福州大学Angew，上海交通大学JACS，中科院过程所Nature Commun等成果速递 |顶刊日报20241029
纳米人
2024-10-30
1.王心晨等Angew：B-N Lewis对调控激子增强共轭聚合物可见光催化在有机共轭聚合物半导体中，强激子效应非常常见，并且严重阻碍产生自由基载流子用于光催化。因此开发调控聚合物的激子解离的新型方法对于聚合物光催化受到快速的发展。有鉴于此，福州大学王心晨教授、蓝志安研究员等报道开发了一系列B-N Lewis对官能团修饰的共轭聚合物，能够调控电荷转移路径的方式，减少激子效应。1）理论计算研究发现B-N Lewis对能够显著的增加电荷转移的距离，增强电荷转移的数量，降低库伦吸引能量，因此有助于打破激子和和电荷载流子的平衡。2）进一步的实验结果表明单重态激子能够分解形成更多的电荷载流子，用于光激发的表面反应。优化得到的PyPBM聚合物光催化剂在光催化制氢性能和光催化合成H2O2实现指数级的增强。
Chenglong Ru, Xiaoyu Nie, Zhi-An Lan, Zhiming Pan, Wandong Xing, Sibo Wang, Jimmy C. Yu, Yidong Hou, Xinchen Wang, Regulation of Exciton Effects in Functionalized Conjugated Polymers by B-N Lewis Pairs for Visible-Light Photocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202417712https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202417712虽然簇催化剂在有机化学领域最近得到了发展，但是金属簇催化反应能够兼容的反应物通常无法表现比现有催化体系更好的性能。有鉴于此，香港大学何健、山东大学孙頔等报道开发了一种原子精确的Cu纳米簇催化剂用于氢硅烷化。 1）这种金属簇催化的氢硅烷化反应能够兼容的反应物包括烯烃以及结构简单炔烃，在现有Cu催化体系，这些反应物无法兼容。 2）作者发现在转移插入反应步骤过程团簇的金属核第二个Cu中心参与，是导致该反应具有更丰富兼容反应物的原因。此外，该反应体系对水具有容忍性，能够在开放的空气进行而不用惰性气氛保护。机理研究表明团簇催化氢硅烷化反应的过程没有硅基自由基参与。这项研究展示了金属纳米团簇具有实用性和可持续化学合成的应用前景。
Songwei Wen, Chengkai Zhang, Li-Juan Liu, Zhi Wang, Di Sun, Jian He, Stable and Recyclable Copper Nanoclusters with Exposed Active Sites for Broad-Scope Protosilylation in Open Air, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202416851https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024168513.Angew：热解碳是价格便宜高效多功能有机电极有机电化学合成技术是最具有前景的氧化还原反应能够开发一系列有用的有机转化过程。有鉴于此，Scripps研究所Phil S. Baran教授、Yu Kawamata等报道发现容易制备的热解碳电极能够用于多种交替极性电化学rAP(rapid alternating polarity)电化学催化转化反应，以及构筑C-C化学键和C-N化学键的反应。1）虽然电化学和电极发展了接近100年，但是对于有机合成化学的新型电极仍然没有很好的开发。这项研究有助于通过材料科学发展解决对于需要昂贵RVC-或GC-电极的需求。 2）热解碳能够作为经典无定形碳（价格昂贵或者不适用流动相反应）的替代催化剂。热解碳不仅在商业购置，而且有可能提供提供独特的催化反应活性。Tamara El-Hayek Ewing, Nils Kurig, Yoshio Robert Yamaki, Jiawei Sun, Timothy R Knowles, Asha Gollapudi, Yu Kawamata, Phil S. Baran, Pyrolytic Carbon: An Inexpensive, Robust, and Versatile Electrode for Synthetic Organic Electrochemistry, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202417122https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024171224.电子科技大学&清华大学&北理工JACS：通过可解释框架加快学习锂金属电池老化 高能量密度的Li金属电池是最有前景的长续航电气输运。但是Li金属电池面临着快速容量衰减和安全问题，阻碍了锂金属电池的应用，而且复杂的性能衰减导致电池设计和工程化变得非常困难。有鉴于此，电子科技大学彭翃杰研究员、清华大学张强教授、北京理工大学张学强教授等报道了一种可解释的模型，能够加快对包括79个电池以及电池参数的复杂数据的锂金属电池的老化。1）这个方法能够使用前10个周期的数据就可以准确的预测电池性能加速衰减的起点。通过这种可解释的框架，能够对最后10 %的深度放电对锂金属电池老化的关键作用进行解释。并且提出了具有普适性的描述符，能够对电池早期的循环数据对电解质进行快速的评价。2）机器学习给出的结果有助于促进设计双截断放电设计，能够将锂金属电池的寿命提高2.8倍。
Xinyan Liu, Bo-Bo Zou, Ya-Nan Wang, Xiang Chen, Jia-Qi Huang, Xue-Qiang Zhang*, Qiang Zhang*, and Hong-Jie Peng*, Interpretable Learning of Accelerated Aging in Lithium Metal Batteries, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c09363https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c093635.上海交通大学JACS：机器学习加快开发高熵氧化物催化剂由一元至三元金属氧化物演变的催化活性被相关实验得到非常深入研究，目前人们对于高熵氧化物（HEOs, 元素≥5）的相关仍缺乏。但是因为高熵氧化物的组成丰富，因此通过尝试法测试HEO催化剂的催化活性变得基本上不可能实现。有鉴于此，上海交通大学/宁夏大学张鹏飞教授等报道基于ACr2Ox催化体系的晶相和催化活性研究，发现尖晶石晶相和CH4催化氧化的活性之间具有强关联，这是因为通过机器学习模型得到比较准确的类似元素重要性次序。 1）通过对负面数据的寻找，并且选择合适的训练数据，因此开发了高品质的回归模型寻找更加优异的催化剂。2）筛选后发现，不规则的Ni0.04Co0.48Zn0.36V0.12Cr2Ox催化剂具有优异的抗硫和耐水蒸气性能，以及长期稳定性（>7000h，T90=345℃），展示了机器学习方法发展高性能HEO催化剂的前景。Xiaolan Duan, Yang Li, Jiahua Zhao, Mengyuan Zhang, Xiaopeng Wang, Li Zhang, Xiaoxuan Ma, Ying Qu, and Pengfei Zhang*, Machine Learning Accelerated Discovery of Entropy-Stabilized Oxide Catalysts for Catalytic Oxidation, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c12838https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c128386.JACS：I型光敏剂-聚合体可通过H聚集促进活性氧的产生以增强STING免疫治疗干扰素基因（STING）通路的激活能够增强抗肿瘤免疫。然而，如何将STING激动剂全身递送至肿瘤仍是一项严峻的挑战。此外，单一的STING疗法在临床试验中往往会导致耐药性的产生和自然杀伤细胞（NK）增殖的减少。有鉴于此，福建师范大学黄维院士、杨震教授和美国国立卫生研究院Albert J. Jin将STING激动剂diABZI封装在含有I型光敏剂（NBS）的聚合体中，制备了一种纳米激动剂（PNBS/diABZI），并将其用于实现高响应性肿瘤免疫治疗。1）该结构可促进H聚集和NBS的系间窜越，进而导致超氧阴离子和单线态氧的生成效率增加约3倍。研究发现，光动力治疗可以直接损伤乏氧肿瘤细胞，并刺激NK细胞和细胞毒性T淋巴细胞的增殖，以增敏STING免疫治疗。2）单次全身静脉给药的PNBS/diABZI可根除小鼠原位乳腺肿瘤，产生长期的抗肿瘤免疫记忆，抑制肿瘤的复发和转移，显著提高长期的无瘤生存。综上所述，该研究工作设计了一种通过促进系间窜越过程来促进活性氧产生的新策略，所构建的I型光敏剂-聚合体载体在增强STING免疫治疗方面具有重要的应用潜力。 Zhixiong Wang. et al. A Type I Photosensitizer-Polymersome Boosts Reactive Oxygen Species Generation by Forcing H‑Aggregation for Amplifying STING Immunotherapy. Journal of the American Chemical Society. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c09831https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c098317.中科院过程所Nature Commun：大规模合成一维MAX相材料MAX相是独特的层状三元化合物，MAX的二维衍生物MXene材料受到许多领域的广泛关注，特别是1D能够产生独特性质，更好的组装能力，适用于更广阔的应用场景。有鉴于此，中国科学院过程工程研究所王钰研究员等报道一种在molten盐环境，将额外原子组装到纳米纤维模板上的合成1D MAX相的策略，能够原位晶体转变，通过这种方法大规模合成了多种1D MAX相。 1）通过Ti2AlC纳米纤维膜与Cu箔结合通过热压工艺制备得到的层层复合结构。含1% Cu的1D Ti2AlC层层复合物能够通过这种方法转变，得到98%的IACS%导电率，0.08的摩擦系数，而且维持机械力学性质，能够用于工业领域。Li, Y., Kong, H., Yan, J. et al. Large-scale conformal synthesis of one-dimensional MAX phases. Nat Commun 15, 9275 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53137-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-53137-08.北京化工大学Nature Commun：对氧化钼纳米酶进行价态工程化和催化选择性调节以用于急性肾损伤治疗和治疗后评价优化纳米酶的类酶催化选择性是实现特异性活性氧（ROS）相关应用的关键。此外，对ROS进行实时监测对于示踪治疗过程而言也至关重要。有鉴于此，北京化工大学汪乐余教授和胡高飞教授设计了一种温和的氧化价态工程化策略，即以可控的方式调节Pluronic F127包被的MoO3-x纳米酶（用MF-x表示，x：氧化时间）中Mo的价态，旨在提高其用于H2O2相关催化反应的特异性，从而实现特异性治疗和对ROS相关疾病的监测。1）研究发现，MF-0（Mo均价4.64）和MF-10（Mo均价5.68）分别具有最佳的类过氧化氢酶（CAT）活性和类过氧化物酶（POD）活性。研究者通过基于自由能图和电子结构分析的密度泛函理论（DFT）计算揭示了MF-0-和MF-10催化反应过程的最有利反应路径，并阐明了H2O2活化途径对Mo基纳米酶的作用机理。2）实验结果表明，MF-0在急性肾损伤（AKI）治疗方面具有重要潜力，其能够在体内外实现良好的治疗效果。在治疗过程中，MF-0的ROS响应性光声成像（PAI）信号能够用于实时监测体内治疗效果和治疗后评估，从而为ROS相关疾病的诊断提供了一种理想的非侵入性方法。 Liangyu Li. et al. Valence-engineered catalysis-selectivity regulation of molybdenum oxide nanozyme for acute kidney injury therapy and post-cure assessment. Nature Communications. 2024https://www.nature.com/articles/s41467-024-53047-1
