江西师范大学Nature Commun.，厦门大学JACS，南方科技大学Joule | 顶刊日报20240427
纳米人
2024-05-06
1.江西师范大学Nature Commun：光催化脱羟基N-糖基化N-糖基化的杂环化合物对于生物体系和药物开发领域非常重要，这种化合物的合成依赖于离子型N-糖基化反应，通常离子型N-糖基化反应需要使用糖基供体和贵金属催化剂以及严格的反应条件。有鉴于此，江西师范大学胡祥国等报道脱氢氧化自由基反应进行N-糖基化反应。1）通过使用Cu进行光催化，使用容易生成的1-羟基碳水化合物作为原料提供糖基，这种方法使用价格便宜的光催化剂和Cu催化剂，而且在一定程度上对水具有容忍性，表现较好的底物兼容，包括76个例子，具有较好的立体选择性，能够通过1,2-反式选择性的方式制备呋喃糖，或者通过α-选择性生成吡喃糖。此外，对于含有多个N原子的底物具有较高的位点选择性。2）在对生物活性化合物进行后期官能团化的反应中说明该反应方法的应用前景。 Liu, DP., Zhang, XS., Liu, S. et al. Dehydroxylative radical N-glycosylation of heterocycles with 1-hydroxycarbohydrates enabled by copper metallaphotoredox catalysis. Nat Commun 15, 3401 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-47711-9https://www.nature.com/articles/s41467-024-47711-92.Nature Commun：制备富含缺陷的纳米MOF无机材料的尺寸和缺陷对于催化非常重要，因此纳米粒子的尺寸和缺陷通常能够增强催化活性。目前，人们仍难以构筑尺寸较小同时具有大量缺陷的MOF。有鉴于此，巴黎文理研究大学Christian Serre、Antoine Tissot、鲁汶大学Tatjana N. Parac-Vogt等发展了一种符合可持续发展的方法设计含有大量缺陷的超小尺寸MOF（Zr, Hf），缺少的链接达到35 %，尺寸为4-6 nm。 1）通过先进的表征技术表征晶化的机理，并且鉴定缺陷位点的特征。超小尺寸MOF在肽的水解反应中表现优异的性能，包括高反应活性、选择性、分子扩散、稳定性等，而且通过改变反应溶剂就能够改变反应性和选择性。2）这种尺寸超小的M(IV)-MOF纳米粒子有助于发展多功能异相MOF催化剂。Dai, S., Simms, C., Patriarche, G. et al. Highly defective ultra-small tetravalent MOF nanocrystals. Nat Commun 15, 3434 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-47426-xhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-47426-x 3.厦门大学JACS：原位观测验证Ni(OH)2表面羟基促进电解水人们发现电化学界面对于提高HER的催化活性方面展现了关键作用。有鉴于此，厦门大学李剑锋教授、张月皎副教授等首次使用核壳结构Au/-Ni(OH)2纳米颗粒增强拉曼光谱提供了直接的光谱证据说明电化学界面对HER的重要作用，说明界面水分子和吸附的羟基物种（OHad）之间的相互作用对Ni(OH)2的HER催化活性的影响。1）这项研究结果说明，OHad和界面水分子之间的相互作用有助于形成弱氢键水分子，并且形成有利于HER催化反应进行的环境。此外，观测发现Au@2nm Ni(OH)2去质子化步骤从而验证OHad参与反应。通过拉曼和X射线光电子能谱发现Ni(OH)2向NiO相变。在相变过程中，水分子的OH拉伸振动频率发生显著的红移，说明表面OHad破坏了界面水分子的氢键网络。2）通过调控外壳厚度Au@Ni(OH)2，还验证OHad和界面水分子之间的相互作用。这项研究说明构筑电化学界面对于提高电催化性能的前景。 Huajie Ze, Zhi-Lan Yang, Mu-Lin Li, Xia-Guang Zhang, Yao-Lin A, Qing-Na Zheng, Yao-Hui Wang, Jing-Hua Tian, Yue-Jiao Zhang*, and Jian-Feng Li*, In Situ Probing the Structure Change and Interaction of Interfacial Water and Hydroxyl Intermediates on Ni(OH)2 Surface over Water Splitting, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c00948https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c009484.同济大学JACS：通过原子层限制拓扑转变实现超快锂存储的可重构碳单层-MoS2插层异质结构具有较大层间距的二维材料的插层结构有利于物质的传输，这在快速充电的锂离子电池(LIB)中具有广阔的应用前景。然而，所设计的插层结构在恶劣的工作条件下会被粉碎和破坏，导致电池的整体性能恶化。 近日，同济大学张弛，杨金虎等人提出了一种典型的层状材料MoS2的插层异质结构，其中MoS2由N掺杂的类石墨烯碳单层(MoS2/g-CM)通过聚合物插层策略插层而成，在循环过程中表现出作为LIB负极的可逆可重构的独特行为。1）研究人员提出了一种“碳单分子层受限的拓扑定向转变”的机制，并通过大量的原位/非原位表征得到了证实。2）插层异质结构MoS2/g-CM具有可重构性和有效的层间电子/离子传输，表现出前所未有的高达50 A g−1的倍容量和出色的长循环性能。3）将基于g-CM插层的策略扩展到MoSe2体系，实现了插层异质结构的可重构性，提高了LIB的性能，显示了其通用性和巨大的应用潜力。Kexuan Liao, et al, Reconstructable Carbon Monolayer-MoS2 Intercalated Heterostructure Enabled by Atomic Layers-Confined Topotactic Transformation for Ultrafast Lithium Storage, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.4c01550https://doi.org/10.1021/jacs.4c015505.南方科技大学Joule：Ni催化剂调节pH改善酸性电催化还原CO2Cu电催化剂进行电催化还原CO2是能够将CO2转化为高附加值C2和C3化学品的具有前景的方法，在酸性体系进行电催化具有很好的碳效率，但是酸性体系中，Cu催化生成C2+受到阻碍。有鉴于此，南方科技大学顾均教授、林蒙教授等报道气体扩散电极GDE/Cu/Ni-N-C串联催化剂，其中Ni-N-C催化剂能够将CO2转化为CO。1）与GDE/Cu催化剂相比，GDE/Cu/Ni-N-C串联催化剂生成C2+的性能提高5倍。 通过电化学表征和有限元模拟，说明GDE/Cu/Ni-N-C催化剂改善C2+的性能是因为调节了Cu催化剂附近的局部pH，而不是增加Cu催化剂附近的CO浓度。2）这项研究说明，生成CO催化剂结合构筑的串联催化剂能够调控Cu催化剂附近的pH，而不是在Cu催化剂附近生成CO中间体。Fu-Zhi Li, Hai-Gang Qin, Huan-Lei Zhang, Xian Yue, Lin-Ke Fu, Bingjun Xu, Meng Lin, Jun Gu, Another role of CO-formation catalyst in acidic tandem CO2 electroreduction: Local pH modulator, Joule 2024DOI: 10.1016/j.joule.2024.03.011https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S25424351240014666.Adv Mater：构筑Co-Se-W界面实现类贵金属HER成本较低的过渡金属硫化物是具有前景的电催化剂，但是硫化物的HER催化反应动力学难以让人满意，这严重阻碍硫化物催化剂应用于工业电解水器件。有鉴于此，天津大学杜希文、杨静、布鲁克海文国家实验室Xueru Zhao等报道一种纳米花结构的W掺杂立方相/正交相混合CoSe2催化剂（c/o-CoSe2-W），得到酸性/碱性都具有优异电催化HER性能的电催化剂。1）W掺杂能够将CoSe2的晶相从稳定的立方相自发相变为亚稳态正交晶相，不仅能够精确调控两个晶相的比例，而且W能够在界面上掺杂。因此c/o-CoSe2-W催化剂不仅能够在酸性/碱性电解液都表现类似Pt的HER催化活性，而且达到纪录的HER过电势，10 mA cm-2的碱性HER过电势为29.8 mV，酸性HER过电势为35.9 mV。这个性能比大多数非过金属电催化剂的性能都更好。 2）由于在c-CoSe2的界面形成Co-Se-W物种，而且能够调控催化活性位点的电子结构，增强Co位点的H2O吸附/解离， W位点的H*吸附能优化为ΔGH*≈0。Jingtong Zhang, Chuanqi Cheng, Liyang Xiao, Chunyan Han, Xueru Zhao, Pengfei Yin, Cunku Dong, Hui Liu, Xiwen Du, Jing Yang, Construction of Co-Se-W at Interfaces of Phase-Mixed Cobalt Selenide via Spontaneous Phase Transition for Platinum-Like Hydrogen Evolution Activity and Long-Term Durability in Alkaline and Acidic Media, Adv. Mater. 2024 DOI: 10.1002/adma.202401880https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.2024018807.AEM：用于电化学CO2捕获的电极、电解质和膜材料电化学方法是捕获二氧化碳（CO2）的有效方法之一，这是一种新兴的方法，其具有各种优点。近日，昆士兰大学Zhang Xiwang、Mike Tebyetekerwa等人综述研究了用于电化学CO2捕获的电极、电解质和膜材料。1) 该方法可以利用可再生能源，并且在环境条件下运行，以及易于控制反应速率。此外，它可以集成为即插即用模块，并且可以轻松地将二氧化碳捕获、储存和转化为增值化学品。2) 该方法是通过电活性材料实现的，电活性材料以电极、电解质和膜的形式捕获、分离和浓缩CO2。作者还总结了电极、电解质和膜的当前挑战和未来研究方向，为选择和设计用于电化学CO2捕获装置的材料提供了重要指导。Kaige Sun et.al Electrode, Electrolyte, and Membrane Materials for Electrochemical CO2 Capture Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202400625https://doi.org/10.1002/aenm.202400625具有大应变和大应力输出的轻质人工肌肉在机器人、康复、假肢和外骨骼等领域具有广阔的应用前景。尽管近年来基于碳纳米管的人工肌肉具有优异的性能，但其广泛使用受到与碳纳米管相关的高制造成本的阻碍。 近日，江苏大学丁建宁、程广贵和南洋理工大学Yeng Ming Lam等人介绍了一种基于纯导电聚合物盘绕纱开发人造肌肉的新方法。1）高强度导电聚合物微纤维的成功制造促进了这一成就。此外，该研究阐明了在电化学过程中发生的分子结构变化，这些变化导致微纤维的径向体积膨胀。由此产生的各向异性体积变化被盘绕的纱线放大，在5MPa的高应力下产生超过11%的显著收缩应变，相当于提升了超过其自身质量4000倍的负载，所有这些都是在1V的低输入电压下实现的。2）这些基于导电聚合物的人造肌肉表现出高达33%的水合诱导收缩，并通过电加热快速恢复，利用其固有的高导电性。这一突破将高性能导电聚合物微纤维定位为碳纳米管的一种极具成本效益的替代品，使其处于轻质人工肌肉的前沿。H. Hu, S. Zhang, M. Zhang, J. Xu, T. Salim, Y. Li, X. Hu, Z. Zhang, G. Cheng, N. Yuan, Y. M. Lam, J. Ding, Artificial Muscles Based on Coiled Conductive Polymer Yarns. Adv. Funct. Mater. 2024, 2401685. https://doi.org/10.1002/adfm.202401685
