1.北京大学Angew：Cu(II)-MOF修饰NO2增强乙炔吸附和选择性乙炔的纯化和存储在许多工业过程中非常重要，研究MOF材料对C2H2与CO2的选择性从而建立平衡受到人们的关注。有鉴于此，北京大学/曼彻斯特大学杨四海教授、曼彻斯特大学Martin Schröder教授等报道在等构MOF材料，MFM-190(R)内研究不饱和Cu(II)位点和各种官能团（-F、-CH3、-NO2）之间的协同作用。1）在298K和1bar，MFM-190(NO2)的C2H2吸附量达到216cm3 g-1（320 cm3 g-1, 273K），而且对1/1v/v的C2H2/CO2得到~150的C2H2/CO2选择性（达到工业裂解条件需求）。 2）动态穿透实验研究结果验证了MFM-190(NO2)具有优异的温和条件C2H2/CO2分离性能，原位中子衍射表征验证表明协同结合效应，通过不饱和Cu(II)和-NO2官能团之间协同作用实现对C2H2的成键、装载、吸附。 Martin Schröder, Lixia Guo, Xue Han, Jiangnan Li, Weiyao Li, Yinlin Chen, Pascal Manuel, Sihai Yang, Boosting Adsorption and Selectivity of Acetylene by Nitro Functionalisation in Copper(II)‐Based Metal‐Organic Frameworks, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202417183https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024171832.Angew：Zn空气电池中生成H2O2促进高效率OER能够利用中性电解液的可充电Zn-空气电池是具有前景的价格便宜安全可持续器件，但是面临着电荷动力学缓慢的问题，目前人们对于这个问题的理解较少。 有鉴于此，以色列巴伊兰大学Roman R. Kapaev、Malachi Noked等报道研究接近中性的Zn-空气电池的电荷存储机理，发现电荷存储的机理过程是电池放电过程中形成溶解的H2O2，随后在充电过程中H2O2发生氧化。1）这种H2O2介导促进了在~1.5V vs. Zn2+/Zn的OER反应，导致过电势降低~0.2-0.5V，而且缓解了Zn-空气电池常见的碳腐蚀问题。 2）研究发现机理与电解液成分和正极材料密切相关，在ZnSO4作为溶液和碳纳米管组成的Zn-空气电池中H2O2介导起到~60%。通过增强H2O2介导路径为开发高能中性Zn-空气电池提供方法，有助于开发实用性可持续的能源存储体系。Roman R. Kapaev, Nicole Leifer, Alagar Raja Kottaichamy, Amit Ohayon, Langyuan Wu, Menny Shalom, Malachi Noked, Formation of H2O2 in Near‐Neutral Zn‐air Batteries Enables Efficient Oxygen Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202418792https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024187923.大连化物所JACS：MgGaOx的晶体结构对H2活化的影响虽然关于金属氧化物的氢吸附和活化研究非常广泛，但是如何研究氢的活化和加氢催化反应的选择性仍然是个挑战。有鉴于此，中国科学院大连化物所潘秀莲研究员、焦峰研究员等报道以尖晶石和固溶体MnGaOx作为类似的块体材料模型，研究氢活化的机理和合成气转化的反应性。1）研究结果表明MnGaOx-固溶体（MnGaOx-SS）具有典型的Mn掺杂hcp结构表面富含Ga的Ga2O3，在暴露氢气后，能够同时产生Ga-H和O-H。Ga-H具有高活性，但是在CO活化的反应中没有选择性，能够生成CHxO或者乙烯加氢生成乙烷。但是，MnGaOx-尖晶石具有fcc尖晶石结构，其表现为富含Mn的表面，因此能够阻碍生成Ga-H物种。作者发现，只有一部分O-H物种具有活化CO的能力，在MnGaOx-尖晶石表面的O-H物种没有烯烃加氢催化活性。
2）MnGaOx-尖晶石比MnGaOx-SS分别与SAPO-18结合，其中MnGaOx-尖晶石具有更高的活性和更高的轻质烯烃选择性。这些研究结果有助于指导并且设计和优化制氢反应的金属氧化物催化剂。Bing Bai, Yihan Ye, Feng Jiao*, Jianping Xiao, Yang Pan, Zehua Cai, Mingshu Chen, Xiulian Pan*, and Xinhe Bao, Surface Structure Dependent Activation of Hydrogen over Metal Oxides during Syngas Conversion, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c14395https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14395合成细胞未曾受到研究的一个方向是跨膜电子转移过程，这种跨膜电子转移通常使用光驱动进行质子或离子的传输。有鉴于此，荷兰莱顿大学Lars J. C. Jeuken等报道工程化构筑了合成细胞，将其称之为纳米反应器，通过[FeFe]-氢酶实现了半人工光合成产氢。 1）通过奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis) MR-1型的多血红素跨膜蛋白MtrCAB实现跨膜电子转移。在光照射下，纳米反应器的外部掺氮碳量子点能够将光生电子转移到MtrCAB，随后无需氧化还原介质实现电子结合到H2ase。在2h内的光驱动制氢TOFH2ase达到467±64h-1，当加入氧化还原介质MV（甲基紫精），催化活性进一步提升，TOFH2ase达到880±154h-1。2）作者认为MtrCAB向H2ase的“上升”电子转移限制了催化反应的速率。这种纳米反应器能够作为结构支架，而且分隔半人工光合成反应，为开发纳米粒子-微生物复合体系用于太阳能-化学能转化提供帮助。
Huijie Zhang, Jan Jaenecke, Imogen L. Bishara-Robertson, Carla Casadevall, Holly J. Redman, Martin Winkler, Gustav Berggren, Nicolas Plumeré, Julea N. Butt, Erwin Reisner, and Lars J. C. Jeuken*, Semiartificial Photosynthetic Nanoreactors for H2 Generation, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c12311https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c12311 5.清华大学JACS：氧化锰掺杂的杂化脂质纳米颗粒可通过产氧和STING激活增强mRNA疫苗的效力信使RNA（mRNA）疫苗在治疗人类疾病方面具有巨大的应用潜力。然而，mRNA翻译过程中的活性氧产生等问题会极大地影响翻译效率，进而导致mRNA疫苗的应用受限。有鉴于此，清华大学喻国灿教授开发了一种通过促进mRNA翻译和刺激干扰素基因（STING）的激活来大幅提高mRNA疫苗效力的新策略。1）实验将小尺寸氧化锰纳米颗粒（Mn3O4 NPs）与脂质纳米颗粒（LNPs）进行共组装，构建了混合递送载体（MnLNPs），并将其用于制备mRNA疫苗。研究发现，MnLNPs能够有效清除mRNA翻译过程中产生的活性氧（ROS），并促进氧气的产生，从而可以增强三磷酸腺苷（ATP）的合成和mRNA的翻译。2）此外，MnLNPs也可通过激活cGAS-STING通路有效地促进树突状细胞的抗原呈递和成熟。体内研究结果表明，与LNPs相比，由MnLNPs制备的mRNA疫苗能够显著增强抗原编码mRNA的翻译，以产生更好的抗肿瘤效果。与免疫检查点阻断疗法相协同后，MnLNPs@mRNA的肿瘤抑制能力会得到进一步增强。综上所述，该研究开发的基于MnLNPs的mRNA疫苗在癌症免疫治疗领域中具有非常广阔的应用前景。 Jinqun Gan. et al. Manganese Oxide-Incorporated Hybrid Lipid Nanoparticles Amplify the Potency of mRNA Vaccine via Oxygen Generation and STING Activation. Journal of the American Chemical Society. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c12166https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c121666.华南理工大学Nature Commun：调控金属位点电子结构增强电催化还原CO2光催化转化CO2制备合成气受到广泛关注，但是光催化转化CO2制备合成气面临着难以控制中间体与催化剂位点之间的亲和性，以及载流子传输速率缓慢的问题，导致难以令人满意的光催化还原产率。有鉴于此，华南理工大学李映伟教授、王枫亮等报道在3D有序大孔框架（3DOM-NS）内的2D纳米片组装体制备电子结构可调控的Co位点，这种制备的Co 3DOM-NS催化剂具有令人感兴趣的CO2还原光催化CO2活性。 1）含硫化钴的3DOM-NS催化剂具有最好的光催化还原CO2制备合成气性能，在可见光照射下，合成气的产率得到347.3μmol h-1，而且在自然光照射下的流动相反应器实现了1150.7μmol h-1的合成气产率。2）反应机理研究发现3DOM Co-SNS催化剂的高度电子限域的活性位点能够通过dyz/dxz-p以及s-s轨道相互作用，增强Co和HCOO*之间的相互作用，因此促进切断C-O化学键。此外含有纳米片次级结构的有序大孔结构材料提高光生电子的传递，进一步增强光催化活性。Lyu, W., Liu, Y., Chen, D. et al. Engineering the electron localization of metal sites on nanosheets assembled periodic macropores for CO2 photoreduction. Nat Commun 15, 10589 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54988-3https://www.nature.com/articles/s41467-024-54988-37.Nature Commun：富含缺陷单层TiO2高性能质子传导膜二维晶体作为一种质子导电材料受到关注，因为二维晶体的原子厚度能够阻碍原子、分子、离子，同时原子层厚度二维晶体允许质子的穿过。2D材料虽然具有优异的选择性，但是目前二维晶体材料有关报道的质子导电性都比较低。有鉴于此，澳门大学孙鹏展、大连理工大学郝广平、曼彻斯特大学Marcelo Lozada-Hidalgo、Andre K. Geim等报道富含空穴位点的单层TiO2具有较高的质子渗透，同时阻碍He。1）在200℃的质子导电性达到100S cm-2，超过了工业制订标准的目标。对质子的快速选择性传输来自超高密度Ti原子缺陷（单位nm2的缺陷达到1个），而且单层TiO2能够筛选Å尺度的物质。 2）这项研究展示了2D氧化物作为氢能技术膜材料的前景。 Ji, Y., Hao, GP., Tan, YT. et al. High proton conductivity through angstrom-porous titania. Nat Commun 15, 10546 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54544-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-54544-z8.中国地质大学&武汉纺织大学AM：Fe单原子调控Co3O4自旋态实现优异的锌空气电池性能高性能的OER/ORR双功能电催化剂是可充电Zn-空气电池工业化的关键。有鉴于此，中国地质大学杨泽惠、罗芳、武汉纺织大学包海峰教授等报道在掺氮碳载体上修饰Co3O4并调控Fe单原子位点的自旋态，得到的催化剂记作Co3O4@Fe1-NC，得到了中等自旋态。 1）Fe原子的d能带中心向低能量方向移动，而且eg能带的填充增加，而且OH*相互作用减弱，显著增强ORR电催化性能。通过原位Raman光谱表征和电化学阻抗表征，验证Co3O4@Fe1-NC催化剂中的高自旋态Co位点能够促进Co3O4的表面重构。
2）这种催化剂实现优异的OER催化活性，在50mA cm-2电流密度的过电势仅为352mV，分别比Co3O4@NC或IrO2的过电势低18mV和60mV。原位Raman表征结果表明OH*物种的吸附和脱质子之间的平衡促进催化剂的优异稳定性。构筑ZAB电池的功率达到193.2mW cm-2，稳定时间达到200h。此外，ZAB电池的电池性能达到163.1mW cm-2。 Yuhua Xie, Yumei Feng, Shiao Zhu, Yingjie Yu, Haifeng Bao, Qingting Liu, Fang Luo, Zehui Yang, Modulation in Spin State of Co3O4 Decorated Fe Single Atom Enables a Superior Rechargeable Zinc-Air Battery Performance, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202414801https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202414801
