同位素再次助攻Science；上科大Nature Electronics，王春生PNAS丨顶刊日报20200621
1. Science Advances：具有高活性和高选择性的高负载单Pt原子中心[Pt-O(OH)x]在温和条件下催化CO PROX反应
富氢燃料气中的CO（PROX）优先氧化是去除CO的有效方法，同时可以有效地节省能量和氢气。然而，实现高CO转化率伴随着对CO2的高选择性而不是对H2O的高选择性具有一定的挑战性。有鉴于此，美国塔夫茨大学E. Charles H. Sykes报道了成功合成了具有稳定阳离子Pt的氧键合碱性离子的高负载Pt单原子（2.0 wt％）催化剂。
本文要点：
1）该合成在水溶液中进行，研究发现，在水溶液中可以生成均匀的Pt1-Ox-K(Cs)团簇，易于在任何载体上一步浸渍制备高负载（2 wt%）的Pt单原子催化剂。
2）该Pt单原子催化剂在过量H2条件下表现出显著的CO和O2选择性转化。并且结构稳定，能在高温处理的环境中保持活性。
3）优异的催化性能源于大量[Pt1-Ox]活性中心（原子利用率100%），这些活性中心在反应过程中化学价很低，在长时间的稳定性测试中保持正电荷。此外，催化剂中的单个Pt原子可以活化H2和O2生成-OH，从而通过WGS反应途径促进CO的氧化。
Sufeng Cao, et al, High-loading single Pt atom sites [Pt-O(OH)x] catalyze the CO PROX reaction with high activity and selectivity at mild conditions, Sci. Adv. 2020
DOI：10.1126 / sciadv.aba3809
https://advances.sciencemag.org/content/6/25/eaba3809
2. Science Advances：在活体直接3D打印可变形传感器
在活体人体器官上直接打印兼容生物医学设备的能力，有利于病人的监护和伤口治疗，这就要求3D打印机能够适应生物表面的各种变形。美国明尼苏达大学Michael C. McAlpine等人开发了一种原位3D打印系统，可以实时估计目标曲面的运动和变形，以适应刀具路径。
本文要点：
1）利用该打印系统，将水凝胶传感器打印在呼吸诱导变形的猪肺上。该传感器与组织表面相容，并通过电阻抗断层成像提供变形的连续空间映射。
2）这种自适应3D打印方法可以增强机器人辅助医疗的增材制造功能，使可穿戴电子和生物材料能够在人体内外自主直接打印。
Zhijie Zhu, et al., 3D printed deformable sensors. Science Advances 2020.
DOI: 10.1126/sciadv.aba5575
https://advances.sciencemag.org/content/6/25/eaba5575
3. Science Advances：自组装的cGAMP-STINGΔTM信号复合物作为cGAMP传递的生物启发平台
干扰素（IFN）基因刺激因子（STING）途径是机体对各种癌症和感染免疫反应的重要组成部分。因此，给药如环GMP-AMP（cGAMP）等刺激性激动剂被认为是一种有前途的靶向治疗这些疾病的方法。在癌细胞中，STING信号经常被STING的表观遗传沉默所破坏，因此，传统的仅传递其激动剂cGAMP可能不足以触发STING信号。于此，麻省理工大学Paula T. Hammond和美国东北大学李嘉禾等人设计了一种受生物启发的共传递方法，该方法无需使用重组TM结构域缺陷型STING蛋白作为cGAMP的高亲和力，稳定载体，即可从载体中释放功能齐全的内源性STING或cGAMP。
本文要点：
1）在将STINGΔTM与cGAMP预先组装时，研究人员观察到，该核糖核蛋白复合物能够响应cGAMP与STINGΔTM的结合而四聚，从而形成TBK1募集和下游信号传导的基本结构。
2）在这项工作中，虽然已知缺乏跨膜（TM）结构域的刺的表达对刺激剂无反应，并且当与细胞内的全长刺共同表达时为显性阴性，研究人员观察到，含cGAMP的重组TM缺陷STING蛋白在体内外传递时能有效地触发STING信号，包括在STING缺陷细胞系中。因此，这种利用TM缺陷STING的仿生方法可以为cGAMP的传递提供一个普遍适用的平台。
Yanpu He, et al. Self-assembled cGAMP-STINGΔTM signaling complex as a bioinspired platform for cGAMP delivery. Science Advances 2020.
DOI: 10.1126/sciadv.aba7589
https://advances.sciencemag.org/content/6/24/eaba7589
4. Nature Electronics：溶液处理的量子点上转换光电探测器
上转换光电探测器将光子从红外转换为可见光谱，并在诸如作为红外检测和成像。但是，高性能上变频设备通常基于真空沉积昂贵且需要高工作电压的材料，这限制了它们在柔性系统中的实现。鉴于此，上海科技大学宁志军和加拿大多伦多大学的Edward H. Sargent等人报道了一种溶液法制备的光学上转换光电探测器。
本文要点：
1）制造了基于CQD的柔性的，经过溶液处理的上转换光电探测器，其宽带响应范围为400至1600 nm（近红外变成短波红外）。通过添加Ag纳米颗粒进入ZnO电荷传输层，该光电探测器表现出照明时的光电流高，在黑暗条件下的暗电流低，其光子间转换效率高达6.5％且启动电压低至2.5 V。
2）该设备由胶体硫化铅量子点层组成，用于收集红外光它与硒化镉/硒化锌量子点层整体耦合以产生可见光。研究人员优化了这些器件中的电荷提取层是通过将银纳米颗粒结合到电子传输层中来实现的隧道化。我们的光电探测器表现出低的暗电流，高的探测灵敏度（6.4×1012 Jones）和毫秒级的响应时间。并且与柔性基板兼容。还开发了一种柔性的上转换器件，可用于生物成像。
Wenjia Zhou et al. Solution-processed upconversion photodetectors based on quantum dots, Nature Electronics (2020).
DOI：10.1038/s41928-020-0388-x.
https://doi.org/10.1038/s41928-020-0388-x
5. PNAS：一种用于稀电解液锂硫电池的化学稳定硫正极
锂硫电池(LSBs)由于具有高质量比能量、低成本、高丰度、无毒性和高可持续性等优点，有望成为下一代可充电电池。然而，由于高阶多硫化物在电解液中的溶解和锂负极低的库仑效率，需要过量的电解液和锂金属，这大大降低了LSBs的能量密度。准固态LSBs可以将硫包裹在碳基体的微孔中并通过固体电解质中间相密封，可以在稀电解液条件下运行，但是碳基体中较低的硫含量(<40 wt％)和低硫利用率(<70％)仍然限制了电池的能量密度。有鉴于此，马里兰大学王春生等人通过C–S和O–S的强化学相互作用，将硫以分子水平分散在富氧的致密碳宿主中，从而将碳中的硫负载量提高至60 wt％，并将硫利用率提高至~87％。
本文要点：
1）通过用硫碳化富氧的苝四羧酸二酐(PTCDA)和富氮的聚丙烯腈(PAN)合成了化学键稳定的高容量碳/小硫复合物。拉曼光谱、FTIR、XPS和PDF表征证实了CPAPN-S复合材料中C-S和O-S基团的牢固化学结合。
2）在全氟化有机稀电解液中，C/S正极在第一次深度锂化过程中形成固体电解质中间相后经历了固态锂化/脱锂反应，完全避免了穿梭效应。XPS和PDF证明了4Li++4e-+O–S→Li2O+Li2S循环和不可逆活化过程中小硫分子与锂离子的可逆反应。
3）化学稳定的C/S复合材料在稀电解液条件下循环200次仍有541 mAh·g-1(基于C/S复合材料的总质量)的高可逆容量，相当于974 Wh⋅kg−1的高能量密度。化学稳定的C/S复合材料优异的电化学性能使其成为高能长循环寿命LSBs的极有前途的正极材料。
Chao Luo, et al. A chemically stabilized sulfur cathode for lean electrolyte lithium sulfur batteries. Proceedings of the National Academy of Sciences 2020, 202006301.
DOI: 10.1073/pnas.2006301117.
https://doi.org/10.1073/pnas.2006301117
6. PNAS: 分子串联电池用于人工光合作用
人工光合作用受到自然界中光合作用的启发。要满足人造光合作用的要求以及太阳能分解水或二氧化碳还原，仍面临一系列挑战。在电极表面，启动光子吸收/电子转移步骤通常需要与催化剂集成，以在微秒级完成水氧化，从而避免反向电子转移。在不施加外部电位偏压的情况下实现水分解，是人工光合装置的关键。有鉴于此，北卡罗来纳大学教堂山分校的Wei You、Thomas J. Meyer和中科院宁波工业技术研究院的Degao Wang等人，描述了一种串联光电化学电池的设计，该设计在光阳极中将染料敏化的光电化学电池（DSPEC）和有机太阳能电池（OSC）结合在一起以进行水氧化。
本文要点：
1）当与Pt电极结合以产生H2时，电极通过充分提高光阳极电压来驱动H+无偏压还原为H2，从而成为2H2O→O2+2H2分解水的组合电化学电池的一部分。将染料敏化光电子合成电池和有机太阳能电池在光阳极中进行水氧化相结合，表现出优异的性能。
2）组合电极在没有外部施加偏压的情况下提供了1.5％的水分解太阳能转化效率，从而模拟了自然光合作用中PSII的串联电池构型。串联电池水分解的STH％为1.5％，而自然光合作用的STH％为〜1％。
3）该电极在1个太阳光照射下在分子光电极中，可以提供1.24 mA/cm2的持续光电流密度的持续水分裂，持续1 h，且无施加偏压。
总之，该工作为分子基太阳能燃料电极的太阳能到氢的转化效率（STH％）提供了一个重大的改进。
Degao Wang et al. A molecular tandem cell for efficient solar water splitting. PNAS, 2020.
DOI: 10.1073/pnas.2001753117
https://doi.org/10.1073/pnas.2001753117
7. Nature Commun.：氢键有机骨架在常温下的可燃冰模拟行为
客体分子在多孔材料上的吸附以自发放热的方式进行，而解吸通常需要外部能量输入用以吸热过程。因此，减少这种能源消耗具有重要意义。氢键辅助的超分子组装由于具有适度的H键强度而显示出极大的结构柔韧性，是在温和条件下可控地捕获/释放客体分子的理想选择。在过去的几十年里，通过分子间氢键构筑的氢键有机骨架（HOFs）取得了新的进展。由于静电吸引而形成的氢键很容易在相邻的含有电负性基团的有机分子之间形成，因此不需要额外的反应能量。目前，除了已报道的由中性有机分子组成的HOFs外，另一种类型的HOFs是由阳离子和阴离子构成的。
有鉴于此，中科大刘波研究员报道了由胍阳离子和硼酸盐阴离子（[B(OCH3)4]3[C(NH2)3]4Cl·4CH3OH）构成的离子型氢键有机骨架（iHOF）在室温下对甲醇（MeOH）的可逆自动吸附/解吸，并称其为Gd-B。
本文要点：
亚稳态Gd-B在环境大气中通过脱附和四甲基硼酸酯水解自动释放所有16个MeOH分子（63.4 wt％），当结构再次暴露于MeOH蒸气或液体中时（类似于在环境条件下可燃冰的行为），可以自动恢复结构。此外，还可以在不破坏其晶体结构的情况下实现四个客体MeOH分子的可逆吸附/释放。
可燃的Gd-B为探索亚稳态iHOF材料作为替代能源和药物输送的载体铺平了道路。
Wang, Y., Hou, X., Liu, C. et al. Combustible ice mimicking behavior of hydrogen-bonded organic framework at ambient condition. Nat Commun 11, 3124 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-16976-1
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16976-1
8. Chem. Soc. Rev.: 海洋生物废弃物向高附加值分子和生物(纳米)材料的升级转化
当前，地球承受着人类历史上前所未有的环境污染问题。全球人口的增长以及伴随着人们对生活质量期望值越来越高的大城市的建立，要求彻底改变目前仍然主要基于线性经济方式和化石资源的生产模式。在人为活动的丢弃物中，可生物降解的废物是最大且高度异质的部分之一，其中包括花园和公园废物，家庭，餐馆，餐饮和零售场所以及食品厂，家庭的食品加工和厨房废物以及污水，肥料，食物垃圾以及林业，农业和渔业的残留物。分析报告称全世界渔业丢弃物每年的产量超过2000万吨。
尽管通过简单干燥或蒸煮来处理残留物可以获得鱼粉，但它是一种低价值产品，主要用于动物饲料和肥料部门。有鉴于此，威尼斯大学的Maurizio Selva等人，综述了鱼类废料的回收及其可持续转化为高附加值分子和生物（纳米）材料的过程和技术。
本文要点：
1）高度可变的降解时间是管理鱼类生物废弃物的主要问题之一(除了难闻的气味之外)。鱼类废弃物中的有机部分会在数小时或数天内迅速分解，具体取决于储存条件。简而言之，鱼变质主要是通过细菌和酶的自溶（自消化）和脂质氧化而发生的。此外，在死鱼的外表面(皮肤和鳃)和肠道中发现的微生物经常自由增殖，通过肌纤维侵入它们的肉体。虽然腐坏的速度取决于组织的结构，特别是鱼皮的真皮和表皮，但是微生物的新陈代谢伴随着生物胺的产生，如腐胺、组织胺和尸碱，有机酸、硫化物、醇、醛和酮，这些会引起令人不快和不可接受的味道。
2）作为全球循环经济趋势的一部分，鱼类废弃物是一种在食品，营养保健品，医药、电子、光学和其他功能材料领域中广泛应用的资源。在此背景下获得的与产品的生物相容性有关的材料对于在人类健康中的高价值使用特别有利。尽管这些策略具有巨大的潜力，但学术科研技术转化为实际应用仍有限。
Thomas Maschmeyer et al. Upgrading of marine (fish and crustaceans) biowaste for high added-value molecules and bio(nano)-materials. Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/C9CS00653B
https://doi.org/10.1039/C9CS00653B
9. Chem. Soc. Rev.: 超高分辨率扫描探针显微镜表征表面化学反应的研究进展
扫描探针显微镜（SPM）是一种有助于在亚分子水平上表征单个分子和分子组装体的技术。从概念上讲，探针的端部是一个原子，测量的是这个原子与分子-底物体系之间的相互作用。在两种最常用的SPM中，扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM），分别测量了探针和样品之间的电流或探针与样品之间的相互作用力。SPM技术的一个显著特征是获得的数据直接对应于实际空间测量，从而可以生成表面的“图像”。SPM技术的单分子表征有助于有助于混合物的结构表征（例如原油中的沥青质）。与结构表征应用并行，SPM技术的一个重要特点是能够研究表面反应的进程，并对不同阶段(即初始状态、最终状态，甚至中间状态)进行表征。这种方法提供了一种深入理解化学反应机理的途径，可深入到单键形成的水平。
有鉴于此，英国利兹大学的Adam Sweetman、英国诺丁汉大学的Neil R. Champness和Alex Saywell等人，综述了超高分辨率扫描探针显微镜在表征表面化学反应方面的研究进展。
本文要点：
1）首先详细介绍了分子-底物系统SPM研究的基本前提，包括实验条件的概述，并对实验的技术方面进行了深入讨论。探针-分子相互作用的物理过程被用作讨论图像解释的基础，最后提供了SPM研究的表面反应的示例，特别是石墨烯结构（包括石墨烯纳米带）的形成和环化反应。
2）该综述证明了使用扫描探针显微镜的有效性，特别是ncAFM，是目前成像和表征表面化学反应的有力工具。ncAFM提供了具有分子内分辨率系统的出色图像，但重要的是，这些实验也为所研究的系统提供了详细的化学信息，可以区分单个原子和/或化学键。尽管其他技术可能提供类似的信息(例如单晶X射线衍射)，但ncAFM在单分子水平上提供的信息是无可比拟的。
3）扫描探针显微镜，特别是ncAFM，是一项了不起的进步，可以识别单个分子甚至反应过程。这些方法在对单分子过程的理解中发挥越来越重要的作用，并且可以预期ncAFM将成为整个化学科学中广泛使用的工具。
Adam Sweetman et al. On-surface chemical reactions characterised by ultra-high resolution scanning probe microscopy. Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/D0CS00166J
https://doi.org/10.1039/D0CS00166J
10. ACS Energy Lett.：大的导带能量偏移对于无机钙钛矿太阳能电池的影响
尽管已证明SnO2作为电子选择性接触（ESC）对于有机-无机钙钛矿太阳能电池（OPSC）的效率高达20％以上，并且已频繁用于钙钛矿串联太阳能电池，但很少有研究探索其用途。无机钙钛矿太阳能电池（IPSC）的可行性。由于宽带隙可调谐至1.7至2.0 eV的无机钙钛矿有望成为串联结构中顶层电池的候选材料，因此基于SnO2-ESC的IPSC的开发将极大地有利于它们将来集成到串联太阳能电池中。柏林亥姆霍兹中心Qiong Wang 和Antonio Abate等人对比研究了SnO2与常见的TiO2的比较。
本文要点：
研究发现，尽管SnO2与无机钙钛矿具有良好的能级排列，并且显示出较慢的非辐射复合，但相对较低的导带最小能量偏移限制了有效电荷的提取。相比之下，具有〜400 meV的大能量偏移的TiO2-ESC导致带隙为1.93 eV的IPSC的高填充因子为78.7％，最新效率为14.2％。研究人员推测，OPSCs和IPSCs中SnO2-ESC的光电性能差异可能来自于无机钙钛矿相对较高的激子结合能。在最后提出了克服这一障碍的策略。
Qiong Wang et al. Large Conduction Band Energy Offset is Critical for High Fill Factors in Inorganic Perovskite Solar Cells，2020. ACS Energy Lett. 2020.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c00980