厦大洪文晶Nature Materials，清华刘凯Nature Energy丨顶刊日报20230624
纳米人
1. Nature Energy：设计一种实现高能锂金属电池快速循环的不对称类醚锂盐
对锂金属具有高腐蚀性的传统碳酸盐基电解质会导致大量枝晶生长和有限的循环寿命，尤其是对于具有高负载（>3.5 mAh cm−2）的阴极。在此，清华大学刘凯设计了一种不对称的Li盐，1,1,1-三氟-N-[2-[2-（2-甲氧基乙氧基）乙氧基]乙基]甲磺酰胺锂（LiFEA），其具有假冠醚状折叠分子几何结构。
本文要点：
1) LiFFA使碳酸盐电解质具有大的表观给体数和Li+迁移数，并具有驱动固体-电解质界面的自清洁机制，即使在高电流密度下也能增强与锂金属阳极的兼容性。基于LiFEA的碳酸盐电解质显著改善了Li| |NCM811电池的快速循环性能 。
2) 310Wh kg−1的软包电池在6.59 mA cm−2的放电电流密度下达到了~410 W kg−1的功率密度。在快速循环条件下，软包电池在经历100个循环后仍能保持81%的容量。该工作为锂盐的分子结构、物理化学性质和电化学性能之间的相互作用提供了见解。
Yingchun Xia, et al. Designing an asymmetric ether-like lithium salt to enable fast-cycling high-energy lithium metal batteries. Nature Energy 2023
DOI: 10.1038/s41560-023-01282-z
https://doi.org/10.1038/s41560-023-01282-z
2. Nature Materials：单分子光电子隧道光谱
实验图谱对理解和控制分子器件和材料中的电荷传输至关重要。在这里，厦门大学洪文晶开发了一种单分子光电子隧道光谱方法，其可用于在室温下使用基于超快激光组合扫描隧道显微镜的断裂结装置绘制单二酮吡咯并吡咯分子结的HOMO–LUMO间隙以外的传输图。
本文要点：
1) 该光电子隧道光谱发现了两个超快光电流的共振输运通道，范围从1.31 eV至1.77 eV，与通过密度泛函理论计算获得的透射光谱中的LUMO + 1和LUMO + 2一致。
2) 此外，作者观察到通过改变偏置电压对共振峰的调制作用，这证明了定量表征电场对前沿分子轨道影响的能力。该单分子光电子隧道光谱提供了一条探索单分子结的能量依赖电荷传输性质的途径。
Liu Haojie, et al. Single-molecule photoelectron tunnelling spectroscopy. Nature Chemistry 2023
DOI: 10.1038/s41563-023-01591-4
https://doi.org/10.1038/s41563-023-01591-4
3. Nature Materials：通过反向裂纹扩展实现可编程粘合的超材料粘合剂
目前制造可穿戴设备、机器人和材料拆卸所需的坚固可逆粘合剂策略缺乏对强度和释放的独立控制，其需要复杂的制造条件或仅在特定条件下工作。在这里，弗吉尼亚理工大学Michael D. Bartlett报道了超材料粘合剂，它通过编程切割结构同时实现了强大的可释放粘合，并具有空间可选择的粘合强度。
本文要点：
1) 在非线性切割过程中，通过迫使裂纹向后扩展以增强到60倍的附着力，同时允许裂纹在相反方向上生长，从而使裂纹易于释放和重复使用，进而抑制了裂纹扩展。
2) 这种机制可以在潮湿和干燥条件下的不同基材上发挥作用，并能够在任何位置同时在两个方向上以独立可编程的粘合强度实现高度可调的粘合。作者在无掩模数字制造框架中创建了这些多功能材料，并用以快速调控粘合剂特性，并对下一代粘合剂进行确定性控制。
Dohgyu Hwang, et al. Metamaterial adhesives for programmable adhesion through reverse crack propagation. Nature Materials 2023
DOI: 10.1038/s41563-023-01577-2
https://doi.org/10.1038/s41563-023-01577-2
4. Nature Materials：非晶态氢氧化镍壳为碱性析氢反应调节铂表面的局部化学环境
与天然酶类似，具有专门定制局部化学环境的催化系统的精心设计可以显著改善反应动力学，有效对抗催化剂中毒效应，并在不利的反应条件下延长催化剂寿命。在这里，加利福尼亚大学Duan Xiangfeng、Huang Yu、Anastassia N. Alexandrova设计了具有作为电解水催化剂的无定形Ni（OH）2壳和质子传导包覆层，以将Pt核与本体碱性电解质隔离，同时确保有效的质子供应到活性Pt位点。
本文要点：
1) 这种设计创造了有利的局部化学环境，产生了具有27 mV dec-1的最低Tafel斜率的酸性析氢反应动力学 ，并且在碱性电解质中具有优异的高比活性和质量活性。
2) 质子导电的Ni（OH）2壳层还可以有效地拒绝杂质离子并延缓奥斯瓦尔德熟化，从而使其对溶液杂质具有高耐受性和在裸Pt催化剂中难以实现的长期耐久性。该催化剂在碱性介质中显著提高了析氢反应活性和耐久性，并将有望成为用于碱性水电解槽和可再生化学燃料生产的有效催化剂材料。
Chengzhang Wan, et al. Amorphous nickel hydroxide shell tailors local chemical environment on platinum surface for alkaline hydrogen evolution reaction. Nature Materials 2023
DOI: 10.1038/s41563-023-01584-3
https://doi.org/10.1038/s41563-023-01584-3
5. Chemical Society Reviews：MOF玻璃复合材料
MOF玻璃复合材料已经成为一类具有动态性能和分级结构控制的功能材料。这些纳米复合材料可用于复杂的材料科学研究以及下一代分离、催化、光学和生物医学设备的制造。昆士兰大学Jingwei Hou发表最新综述，讨论MOF玻璃复合材料的最新研究进展。
本文要点：
1）金属-有机框架（MOFs）中的熔化现象已被公认为第四代MOF范式行为之一。熔融MOFs具有生产机械坚固的玻璃态MOF宏观结构的能力，并且当与其他类型的功能材料（如晶体MOFs、无机玻璃和金属卤化物钙钛矿）结合时，它们还可提供高度可调的界面特性。
2）文章回顾了设计、制造和表征MOF玻璃复合材料的方法。文章还介绍了这些复合材料所带来的关键应用机会，并探索了仍然存在的障碍，如改善热兼容性和化学兼容性、调节界面性能和可扩展性。
Rijia Lin, et al. Metal–organic framework glass composites. Chemical Society Reviews. 2023
DOI：10.1039/D2CS00315E
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/cs/d2cs00315e
6. Nature Commun.：桥接多尺度界面用于开发离子导电高压含硫酸铁钠基电池正极
非水系钠离子电池（SiB）是一种可行的电网存储电化学储能系统。然而，SiB的实际发展主要受到正极活性材料（例如聚阴离子型铁基硫酸盐）在高电压下的缓慢动力学和界面不稳定性的阻碍。在这里，为了规避这些问题，郑州大学Weihua Chen提出了Na2.26Fe1.87(SO4)3的多尺度界面工程，其中体异质结构和暴露的晶面被调整以提高Na离子存储性能。
本文要点：
1）物理化学表征和理论计算表明，Na6Fe(SO4)4 相的异质结构通过致密钠离子迁移通道和降低能垒来促进离子动力学。Na2.26Fe1.87(SO4)3的(11-2)面促进了电解液ClO4-阴离子和氟代碳酸亚乙酯分子的吸附，在正极形成富无机Na离子导电界面。
2）当在实验室规模的单层软包电池配置中与预先处理的 FeS/碳基负极结合进行测试时，基于 Na2.26Fe1.87(SO4)3 的正极可实现约 83.9 mAh g−1 的初始放电容量，在 24 mA g−1 和 25 °C 下进行 40 个循环后，平均电池放电电压为 2.35 V，比容量保持率为 97% 左右。
Zhang, J., Yan, Y., Wang, X. et al. Bridging multiscale interfaces for developing ionically conductive high-voltage iron sulfate-containing sodium-based battery positive electrodes. Nat Commun 14, 3701 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-39384-7
https://doi.org/10.1038/s41467-023-39384-7
7. Nature Commun.：用于在输尿管镜检查期间有效回收肾结石碎片的磁性水凝胶
目前，只有 60-75% 的传统肾结石手术达到完全无结石状态。高达 30% 的残余碎片尺寸 <2 毫米的患者会出现随后的结石相关并发症。在这里，斯坦福大学Joseph C. Liao展示了一种结石检索技术，其中使用磁性水凝胶使碎片可磁化，以便可以使用简单的磁性工具轻松获取它们。
本文要点：
1）磁性水凝胶有助于在体外捕获临床相关尺寸和成分的结石碎片。水凝胶成分在细胞培养物中不表现出细胞毒性，仅对离体人类尿路上皮和体内小鼠膀胱产生表面影响。
2）此外，该水凝胶对常见尿路病原体的抗菌活性与普通抗生素相当。通过有效回收肾结石碎片，该方法可以提高无结石率和患者治疗效果。
Ge, T.J., Roquero, D.M., Holton, G.H. et al. A magnetic hydrogel for the efficient retrieval of kidney stone fragments during ureteroscopy. Nat Commun 14, 3711 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-38936-1
https://doi.org/10.1038/s41467-023-38936-1
8. Nature Commun.：可热训练的双网络水凝胶
受生物系统的启发，可训练的响应材料已受到未来自适应和智能材料系统的新兴研究兴趣。然而，迄今为止的可培训材料通常无法执行主动工作，并且培训仅允许功能更改的一个方向。在这里，阿尔托大学Hang Zhang，Olli Ikkala展示了由两种热响应聚合物组成的热可训练水凝胶系统，其中系统在相变时的体积响应通过高于特定阈值温度的训练过程增强或降低。
本文要点：
1）根据网络设计，可以实现热致变形的正向或负向训练。重要的是，水凝胶的软化、硬化或增韧可以通过训练过程来实现。
2）研究人员展示了可训练的水凝胶执行器，能够执行更多的主动工作或执行最初不可能完成的任务。
3）所报道的双网络水凝胶提供了一种新的训练策略，可用于仿生软系统，例如自适应人造肌肉或软机器人。
Hu, S., Fang, Y., Liang, C. et al. Thermally trainable dual network hydrogels. Nat Commun 14, 3717 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-39446-w
https://doi.org/10.1038/s41467-023-39446-w
9. Nature Commun.：氟化阳离子引入新的相间化学物质以实现高压锂金属电池
氟化物已被确定为支持侵蚀性电池化学物质的界面的关键成分。虽然这些氟化物的前体必须预先储存在电解质成分中，并且只能在极端电势下传递，但迄今为止，氟的化学来源仅限于带负电的阴离子或氟化分子，它们存在于氟化物的内亥姆霍兹层中。电极及其对相间化学的贡献受到限制。
为了将氟源预先储存在带正电的物质上，阿贡国家实验室Zhengcheng Zhang，美国陆军研究实验室Kang Xu合成了一种结构中带有氟的阳离子，并首次探讨了它对相间化学的贡献。
本文要点：
1）阳离子和阴离子均含氟的电解液带来了前所未有的相间化学性质，可转化为锂金属电池的卓越电池性能，包括高达 99.98% 的高库仑效率和 900 小时的锂枝晶预防能力。
2）这种氟化阳离子的重要性无疑延伸到锂以外的其他先进电池系统，所有这些系统都普遍需要高度氟化界面的动力学保护。
Liu, Q., Jiang, W., Xu, J. et al. A fluorinated cation introduces new interphasial chemistries to enable high-voltage lithium metal batteries. Nat Commun 14, 3678 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-38229-7
https://doi.org/10.1038/s41467-023-38229-7
10. Nature Commun综述：用于正电子发射断层扫描的放射化学
埃默里大学Steven H. Liang对用于正电子发射断层扫描的放射化学相关研究进行了综述。
本文要点：
1）正电子发射断层扫描(PET)是一种用于探测体内生物过程的功能成像技术。目前，PET成像已被用于诊断和监测疾病的进展以及促进临床前和临床阶段的药物开发等工作。PET的广泛应用和快速发展使得研究者对于放射化学新方法的需求不断增加，其研究目的也是为了进一步拓展适用于放射性标记的合成子的范围。
2）作者在文中概述了利用放射化学合成PET示踪剂的常用化学转化策略，并重点介绍了该领域最新的突破性进展和面临的挑战。此外，作者也讨论了生物制剂在PET成像中的应用，并重点介绍了用于PET分子成像的探针实例及已进入临床应用的可转化、可扩展的放射化学相关概念。
Jian Rong. et al. Radiochemistry for positron emission tomography. Nature Communications. 2023
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36377-4
11. Chem：动态有机室温磷光系统
有机室温磷光（RTP）系统根据其对外部刺激的响应模式可分为动态和静态有机磷光材料。近日，南洋理工大学Zhao Yanli、Yang Chaolong对动态有机室温磷光系统进行了综述研究。
本文要点：
1) 与传统的静态RTP材料相比，动态有机磷光材料更具应用前景，因为它们具有可逆的灵敏度、快速的响应和易于控制的性质。随着有机RTP系统的快速发展，动态有机RTP材料更能满足实际需求。
2) 作者通过直接视觉监测外部刺激下的磷光强度和颜色变化，以及深入了解分子响应模式和不同响应行为之间的关系，综述研究了动态有机RTP系统的最新研究进展。特别强调了增强RTP性能和调节磷光颜色的策略，还讨论了该领域的前景和未来挑战，以促进先进动态有机RTP系统的进一步发展。
Zhou Qian, et al. Dynamic organic room-temperature phosphorescent systems. Chem 2023
DOI: 10.1016/j.chempr.2023.05.023
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.05.023
12. Chem：用于固态荧光变色和选择性气体吸附的发射芴三角形
超分子化学的快速发展得益于其具有独特几何形状和性质的大环实体。近日，吉林大学杨英威提出了一类新的荧光合成大环，并将其称为芴三角形（FT）。
本文要点：
1) 作者通过将芴荧光团整合到间苯二酚芳烃骨架中来设计FT，并通过单晶分析揭示了FT在固态中伴随着层状分子组装的等腰三角形构象。荧光实验证明了其具有聚集诱导发射特性和可调固态荧光发射特性，全甲基化FT（MeFT）在不同的发射颜色切换过程中也具有独特的激发波长依赖性（Ex-De）。
2) 此外，具有无孔和无定形特征的全羟基化FT（OHFT）和MeFT的活性粉末在构建用于CO2和CH4捕获的吸附分离材料方面具有巨大潜力，其分别对CO2/N2（通过OHFT）具有31/1的良好选择性，对CH4/CO2（通过MeFT）具有8/1的良好选择性。FT的发现将为构建新型荧光大环和功能性光响应材料提供新的方向，并为气体吸附和分离的分子吸附剂释放新的灵感。
Gengxin Wu, et al. Emissive fluoren-triangles for solid-state fluorochromism and selective gas sorption. Chem 2023
DOI: 10.1016/j.chempr.2023.05.036
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.05.036
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