硕士研究生，发表84篇SCI论文！丨顶刊日报20210603
纳米人
2021-06-04
据媒体综合报道，广州医科大学一位专业型硕士在研究生期间共参与发表SCI论文84篇，其中第一作者（含并列）发表SCI论文39篇，影响因子10以上的SCI论文6篇。大三那年，该同学就在导师指导下，首次用大数据方法证明了达芬奇机器人系统在临床肺癌患者的根治性手术中的可行性，这篇论文于2017年发表在外科学领域顶级期刊Annals of Surgery。消息一出，学术圈哗然。（来源：综合整理自中国青年报、腾讯网、知乎等消息）1.Nature Electronics：看到“黑暗中的红光”！传统光电探测结构通常难以区分器件中混杂在一起的噪声暗电流和信号光电流，因此很难做到对噪声的定点消除。特别当温度从低温向室温，波段从可见向红外拓展时，器件噪声暗电流呈指数级增长。中国科学院上海技术物理研究所研究员胡伟达课题组和复旦大学微电子学院教授周鹏课题组等人最近在新型光电探测器的研究中取得了开创性进展。周鹏和胡伟达团队独辟蹊径，开创性地构筑了范德瓦尔斯单极势垒探测器，解决了传统外延薄膜材料中能带和晶格失配的技术瓶颈。特别是空穴/势垒/空穴结构在中波红外室温显示出优异的黑体探测率2.3×1010 cmHz1/2W-1。这意味着该工作实现了范德瓦尔斯单极势垒光电探测器跨入红外实用领域的关键突破。（来源：复旦大学官网）
Yunfeng Chen et al. Unipolar barrier photodetectors based on van der Waals heterostructures. Nature Electronics. 2021，4, 357–363.
https://doi.org/10.1038/s41928-021-00586-w
2. Nature Chemistry：全合成前列腺素
前列腺素（Prostaglandins）具有广泛的生物活性、独特的结构，是重要的天然产物分离物。但是目前合成前列腺素的方法学面临着产率较低、步骤冗杂的缺点。
有鉴于此，南方科技大学张绪穆、陈根强等报道一种非常实用的对映选择性的发散性前列腺素合成方法，在该方法中，作者通过烯炔环异构化关键过程构建了多取代基五元环结构，该反应表现优异的对映/立体选择性（>20:1 d.r.，98 % ee）。作者通过不对称氢化反应构建了分子结构中的关键手性活性中心，产率和对映选择性分别达到98 %和98 % ee。该反应经过比较简单的中间体过程，合成了一系列前列腺素分子，作者发现相应的药物分子能够通过两步实现，在放大量合成中成功实现了20克fluprostenol分子。
1） 作者成功设计了一种反应路径和四氢呋喃醇缩醛中间体12分子，随后分别通过α、ω-侧链结构，得以通过Grubbs交叉复分解、Wittig烯烃化反应快速合成了目标产物PGF2α。
2）中间体12分子通过还原反应、脱质子化还原为16号前体分子，16号分子通过17号分子通过烯炔环异构化得到，17号分子由18号Weinreb酰胺分子的亲核加成得到。18号分子可以由不对称加氢反应非常简单的生成。
均相催化与酶催化QQ群：871976131
Zhang, F., Zeng, J., Gao, M. et al. Concise, scalable and enantioselective total synthesis of prostaglandins. Nat. Chem. (2021).
DOI: 10.1038/s41557-021-00706-1
https://www.nature.com/articles/s41557-021-00706-1
3. Nature Reviews Materials：用于癌症治疗的多功能生物分子纳米结构国家纳米科学中心聂广军研究员等人在Nature Reviews Materials上对用于癌症治疗的多功能生物分子纳米结构相关研究进行了综述介绍。1）以生物分子为基础的纳米结构具有天然的多功能生物活性，可用于肿瘤的纳米医学研究。其中，具有超分子特性的生物分子可以通过精确编程以被设计成智能药物递送载体，进而实现高效的体内运输，靶向药物递送和联合治疗。2）作者在文中综述了基于生物分子的纳米结构，包括多糖、核酸、多肽和蛋白质等，并强调了它们在用于设计多功能纳米药物中的应用；随后，作者介绍了癌症纳米医学领域所面临的一些关键挑战，并就如何通过基于生物分子的纳米结构来解决这些挑战进行了讨论，同时也概述了基于生物分子的纳米结构的独特生物活性、可编程性和体内行为；3）最后，作者讨论了基于生物分子的纳米结构的合理设计、表征和制备所需要克服的障碍，并对其临床转化进行了展望。
Jing Wang. et al. Multifunctional biomolecule nanostructures for cancer therapy. Nature Reviews Materials. 2021https://www.nature.com/articles/s41578-021-00315-x
4. Chem. Soc. Rev.: 电催化作为有机合成技术的研究进展
电化学作为一种多用途的策略，在合成有机化学的前沿领域获得了越来越多的关注。电化学在温和条件下以受控方式生成高活性自由基和自由基离子中间体的独特能力激发了许多用于制备有价值的化学基序的新电化学方法的发展。特别是最近电合成的发展，增加了氧化还原活性电催化剂的使用，以进一步加强对这些活性中间体的选择性形成和下游反应活性的控制。此外，电催化介质使合成转化以一种不同于纯化学方法的方式进行，从而颠覆传统有机合成中遇到的动力学和热力学障碍。有鉴于此，康奈尔大学林松教授等人，综述了过去十年来在合成电催化领域的关键创新，重点介绍了支持这些进展的机理和催化剂设计原则。讨论了一系列氧化和还原电催化方法，并根据电催化剂的合成转化和性质进行了分类。1）近十年来，电催化技术在有机合成中的应用得到了长足的发展和广泛的关注。这些进展是由于越来越多的人认识到电化学能够利用电流作为一种“假想”试剂来促进一系列单电子氧化和还原。电催化已被证明是从丰富的起始物质中获得高活性自由基中间体，并调节其下游反应活性，使复杂的转化在一个单一步骤中可行的途径。迄今为止，电催化已经扩展了许多主要反应的范围，例如 C-C 和 C-X 键形成、烯烃官能化和 C-H 活化，通常在温和条件下进行。2）即使有了这些进步，预计电催化将继续扩展到新的化学领域，以解决合成中遇到的效率和可持续性的紧迫挑战。在合成电催化技术中，几个新兴的研究方向如下:(a)电催化技术在复杂生物活性分子的后期修饰和生物大分子的生物正交功能化方面的应用。(b)探讨电还原战略。(c) 开发成对电解系统，通过同时和协同使用阳极和阴极氧化还原事件来实现高效转化。(d)将电催化扩展到光电催化和生物电催化等跨学科领域，以利用这些系统的独特能力。(e)多相电催化的应用和利用现代表征技术理解和合理设计催化电极。总之，电催化已经发展成为有机合成领域的一项强大的使能技术。Luiz F. T. Novaes et al. Electrocatalysis as an enabling technology for organic synthesis. Chem. Soc. Rev., 2021.https://doi.org/10.1039/D1CS00223F
5. Nature Commun.: 铜上CO电化学还原的电动力学和原位光谱研究
严格的电动力学结果是理解电化学CO还原反应(CORR)反应机理的关键，然而，大多数报道的结果都受到CO传质限制的影响。有鉴于此，清华大学陆奇教授和特拉华大学的徐冰君教授等人，通过使用气体扩散型电极确定了无质量传输的 CORR 动力学，并使用原位表面增强振动光谱确定了催化剂表面形态对电解质 pH 值的依赖性。1）使用最近开发的在标准三电极 H 电池中具有气体扩散机制的多晶铜电极，系统地测定了在pH为7 ~ 14的电解质中形成C2+产物和CH4的Tafel斜率和CO反应级数。2）根据测量的Tafel斜率和反应级数，证明C2+产物的生成速率很可能受到CO吸附物二聚化的限制。在弱(7 < pH < 11)和强(pH > 11)碱性电解质中，CO分别通过质子耦合电子转移氢化反应和吸附氢原子的化学氢化反应抑制了CH4的生成。3）研究发现，C2+产物的速率受第一次电子转移过程的限制，在SHE尺度下，不同电解质pH下测定的速率基本重叠。同时，在不同电解质中确定的甲烷生成速率在 SHE 和 RHE 尺度上均不重叠。结合原位表面增强红外和拉曼光谱的结果，可以得出结论: CH4和C2+产物可能形成于不同类型的活性位点上。Li, J., Chang, X., Zhang, H. et al. Electrokinetic and in situ spectroscopic investigations of CO electrochemical reduction on copper. Nat Commun 12, 3264 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-23582-2https://doi.org/10.1038/s41467-021-23582-2
6. Nature Commun.：揭示三硫化锑光伏器件中成分和结构依赖的深能级缺陷
三硫化锑（Sb2S3）是一种新型的光捕获材料，具有良好的稳定性和丰富的元素储量。由于准一维对称性，理论研究指出了缺陷的复杂性质。然而，没有关于缺陷特性的实验验证。有鉴于此，中国科学技术大学陈涛教授等人进行光学深能级瞬态光谱来研究Sb2S3中的缺陷特性，并表明根据Sb2S3的组成，观察到的深能级缺陷最多为三种。1）富Sb Sb2S3薄膜中的陷阱E2和E3具有大捕获截面和高陷阱密度，特别是与富S Sb2S3中的H1和H2相比，陷阱能级更接近费米能级。由于捕获的光激发载流子提取效率低，电子准费米能级很可能被固定在富Sb Sb2S3中的陷阱E2和E3附近。富S Sb2S3显示出降低的捕获截面、缺陷密度和缺陷数量，这些共同导致抑制了复合和延长了载流子寿命。这一特性能够缓解费米能级钉扎效应，最终提高开路电压（VOC）。2）此外还发现富Sb Sb2S3薄膜中Sbi的存在对载流子寿命产生的不利影响较小，这应该与Q1D晶体结构有关，其中Sb4S6)n带之间的空间可以产生一定程度的杂质。然而，在富S Sb2S3薄膜中没有出现Si缺陷，很可能是在高温薄膜沉积过程中硫容易蒸发掉。3）最后，发现富Sb薄膜存在VS和SbS两种关键缺陷，而富S Sb2S3薄膜只存在VSb一种关键缺陷。因此，只要VSb被很好地抑制而不引入其他深能级缺陷，富含S的Sb2S3薄膜似乎更有希望实现下一个效率突破。Weitao Lian et al. Revealing composition and structure dependent deep-level defect in antimony trisulfide photovoltaics. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3260.DOI: 10.1038/s41467-021-23592-0.https://www.nature.com/articles/s41467-021-23592-0
7. Nature Commun.：二维异质结中的声腔
二维（2D）材料为复合纳米力学结构的超快时空响应工程提供了独特的机会。有鉴于此，美国海军研究实验室Maxim K. Zalalutdinov、Jeremy T. Robinson等人报道了在50–600 GHz频率（f）范围内工作的高频、高品质因数（Q）2D声腔，f×Q高达1×1014。1）对MoS2和h-BN中的纵声学模（LA）声子寿命进行了实验研究和理论分析，这两种材料被选为具有独特光学力学性质的2D材料的范例。研究证明，在室温（RT）下，基于MoS2的极高频范围（EHF）声腔中可获得的LA声子寿命（τMoS2≈2 ns at 100 GHz，Q≈600）是迄今为止报道2D材料中最高的，并与基于h-BN声腔（τhBN≈0.2 ns）的LA声子寿命进行了比较。2）MoS2器件的高光谱纯度使能够研究层状材料的独特结构特征——单层台阶——作为功能性异质性引入空腔中的影响。展示了横向邻接、阶跃失谐的2D声腔，它们独立运行，同时可用于光激发和读出。在复合层状结构中，采用MoS2/h-BN界面实现了异质性，利用交叉平面应变模式构建了一个频率梳发生器，在高达300 GHz的频率范围内具有9个泛音。3）将2D腔中的能量耗散测量值与使用完全微观的从头计算方法计算的声子-声子散射率得出的衰减进行比较。声子寿命计算扩展到低频（<1 THz），并结合超薄板中的声音传播分析，为设计接近其基本性能极限的声腔提供了一个框架。这些结果为开发采用基于声子的信号处理平台和探索声子的量子性质提供了途径。Maxim K. Zalalutdinov et al. Acoustic cavities in 2D heterostructures. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3267.DOI: 10.1038/s41467-021-23359-7.https://www.nature.com/articles/s41467-021-23359-7
8. Nature Commun.：声学石墨烯等离子体揭示金属的量子表面响应
对材料电磁响应的定量理解对于最大的、多功能的、可控的光-物质相互作用的精确工程至关重要。特别是材料表面，是增强电磁相互作用和调整化学过程的重要平台。然而，在深纳米尺度下，电子系统的电磁响应受到材料界面的量子表面响应的显著影响，这对标准光学技术的探测具有挑战性。有鉴于此，南丹麦大学P. A. D. Gonçalves和丹麦技术大学N. Asger Mortensen等人展示了石墨烯-介质-金属（GDM）结构中的超限声学石墨烯等离子体如何被用来探测附近金属的量子表面响应函数，这里通过所谓的Feibelman d-参数进行编码。1）提出了一个理论框架，在GDM异质结构中，石墨烯和金属衬底对声学石墨烯等离子体（AGPs）的响应中同时包含量子非局域效应。此外，该方法为实验测量金属的低频非局域电动力学响应提供了具体的建议。2）模型在非局域随机相近似（RPA）水平上处理石墨烯，并使用一组称为Feibelman d-参数的微观表面响应函数，描述了金属响应的量子方面——包括非局域性、电子溢出和表面使能的朗道阻尼。这些参数d⊥和d∥分别测量感应电荷密度和切向电流密度法向导数的频率相关质心。3）这项工作从声学石墨烯等离子体色散的量子位移来实验推断金属的低频量子响应，并证明了声学石墨烯等离子体的高场约束可以本质上解决亚纳米分辨率量子力学电子长度尺度的问题。这一发现对优化光子设计的能力具有重要意义，这些光子设计将远红外和中红外光学激发物（如AGPs）与纳米尺度的金属相结合，并在超致密纳米光子器件、纳米测量学和更广泛的表面科学中得到应用。P. A. D. Gonçalves et al. Quantum surface-response of metals revealed by acoustic graphene plasmons. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3271.DOI: 10.1038/s41467-021-23061-8.https://www.nature.com/articles/s41467-021-23061-8
9. AM：通过ReS2界面外延组装密集铁电聚合物纳米线
铁电聚合物的柔性、透明和低重量特性使其在可穿戴电子和光学应用中极具应用前景。为了实现偏振使能器件功能的全部潜力，需要大规模制造具有良好控制的极性方向的聚合物薄膜，这仍然是一个挑战。目前广泛使用的Langmuir–Blodgett、旋涂和静电纺丝等方法只能产生多晶型或多晶薄膜，其中净极化受到损害。近日，美国内布拉斯加大学林肯分校Xia Hong报道了一种易扩展策略，通过与1T′-ReS2的界面外延，成功获得了由紧密堆积的晶体纳米线组成的聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯) P(VDF-TrFE)薄膜。1）高分辨率透射电子显微镜表征显示，在控制热处理后，均匀的P(VDF-TrFE)膜重组为约10和35 nm宽（010）取向的纳米线，这些纳米线与下面的ReS2晶体排列。2）压电响应力显微镜研究证实了P(VDF-TrFE)纳米线膜的平面外极轴，并揭示了低至0.1 V的矫顽电压。此外，反转极化可以在双层ReS2中诱导超过108的电导转换比，比未处理的聚合物栅极实现的电导转换比高6个数量级以上。这项研究指出了一条具有高成本效益的路线，大规模加工高性能铁电聚合物薄膜，用于灵活的高能效纳米电子学。Dawei Li, et al, Assembly of Close-Packed Ferroelectric Polymer Nanowires via Interface-Epitaxy with ReS2, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202100214https://doi.org/10.1002/adma.202100214
10. AM：Co3Se4量子点作为超稳定的钾离子插层主体材料
钾离子电池（KIBs）因其性价比高、储能机理与锂离子电池相似而受到人们越来越多的关注。然而，由于钾离子半径较大（1.38 Å），结构稳定性差，电化学氧化还原反应动力学较差等缺点，目前仍缺乏合适的电极材料。近日，清华大学Haihui Wang，深圳大学Bingbing Tian报道了开发了一种N掺杂的碳（CSC）包裹的Co3Se4量子点（QD），并将其作为KIBs的负极材料。1）CSC具有独特的均匀纳米结构，缩短了钾离子扩散长度，提高了电子导电性，而N掺杂碳（NC）增强了保护作用，缓解了体积波动，进而表现出优异的电化学性能。2）实验结果显示，核壳型CSC复合材料表现出优异的放电容量（电流密度为0.1 A g−1时，550次循环后的放电容量为410 mA g−1，0.5 A g−1时，3200次循环后的放电容量为360 mA h g−1）和在1 A g−1下超过10000次循环的优异循环性能。3）密度泛函理论（DFT）计算表明，Co3Se4 QD的反应能比体Co3Se4大，K原子在Co3Se4 QD中迁移的势垒比在体Co3Se4中低，并且有利于插层反应而不是置换反应。4）研究人员进一步利用原位X射线衍射（XRD）和非原位透射电子显微镜（TEM）对镀钾/脱钾过程进行了研究。这项研究为开发高效的用于KIBs和其他二次电池负极材料打开了新的大门。Nadeem Hussain, et al, Co3Se4 Quantum Dots as an Ultrastable Host Material for Potassium-Ion Intercalation, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202102164https://doi.org/10.1002/adma.202102164
