纳米人-浙江大学Science,湖南大学Nature Chemistry丨顶刊日报...

来自 : nanoer.net/showinfo-32-256...h 发布时间：2021-03-25

1. Science：解析古老绿硫细菌光合作用反应中心原子结构光合作用反应中心如何工作？我们人类能否利用自然界的光合作用机制来提高太阳能利用效率？近日，浙江大学医学院附属邵逸夫医院/浙江大学冷冻电镜中心、良渚实验室张兴教授和中国科学院植物研究所匡廷云院士、沈建仁研究员等通过冷冻电镜技术，在世界上首次解析了一种古老的光合细菌绿硫细菌反应中心的结构，分辨率高达2.7埃，古老绿硫细菌反应中心的庐山真面目被首次揭开。科学家们对光合作用机理的研究，有助于帮助我们解决粮食、能源和环境问题。浙江大学新闻网

Jing-Hua Chen, et al. Architecture of the photosynthetic complex from a green sulfur bacterium. Science. 2020DOI: 10.1126/science.abb6350https://science.sciencemag.org/content/370/6519/eabb6350

2. Nature Chemistry：一种可以通过酶促反应生成一氧化氮从而扩张血管的人工细胞

设计和构建能与活细胞建立智能化学联系的医用人工原始细胞，是合成生物学与生物工程领域中的一个重要挑战。有鉴于此，湖南大学的刘剑波和英国布里斯托大学的Stephan Mann等研究人员，制备了一种可以通过酶促反应生成一氧化氮从而扩张血管的人工细胞。本文要点：1）研究人员以生物来源的凝聚层囊泡为基础，构建了一种新的人工合成的细胞模型，这种人工细胞具有优良的血液相容性和长循环时间，从而可用于递送一氧化氮产生扩张血管的作用。2）这种杂化原始细胞是通过在包含葡萄糖氧化酶的、由多糖-多聚核苷酸凝聚层预形成的微滴上自组装含血红蛋白的红细胞膜组分制备的。3）研究人员通过在空间上将葡萄糖氧化酶和血红蛋白反应串联在一起，实现了在葡萄糖和羟基脲存在的情况下在该原始细胞中源源不断地产生一氧化氮，用以探索在试管内和体内产生扩张血管的作用。
本文研究为开发和活细胞和活组织互动的、内部结构有序的细胞类似物（即生物相容性的微型机器人）提供了新的机遇。

生物医药学术QQ群：1033214008Songyang Liu, et al. Enzyme-mediated nitric oxide production in vasoactive erythrocyte membrane-enclosed coacervate protocells.Nature Chemistry, 2020.DOI：10.1038/s41557-020-00585-yhttps://www.nature.com/articles/s41557-020-00585-y

3. Chem. Soc. Rev.: 用于精确分子/离子分离的微孔框架膜

微孔框架膜，例如金属有机骨架（MOF）膜和共价有机骨架（COF）膜，是通过控制具有大孔隙率和微孔结构的小结构单元的可控生长以及来构建的，从而可以克服膜渗透性和选择性之间难以兼得的矛盾；它们为能源和环境领域的分离技术带来了巨大的希望。因此，微孔框架膜作为下一代膜被赋予了很高的期望，并已发展成为一个蓬勃发展的研究领域。在过去的五年中，出现了许多新颖的膜材料，对膜结构的通用调控策略以及引人入胜的应用。有鉴于此，加拿大滑铁卢大学的陈忠伟教授、天津大学姜忠义教授和张吕鸿教授等人，综述了近年来用于精确分子/离子分离的微孔框架膜材料的研究进展。
本文要点：1）首先，根据化学性质对孔径小于2nm的微孔框架膜进行了总结和分类:无机微孔框架膜、有机-无机微孔框架膜和有机微孔框架膜，重点介绍了这些膜的化学性质、制备方法和不同之处。重点研究了膜结构及其相应的修饰，包括孔结构、晶界以及不同的控制策略。2）然后介绍了膜的分离机理，如扩散-选择性分离、吸附-选择性分离和吸附-扩散-选择性协同分离。同时，重点介绍了实现协同分离的复杂膜设计和一些新兴机理。3）最后总结了微孔框架膜在气体分离、液体分子分离和离子筛分中的应用。讨论了这一领域面临的挑战和未来展望。
总之，该工作有助于为微孔框架膜材料的研究提供指导，并启发新型膜的创新设计，促进该领域的可持续发展。

膜材料学术QQ群：463211614Haozhen Dou et al. Microporous framework membranes for precise molecule/ion separations. Chem. Soc. Rev., 2020.DOI: 10.1039/D0CS00552Ehttps://doi.org/10.1039/D0CS00552E

4. Nature Communications：通过软等离子体嵌入的2D原子晶体分子超晶格

二维（2D）原子晶体超晶格集成了多种2D分层材料，可实现可调的电子和光学特性。然而，层间间隙和相互作用的可调性仍然具有挑战性。近日，江南大学肖少庆教授报道了一种基于软氧等离子体嵌入的解决方案。
本文要点：1）通过使用等离子电场将O2+离子插入层间空间而产生二维原子晶体分子超晶格（ACMSs）。通过与相邻过渡金属二硫化物（TMD）单分子膜的范德华作用，形成稳定的分子氧层。2）研究发现，所扩大的层间间隙可以有效地隔离TMD单层，并使得均质-(MoS2[O2]x)和杂-(MoS2[O2]x/WS2[O2]x）堆叠的ACMSs具有超出常规单层TMD容量的特性，例如光致发光强度高100倍，光电流高100倍。
在2D ACMSs中调整层间堆叠和相互作用的潜在通用策略有望导致单层材料固有的奇异超晶格特性，例如为未来的光电子学所追求的直接带隙。

二维材料学术QQ群：1049353403Zhang, L., Nan, H., Zhang, X. et al. 2D atomic crystal molecular superlattices by soft plasma intercalation. Nat Commun 11, 5960 (2020).DOI：10.1038/s41467-020-19766-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-020-19766-x

5. Angew：高效催化剂用于从生物质绿色合成己二酸

由可再生生物质绿色合成己二酸是可持续化学中一个非常有吸引力的目标。近日，厦门大学王野教授，张庆红教授报道了一种可用于催化葡糖二酸将纤维素衍生的葡萄糖两步转化为己二酸的高效多相催化剂，己二酸的总产率达到了99%。
本文要点：1）研究发现，碳纳米管负载的铂纳米颗粒（Pt/CNT）可有效地将葡萄糖氧化为葡糖二酸。而一种由氧化铼和钯负载在活性炭上组成的双功能催化剂（Pd-ReOx/AC）则能有效去除葡萄糖酸中的四个羟基，使己二酸的产率达到99%。2）氧化铼对脱氧起作用，但对四羟基的去除效果较差。而钯的共存在不仅催化烯烃中间体的加氢，而且协同促进烯烃的脱氧。
这项工作提供了一条合成己二酸的绿色路线，并提供了一种高效脱氧的双功能催化策略。

纳米催化学术QQ群：256363607Weiping Deng, et al, Efficient Catalysts for Green Synthesis of Adipic Acid from Biomass, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202013843https://doi.org/10.1002/anie.202013843

6. Angew：具有低能桥的混合价化合物在不同氧化态下的电子转移过程

电子转移（ET）存在于自然界中，在物理、化学、生物和材料科学中发挥着重要的作用。具有两个(或更多)氧化还原中心在不同氧化态下的化合物，如[R-B-R+]，其中R为氧化还原中心，B为共轭有机或金属桥接配体，是研究普遍存在的ET过程的理想模型。近日，中科院福建物构所Tian-Lu Sheng报道了以不同氧化态的异氰金属配体桥的混合价化合物作为模型来研究电子转移过程。
本文要点：1）研究人员合成并充分表征了一系列具有[Fe-CN-Ru-NC-Fe]n+（n = 2-4）的三金属异氰基金属桥联化合物，其中单电子氧化产物（N3+）和双电子氧化产物（N4+）化合物具有异氰基金属桥，其能量分别低于和略高于末端金属中心能。2）对于N3+化合物，可以同时在IR时间尺度上观察到桥态（FeII-RuIII-FeII）和混合价态（FeIII-RuII-FeII或FeII-RuII-FeIII）。由基态势能表面（PES）支持，表明随着Cp的甲基数的增加，电子转移激发的混合价态变得越来越稳定。而对于N4+化合物，随着供体变得更强，电子转移激发桥态（FeIII-RuII-FeIII）变得越来越稳定，甚至由于Fe和Ru之间的强电子耦合而变成基态。
研究发现有助于更好地了解自然界中的ET过程以及设计新颖的电子转移材料。

Yu-Ying Yang, et al, Electron Transfer Process in Mixed Valence Compounds with Low-lying Energy Bridge in Different Oxidation States, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202014501https://doi.org/10.1002/anie.202014501

7. Angew：光声空化作用增强癌细胞中的过氧亚硝酸盐水平以治疗癌症

光声技术可将光能转化为声波，进而用于实现成像或治疗。华南师范大学胡祥龙教授和邢达教授设计了一种负载有一氧化氮(NO)供体的无光敏剂聚合物纳米胶囊NO-NCPs，它由在近红外区有吸收的两亲性聚合物和NO供体DETA NONOate所组成。本文要点：1）在癌细胞的酸性溶酶体中, NO-NCPs能够可控地释放NO并发生解体。在脉冲激光照射下，PA空化作用可以激发水产生显著的活性氧(ROS)（如超氧自由基(O2•-)），它能够进一步与原位释放的NO发生反应，进而在癌细胞中产生高细胞毒性的过氧亚硝酸盐(ONOO-)。2）ONOO-能够使得线粒体发生损伤并产生DNA碎片以启动程序性癌细胞死亡。这一研究表明，除了PA成像功能之外，PA空穴作用也可以通过无光敏剂材料产生活性物种，进而实现诊疗一体化。

生物医药学术QQ群：1033214008Zhixiong Wang. et al. Photoacoustic Cavitation-Ignited Reactive Oxygen Species to Amplify Peroxynitrite Burst by Photosensitization-free Polymeric Nanocapsules.Angewandte Chemie International Edition. 2020DOI: 10.1002/anie.202013301https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202013301

8. Angew: N-杂环卡宾实现的有机半导体的热激活n掺杂

分子掺杂在改变有机半导体的载流子密度中起着重要作用，从而增强了它们的光电性能。但是，有效的n掺杂仍然具有挑战性，特别是由于缺乏强还原性和稳定的n掺杂剂。北京大学Jian Pei等人开发了一种N-杂环卡宾（NHC）前驱体DMImC，这是一种热活化的n-掺杂剂，在空气中具有出色的稳定性。本文要点：1）DMImC原位热解可再生游离的NHC，并随后掺杂典型的有机半导体。在后续掺杂的FBDPPV膜中，DMImC不会干扰聚合物的π-π堆积，并能与聚合物实现良好的混溶性。结果，获得了高达8.4 S cm-1的高电导率。此外，热激活的掺杂和出色的空气稳定性使DMImC可以与空气中的聚合物进行非交互共处理。我们的结果表明DMImC可以用作适用于各种有机半导体的有效n掺杂剂。

Yi-Fan Ding et al. Thermally Activated n‐Doping of Organic Semiconductors Achieved by N‐heterocyclic Carbene Based Dopant，Angew, 2020.https://doi.org/10.1002/anie.202011537

9. AM：控制不可燃电解液和界面的溶剂化结构实现安全钾离子电池石墨负极2年以上的前所未有的稳定性

钾离子电池（PIBs）在低成本和大规模储能方面具有很大的吸引力，石墨是其中最有前途的负极之一。然而，K+离子的较大半径和高活性以及石墨的高度催化表面在很大程度上阻碍了安全相容电解液的发展。近日，澳大利亚伍伦贡大学郭再萍教授，Jianfeng Mao报道了一种与石墨负极高度兼容的阻燃中浓度电解液，该电解液由盐/溶剂摩尔比为3：8的阻燃剂磷酸三甲酯（TMP）和双(氟磺酰亚胺)钾（KFSi）组成。
本文要点：1）结果显示，电解液表现出前所未有的稳定性，在0.2 C的电流下循环24个月（超过2000次），容量保持了74%。2）电解液结构和表面分析表明，这种良好的循环稳定性是由于TMP分子与K+离子几乎100%的溶剂化，形成了FSI-衍生的富F固体电解质界面（SEI），有效地抑制了溶剂分子向石墨负极的分解。3）研究人员展示了由该电解液和高质量负载石墨负极以及四苯四酸二酐正极组成的全电池的优异性能。
本研究强调了电解液和界面相容性的重要性，并为设计安全实用的PIBs的电解液-SEI网络提供了新的机会。

电池学术QQ群：924176072Sailin Liu, et al, Manipulating the Solvation Structure of Nonflammable Electrolyte and Interface to Enable Unprecedented Stability of Graphite Anodes beyond 2 Years for Safe Potassium-Ion Batteries., Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202006313https://doi.org/10.1002/adma.202006313

10. AM: 微型糖果机器人

糖在食物中无处不在，并且是几乎所有形式的生活的主要能源之一。糖也可以形成植物的结构构件，例如纤维素。由于其固有的可降解性和生物相容性，糖是用于瞬态设备的引人注目的材料。于此，苏黎世理工学院Salvador Pané，Xiang-Zhong Chen，巴塞罗那大学Josep Puigmartí‐Luis等人介绍了一种用于制造磁性糖基复合材料的增材制造方法。本文要点：1）首先，它表明基于糖的3D体系结构可以通过选择性激光烧结进行3D打印。这种方法不仅可以通过改变激光能量来调节焦糖化化学，而且可以调节糖结构的机械性能。还证明了糖和磁性颗粒的混合物可以加工成3D复合材料。2）作为概念的证明，研究人员制造了一种基于糖的毫米级螺旋swimmer，其能够在具有与生物流体相当的粘度的溶液中进行螺旋式转动。在通过磁场进行操纵的同时，millirobot迅速溶于水。本制造方法可以为微创手术的新一代瞬时糖基小规模机器人铺平道路。由于糖的快速溶解，可以将糖用作将粒子群运输到特定目标位置的中间步骤。

Gervasoni, S., et al., CANDYBOTS: A New Generation of 3D‐Printed Sugar‐Based Transient Small‐Scale Robots. Adv. Mater. 2020, 2005652.https://doi.org/10.1002/adma.202005652

11. AEM：羧基为主的富氧碳用于改善钠离子存储：吸附和插层机制的协同增强

研究发现，碳材料中的含氧基团会影响钠离子电池的碳负极性能；然而，由于不同的氧基在碳骨架中共存，因此精确识别特定氧种类与Na+存储行为之间的相关性仍然具有挑战性。近日，哈尔滨工业大学刘绍琴教授，高继慧教授，孙飞副教授报道了通过机械化学过程开发了一种后工程方法来实现碳骨架中精确掺杂（20.12 %）的羧基。
本文要点：1）实验结果显示，所构建的碳负极具有高可逆容量（在30 mA g-1电流密度下达到了382 mAg-1），出色的倍率性能（2 A g-1下为153 mAg-1），从而全面改善了Na+的存储性能。2）控制实验，动力学分析，密度泛函理论计算和operando测量结果共同表明，羧基不仅通过适当的静电相互作用充当Na+电容性吸附的活性位点，而且可以通过在预先吸附有Na+的碳层之间产生排斥力来逐渐扩大d间距，因此有助于扩散控制的Na+插入过程。
这项工作为合理地调整碳中的含氧基团提供了新的见解，以及通过吸附和嵌入过程的协同作用来增强可逆的Na+储存。

电池学术QQ群：924176072
Fei Sun, et al, Carboxyl-Dominant Oxygen Rich Carbon for Improved Sodium Ion Storage: Synergistic Enhancement of Adsorption and Intercalation Mechanisms, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202002981https://doi.org/10.1002/aenm.202002981

12. ACS Nano：离子液体在电界面上的三维分子映射

双电层（EDL）普遍存在于固液界面，对电化学能量转换和存储过程（例如电容性充电和氧化还原反应）至关重要。然而，迄今为止，关于分子尺度上的EDLs结构仍然让人难以捉摸。近日，美国伊利诺伊大学厄巴纳分校Narayana R. Aluru，Yingjie Zhang报道了一种先进的电化学三维原子力显微镜（EC-3DAFM）技术，并利用它直接成像不同电极电位下离子液体分子尺度的EDL结构。
本文要点：1）研究人员观察到石墨电极上的EDL不仅有多个离散的离子层，而且每一层内部都有准周期的分子密度分布。此外，研究发现明显的三维重构的EDL在不同的电压，特别是在第一层。2）结合实验结果和分子动力学模拟，研究人员发现潜在依赖分子重分布和重定向在最内层的EDL，两者对于EDL电容充电都至关重要。机制的阐明，对于能量转换和存储的电极-电解质界面的合理设计有深远的影响。

Shan Zhou, et al, Three-Dimensional Molecular Mapping of Ionic Liquids at Electrified Interfaces, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c07957https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07957

13. ACS Catalysis：双助催化剂修饰的TiO2上用分子氧将甲烷选择性光氧化为甲醇

在现代催化中，尽管利用分子氧将CH4直接选择性氧化为甲醇是一个“梦想反应”，但仍然充满极大挑战性。近日，日本国立材料研究所（NIMS）叶金花教授，Shengyao Wang，孟宪光报道了室温下，双重助催化剂（即纳米金属和氧化钴（CoOx）纳米团簇）修饰的TiO2在光激发下能够使用大量廉价的O2作为氧化剂将CH4选择性催化为CH3OH。
本文要点：1）研究人员使用NaBH4作为还原剂，将纳米金属（Au，Pt，Ag和Pd）纳米颗粒沉积在TiO2（P25）上，得到Nanometals/TiO2。通过，将总计1 g的TiO2与10 mL一定浓度的Co(NO3)2溶液混合。将浆液搅拌6小时并在80 ℃下干燥。然后，将混合物在300 °C的空气中以2 °C min-1的加热速率退火4小时，得到CoOx/TiO2。最后，将CoOx/TiO2作为载体，利用类似Nanometals/TiO2的合成过程，得到Nanometals-CoOx/TiO2。2）实验结果显示，初级产物CH3OOH和CH3OH的最佳Nanometals-CoOx/TiO2催化活性是在2小时内达到50.8 μmol，与Au-CoOx/TiO2相比，选择性达到95％。3）机理研究表明，优异的活性和选择性是基于纳米金属和CoOx的协同作用。纳米金属通过促进光激发电子的分离和O2的还原来增强CH4的转化。CoOx通过抑制可进一步将CH3OH氧化为HCHO和CO2的高氧化•OH自由基的形成来介导温和的CH4氧化过程，从而保持了对氧化产物的高选择性。
这项工作为设计有效的光催化剂提供了原型，该光催化剂用于在温和的条件下用O2将CH4选择性氧化为CH3OH。

光催化学术QQ群：927909706Hui Song, et al, Selective Photo-oxidation of Methane to Methanol with Oxygen over Dual-Cocatalyst-Modified Titanium Dioxide, ACS Catal. 2020DOI: 10.1021/acscatal.0c04329https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c04329

14. Biomaterials：铜掺杂硅钙石生物陶瓷对成骨和血管生成性能起互补和协同作用

促进骨再生以治疗骨缺损是骨科治疗中面临的一个挑战性问题，开发具有成骨和血管生成活性的新型生物材料是一种可行的解决方案。在此，上海交通大学医学院戴尅戎、上海师范大学Congqin Ning等人设计并制造了铜硅钙石[Cu-Ca5(PO4)2SiO4，Cu-CPS]，以应对这一挑战。本文要点：1）Cu-CPS陶瓷在体外和体内显示出比纯CPS更好的机械，成骨和血管生成性能。特别是含有1.0 wt.％的CuO（1.0Cu-CPS）的CPS表现出最好的性能。2）此外，使用含1.0 wt.％CuO（1.0Cu-HA）的羟基磷灰石来研究铜和硅（Si）的作用。体外实验结果表明，尽管Si在成骨过程中起主要作用，但Cu能增强CPS陶瓷的成骨活性。而且，Cu可以促进血管新生的早期，Si和Cu在晚期有互补作用。体内实验结果表明，在Cu-CPS支架降解过程中，Cu和Si的协同作用改善了骨骼和血管的再生（P 0.05）。 span=
综上所述，Cu-CPS陶瓷可通过Cu和Si的同时作用促进成骨和血管生成，从而为骨科再生骨科应用提供有前景的治疗选择策略。Qiang Wu, et al. Complementary and synergistic effects on osteogenic and angiogenic properties of copper-incorporated silicocarnotite bioceramic: in vitro and in vivo studies. Biomaterials, 2020.DOI: 10.1016/j.biomaterials.2020.120553https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120553

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