纳米前沿顶刊日报 20181203

纳米人

2018-12-03

1.Joule综述：有机热电从材料制备、性能优化到器件集成！

热电技术可以直接将废热转化为热，是新兴清洁能源中的杰出代表之一。据估计，2024年全球热电发电机市场将达到近10亿美元。其中，有机热电发电机由于质量轻、成本低、柔性等一系列优势而更具优势。西安交通大学Wang等人从材料制备、性能优化到器件集成，分三个板块系统综述了有机热电领域的历史、现在和未来。

Wang H & Yu C. Organic Thermoelectrics:Materials Preparation, Performance Optimization, and Device Integration[J].Joule, 2018.

DOI: 10.1016/j.joule.2018.10.012

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30503-8

2.Sci. Adv.：高能水性铝电化学电池！

Al³⁺使得基于Al的电化学电池具有高达8040 mAh cm^-3的体积比理论容量，是锂金属负极的4倍左右。其问题在于Al表面形成的钝化Al₂O₃膜导致整体性能的降低。康奈尔大学Lynden Archer团队构建了一种人工SEI，实现了高能水性铝电化学电池。团队在金属Al和离子液体电解质之间形成SEI膜，发现这种人工SEI可以永久改变金属界面化学。基于此，研究人员构建了一种简单的Al||MnO₂水性电池，实现了500 Wh/g比能量（基于正极中MnO₂的质量）。

Zhao Q, Archer L, et al. Solid electrolyte interphases for high-energy aqueous aluminum electrochemical cells[J]. Science Advances, 2018.

DOI: 10.1126/sciadv.aau8131

http://advances.sciencemag.org/content/4/11/eaau8131

3.Nat. Commun.：溶剂化镁离子嵌入实现高效镁离子电池！

克服由Mg²⁺和宿主材料之间强相互作用引起的迟缓动力学，是可充电镁电池的主要挑战。研究人员使用溶剂化的镁离子[Mg(DME)_x]²⁺嵌入层状材料结构中，实现了具有快速脱嵌动力学的镁电池。研究表明，通过二甲氧基乙烷溶剂化可以降低镁离子的高电荷密度，降低扩散能垒，避免了正极-电解质界面缓慢的去溶剂化过程，并降低了正极晶格对阳离子的捕获能力，促进了镁离子的扩散。使用纳米结构MoS₂@C多孔纳米棒进行验证，电池性能得到显著改进。同时，研究人员在镁离子嵌入体系中首次观察到溶剂化镁离子嵌入期间，MoS₂从半导体2H相到金属1T相的嵌入诱导相变。

Li Z, Mu X, Zhao-Karger Z, et al. Fastkinetics of multivalent intercalation chemistry enabled by solvated magnesium-ions into self-established metallic layered materials[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07484-4

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07484-4

4.Nat. Commun.：超快速超稳定钠离子电池！

层状结构的钠过渡金属氧化物由于结构不稳定性和电极动力学缓慢，造成循环性差和倍率性能低。研究人员首次报道了高Na含量的水钠锰矿-NaMnO_2-y(OH)_2y·0.10H₂O，其通过Mn₃O₄纳米阵列上的两步水热处理获得。通过在Ar气中退火高Na含量的水钠锰矿-NaMnO_2-y(OH)_2y·0.10H₂O以去除结晶水，得到单斜晶NaMnO_2-y-δ(OH)_2y,这是一种带有Na/Mn(OH)₈六面体和Na/MnO₆八面体的单斜晶系多晶型物，由于层状结构中八配位点的H'3堆叠和六配位点O'3堆积共存，因此层间距离增大约7埃，这有利于快速的钠离子迁移和良好的结构稳定性。在Ar气中退火期间，氧空位也被引入晶格中，这极大地增加了层状材料的导电性。结合有利的纳米片形态，NaMnO_2-y-δ(OH)_2y正极0.2 C下提供高达211.9 mAh g-1的比容量，优异的循环性能（1000次循环后94.6％的容量保持率）和倍率性能（50 C下156.0 mAh g^-1）。

Xia H, Zhu X, Liu J, et al. A monoclinic polymorph of sodium birnessite for ultrafast and ultrastable sodium ionstorage[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07595-y

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07595-y

5.Angew.：遗传编码脂质氨基酸用于延长蛋白质在体内的半衰期

蛋白质疗法被越来越多地应用于各种疾病的治疗，但其也存在着血液循环半衰期短的问题。一种新兴的策略是将脂肪酸附着在蛋白质上，从而增加其与人血清白蛋白(HSA)的结合，进而延长其在体内的半衰期。Fu等人证明了HepoK是一种基因编码的非天然氨基酸，在体内具有有益的生理作用，即可以对含有氨基酸的脂肪酸进行遗传编码，并重组产生治疗性多肽和蛋白，而且可以结合HSA以延长其血液循环的半衰期。

Fu C Y, Chen Q, et al. Genetically Encoding a Lipidated Amino Acid for Extension of Protein Half-life in vivo[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI: 10.1002/anie.201811837

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201811837

6.南卫理工会大学Angew.：用于活细胞HNO定量和实时监测的化学发光探针

氮杂环酮(Azanone,HNO)是一种活性氮物质，具有治疗心血管功能障碍的潜力。而了解HNO的生物学效应和推动其进一步临床应用的一个关键障碍是对生命系统中HNO的定量实时监测。An等人介绍了一种化学发光探针HNOCL-1的设计与合成，该探针可以检测出从低至138 nM的HNO。实验利用这种探针的高灵敏度开发了一种基于动力学的方法，该方法可以对HNO浓度进行实时定量估计，并且其与计算模拟的结果吻合良好。该方法也可用于测定硫化氢(H₂S)和一氧化氮(NO)产生的微量HNO浓度。最后实验证明了HNOCL-1可以监测活细胞和组织中HNO的动态变化，显示了该方法在活系统中跟踪HNO的实用性。

An W W, Ryan L S, et al.A Chemiluminescent Probe for HNO Quantification and Real-time Monitoring in Living Cells[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI:10.1002/anie.201811257

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201811257

7.AM：微创和再生疗法

生物材料的合成和制造、干细胞生物学、生物成像、显微外科手术和显微技术的进步，使得微创疗法成为再生医学中的一个高效工具。通过将细胞、生物材料、生物分子及其组合以微创的方式递送给患者，可以在患者体内再生不同的组织，如骨、软骨、胰腺、心脏、骨骼肌、肝脏、皮肤和神经组织等等。而纳米生物材料和软生物电子器件也为进一步发展微创和再生疗法(MIRET)提供了许多契机。一般情况下，微创递送方法与传统递送方法相比，具有产率高，并发症风险低，成本低的优点。Ashammakhi等人综述了微创技术在人体再生治疗中的应用；介绍了MIRET在不同组织器官治疗中的应用；最后对这一领域面临的挑战和未来的展望进行了介绍。

Ashammakhi A, Ahadian S, et al. Minimally Invasive and Regenerative Therapeutics[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201804041

https://doi.org/10.1002/adma.201804041

8.AFM：用于再生生物医学的胶原生物材料

近几十年来，胶原蛋白是生物医学应用中用途最广泛的生物材料之一。目前，关于设计新颖的胶原生物材料并将其应用于组织再生的概念被多次提出。已有的案例也证明了不同类型和不同物理形态的胶原生物材料可以通过不同的方法制备并促进不同组织的再生。在此基础上，Lin等人综述了胶原生物材料的常见物理形式和常用的改性方法，包括水凝胶、支架、微球等，并介绍了它们在组织器官再生中的应用；随后介绍了一些实例以说明这些胶原生物材料的细胞反应和其在组织再生方面的应用；并对胶原生物材料的局限性及其未来的发展趋势进行了简要的评价。

Lin K L, Zhang D W, etal. Advanced Collagen-Based Biomaterials for Regenerative Biomedicine[J]. Advanced Functional Materials, 2018.

DOI:10.1002/adfm.201804943

https://doi.org/10.1002/adfm.201804943