该机制可以在不牺牲稳定性的情况下有效地打破结垢关系。1) 该研究证实，Co3+（L.S，t2g6eg0）提供最强的OH*吸附能，而Fe3+（M.S，t2g 4eg1）暴露出较强的O*吸附，并且这些双位点协同产生Co-O-O-Fe中间体，加速了三重态氧的释放( ↑ O = O ↑ ）；2) 此外，该研究发现CFS-ACs/CNT催化剂表现出比商业IrO2更低的过电位，并且在没有明显潜在损失的情况下具有约633小时的稳定性。 Xu, S., Feng, S., Yu, Y. et al. Dual-site segmentally synergistic catalysis mechanism: boosting CoFeSx nanocluster for sustainable water oxidation. Nat. Commun. (2024).10.1038/s41467-024-45700-6https://doi.org/10.1038/s41467-024-45700-6
7. Nature Commun：单原子位点距离影响Co3O4酸性OER
开发用于质子交换膜燃料电解水器件的高活性且价格便宜的酸性OER电催化剂非常重要。氧化钴是具有前景的非贵金属OER电催化剂，但是酸性电催化过程中Co原子的溶解导致破坏晶体结构的现象非常严重，这阻碍了氧化钴电催化剂应用于PEMWE器件。有鉴于此，中国科学技术大学曾杰、周仕明等将耐酸性的Ir单原子引入尖晶石氧化钴的晶格，从而显著阻碍Co原子溶解，因此能够在酸性电催化OER反应中表现优异的稳定性。 1）通过理论计算和实验研究，作者发现Ir原子对氧化钴的稳定作用与Ir单原子之间的间距密切相关。当Ir单原子间距降低，氧化钴的OER稳定性显著改善。2）当Ir单原子间距为0.6 nm，尖晶石氧化钴催化剂在60 h的酸性OER电催化反应过程中未发现性能的衰减，说明其具有实用前景。Zhang, Z., Jia, C., Ma, P. et al. Distance effect of single atoms on stability of cobalt oxide catalysts for acidic oxygen evolution. Nat Commun 15, 1767 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-46176-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-46176-0 8. JACS：基于扭曲DNA折纸的手性自旋滤波单分子膜具有固有手性的DNA单层在生物传感器、DNA芯片和生物电子学等领域发挥着重要的作用。然而，传统的DNA手性单层膜通常由单链DNA(SsDNA)或双链DNA(DsDNA)组成，在界面上往往缺乏结构有序性和设计灵活性。结构DNA纳米技术已成为应对这些挑战的一种有前途的解决方案。在这项研究中，上海交通大学Xiaolei Zuo，Xiaoguo Liu提出了一种制作高度适应性的扭曲DNA折纸基手性单分子膜的策略。1）这些结构表现出明显的界面组装特征，有效地缓解了dsDNA单分子膜的结构无序，而这种结构无序受到dsDNA的∼50 nm持续长度的限制。2）研究人员重点介绍了七种典型的基于折纸的DNA手性单分子膜的自旋过滤能力，与传统的dsDNA手性单层膜相比，单位面积的自旋过滤效率最大提高了一个数量级。3）有趣的是，研究发现揭示了扭曲DNA折纸的高阶三级手性结构进一步提高了自旋过滤效率。Haozhi Wang, et al, Twisted DNA Origami-Based Chiral Monolayers for Spin Filtering, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11566https://doi.org/10.1021/jacs.3c11566石墨烯是一种由sp2杂化碳原子组成的完美的二维晶体结构，具有优异的热、1电学、光学和力学性能。近日，武汉大学Cunlan Guo，Jiangfeng Qian首次开发了一种简便的化学锂辅助剥离方法来制备可控和可扩展的双层石墨烯。1）选用强还原剂联苯锂(Bp-Li)，在常温下实现了锂离子在石墨中的自发嵌入，形成了锂石墨层间化合物(LiGICs)。2）Bp-Li的电位(0.11V vs Li/Li+)略低于第二阶段嵌锂的电位(0.125 V)，使石墨能够精确地锂化为第二阶段的Li-GIC(LiC12)。有趣的是，LiC12的剥离导致了石墨烯的双层生成，提供了78%的高选择性。此外，温和的插层−剥离过程产生了高质量的石墨烯，结构退化可以忽略不计。 3）得到的石墨烯具有超低的缺陷密度(ID/IG∼0.14)和相当高的C/O比(∼29.7)，优于目前最先进的技术。这一简单且可扩展的策略促进了人们对制备高质量石墨烯的化学锂插层方法的理解，并显示出在层控工程中的巨大潜力。Xiaolong Zhu, et al, Scalable Synthesis of Bilayer Graphene at Ambient Temperature, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.4c00975
10. AM：原位线粒体生物矿化用于实现无药物癌症治疗
临床化疗往往会给患者带来严重的不良反应，其主要原因在于毒性药物会发生脱靶和泄漏。对于某些特定的临床肿瘤而言（如脑瘤和神经瘤），这是一项致命的问题。有鉴于此，华中科技大学梁华庚研究员和南洋理工大学赵彦利教授将黑磷(BP)和过氧化钙(CaO2)包裹在脂质体中，并在表面修饰三苯基膦，开发了一种靶向线粒体的钙化制剂(BCLT)，其能够实现无药物癌症治疗，并且不会损伤正常细胞。1）BCLT会优先在肿瘤细胞的线粒体内聚集，然后被近红外(NIR)激光照射所激活，以产生丰富的PO43-和Ca2+，从而加速原位线粒体矿化，导致线粒体功能障碍和癌细胞死亡。2）更重要的是，由于PO43-和Ca2+都是体内代谢的必要成分，因此它们发生的随机梯度扩散或过早渗漏都不会对邻近的正常细胞造成损伤。综上所述，该研究有望为临床治疗多种特定类型的肿瘤提供一种能够替代常规化疗的有效方法。Zhaoyu Ma. et al. In Situ Mitochondrial Biomineralization for Drug-Free Cancer Therapy. Advanced Materials. 2024DOI: 10.1002/adma.202310218https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310218
11. AM：抑制元素不均匀性可使CZTSSe太阳能电池的效率达到14.9%
由于大量的次级相和缺陷，凯斯特雷特铜锌锡Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 (CZTSSe)太阳能电池遭受严重的开路电压（VOC）损失。主流观点认为这个问题是硒化过程中锡的损失造成的。中国科学院青能所Guanglei Cui、Shuping Pang和Zhipeng Shao等揭示了不是Sn损失，而是由Cu向Mo（S，Se）2层的定向扩散引起的元素不均匀性是次生相和缺陷形成的关键因素。1）这种扩散将底部细粒层的Cu/（Zn+Sn）比降低至53%，增加了与Sn-/Zn相关的体缺陷。通过使用阻挡层抑制铜的定向扩散，我们有效地提高了晶体质量并降低了缺陷密度，从而实现了14.9%的出色效率，VOC为576 mV，认证效率为14.6%。2）这些发现提供了对元素不均匀性的见解，具有推动CZTSSe太阳能电池发展的巨大潜力。 Y. Li, et al, Suppressing Element Inhomogeneity Enables 14.9% Efficiency CZTSSe Solar Cells. Adv. Mater. 2024, 2400138.DOI: 10.1002/adma.202400138https://doi.org/10.1002/adma.202400138
12. AM：自支撑BiFeO3磁电耦合的全息纳米成像
理解纳米尺度磁电多铁性材料的磁性和铁电有序性需要一种具有高空间分辨率的多功能成像方法。瑞士保罗·谢勒研究所Tim A. Butcher等采用软X射线照相术对室温多铁性BiFeO3（BFO）的80 nm独立薄膜中的铁电畴和反铁磁畴同时成像。1）通过在真实空间中重建相应的共振弹性X射线散射来解析周期为64 nm的反铁磁自旋摆线，并在Fe L3边缘的线性二色性对比图像中与马赛克状铁电畴一起可视化。测量揭示了反铁磁和铁电排序之间近乎完美的耦合，由此自旋摆线的传播方向被锁定为与铁电极化正交。此外，该研究表明，在外延无应变独立BFO膜中，自旋摆线的平面内传播优先，多铁性畴之间的铁电极化变化71°。2）这些结果提供了BFO强磁电耦合及其精细多铁性畴结构的直接可视化，强调了全息成像在利用软X射线研究多铁性和非共线磁性材料方面的潜力。T. A. Butcher, et al, Ptychographic Nanoscale Imaging of the Magnetoelectric Coupling in Freestanding BiFeO3. Adv. Mater. 2024, 2311157. DOI: 10.1002/adma.202311157https://doi.org/10.1002/adma.202311157
