清华大学连续在Science和Nature发表成果丨顶刊日报20200401
1. Science：少层Sn烯中的II型伊辛配对
超导性通常不会出现在磁场存在的条件下，因为磁场倾向于破坏实现超导所需的电子配对。然而，有些材料不受此限制，例如不久前发现的伊辛超导体——在很高的磁场强度下依旧维持了超导性质。伊辛配对最早在过渡金属硫族化合物（例如MoS2）中被发现。最近的研究表明实现二维超导体的伊辛配对同样离不开自旋-轨道耦合（注：自旋-轨道耦合已被证明是实现拓扑材料不可缺少的因素）。这种配对机制依赖于中心对称性破缺，且在温度逼近绝对零度时，其面内极化磁场具有发散特征。近日，马克斯普朗克研究所Jurgen H. Smet、清华大学张定、北京师范大学刘海文等人的研究表明，在最近发现的超导少层Sn烯（外延应力型灰Sn）中，轨道指数不同的能带中的载流子表现出明显的伊辛配对特征。
2. Nature：中心体的锚定调控神经前体细胞特性和大脑皮层的形成
RGPs是主要的神经祖细胞，它们在哺乳动物大脑皮层的发育中产生神经元和神经胶质。在RGP中，中心体位于远离大脑皮层心室区顶表面核的位置。但是，中心体这种独特亚细胞组织的分子基础和精确功能是未知的。有鉴于此，清华大学的时松海和史航等研究人员，发现中心体的锚定调控神经前体细胞特性和大脑皮层的形成。
本文要点：
1）研究人员在小鼠中发现将中心体锚定到顶膜可控制大脑皮层放射状神经胶质祖细胞（RGPs）的机械性能，从而控制其有丝分裂行为以及大脑皮层的大小和形成。
2）RGP的母源中心体发育产生远端附件，将其锚定在顶膜上。选择性敲除中心体蛋白83（CEP83）消除了这些远端附件，并破坏了中心体在顶膜的锚定，导致微管紊乱以及顶膜的拉伸和变硬。
3）CEP83的敲除还激活了yes-相关蛋白（YAP），并促进了RGP的过度增殖，以及随后间期祖细胞过度增殖，这导致了皮层形成异常折叠的扩大。
4）同时，敲除YAP抑制了由CEP83缺失引起的皮质增大和折叠。
这些结果表明中心体在调节神经祖细胞的机械特征以及哺乳动物大脑皮层的大小和构型方面未知的功能。
WeiShao, et al. Centrosome anchoring regulates progenitor properties and corticalformation. Nature, 2020.
DOI：10.1038/s41586-020-2139-6
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2139-6
3. Nature：冷冻电镜(STEM)揭示铁蛋白结晶机理
蛋白质结晶过程在结构生物学、疾病研究和制药等领域是相当重要的内容。最近的共识是，非经典结晶过程（包括最初无定形前驱体相的形成）——经常发生在蛋白质、有机物和无机物的结晶过程中。也因此，研究人员提出了两步成核理论——初始的低密度溶剂化无定形集合体随后变得致密，导致成核发生。两步成核理论与经典成核理论不同，后者认为溶液中的晶核具有与最终晶态物质相同的密度和结构。最近，有研究人员直接观测到了蛋白质的经典成核过程。但迄今为止，尚未有研究报道非经典蛋白质结晶化过程的分子机理。为了确定无定型前驱体的本质以及其是否伴随结晶化（如果有，分子尺度的结构有序如何形成），需要对结晶过程进行三维分子尺度成像。
有鉴于此，魏茨曼科学研究院Boris Rybtchinski、Lothar Houben等人采用冷冻STEM研究了铁蛋白聚集体结晶过程中的不同阶段，并采用同步迭代图像重建技术构建了具有分子级精度的3D结晶过程图像。
本文要点：
1）随着聚集体的晶序逐渐增加，密度也由外而内逐渐增加。
2）实验并未观测到经典成核过程通常具有的高度有序微小结构，但偶尔能在单个无定形聚集体中观测到几个有序畴域——该现象不能用经典成核理论或两步成核理论解释。
最后，作者指出，蛋白质结晶化过程的分子尺度分析表明去溶剂化可能是有序性连续演变过程中的驱动力。这种观点超出了现有成核模型能解释的范围，但却与之前发现的许多蛋白质结晶机制是一致的。
图. 铁蛋白溶液的冷冻电镜图。
Houben,L. et al. A mechanism of ferritin crystallization revealed by cryo-STEMtomography. Nature 579, 540–543 (2020).
DOI:10.1038/s41586-020-2104-4
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2104-4
4. Nature：利用纳米等离子体实现皮秒(ps)开关
超宽频信号和太赫兹波在量子测量，成像、传感技术，以及超高数据速率通信等领域具有广泛应用，进而使得超快电子学吸引了大量关注。在这些应用中，电子开关的高速运转是具有挑战性的，特别是当需要高振幅输出信号时。例如，虽然场效应和双极结型器件具有良好的可控性和稳定性，但其相对于开态电流较大的输出电容极大地限制了其切换速度。
最近，瑞士洛桑联邦理工学院Elison Matioli等人基于纳米尺度等离子体设计了一个新颖的片上全电子式器件，在较大的功率范围内实现了电信号的皮秒级切换速度。
本文要点：
1）纳米等离子体微小体积区域内的超高电场导致了超快电子转移，因此实现了超短时间响应。具体而言，实验实现了>10V/ps的超快切换速度，比场效应晶体管高出2个数量级，比传统电子开关高出10倍。实验测得的上升时间低至5ps，进一步降低该值则需改进实验装置。
2）将这些器件与偶极天线集成，实验实现了高功率太赫兹信号的发射，远高于小型固态电子器件的最优值。
最后，作者指出，纳米等离子体开关的集成便利性和小型化使其在成像、传感、通讯和生物医学方面具有良好的应用前景。
图. 纳米等离子体开关：概念示意图。
SamizadehNikoo, et al. Nanoplasma-enabled picosecond switches for ultrafast electronics.Nature 579, 534–539 (2020).
DOI:10.1038/s41586-020-2118-y
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2118-y
5. Nature Energy: CO2RR过程中原位生成的Cu表面结构和Cu(I)物种在C2+产物选择性中的作用
CO2高效电化学转化为燃料和原料的制备提供了一条途径。Cu催化剂在CO2电还原过程中对多碳产物具有选择性，但是其表面结构和氧化物的存在所起的作用尚未完全理解。近日，马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所BeatrizRoldan Cuenya等报道了通过脉冲CO2电解调节Cu催化剂的形态和氧化态，从而提高生成乙醇的效率。
本文要点：
1）作者通过合理设计施加的脉冲电势，实现在CO2RR的同时调整Cu催化剂的表面结构和组成。
2）作者通过分析循环伏安曲线和非原位原子力显微镜数据来监测催化剂形态的演变，而表面的化学状态则通过准原位X射线光电子能谱进行了监测。实验发现，缺陷和Cu（I）物种的持续再生的协同作用有利于C-C耦合。
3) 作者还研究了C2+产品产量的增加（在-1.0 V（相对于可逆氢电极）下，76％的乙烯，乙醇和正丙醇选择性）与Cu（100）台阶，Cu2O和Cu（100）缺陷的存在之间的相关性。
该工作得出的基本理解对合理制备具有特定表面结构和成分的电化学界面用于CO2RR选择性生成C2产品非常有价值。
RosaM. Arán-Ais, et al.The role of in situ generated morphological motifs and Cu(I) species in C2+ productselectivity during CO2 pulsed electroreduction. Nature Energy, 2020,
DOI: 10.1038/s41560-020-0594-9
https://www.nature.com/articles/s41560-020-0594-9
6. Nature Commun.：3D打印导电聚合物
导电聚合物在储能、柔性电子、生物电子等领域有着广泛的应用前景。然而，导电聚合物的制备主要依靠传统方法，如喷墨印刷、丝网印刷和电子束光刻，其局限性阻碍了导电聚合物的快速创新和广泛应用。有鉴于此，麻省理工学院赵选贺等人介绍了一种基于聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的导电聚合物墨水，实现了导电聚合物微结构的高效、快速3D打印。
本文要点：
1）所得的导电聚合物油墨显示出卓越的3D可印刷性，能够实现高分辨率（超过30 μm），高长宽比（超过20层）以及导电聚合物的可重复生产，这些聚合物也易于与其他3D打印材料（例如绝缘弹性体）集成实现多材料3D打印。
2）3D打印的导电聚合物经干燥退火后可在干燥状态下提供高导电性（电导率超过155 S cm−1）和灵活的PEDOT:PSS 3D微结构。此外，经过干燥退火的3D打印导电聚合物可通过在潮湿环境中溶胀而轻松地转变成柔软（杨氏模量低于1.1 MPa）但具有高导电性（导电率高达28 S cm−1）的PEDOT:PSS水凝胶。
3）PEDOT:PSS的成功3D打印具有重要的现实价值，研究人员进一步以便捷、快速且简化的方式演示了基于3D打印的高密度柔性电子电路和软神经探针的制造。
这项工作不仅解决了导电聚合物3D打印中的现有挑战，而且为基于导电聚合物的柔性电子产品、可穿戴设备和生物电子学提供了一种有前途的制造策略。
HyunwooYuk, et al. 3D printing of conducting polymers. Nat.Commun. 2020, 11 (1), 1604.
DOI:10.1038/s41467-020-15316-7
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15316-7
7. Chem. Rev.: MOFs在多相催化中的最新进展、新趋势和未来展望
当今，95%以上的化学产品都是通过催化过程生产的，这使得对更高效催化材料的研究成为一个充满活力的研究领域。在催化研究方面，金属有机框架(MOFs)为新型固体催化剂的合理设计提供了巨大的机会，MOF作为潜在的多相催化剂具有多种优势：（i）前所未有的结构多样性；（ii）有机-无机的内在杂化特性；（iii）非配位金属位点；（iv）合理设计的潜力；（v）结构精确的孔隙。过去十年来发表的有关MOF基催化剂的出版物数量不断增多也反映了这一点。
有鉴于此，沙特阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)催化中心的Jorge Gascon教授等人，综述了近年来MOFs在多相催化中的应用研究进展。
本文要点：
1）本文对具有固有的热催化活性的MOF，作为掺入金属纳米粒子的宿主，作为制造复合催化剂的前驱体以及在光催化和电催化过程中具有活性的MOF催化剂进行了评述，最后对未来的研究方向进行了展望。
2）MOF电催化剂面临的问题可归纳为三大类：电导率，稳定性和活性。导电性有望通过将催化剂与导电粘合剂混合以及纳米结构化的各向异性2D MOF得以解决，但是提高MOF的固有电导率存在更多问题。
3）稳定性仍然是MOF电催化剂面临的主要挑战，因为当前感兴趣的大多数电催化反应都是在极端的酸性或碱性条件下进行的。考虑到大多数MOF甚至在中性水性电解质中的稳定性都有限，稳定性挑战仍然很重要。从功能的角度来看，尽管稳定性挑战仍然很大，但通过原位MOF分解形成的某些催化剂具有优异的催化活性。
总之，该工作有助于促进MOFs在多相催化中的进一步发展和应用。
AnastasiyaBavykina et al. Metal–Organic Frameworks in Heterogeneous Catalysis: Recent Progress, NewTrends, and Future Perspectives. Chem. Rev., 2020.
DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00685
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00685
8. Nano Lett.: 乙酰丙酮锆表面修饰助力低效率滚降的顶发射CsPbI3 LED
钙钛矿金属卤化物有望作为下一代高品质照明和高清晰度显示器的发光材料。高质量钙钛矿材料的制备和器件结构的设计对于实现高效率、高稳定的钙钛矿发光二极管（LED）至关重要。近日，吉林大学William W. Yu、Yu Zhang，香港城市大学Andrey L. Rogach等人对CsPbI3量子点和其器件结构进行优化设计，实现了低效率滚降的顶发射CsPbI3 LED。
本文要点：
1）将乙酰丙酮锆用作共前体合成的CsPbI3量子点（QDs），其光致发光量子效率可提高到90％以上。
2）利用底部电极和顶部电极之间的强微腔共振，设计具有高导热率（以更好地消散在高电流密度下产生的焦耳热）的Si衬底上的顶部发射器件结构，以提高光提取效率。
3）基于这些改进，Zr修饰的CsPbI3 LED在108 mA cm–2的电流密度下显示出13.7％的外部量子效率（EQE），峰位为686 nm。并具有低效率滚降（在500 mA cm–2的高电流密度下保持12.5％的EQE）和14 725 cdm–2的高亮度，稳定性得到显著地提高。
MinLu, et al. Bright CsPbI3 Perovskite Quantum DotLight-Emitting Diodes with Top-Emitting Structure and a Low Efficiency Roll-OffRealized by Applying Zirconium Acetylacetonate Surface Modification. Nano Lett.2020.
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c00545
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c00545
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