浙大，华科&浙理工JACS，国家纳米科学中心Angew，大化所Nature Commun等成果速递 |顶刊日报20241202
纳米人
2024-12-03
1.浙江大学JACS：通过COF膜的垂直方向质子化增强光催化脱盐传统的脱盐方法通常需要非常高的能量，而且难以去除痕量离子，相比的天然离子泵具有优异的性能，目前的合成体系通常具有非常短的激子寿命，限制了产生电场促进产生离子泵。有鉴于此，浙江大学孙琦研究员、浙江师范大学王赛等报道使用酸催化液相界面聚合反应合成垂直方向亚胺结构的质子化的COF膜促进光吸收和降低电荷的复合，实现了创新式的COF膜利用方法。1）这构筑独特的层内、层间异质结，促进层内杂化，在光照下产生非常强的内建电场。这种改善作用使得COF膜能够实现超高浓度梯度(2000:1)的离子传输，传输速率达到3.2×1012 ion s-1 cm-2，将离子浓度降至ppm。 2）这种性能超过了传统的反渗透膜技术，是太阳能脱盐技术的新突破，显著的降低能源消耗和二次浪费。 Weipeng Xian, Xiaoyi Xu, Yongxin Ge, Zhiwei Xing, Zhuozhi Lai, Qing-Wei Meng, Zhifeng Dai, Sai Wang*, Ruotian Chen, Ning Huang, Shengqian Ma, and Qi Sun*, Efficient Light-Driven Ion Pumping for Deep Desalination via the Vertical Gradient Protonation of Covalent Organic Framework Membranes, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c12829https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c128292.JACS：2D vdW层间设计实现超室温铁磁性 目前大多数调节材料物理化学性质的方法是通过化学键的打破/生成新化学键的方式，化学键打破/生成新化学键对局部结构造成不可避免的影响。二维铁磁材料是自旋忆阻器和量子器件的关键，单数目前大多数二维铁磁材料只能在低温下保持铁电性质，在室温或者更高温度下控制2D材料铁磁性能的方法还没有报道。有鉴于此，华中科技大学常海欣教授、浙江理工大学宋昌盛副教授等报道非破坏性的vdW界面铁磁策略，实现了高于室温的铁磁调控。1）通过非磁性vdW MoS2, WSe2, Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3与2D vdW铁磁Fe3GaTe2之间vdW耦合，将Curie温度提高至400K，是目前2D铁磁材料最好的。而且实现了室温垂直磁各向异性（perpendicular magnetic anisotropy）和340K的非常规反常霍尔效应。
2）这种现象来自界面电荷转移和自旋-轨道耦合的磁交换相互作用和磁各向异性。这项工作为调控vdW层间磁化学和实现多功能2D异质结提供方法。Gaojie Zhang, Hao Wu, Li Yang, Zheng Chen, Wen Jin, Bichen Xiao, Wenfeng Zhang, Changsheng Song*, and Haixin Chang*, Above-Room-Temperature Ferromagnetism Regulation in Two-Dimensional Heterostructures by van der Waals Interfacial Magnetochemistry, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c13391https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c133913.Angew：塑料结合DNA适配体用于检测微塑料塑料是现代技术应用的关键材料，但微塑料对环境的污染已成为人们日益关注的问题。有鉴于此，滑铁卢大学刘珏文教授、上海交通大学Yu Zhao等发展了对两种最丰富的塑料(聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）)材料应用的DNA适配体。1）这些适配体含有约90%的胞嘧啶和胸腺嘧啶，嘌呤含量仅为10%。其中，PVC-1适配体与PVC的结合能力是随机序列DNA的6倍。在测试的塑料材料中，PVC和PS表现出最高的比结合能力。使用荧光标记的PVC-1适配体，能够检测浓度仅为1 mg的PS/PVC微塑料，适配体对微塑料的选择性高于其他环境相关材料，比如二氧化硅。2）分子动力学模拟表明，适配体试图最大限度地与塑料表面接触以进行吸附。这种塑料结合适配体有望应用于环境监测，有助于开发表面结合适配体。 Mohamad Zandieh, Xin Luo, Yu Zhao, Chuanliang Feng, Juewen Liu, Selection of Plastic-Binding DNA Aptamers for Microplastics Detection, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202421438https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024214384.Angew：串联控制的动态DNA组装可实现对cGAS-STING刺激的时间选择性正交调节尽管可控的DNA结构重组在生物应用领域中取得了重要进展，但目前仍缺乏能够对免疫通路进行正交调节的策略。有鉴于此，国家纳米科学中心李乐乐研究员和Fangzhi Yu首次开发了一种内源性和外源性串联调节的DNA组装策略，该策略能够正交可控刺激环GMP-AMP合成酶(cGAS)-干扰素基因刺激因子（STING）通路。 1）研究者利用碱基位点（AP）连接的阻断序列对含有两个回文序列的DNA基序进行工程化改造，以抑制其自组装功能。脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶-1（APE1）触发的AP位点的酶切能够使DNA基序发生重新配置和自组装，以形成长双链结构，从而可实现cGAS催化活性的变构激活，产生用于刺激STING的2'3'-环-GMP-AMP。2）研究发现，APE1调节的DNA组装可实现cGAS-STING信号的细胞选择性激活。实验结果表明，利用光切割基团对DNA基序进行再工程化改造后，酶触发的DNA组装能够实现cGAS-STING刺激操作（开关“ON”），而光介导的双链DNA分裂则可以终止这种刺激（开关“OFF”），从而能够对免疫调节进行正交控制。综上所述。该研究工作开发了一种内源性和外源性串联调控策略，其能够以正交控制的方式调节cGAS-STING通路。 Xiangfei Li. et al. Tandem-Controlled Dynamic DNA Assembly Enables Temporally-Selective Orthogonal Regulation of cGAS–STING Stimulation. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202417916https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024179165.大连化物所Nature Commun：构筑鳞片状结构MOF膜实现优异的丙烷/丙烯分离制备具有丙烷/丙烯选择性和较高机械稳定持久性和能够大规模生产的MOF膜是个巨大挑战。有鉴于此，中国科学院大连化物所杨维慎研究员、彭媛副研究员等报道受到生物学的耐磨损结构其他，发现以正切结构交错的ZIF-67膜（TN-ZIF-67）能够分离丙烯/丙烷混合物，一步获取聚合物级纯度的丙烯。1）这种TN-ZIF-67膜具有优异丙烯/丙烷分离性能的原因来自消除了晶体之间缺陷、ZIF-67具有一定的晶格柔性、膜表面的耐磨性质。TN-ZIF-67膜对丙烷/丙烯混合物分离的系数达到221，在存储1.5年后或者反复打磨造成磨损等处理之后的分离性能没有改变。
2）这种膜能够放大到4mm直径的管状基底。这项工作开发了一种设计无缺陷耐磨损MOF膜，并且实现优异的分离性能和优异的稳定性，有可能用于工业领域。Shu, L., Peng, Y., Zhu, C. et al. Metal-organic framework membranes with scale-like structure for efficient propylene/propane separation. Nat Commun 15, 10437 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54898-4https://www.nature.com/articles/s41467-024-54898-46.Science Advances：柔性机光双响应钙钛矿分子铁电复合材料用于高级防伪和加密混合有机-无机分子铁电体已成为多功能压电器件的有前途的材料。然而，由于它们固有的脆性和较差的延展性，它们在实际应用中面临挑战。在此，东南大学吴俊，游雨蒙等人提出了一种柔性机械-光学双响应分子铁电复合材料，将三甲基氯甲基铵(TMCM)-MnCl3掺入苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯(SEBS)基质中。1）SEBS/TMCM-MnCl3表现出优异的可拉伸机械性能（拉伸应变>1300%，厚度为30μm）、压电性和光致发光性，可实现先进的视觉-触觉融合防伪和加密应用。防伪和防篡改标签分别基于模式识别和压电响应来判断有价物品是真是假或被篡改。2）研究人员还设计了具有三层加密的高安全性密码键盘，提供更多的密码组合（比传统仅依赖数字加密的密码设备多出524,288倍），并提高了针对破解尝试的安全可靠性。 这项工作可以启发多功能光电材料的设计，并在人机界面、信息安全和先进机器人技术中实现视觉-触觉融合的智能应用。
Shengshun Duan, et al, Flexible mechano-optical dual-responsive perovskite molecular ferroelectric composites for advanced anticounterfeiting and encryption, Sci. Adv. 10, eadr2886 (2024) DOI：10.1126/sciadv.adr28867.Chem. Soc. Rev.：金属有机框架（MOF）设计和合成的发展：从大规模尝试、面向功能的修饰到人工智能（AI）预测由于金属-有机框架（MOF）具有优异的多孔性，人们对其研究兴趣激增，对其设计、合成、性能和应用的大量研究证明了这一点。近日，德州农工大学周宏才从大规模尝试、面向功能的修饰到人工智能（AI）预测对MOF设计和合成的发展进行了综述研究。1) 这一不断扩大的研究领域推动了MOF设计和合成精确调控的快速进展。最初以大规模合成方法为主，该领域已朝着更有针对性的功能修饰发展。2) 最近，计算科学的整合，特别是通过人工智能预测，迎来了一个创新的新时代，实现了更精确、更高效的MOF设计和合成方法。本综述的目的是为读者提供MOF设计和合成发展过程的广泛概述，并提出未来发展的愿景。
Zongsu Han et.al Development of the design and synthesis of metal–organic frameworks (MOFs) – from large scale attempts, functional oriented modifications, to artificial intelligence (AI) predictions Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D4CS00432A8.郭林等Chem：原子层Ag纳米片SERS检测单分子虽然2D纳米材料具有突出的优势，但是因为通常金属键没有特定方向，因此如何制备原子层厚度的独立稳定金属纳米片仍然是个巨大挑战。有鉴于此，北京航空航天大学郭林教授、刘利民教授、伊比利亚国际纳米技术实验室（INL）郭天琪等报道开发了配体限域策略制备原子层厚度Ag纳米片。 1）通过调控配体实现稳定超薄2D结构，构筑限域空间，降低表面能，避免了Ag的团聚。这种原子层厚度2D结构具有独特的量子限域效应，比如能级分裂导致Ag表面产生均匀的热点，促进产生表面增强Raman性能（SERS）。通过这种电磁效应和化学增强之间的共同作用，在检测双酚F分子（BPF）浓度低质10-17 M。原子层厚度的贵金属SERS技术有助于产生优异的超高灵敏度，优异的均匀性和重复性。
2）这项研究为原子层厚度贵金属纳米片材料的制备和应用于SERS，促进产生高灵敏度、均匀、可重复的SERS检测提供理论和实验指导。 Pengfei Hu, Haosen Yang, Rutong Si, Bin Wei, Xiaotian Wang, Ziyan Xu, Xiuyi Yang, Tianqi Guo, Ralph Gebauer, Gilberto Teobaldi, Li-Min Liu, Zhongchang Wang, Lin Guo, Atomically thin Ag nanosheets for single-molecule SERS detection of BPF, Chem 2024, 10, 3364-3373DOI: 10.1016/j.chempr.2024.06.020https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929424002997
