王亮Angew，邓德会Angew综述，施剑林院士JACS，王钻开AM综述等成果速递 |顶刊日报20241204
纳米人
2024-12-05
1.浙江大学Angew：脱铝分子筛内的超小尺寸Ni具有持久高活性脱氢性能催化剂合成过程中，每个步骤都对催化剂结构的调控起着重要作用。有鉴于此，浙江大学王亮教授等研究沸石负载的镍催化剂，发现传统煅烧还原方法通常导致形成较大的镍，但是在最终还原前，在氢气或氮气中低温预老化处理导致形成金属态的超小尺寸镍。 1）这种预老化处理有助于在金属盐分解之前，Ni2+阳离子和沸石上的硅烷醇巢之间的相互作用，从而形成平均直径约为1.2nm的纳米粒子。相比之下，在氧气中预煅烧导致Ni2+在金属盐前体分解之前聚集，产生大于5nm Ni纳米粒子。2）考虑到Ni在环己烷脱氢制氢反应的结构敏感性，与以往报道的Ni催化剂相比，超小尺寸Ni纳米颗粒表现出显著增强的活性和耐久性。
Huixin Wu, Hai Wang, Yating Lv, Yuexin Wu, Yike Wang, Qingsong Luo, Yu Hui, Lujie Liu, Mengting Zhang, Kunming Hou, Lina Li, Jianrong Zeng, Weili Dai, Liang Wang, Feng-Shou Xiao, Ultra‐small Metallic Nickel Nanoparticles on Dealuminated Zeolite for Active and Durable Catalytic Dehydrogenation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202420306https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024203062.大连化物所Angew综述：二维材料从模型催化剂走向实用化二维材料具有完全暴露的活性位点和特殊电子结构，因此在许多催化反应中得到应用。真实催化剂通常为块体或者颗粒结构不同，2D材料具有更明确的结构。2D材料容易进行结构调控，因此成为理想的催化剂模型用于研究催化剂的结构-功能关系，这有助于更加准确的设计催化剂。有鉴于此，中国科学院大连化物所邓德会研究员等从基础研究和真实的催化和应用情况总结2D材料的独特功能。1）总结了几种典型的2D材料，包括石墨烯、过渡金属硫化物、金属/金属氢氧化物。介绍了基础研究的2D材料结构特点和优势，对2D材料作为结构模型用于结构-性能关系的研究进行总结，特别将理论计算和结构研究结合。另外总结2D材料的发展机会和面临的挑战。
2）这项综述讨论了催化剂的结构和组成的设计，有助于二维材料从基础研究走向工业应用提供帮助。Mo Zhang, Zifeng Wang, Xin Bo, Rui Huang, Dehui Deng, Two‐dimensional catalysts: from model to reality, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202419661https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024196613.中山大学Nature Commun：碱式碳酸铜晶体OH基团非碳酸酯电解液催化H2O2水氧化是具有前景的H2O2制备路径，但是通常依赖碱性碳酸氢盐电解液作为中间体，包括H2O2分解、pH区间有限（7-9）等问题，严重限制了水氧化制备H2O2技术的发展。 有鉴于此，中山大学胡卓锋副教授等报道发现晶体OH介导路径稳定SO4OH*关键中间体，使用金属铜表面常见的碱性碳酸铜作为H2O2催化剂。1）发现文物中极为常见的碱性碳酸铜（Cu2(OH)2CO3）能够在中性或者酸性的非碳酸氢盐电解液中催化产生H2O2。在50mL 0.5M Na2SO4电解液和3.4V vs, RHE，生成H2O2的产量达到64.35μmol h-1。 2）发现电解液中的SO4能够与和Cu2(OH)2CO3中的OH结合并且生成SO4OH*，随后SO4OH*转化为OOH和SO3，因此生成O-O。DFT计算O-O键的长度为1.47Å，和H2O2分子的O-O键长接近（1.48Å）。OH和Cu2(OH)CO3结合重新生成Cu2(OH)2CO3。SO3和另一个水分子结合生成SO3·H2O，随后与OH反应生成HSO4*，并释放H+。这项研究展示了催化剂的晶体成分对于2e- WOR反应的关键作用，为深入研究提供帮助。 Wang, R., Luo, H., Duan, C. et al. Crystal OH mediating pathway for hydrogen peroxide production via two-electron water oxidation in non-carbonate electrolytes. Nat Commun 15, 10456 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54593-4https://www.nature.com/articles/s41467-024-54593-44.Nature Commun：分子筛晶体膜用于蓝色能源回收蓝色能源（Blue energy）作为盐度梯度变化产生的清洁能源受到人们的广泛关注，人们发现通过无定形材料构成的带电薄膜材料能够用于收集蓝色能源，但是通常面临能量密度低的问题。晶体材料具有本征多孔有序结构，能够克服这种局限。分子筛材料是具有规则亚纳米流动通道并且电荷密度可调控的晶体材料，有可能解决这个难题。有鉴于此，沙特阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)赖志平教授等报道NaX分子筛材料能够作为高性能膜用于收集蓝色能源。1）NaX分子筛薄膜在50倍NaCl浓度梯度可以达到21.27W m-2功率密度，性能超过了目前最好的膜材料。测试其实际应用，发现在红海/河、死海/河、青海盐水/河的功率密度分别达到29.1W m-2、81.0W m-2、380.1W m-2。2）分子筛膜能够在高碱性（~0.5M NaOH）工作，CO32-/OH-的分离选择性达到25。这项研究结果表明分子筛膜材料在蓝色能源的发展前景，具有蓝色能源领域的发展机会。 Wei, R., Liu, X., Cao, L. et al. Zeolite membrane with sub-nanofluidic channels for superior blue energy harvesting. Nat Commun 15, 10489 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54755-4 https://www.nature.com/articles/s41467-024-54755-45.JACS：铁基纳米催化剂可实现铁死亡-焦亡调节以增强肿瘤免疫治疗参与先天和适应性免疫反应的免疫原性细胞死亡是增强抗肿瘤免疫治疗的关键机制。然而，哪种细胞死亡模式（如铁死亡或焦亡）是激活免疫反应的最佳途径目前仍不明确。有鉴于此，中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林院士和胡萍研究员开发了一种新型铁基纳米催化药物，其能够策略性地实现从铁死亡到焦亡的调节，以增强抗肿瘤免疫治疗。1）实验利用铁与羰基氰化物间氯苯腙（CP）之间复杂的相互作用设计了一种纳米药物，其能够在肿瘤细胞内将铁死亡调节为更具免疫原性的焦亡。体外分析发现，与未掺入CP的铁死亡诱导对比药物相比，包封CP的铁基纳米药物（HFCP）可以有效诱导癌细胞焦亡，进而能够在根除肿瘤细胞和刺激免疫应答等方面表现出显著增强的效果。2）实验结果表明，HFCP不仅能够有效抑制原发肿瘤，还可以抑制未治疗的远端肿瘤的生长，并且具有显著的诱导免疫记忆的作用。综上所述，该研究证明了HFCP诱导的焦亡是一种比铁死亡更有效的肿瘤免疫治疗方法，其具有通过逆转免疫抑制性肿瘤微环境和有效调节免疫原性细胞死亡模式等机制实现长期免疫治疗的重要潜力。 Qishuai Feng. et al. Ferroptosis to Pyroptosis Regulation by Iron-Based Nanocatalysts for Enhanced Tumor Immunotherapy. Journal of the American Chemical Society. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c08304https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c083046.JACS：高度稳定的近红外二区发光双自由基用于癌症光学诊疗近红外二区（NIR-II）光学诊疗制剂是实现癌症早期诊断和精准治疗的重要工具。得益于较强的自旋-耦合效应和近红外光捕获能力，具有独特结构和窄带隙的有机开壳双自由基有望能够成为一种理想的光学诊疗制剂。然而，由于存在高化学反应性和自吸收性等问题，因此如何构建稳定高效的NIR-II发光双自由基仍是一项严峻的挑战。有鉴于此，内蒙古大学王建国教授和武利民教授采用受体平面化/π共轭扩展和供体旋转策略成功制备了两种高度稳定的NIR-II发光双自由基，即2PhNVDPP和PhNVDPP。 1）被封装成水分散纳米颗粒（NPs）后，2PhNVDPP NPs具有NIR-II发光特性，PCE高达53%，并且其光热稳定性也得到了显著的改善。2）体内实验结果表明，2PhNVDPP NPs能够清晰地显示血管和肿瘤，并且可以在NIR-II成像的引导下成功实现肿瘤光热消融。综上所述，该研究不仅开发了一种具有NIR-II发光、高度稳定的双自由基光学诊疗制剂，而且也为增强多模态抗癌治疗的有效性提供了新的见解。Lina Feng. et al. Highly Stable Near-Infrared II Luminescent Diradicaloids for Cancer Phototheranostics. Journal of the American Chemical Society. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c11549 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c115497.JACS：FeN4和Sn-Nx协同作用促进ORR电催化在质子交换膜燃料电池中部署具有嵌入金属-氮-碳（M-N-C）部分的多孔碳作为无铂族金属（PGM）电催化剂的一个巨大挑战是它们的快速降解和较差的活性。有鉴于此，田纳西大学Yingwen Cheng、美国西北太平洋国家实验室邵玉燕、布鲁克海文国家实验室Qin Wu等报道通过原子Sn-Nx位点来调节Fe-N4位点的局部环境，实现了同时提高耐久性和活性。1）研究发现，Sn-Nx位点不仅促进形成更稳定的D2-FeN4C10位点，而且活化产生独特的D3-SnNx-FeIIN4位点，D3位点的特征是原子分散的桥接Sn-Nx和Fe-N4。D3位点的稳定性显著改善，因为反应途径从单位点缔合机制转变为双位点解离机制，相邻的Sn位点促进了O-O键在较低的过电位断裂，因此D3位点能够显著改善脱金属的稳定性，氧还原反应（ORR）的TOF提高了数倍。2）这种机制能够避免脱金属不可避免的中间体（两个羟基中间体与一个铁位点结合）介孔Fe/Sn PNC催化剂的ORR半波电位朝正向偏移，产生的过氧化物降低了50%以上。通过稳定的D3位点和丰富的D2 Fe位点之间的结合，显著提高了催化剂的耐久性。 Fan Xia, Bomin Li, Bowen An, Michael J. Zachman, Xiaohong Xie, Yiqi Liu, Shicheng Xu, Sulay Saha, Qin Wu*, Siyuan Gao, Iddrisu B. Abdul Razak, Dennis E. Brown, Vijay Ramani, Rongyue Wang, Tobin J. Marks, Yuyan Shao*, and Yingwen Cheng*, Cooperative Atomically Dispersed Fe–N4 and Sn–Nx Moieties for Durable and More Active Oxygen Electroreduction in Fuel Cells, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c11121https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c111218.香港理工大学AM综述：生物聚合物在电子皮肤领域的材料设计和应用在过去的几年里，人们迅速探索了天然和合成材料来构建电子皮肤（e-skin），并模拟人类皮肤的多感官功能，受到了具有前景的应用驱动。在功能性电子皮肤中使用的各种材料中，生物聚合物因其出色的生物相容性和丰富的资源而特别引人注目。尽管在工程生物聚合物材料方面取得了显著进展，但缺乏对为生物聚合物衍生的电子皮肤（Bp-e-skins）量身定制的生物聚合物的设计、合成和改性进行及时和全面的审查。 有鉴于此，香港理工大学王钻开教授、張寶萍副教授等综述报道总结调节生物聚合物在电子皮肤有关材料的相关设计和应用。1）生物聚合物的关键属性，为开发功能性Bp-E-Skins奠定了基础。系统讨论了利用各种天然和合成生物聚合物作为构建Bp-E-Skins的最新进展，为最大限度地发挥生物聚合物的独特属性提供了见解。通过强调了异质复合材料和结构工程对受自然启发的Bp-E-Skins的好处，为E-Skins的发展注入了新的动力。 2）总结Bp-E-Skins的多感官功能应用，包括本地监控和远程远程操作，以及为电子皮肤提供动力的可持续能量收集。最后，提出了推进Bp-E-Skins仍然具有的技术挑战，用于促进模仿甚至超越人类皮肤的设计。 Hong Zhu, Jinpei Wang, Xiao Yang, Baoping Zhang, Zuankai Wang, Tailoring Biopolymers for Electronic Skins: Materials Design and Applications, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202413112https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202413112
