戴宏杰Nat. Commun.，任咏华Chem，赵天寿Nat. Commun.丨顶刊日报20190727

纳米人

2019-07-27

1. Chem：一种具有可逆各向异性结构转变并伴有发光响应性质的金四边形框架

多级结构和手性是生物分子的基本特征。多级手性自组装和自发对称性破缺化学有助于揭示生命活动的机制和自然界手性的起源。近日，香港大学Vivian Wing-Wah Yam（任咏华）团队报道了一个由非手性阴离子簇[Au₁₀(dpptrz)₄S₄]²⁻ (dpptrz-Au₁₀)组装得到的具有C₄对称性的多级手性Au四方框架（GQF），其中dpptrz-Au₁₀由点击反应诱导和[(dppa)₆Au₁₈S₈]²⁺(dppa-Au₁₈)团簇Au(I)⋅⋅⋅Au(I)相互作用引发团簇-团簇转换（CCT）得到。团簇间氢键和碱离子配位对GQF的手性多级自组装具有辅助作用。实验发现，该自下而上组装的GQF晶体暴露于真空中后，呈现出各向异性的结构转变，并伴随着单晶到单晶(SCSC)的发光变化，这种变化在真空消除后是可逆的。

Liao-Yuan Yao, Kam-Hung Low and VivianWing-Wah Yam*. A Gold Quartet Framework with Reversible Anisotropic StructuralTransformation Accompanied by Luminescence Response. Chem, 2019

DOI: 10.1016/j.chempr.2019.06.012

https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30274-8?rss=yes

2. Matter：贵金属气凝胶的历史与展望

贵金属气凝胶（NMAs）是以贵金属纳米粒子（或纳米线等）为结构单元，通过溶胶-凝胶过程以及后续干燥过程（冷冻干燥/超临界干燥）获得的一类多孔、自支撑材料。结合贵金属与气凝胶两者的特点，NMAs在电催化、表面增强拉曼散射、传感等方面具有重要实际应用价值。

A. Eychmüller教授团队针对NMAs这一领域进行了评述，重点总结了NMAs的相关制备方法，简要介绍了NMAs的性质与应用，并给出这一领域存在的挑战以及可能的发展方向。对于这一领域，合成方面的重要挑战在于发展简便、快速的新方法，实现对各种凝胶参数的大范围调控，以及深入理解制备过程的内在机制；应用方面的挑战在于对构效关系的深入研究，而非仅仅追求性能指标。总得来说，NMAs是一个相对年轻且有极大发展空间的领域，需要化学、物理、材料等交叉学科的专家学者加盟，以实现合成与应用发展方面的突破。

Du, R.; Fan, X.; Jin, X.; Hübner, R.; Hu, Y.; Eychmüller, A., EmergingNoble Metal Aerogels: State of the Art and a Look Forward. Matter 2019, 1 (1),39-56.

https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30031-1

3. Joule：表征锂-固态电解质界面动力学与堆压和电流密度的关系

将传统液态电解质用固态电解质进行取代能够有效解决高比能锂金属电池的安全问题。但是，围绕着固-固界面仍然存在着诸多问题，更好地理解锂金属-固态电解质界面对于解决这些问题十分关键。在本文中，美国密歇根大学的Jeff Sakamoto团队利用堆压对锂-电解质电池在恒流循环过程中的力学与电化学行为的关系进行了研究。他们使用Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质构建了对称电池并在动态堆压条件下进行了直流技术和交流技术的测试。研究发现在高于临界堆压条件下恒流充放电过程中对称电池会发生严重的极化。他们借助参比电极将锂剥离行为对该效应的影响进行了排除。这表明在低压条件下，锂剥离速率超过了机械变形补充界面的速率，从而导致空隙的形成，最终增加了界面阻力。该工作不仅激发了对锂金属-固体电解质界面进一步了解的需求，而且为未来所有固态电池的设计提供了指导。

Michael J. Wang, Jeff Sakamoto et al,Characterizing the Li-Solid-Electrolyte Interface Dynamics as a Function of Stack Pressure and Current Density, Joule, 2019

DOI: 10.1016/j.joule.2019.06.017

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30308-3?rss=yes#

4. Nature Commun.：基于离子液体电解质的安全且不易燃的钠金属电池

具有高能量密度的可充电钠金属电池的实现具有重要意义，但追求更高的能量密度也应具有高的安全性，而有机溶剂电解质很难达到该要求。

斯坦福大学戴宏杰团队提出了一种基于NaCl缓冲AlCl₃/1-甲基-3-乙基咪唑氯化物的离子液体电解质，用于安全和高能Na电池。两种1至4 wt.％的电解质添加剂，乙基二氯化铝（EtAlCl₂）和1-乙基-3-甲基咪唑双（氟磺酰基）酰亚胺（[EMIm] FSI）是稳定钠负极上的SEI实现可逆钠电镀/剥离的关键。这是用于可充电钠金属电池的第一种基于氯铝酸盐的离子液体电解质。固体电解质界面（SEI）分析显示SEI成分包括NaCl，Al₂O₃和NaF，其衍生自Na与IL电解质中阴离子之间的反应。

在含有该IL电解质的Na/Pt电池中，在约为100次可逆Na电镀/剥离循环中，在0.5 mA cm^-2下达到约为95％的库伦效率（CE）。使用优化的IL电解质，将Na负极与磷酸钒钠（NVP）和磷酸钒氟化钠（NVPF）基正极配对，可提供高达~4 V的高放电电压，高达99.9％的CE和最大能量功率密度分别为420Wh kg^-1和1766 W kg^-1。700次循环后，电池容量保持率为90％以上。

Hao Sun, Guanzhou Zhu, Xintong Xu, Meng Liao,Yuan-Yao Li, Michael Angell, Meng Gu, Yuanmin Zhu, Wei Hsuan Hung, Jiachen Li,Yun Kuang, Yongtao Meng, Meng-Chang Lin, Huisheng Peng, Hongjie Dai, A safe andnon-flammable sodium metal battery based on an ionic liquid electrolyte, NatureCommunications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-11102-2

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11102-2

5. Nature Commun.：自发反应保护多孔锂电极助力锂硫电池

可充电锂负极需要多孔结构以获得高容量，当用于Li-S电池时，需要稳定的电极/电解质界面以防止枝晶形成和多硫化物穿梭。香港科技大学赵天寿和Q. Chen团队设计了两个简单的自发反应步骤来保护多孔锂电极。首先，将熔融Li注入到硫浸渍的碳纳米纤维中，形成具有锂壳和碳核的多孔纤维网络Li复合材料。然后，多孔Li复合物与金属氟化物络合物（BiF₃-P₂S₅）反应，以自发形成紧密锚定在Li表面上的Li₃Bi合金和LiF。P₂S₅还与多孔电极上残留的Li₂S聚合，形成离子导电的无定形Li₂S-P₂S₅固体电解质层。自发实现的多尺度保护能够使Li-S全电池在6.0 mA cm^-2时相当高的硫负荷（10.2 mg cm^-2）下稳定运行200多个循环。

Y. X. Ren, L. Zeng, H. R. Jiang, W. Q. Ruan,Q. Chen, T. S. Zhao, Rational design of spontaneous reactions for protectingporous lithium electrodes in lithium–sulfur batteries, Nature Communications,2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-11168-y

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11168-y

6. Angew：Sb基复合材料负载在P掺杂的C上提高NRR法拉第效率

以氮气为原料，在常温常压条件下，采用电化学方法大规模、高选择性地合成氨，是一项极具挑战性的研究课题。近日，青岛科技大学Xien Liu，Qing Qin，韩国蔚山科学技术院Jaephil Cho等多团队合作，报道了一种新型PC/Sb/SbPO₄纳米复合材料(PC，磷掺杂碳)，该材料在常温常压下，在酸性和中性电解质中均能高效电催化N₂转化为NH₃。

在‐0.15 V的还原电位下（相对于RHE），PC/Sb/SbPO₄催化剂在温和的条件下，0.1 M HCl中，生成NH₃的法拉第效率(FE) 高达31%。此外，在0.1 MNa2SO₄溶液中，‐0.1 V(相对于RHE)的还原电位下，FE值达到了34%，这比大多数报道的中性电解质中温和条件下的NRR电催化剂要好。作者进一步研究了氮气还原前后PC/Sb/SbPO₄催化剂表面物种和电催化性能的变化。PC和SbPO₄均被认为是提高NRR性能的活性物质。

Xien Liu,* Qing Qin,* Jaephil Cho*, et al.Antimony‐Based Composites Loading on Phosphorus‐Doped Carbon for Boosting Faradaic Efficiency of the Electrochemical Nitrogen Reduction Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201906521

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201906521

7. AEM：抑制离子迁移，提高立方FAPbX₃的相稳定性

阿卜杜拉国王科技大学Udo Schwingenschlögl研究了甲脒（FA）与FAPbX₃（X = Br，I）的无机钙钛矿骨架的化学键合。与甲基铵的钙钛矿相比，FAPbX₃钙钛矿无机笼具有更强的氢键，π-阴离子键合的存在，以及更多的空间位阻。与FA相比，并提出了有机阳离子掺杂剂能够提供双重结合强度的氢和卤素键合。掺杂剂被证明不仅抑制卤素迁移，而且还抑制FAPbI₃的α-δ相变。

Oranskaia, A., Schwingenschlögl, U.,Suppressing X‐Migrations and Enhancing the Phase Stability ofCubic FAPbX₃ (X = Br, I). Adv. Energy Mater. 2019, 1901411.

https://doi.org/10.1002/aenm.201901411

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901411

8. ACS Nano：用于医疗诊断、农业和电信的光纤耦合发光聚光器

一般来说，发光聚光器(LCs)主要用于收集阳光并将其转化为电能，但是目前其在众多其他领域也有很突出的应用前景。美国UbiQD公司Nikolay S. Makarov团队通过将基于CuInSe_xS_2-x/ZnS量子点的高性能LCs耦合到具有从可见光到近红外光谱发射的光纤中，制备了一种可用于医学诊断、农业和电信领域的一种低成本小型设备，并对各种设计考虑因素和性能进行了讨论和总结说明。研究结果表明，这些新型设备有望对空间通信系统、医疗诊断和温室作物的产量的提供许多重要的帮助。

Nikolay S.Makarov. et al. Fiber-Coupled Luminescent Concentrators for MedicalDiagnostics, Agriculture, and Telecommunications. ACS Nano. 2019

DOI:10.1021/acsnano.9b03335

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b03335

9. AFM：诊疗纳米工具箱用于再生角膜植入

角膜疾病是致盲的主要原因，而世界各地的供体角膜短缺也在日益加剧。虽然目前再生医学领域取得了一定的进展，但人工角膜的成功移植在临床实践中还尚未完全实现。这种人工角膜植入失败是很多因素造成的，例如病毒和其他微生物的在感染和植入物降解困难等等。因此，迫切需要开发新的角膜植入物以适应宿主环境并对抗后续炎症或感染造成的负面影响。剑桥大学Hirak K. Patra博士团队设计了一个纳米工具箱，并将其作为防止感染、促进角膜再生和原位对角膜环境进行非侵入性监测的工具。这一纳米系统可以被植入到用于再生的生物合成植入物中来构建诊疗设备，进而实现对植入后的生物变化做出对应的反应。

Hirak K. Patra. et al. Rational Nanotoolboxwith Theranostic Potential for Medicated Pro-Regenerative CornealImplants. Advanced Functional Materials. 2019

DOI: 10.1002/adfm.201903760

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201903760

10. Adv. Sci.：可调、可注射的3D水凝胶作为干细胞生态位

基于干细胞的组织工程需要提高干细胞的保留、存活能力和分化控制。而使用生物相容性支架来封装干细胞则可以解决第一个和第二个问题。而为了控制干细胞的命运，就有必要使用具有生物活性分子的可调生物相容性支架。然而，干细胞支架的可调性却往往与其可注射性存在冲突。韩国科学技术研究所Soo-Chang Song团队开发了一种可微调的3 D可注射水凝胶系统。实验结果表明，该水凝胶系统在活体中也具有良好的排列性和可调谐的性能。实验通过在该水凝胶中注射间充质干细胞三周后发现会有不同水平的软骨分化出现，从而证明该水凝胶系统具有作为干细胞生态位的潜力。

Ki Hyun Hong, Soo-Chang Song. et al.Fine-Tunable and Injectable 3D Hydrogel for On-Demand Stem Cell Niche. Advanced Science.2019

DOI: 10.1002/advs.201900597

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201900597