Nature/Cell系列7篇，清华、复旦、上交、华工、南工等成果速递丨顶刊日报20190731

纳米人

2019-07-31

1. NatureNanotech.：谷胱甘肽介导的肝内生物转化会调节纳米颗粒的转运

谷胱甘肽介导的肝内生物转化是一个重要的生命体解毒的过程，其目的是清除小的外源性生物。而它对纳米颗粒的保留、靶向和清除的影响目前人们还不够了解。

美国德州大学达拉斯分校郑杰教授团队设计了一种硫醇活化的荧光金纳米探针，它可以与血清蛋白结合并进入肝脏。实验以非侵入性的方式对其体内的生物转化动力学进行了高特异性的成像，并在化学水平上检测了这一过程。研究结果表明，肝细胞的谷胱甘肽外排会使得肝窦中谷胱甘肽和半胱氨酸的局部浓度变高，从而改变纳米颗粒表面的化学性质并降低其对血清蛋白的亲和力，因此会显著改变其血液内滞留、靶向性和清除能力。这一研究表明肝内生物转化这一纳米药物临床转化面临的一大障碍也可以起到桥梁的作用，去最大限度地提高纳米药物的靶向性并使其毒性最小化。

Xingya Jiang, Jie Zheng. et al.Glutathione-mediated biotransformation in the liver modulates nanoparticletransport. Nature Nanotechnology. 2019

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0499-6

2. Joule：高效半透明有机太阳能电池的高通量光学筛选

实现具有最佳效率（PCE）和可见光透射率（VLT）的半透明光伏（ST-PV）是朝向建筑物和汽车的发电窗等新应用迈出的重要一步。高性能ST-PV应该是波长选择性的，它最好地利用紫外（UV）和近红外（NIR）光子产生光电流，同时平衡可见光子的吸收和透射。半透明有机太阳能电池（STOSC）与波长选择性一维光子晶体（PC）相结合，可以满足这些标准。由于有机半导体可以实现局部NIR吸收，PC可以进一步优化器件光学性能。

华南理工大学叶轩立团队通过引入高通量光学模型，为PC增强型STOSC模拟了数千万个器件配置，以研究其光学特性。计算机引导制造PC，增强型PTB7-Th：IEICO-4FSTOSC表现出近11％的PCE和30％的VLT。结果表明高通量光学工程的广泛潜在应用，特别是与包括多目标和多层厚度优化的设计有关。

Xia, R., Brabec, C. J., Yip, H.-L. & Cao,Y. High-Throughput Optical Screening for Efficient Semitransparent OrganicSolar Cells. Joule, 2019

doi:https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.06.016.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119303071

3. Joule：铬螯合物电解质助力高压水溶液液流电池

由于缺乏低成本长寿命的能量储存手段，因此可再生能源的广泛使用受到了严重限制。从储能的角度来说，液流电池由于其能量部分与功率部分能够有效分离开因而被视为是一种富有吸引力的储能选择。然而，到目前为止商品化的液流电池体系均受到电池成本及性能的限制而无法实现其理论上的低成本潜能。

在本文中，美国科罗拉多大学波德分校的Michae P. Marshak等用一种由地球丰富的铬和一种廉价的螯合剂组成的负极电解质来解决这些挑战，这种螯合剂比锌具有更大的还原潜力同时抑制氢的生成。他们使用这种电解质开发出了两种新型的液流电池体系，这两种体系均能够在室温和接近中性条件下稳定地保持高效率和高功率密度。该项研究结果发现络合金属配合物具有抑制水配位的能力，并且为抑制高电位下水的分解反应建立了通用的策略。

Brian H. Robb, Michae P. Marshak et al,Chelated Chromium Electrolyte Enabling High-Voltage Aqueous Flow Batteries,Joule, 2019

DOI: 10.1016/j.joule.2019.07.002

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30318-6?rss=yes#

4. Nature Commun.：高活性纳米结构CoS₂/CoS异质结电催化剂助力水溶液多硫化物-碘液流电池

水系多硫化物-碘液流电池由于具有高能量密度、低成本等优势因而成为一种富有吸引力的大规模储能选择。然而，多硫化物与碘离子在石墨电极上迟缓的电化学反应动力学严重限制了该储能体系能量效率和功率密度的提高，这也成为阻碍其实际应用的最大障碍。

在本文中，上海交通大学的Jiantao Zai、Xuefeng Qian 以及犹他州立大学的T. Leo Liu等通过简单的一步水热过程在石墨带上原位合成了具有均匀电荷分布的CoS₂/CoS异质结纳米颗粒。这种纳米结构能够通过改善带电离子的吸附性质和促进电荷传输来显著提升I_-/I₃^-与S^2-/S_X^2-的电化学活性。采用这种石墨带-CoS₂/CoS异质结的多硫化物-碘液流电池在10 mA/cm²的电流密度下能量效率高达84.5%，功率密度可达86.2 mW/cm²，在近1000小时的持续工作时间内的能量效率保持率稳定在96%。

Dui Ma, Jiantao Zai, Xuefeng Qian, T. Leo Liuet al, Highly active nanostructured CoS₂/CoS heterojunctionelectrocatalysts for aqueous polysulfide/iodide redox flow batteries, NatureCommunications, 2019

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11176-y

5. Nature Commun.：一锅串联催化用于电化学CO₂还原为甲烷的计算和实验研究

在Cu基催化剂上将CO₂电还原为碳氢化合物和碳氧化合物，涉及到将CO₂还原为CO吸附在Cu上，然后进一步转化为碳氢化合物和碳氧化合物。由于关键中间体的结合强度呈线性比例关系，在单一反应位点上同时改进这些过程具有挑战性。近日，清华大学Qi Lu，特拉华大学Bingjun Xu，国立成功大学Mu-Jeng Cheng等多团队合作，报道了在计算和电化学研究的基础上，利用一锅串联催化机制，改进电还原CO₂性能。作者构建了一个明确的Cu修饰的Ag表面，发现吸附在Ag表面的CO会迁移到Cu表面，然后进一步还原为甲烷，这与实验研究所得的结果一致。该工作为设计CO₂电还原催化剂提供了一种很有前景的方法，使一锅法还原CO₂生成除CO和甲酸盐以外的产品成为可能。

Haochen Zhang, Xiaoxia Chang, BingjunXu*, Mu-Jeng Cheng*, QiLu*, et al. Computational and experimental demonstrations of one-pot tandemcatalysis for electrochemical carbon dioxide reduction to methane. Nat.Commun., 2019

DOI: 10.1038/s41467-019-11292-9

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11292-9 

6. Nature Commun.：钯促进氧化铟CO₂加氢制甲醇的原子级工程

金属促进剂被广泛应用于提高多相催化剂的性能，以满足工业需求。近年来，人们发现In₂O₃是一种选择性高、稳定性好的催化CO₂还原绿色生产甲醇的催化剂。Pd能高效的分解H₂，用Pd促进提高In₂O₃的活性在一定程度上是成功的，同时也带来选择性和稳定性降低、与In形成合金等诸多问题。近日，苏黎世联邦理工学院Javier Pérez-Ramírez等多团队合作，报道了通过控制共沉淀法得到的一种精确Pd原子结构解决了这些限制。Pd原子取代了活性In₃O₅的铟原子，吸引更多的Pd原子沉积到表面，形成低核团簇，从而促进H₂的活化并保持稳定，使生产效率达到创纪录的500小时。

Matthias S. Frei, Javier Pérez-Ramírez*, et al. Atomic-scale engineering of indium oxide promotion by palladiumfor methanol production via CO₂ hydrogenation. Nat.Commun., 2019

DOI: 10.1038/s41467-019-11349-9

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11349-9

7. Nature Commun.：八配位碱土金属-二氮配合物M(N₂)₈(M=Ca, Sr, Ba)

近日，复旦大学Mingfei Zhou，南京工业大学Gernot Frenking等多团队合作，报道了低温氖基体中具有立方(O_h)对称的八配位碱土金属-二氮基配合物M(N₂)₈ (M=Ca,Sr, Ba)的分离和光谱鉴定。电子结构分析表明，金属-N₂之间的键是[M] (dπ)→(N₂)₈ 反馈π键，这解释了观察到的N-N拉伸频率大范围红移现象。M(N₂)₈具有三重(³A_1g)电子基态，符合过渡金属配合物18电子规则的典型键合特征。作者含对带电的二氮配合物[M(N₂)₈]⁺ (M=Ca, Sr)的进行了分离和成键分析。

Qian Wang, Sudip Pan, Mingfei Zhou*,Gernot Frenking*, et al. Octa-coordinated alkaline earth metal–dinitrogen complexes M(N₂)₈ (M=Ca, Sr,Ba). Nat. Commun., 2019

DOI: 10.1038/s41467-019-11323-5

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11323-5

8. ACS Nano：纳米级联酶用于靶向肿瘤的饥饿-化学联合治疗

在肿瘤内消耗葡萄糖引起的饥饿治疗是一种重要的抗癌治疗策略，但它往往存在着全身毒性和非特异性等缺点。中科大王育才教授团队提出了一种级联催化纳米药物的概念，即将靶向肿瘤的饥饿治疗和脱氧激活的化疗相结合以降低全身毒性并提高癌症治疗的效率。

实验利用对pH响应的聚合物去和葡萄糖氧化酶(GOx)及过氧化氢酶(CAT)进行共价交联合成了一种纳米级联酶。酶的释放可由微酸性的肿瘤微环境触发进行，再由后续产生的葡萄糖酸实现自加速。而一旦被释放，GOx可迅速消耗肿瘤细胞中的葡萄糖和分子氧，产生的毒副产物H₂O₂也可被CAT分解进而实现具有特异性和低毒性的肿瘤饥饿治疗。此外，该级联酶还可实现局部乏氧以激活前药进行联合化疗。这一研究通过使用级联催化纳米药物，可以同时有效地提高癌症治疗的选择性和效率。

Yinchu Ma, Yangyang Zhao, Naveen KumarBejjanki, Yucai Wang. et al. Nanoclustered Cascaded Enzymes for Targeted TumorStarvation and Deoxygenation-Activated Chemotherapy without Systemic Toxicity. ACS Nano. 2019

DOI: 10.1021/acsnano.9b02466

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b02466