尽管疫苗在预防传染病方面取得了巨大成功,但仍有许多全球破坏性疾病没有完全保护性疫苗,特别是人类免疫缺陷病毒(HIV),疟疾和结核病。正在开发纳米技术方法,以设计针对这些疾病的新疫苗,并促进其全球实施。给定病原体可能给疫苗设计带来困难的原因是独特的,并且与病原体和人类的共同进化历史有关,但纳米技术开始有助于解决常见的挑战。在每种情况下,成功的疫苗都需要提高与正常感染引起的免疫反应不同的免疫反应。纳米材料具有确定的组成,通常的模块化构建和允许关键免疫途径参与的长度尺度,共同促进了识别这种保护性免疫应答并可靠地实现它们所必需的迭代设计过程。纳米材料还提供了将疫苗组分的运输和递送工程化为关键免疫细胞和淋巴组织的策略,并且它们可以是高度多价的,从而改善它们与免疫系统的接合。美国杜克大学Joel H. Collier、Genevieve G. Fouda等人在本综述将讨论这些方面以及最近针对传染病疫苗的纳米材料进展,特别强调艾滋病毒/艾滋病、疟疾和结核病。本文要点:1)本文将重点研究针对疟疾,结核病和艾滋病毒的纳米材料疫苗,强调近期工作以及对这种材料如何与免疫系统结合的新认识。2)将讨论基于设计的蛋白质,肽,脂质,聚合物和无机纳米材料的疫苗。
Fries, C.N., Curvino, E.J., Chen, J. et al. Advances in nanomaterial vaccine strategies to address infectious diseases impacting global health. Nat. Nanotechnol. (2020).https://doi.org/10.1038/s41565-020-0739-9
2. Chem. Soc. Rev.综述:超薄2D光催化剂在促进CO2光还原方面的基本原理和挑战
目前,CO2光还原研究受到光转化效率低和产物选择性差的严重困扰。具有高活性位点,高密度和高均匀性的超薄2D光催化材料可以作为理想的模型来精准设计CO2光转化效率和产物选择性的三个关键参数(光吸收效率(ηabs),载流子分离效率(ηcs)和表面氧化还原效率(ηredox))。然而,关于如何通过优化ηabs,ηcs和ηredox这三个关键参数来提高整体光转化效率和较差产品选择性,从未进行过全面而系统的概述。有鉴于此,中科大谢毅院士,孙永福教授总结了通过设计超薄2D材料理想模型的策略,以精确定制决定CO2光还原性能的三个关键参数。本文要点:1)作者回顾了具有缺陷能级的超薄2D半导体从紫外(UV)到可见光范围的扩展,以及具有中间带的超薄2D半导体和具有特殊部分占据带的导体从UV到红外(IR)区域的扩展。2)作者概述了具有缺陷态的超薄2D半导体、具有表面偏振态的超薄半导体和具有内建电场的超薄异质结半导体提高载流子分离效率的研究进展。3)作者重点总结了具有面内异质结构、孤立的单原子和丰富的双金属位的超薄2D半导体的加速还原动力学。4)最后,作者对超薄2D材料高选择性、高效地将CO2光转化为C2+产物的前景进行了简要的总结和展望。Xingchen Jiao, et al, Fundamentals and challenges of ultrathin 2D photocatalysts in boosting CO2 photoreduction, Chem. Soc. Rev., 2020 DOI: 10.1039/d0cs00332hhttps://doi.org/10.1039/D0CS00332H
3. Chem:镍基亲核电氧化催化剂的活性起源和设计原理
了解电催化剂在阳极上的亲核氧化反应(NOR)中的作用,以代替水分解过程中的析氧反应(OER),对于制氢和有机电合成的发展至关重要。近日,湖南大学王双印教授报道了将β-Ni(OH)2和NiO作为模型电催化剂,其在OER过程中的结构演化相对明确。本文要点:1)采用透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征了OER和NOR过程中的结构演变。同时,采用operando电化学阻抗谱(EIS)、原位拉曼光谱和原位X射线吸收光谱(XAS)对NOR机理进行了表征。利用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)对NOR过程中标记在亲核分子中的氢同位素进行示踪。2)结合实验表征和密度泛函理论(DFT)计算结果,研究人员提出了β-Ni(OH)2和NiO的不同NOR途径,并且NOR的活性来源是具有亲电晶格氧的β-Ni(OH)O和具有亲电吸附氧的NiO(OH)ads。3)基于β-Ni(OH)2独特的涉及晶格氧的NOR途径,研究人员设计了一种精准的修饰策略,通过调节晶格氧配体环境来提高NOR活性。总之,该研究确定了NOR活性的起源并提出了电催化剂的设计原理,这为NOR的开发和有机电合成的工业应用提供了理论指导。Chen et al., Activity Origins and Design Principles of Nickel-Based Catalysts for Nucleophile Electrooxidation, Chem (2020) DOI:10.1016/j.chempr.2020.07.022https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.07.022
光驱动的燃料生产正吸引越来越多的人对可储存可再生能源生产的关注,然而,关于CO2的选择性催化剂的设计以及具有选择性和高效的CO2转化为燃料的无辅助装置的组装仍然具有挑战性。近日,英国剑桥大学Erwin Reisner报道了一种具有树枝状泡沫形貌的双金属Cu96In4合金,用于将水中的CO2还原为CO,其起始电位为-0.3 V vs RHE,选择性超过70%。本文要点:1)Operando拉曼光谱显示,与裸Cu相比,Cu96In4合金表面的*CO吸附较弱,并支持CO(G)作为产物从电催化剂表面立即释放出来。Cu96In4催化剂随后被用于以水为电子供体的整体无偏压串联装置中,用于实现CO2转化。同时,依赖于最新技术的三阳离子混合卤化物钙钛矿和BiVO4光吸收剂,掩埋的光伏偏置光电化学电池也可以组装成人工叶片结构。2)结果显示,在无偏压条件下模拟太阳光照射10 h后,该设备具有0.19%的太阳能转化为CO的能量转换效率,对CO的选择性为75%。同时,掩埋的钙钛矿׀ Cu96In4正极在不同的太阳强度下显示出稳定的,未改变的PEC活性,这也使其能够在低强度且分散的日光下工作。这项研究强调了合金化改善催化性能的应用潜力以及将此类催化剂集成到太阳能驱动的PEC装置中的策略。Motiar Rahaman, et al, Selective CO production from aqueous CO2 using a Cu96In4 catalyst and its integration into a bias-free solar perovskite-BiVO4 tandem device, Energy Environ. Sci., 2020 DOI:10.1039/D0EE01279Chttps://doi.org/10.1039/D0EE01279C
5. AM:一种可机械加工三维蜂窝结构阻燃摩擦电火灾救生织物
火灾是威胁当今公共安全和社会发展的最常见的灾害之一,如何提高火灾逃生救援能力仍然是一个巨大的挑战。近日,中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士,厦门大学郭文熹副教授,东华大学汪军教授报道了一种基于阻燃缠绕纱的三维蜂窝状机织物摩擦电纳米发电机(F-TENG)。本文要点:1)采用与传统纺织生产工艺兼容的连续空心锭花式捻线工艺制造出包纱。由此产生的3D F-TENG可以作为自供电的逃生救援系统用于智能地毯上,可以精确地定位幸存者的位置并指出逃生路线,以及时协助受害者搜索和救援。2)作为室内装饰,独特的蜂窝编织结构设计使F-Teng织物具有优异的降噪能力。3)3D F-TENG结合其良好的机洗性、透气性、阻燃性、耐用性和可重复性,在消防救援和可穿戴传感器以及智能家居装饰方面具有广阔的潜在应用前景。Liyun Ma, et al, A Machine-Fabricated 3D Honeycomb-Structured Flame-Retardant Triboelectric Fabric for Fire Escape and Rescue, Adv. Mater. 2020 DOI: 10.1002/adma.202003897https://doi.org/10.1002/adma.202003897
6. AM:输出功率密度为300 W m-2的纤维素基全绿色摩擦电纳米发电机
摩擦电纳米发电机(TENG)以其优异的能量转换效率、多样化的材料选择以及在能量采集装置和自供电传感器中的广泛应用而受到越来越多的关注。当前,人们已经探索了包括绿色材料在内的新材料,然而其性能还没有达到氟聚合物的水平。近日,佐治亚理工学院王中林教授,中瑞典大学Christina Dahlström,Renyun Zhang报道了一种使用纤维素基摩擦层的高性能、全绿色TENG (FG-TENG)。本文要点:1)结果表明,FG-TENG的输出功率密度超过300 W m-2,是绿色材料TEN的新记录。2)FG-TENG的高性能源于再生纤维素的高正电荷密度。3)FG-TENG在湿度为30%-84%的环境下经过30000多次运行后,性能保持稳定。这项工作表明,天然绿色材料基高性能TEN有望实现广泛的应用。
Renyun Zhang, et al, Cellulose-Based Fully Green Triboelectric Nanogenerators with Output Power Density of 300 W m-2, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202002824https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202002824
7. AM:平衡前后端子电池用于高性能串联有机光伏电池
在串联式有机光伏中,前端子电池是基于大禁带材料,而后端子电池的情况更为复杂。后端子电池一般由一个窄带隙的红外吸收受体和一个大带隙的供体组成,以实现高开路电压。不幸的是,光子的大部分紫外可见部分被前端子电池吸收;因此,在后端子电池中,大带隙供体产生的激子数将大大减少。这降低了(光)导电性,并最终限制了后端子电池的空穴传输特性。近日,加州大学洛杉矶分校杨阳教授报道了一种简单有效的方法来解决上述关键问题。在PBDB-T(带隙为1.8 eV的聚合物供体)/Y1(带隙为1.4 eV的非富勒烯受体)的有源层中,采用少量的红外吸收聚合物供体(PDPP2T-TT)作为第三组分。本文要点:1)当在后端子电池中使用这种三元混合物(PBDB-T/PDPP2T-TT/Y1)有源层时,尽管大多数紫外-可见光子仍被前端子电池吸收,这显著降低了供体PBDB-T上载流子的产生,但在红外吸收供体PDPP2T-TT上可能会产生额外的载流子。2)实验结果表明,双端串联有机光伏的短路电流密度从10.3 mA cm-2大幅提升至11.7 mA cm-2(同时保持开路电压和填充因子),功率转换效率提高到15.1%。Pei Cheng, et al, Enabling High-Performance Tandem Organic Photovoltaic Cells by Balancing the Front and Rear Subcells, Adv. Mater. 2020 DOI: 10.1002/adma.202002315https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202002315
Luman Zhang, et al, Proximity-Coupling-Induced Significant Enhancement of Coercive Field and Curie Temperature in 2D van der Waals Heterostructures, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202002032https://doi.org/10.1002/adma.202002032
9. AM:用于易损动脉粥样硬化斑块活体光声成像的无创纳米探针
易损动脉粥样硬化(AS)斑块是心血管患者死亡的主要原因。然而,现有的临床方法不能直在分子水平上直接识别易损AS斑块。在此,北京大学郑乐民等人以骨桥蛋白抗体(OPN Ab)和ICG共组装的Ti3C2纳米片近红外荧光分子作为一种先进的纳米探针(OPN Ab/Ti3C2/ICG),其具有增强的光声(PA)性能,可直接和非侵入性地对易损AS斑块进行活体视觉成像。本文要点:1)所设计的OPN Ab/Ti3C2/ICG纳米探针成功地实现了对泡沫细胞和易损AS斑块切片的明显近红外荧光成像。2)OPN Ab/Ti3C2/ICG纳米探针静脉注射AS模型小鼠后,其体内成像结果显示积聚了易损斑块的主动脉弓内PA信号明显增强,表明OPN Ab/Ti3C2/ICG纳米探针用于区分易损AS斑块具有显著的可行性。综上所述,OPN Ab/Ti3C2/ICG纳米探针不仅克服了临床上难以区分易损AS斑块的难题,而且在分子水平上实现了易损AS斑块的无创特异性活体成像,极大地推动了心血管诊断技术的创新。Xiaoxiao Ge, et al. A Non‐Invasive Nanoprobe for In Vivo Photoacoustic Imaging of Vulnerable Atherosclerotic Plaque. Adv. Mater., 2020. DOI: 10.1002/adma.202000037https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202000037
Yanbin Li et al. Opportunities for Cryogenic Electron Microscopy in Materials Science and Nanoscience. ACS Nano, 2020.DOI: 10.1021/acsnano.0c05020https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05020