南开Science，复旦Science，崔屹/冯新亮Science，Sargent再发Nature丨顶刊日报20191122
1. Science：纳米技术革新能源未来之路！
锂离子电池为便携式电子产品，电动汽车和固定式存储设备供电，已获得2019年诺贝尔化学奖。纳米材料的开发及其在电极和器件中的相关处理可以改善现有能量存储系统的性能和/或开发。斯坦福大学的崔屹，德累斯顿工业大学的冯新亮，德雷塞尔大学(费城)Ekaterina Pomerantseva, Yury Gogotsi和意大利理工学院Francesco Bonaccorso等人提供了有关纳米材料在储能设备（例如超级电容器和电池）中的最新应用的观点。纳米材料的多功能性可以为便携式，柔性，可折叠和可分配电子设备提供电源。电力运输；和网格规模的存储，以及在生活环境和生物医学系统中的集成。为了克服纳米材料因高表面积而引起的高反应性和化学不稳定性的局限性，应将具有不同功能的纳米颗粒组合在纳米和微米级的智能体系结构中。将纳米材料集成到功能架构和设备中需要开发先进的制造方法。讨论成功的策略并概述开发纳米材料的路线图，以支持未来的能量存储应用，例如为分布式传感器网络以及柔性和可穿戴电子设备供电。
2. Science：高对映选择性卡宾插入脂肪胺N–H键合成手性氨基酸
手性胺在天然产物，药物和农用化学品中应用广泛。许多药物化合物仅在两种镜像取向中的一种中含有碳-氮(C-N)键，与富含电子的氮反应物形成C-N键是一项较大的挑战，过渡金属催化的高对映选择性C–N键形成反应，即过渡金属催化的卡宾插入到N-H键是一种简单的方法，具有反应温和、耐受性好和产率较高的优势。脂族胺是一种强的路易斯碱，与过渡金属催化剂具有很强的协同作用，会造成金属催化剂中毒，从而干扰金属卡宾的形成，这为N-H插入反应构成了巨大挑战。鉴于此，南开大学周其林院士及朱守非教授等人使用两个串联的催化剂：非手性铜络合物和手性氨基硫脲，实现了高度对映选择性卡宾插入脂肪族胺的N-H键。高盐配体配位保护激活卡宾前体的铜中心，手性氨基硫脲催化剂促进对映选择性质子转移生成插入产物的立体中心，实现了高效、高对映选择性合成手性α-烷基α-氨基酸衍生物。该项研究不仅解决了对映选择性卡宾插入反应的长期挑战，而且为涉及强配位底物的过渡金属催化的不对称转化提供了潜在的通用策略。
Mao-Lin Li, Jin-Han Yu, Yi-Hao Li, Shou-Fei Zhu*, Qi-Lin Zhou*. Highly enantioselective carbene insertion into N–H bonds of aliphatic amines. Science, 2019.
3. Science：解密二维磁性材料之堆叠与磁耦合间关联
近年来，新兴的二维磁性材料备受瞩目。相比于传统的三维空间结构，二维层状磁性材料因其原子层间较弱的范德华尔斯作用力，能够人为操控其层间堆叠方式，进而有可能影响其磁耦合特性，为新型二维自旋器件的研制提供新思路。然而，堆叠方式与磁耦合间的关联机制之前仍不甚明晰，尚未在原子级层面获得实验的直接观测。针对这一问题，复旦大学物理学系教授高春雷、吴施伟团队联手协作，创造性地运用了原位化合物分子束外延生长技术和自旋极化扫描隧道显微镜结合的实验手段，在原子级层面彻底厘清了双层二维磁性半导体溴化铬（CrBr3）的层间堆叠和磁耦合间的关联，为二维磁性的调控指出了新的维度。（来源：复旦大学新闻网）
Direct observation ofvan der Waals stacking dependent interlayer magnetism. Science 2019.
https://science.sciencemag.org/content/366/6468/983
4. Nature：分子调控机制促进CO2高选择性转化为乙烯
电催化CO2还原反应（CO2RR）不仅有利于缓解日益严重的温室效应酸雨等问题，而且为利用间歇的可再生能源高选择性生产高附加值产物，比如乙烯，提供了一种经济高效的方法。然而，由于缺乏高效、高稳定性、低成本的CO2RR催化剂，乙烯的法拉第效率仍然很低，实现CO2RR高选择性地生产乙烯仍然是一个巨大的挑战。近日，加拿大多伦多大学的Edward H. Sargent教授、美国加州理工学院的Theodor Agapie教授和Jonas C. Peters教授团队合作提出了一种分子调控机制，即利用有机分子对催化剂表面进行修饰，使电催化剂表面功能化，从而稳定CO2还原过程中的中间产物，以增强CO2RR转化为乙烯。
过电化学原位谱学表征和计算模拟发现，粘附分子提高了顶部结合的CO中间体的稳定性，从而有利于进一步还原乙烯。在中性介质的液流电池中，当局部电流密度为230mA/cm2时，CO2RR转化为乙烯的法拉第效率提高到72%。在膜电极组件的系统中，乙烯电合成可以稳定190小时，且该系统的全电池能效为20％。这一分子调控机制为通过局部分子调控稳定中间体，进而提高催化剂的稳定性和选择性提供了一种新的策略。
Molecular tuning of CO2-to-ethylene conversion, Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1782-2
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1782-2
5. Nat. Commun.: 研究新进展！二价铕掺杂的近红外发光磷光体发光二极管
近红外发光材料具有独特的光物理性质，在光子、光电和生物等领域具有重要的应用价值。随着过渡金属元素激活的宽带近红外荧光粉的广泛报道，引入4f-5d过渡稀土活化剂对下一代材料的发现提出了挑战。近日，华南理工大学夏志国团队报道了一种前所未有的荧光粉K3LuSi2O7:Eu2+，它在460 nm蓝光激发下产生了以740 nm为中心的发射带，半宽为160 nm。
结合结构和光谱表征，发现在LuO6和K2O6多面体中，二价铕的选择性位点占据了较小的配位数，导致了意外的近红外发射。制成的磷光体转换的发光二极管具有作为不可见光源的巨大潜力。该工作提供了二价铕掺杂无机固态材料中近红外发射的设计原理，并激发未来的研究以进一步探索近红外发光二极管。
Xia, Z. et al. Divalent europium-dopednear-infrared-emitting phosphor for light-emitting diodes. Nat. Commun. 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-13293-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13293-0.pdf
6. JACS：硼氧六环连接的发射性胶体COFs单晶
周期性二维（2D）聚合物的合成及其光电子特性的表征是聚合物化学和材料科学领域的前沿课题。通过将COF颗粒制备为胶体悬浮液，可以将称为2D共价有机骨架（COF）的层状2D聚合物合成为单晶。近日，美国西北大学William R. Dichtel等多团队合作，将这种方法从硼酸和邻苯二酚的缩合扩展到聚硼酸的脱水三聚。
作者得到的硼氧六环连接的胶体，是2D COFs单晶颗粒，包括四个2D COFs和一个3D COF。胶体稳定化可以通过同步辐射X射线衍射和高分辨率透射电子显微镜进行详细的结构分析。溶液荧光光谱研究表明，与它们各自的单体溶液相比，COFs晶体具有强的发射。激发发射矩阵荧光光谱研究表明，COFs晶体的发射增强可归因于COFs片之间发色团的空间连通。
AustinM. Evans, William R. Dichtel*, et al. Emissive Single-Crystalline Boroxine-LinkedColloidal Covalent Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b08815
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08815
7. JACS: 经济高效无掺杂的空穴传输层用于高效稳定钙钛矿太阳能电池
钙钛矿太阳能电池（PSC）凭借其卓越的光电性能和便捷的加工性能使其达到了前所未有的发展水平。然而，昂贵的空穴传输材料（HTM）的使用以及潮解性掺杂物引发的不稳定性是阻碍进一步商业化的主要问题。孙立成团队设计了一系列低成本的共轭聚合物，并将其用作PSC中的无掺杂HTM，具有可调节的能级，良好的耐高温和耐湿性以及出色的光电性能。
进一步的研究突出了聚合物在促进电荷分离，钝化钙钛矿材料的表面陷阱位点以及确保电池的长期稳定性方面的关键和多方面的作用。使用浓度极低的5 mg/mL的无掺杂剂P3，可实现20.3％的稳定效率（PCE）和显著提高的器件寿命，使该器件成为到目前为止基于无掺杂剂的HTM构建的最佳PSC之一。此外，基于P3制成的柔性PSC的PCE也达到16.2％。这项工作证明了实现商业上可行，稳定和高效的PSC的有前途的途径。
Polymeric,Cost-Effective, Dopant-Free, Hole Transport Materials for Efficient and StablePerovskite Solar Cells，J. Am. Chem. Soc. 2019
DOI:10.1021/jacs.9b08424
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b08424
8. JACS：构造微孔和中孔MOFs基多孔液体的一般方法
多孔液体（PLs）作为一种新型的多孔材料，其具有将固体和液体吸附剂的优点结合在一起的潜力。近日，上海科技大学Tao Li，Yongjin Lee等报告了使用内部功能化的金属有机框架（MOF）颗粒作为孔载体和聚（二甲基硅氧烷）(PDMS)作为大体积溶剂的新型多孔液体（PLs）。作者使用非共价表面引发的受控自由基聚合技术，将一系列等网状UiO-66颗粒分散在液体PDMS基质中，其具有出色的均质性和胶体稳定性。
得益于PDMS的固有特性，该PLs表现出低蒸气压，高热稳定性和低至-35°C的流动性。PDMS体积庞大及其固有的高渗透性，使得MOF填料的吸附特性可以在其各自的PLs中得到很大程度的保留，作者通过低压CO2，N2，Xe和H2O吸附等温线证实了这一点。即使在储存15个月后，PLs的永久孔隙率也可以得到很大程度的保留。此外，通过调节PDMS的分子量和聚合物链结构，可以在PLs内保留介孔MOF MIL-101（Cr）的永久孔隙率。
SanfengHe, Yongjin Lee,* Tao Li*, et al. A General Way to Construct Micro- andMesoporous Metal-Organic Framework-Based Porous Liquids. J. Am. Chem. Soc.,2019
DOI: 10.1021/jacs.9b08458
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08458
9. JACS：钴氮化物@钴氧化物核-壳结构氧还原电催化剂
开发高效、价廉、导电性能良好的非贵金属氧还原反应（ORR）电催化剂是促进燃料电池技术的关键挑战。然而，金属氧化物的，如Co3O4的带隙较大（>2eV），本征电子电导率较低。因而亟待开发新型的导电性能优异的金属基ORR催化剂。过渡金属氮化物是新型的ORR催化剂，导电性优良，但是其活性仍远低于Pt/C。近日，来自康奈尔大学的Héctor D. Abruña教授课题组以碳为载体，采用简易的氮化过程制备了一系列钴的氮化物（Co2N、Co3N、Co4N）。
在碱性条件下（1M KOH），Co4N/C显示了最高的ORR活性，半波电位为0.875V vs RHE，可媲美商业Pt/C催化剂（0.89V）。在0.85V时，其比活性8倍于Co3O4/C催化剂，且经过10000次循环后，电位损失可忽略不计。进一步研究表明，Co4N/C催化剂中钴氮化物核的表面被一层约2nm厚的氧化物壳包覆。氮化物有效改善了氧化物较低的导电性能，而氧化物则提供了更多的活性位点。该研究为开发高效新型的金属氮化物燃料电池电催化剂开辟了新途径。
YaoYang, Rui Zeng, Yin Xiong, Francis J. DiSalvo, Héctor D. Abruña*, Cobalt-Based Nitride-CoreOxide-Shell Oxygen Reduction Electrocatalysts, J. Am. Chem. Soc. 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b10809
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10809
10. Nano Lett.：Au NPs尺寸通过破裂高尔基体而对细胞粘附的影响
与纳米材料的蓬勃生产和应用相比，纳米颗粒的毒理学影响及其对组织和器官可能的危害的研究仍处于起步阶段。高尔基体是细胞中最重要的细胞器之一，在细胞内蛋白质加工中起关键作用。高尔基体的结构完整性对其正常功能至关重要，高尔基体紊乱可能导致多种疾病和失调。
在这项研究中，国家纳米中心梁兴杰研究员与河北大学张金超教授等人首次发现金纳米颗粒（Au NPs）诱导了大小依赖性的细胞质钙增加和高尔基体碎裂，这阻碍了正常的高尔基体功能，导致异常的蛋白质加工，并导致细胞黏附力降低，而细胞活力却没有严重受损。另外，在体内诱导了早期的肾脏病理变化。这项工作对纳米颗粒研究具有重要意义，因为它说明了尺寸对金纳米颗粒诱导的高尔基体形态变化及其在体内外的影响的重要作用，这对纳米材料的生物学应用具有重要意义。
XiaoweiMa, Jiadong Sun, Lin Zhong, Yufei Wang, QianqianHuang, Xiaoli Liu, Shubin Jin, Jinchao Zhang, and Xing-JieLiang. Evaluation of Turning-Sized Gold Nanoparticles on CellularAdhesion by Golgi Disruption in Vitro and in Vivo. Nano Letters 2019.
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02826
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02826