纳米前沿顶刊日报20190112

纳米人

2019-01-12

1.Nature：超快爱因斯坦-德哈斯效应

爱因斯坦-德哈斯效应最初发现于一项里程碑实验——铁磁体中规则排列的电子自旋产生的角动量，通过施加外加磁场实现磁化方向逆转，能转化为力学角动量。与此相关的一个问题是角动量转移的时间尺度。先前实验证明，在几种金属磁体中，强烈的光致激发将导致100飞秒以下时间尺度的磁化下降——这种现象称为超快退磁。虽然此过程的微观机理一直是争论热点，但有一个关键问题尚未解决，即在这些飞秒时间尺度下角动量的去向。

有鉴于此，瑞士苏黎世联邦理工学院S. L. Johnson等人通过飞秒时间分辨X射线衍射证明，铁磁性的铁在激光退磁条件下，其自旋系统的大部分角动量损失在亚皮秒时间尺度上被转移到晶格，激发出由表面传播至体相的横向应变波。基于计算机仿真和光学数据，作者对X射线数据模型进行了拟合，估测出角动量转移发生在200飞秒的时间尺度上，且对应于自旋系统中80%的角动量损失。这些研究结果表明，在此类系统中，与晶格的相互作用对超快退磁发挥着至关重要的影响。

Dornes C, Acremann Y, Savoini M, et al. Theultrafast Einstein–de Haas effect[J]. Nature,2019.

DOI: 10.1038/s41586-018-0822-7

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0822-7

2.新加坡国立大学David Tai Leong最新Nat. Commun.：具有生物活性的缺陷TMD量子点

具有与石墨烯类似结构的二维过渡金属二硫化物（TMD）在过去几年引起了极大的关注。这一大类层状材料共有一个类似的结构，即每个结构单元由重复共价键合的X-M-X（M =过渡金属；X =硫属元素）单原子厚叠层组成。随着层数的减少，TMD纳米片从间接带隙转变为直接带隙半导体。随着二维TMD横向尺寸的进一步减小，少量层或单层纳米片的量子点（QD）将表现出更强的量子限域效应和边缘效应，随之带来的这种理化性质的增强为催化和生物医学应用引入了更多有趣和可利用的特性。然而这类TMD量子点的研究目前还非常少，其中一个主要原因在于目前较为苛刻的制备方法，因此制备各种TMD量子点仍然是一个长期而持续的挑战。

新加坡国立大学Prof. David Tai Leong课题组利用TM氧化物或氯化物和硫属元素前体通过自下而上的策略合成TMD QD的小型库（MoS₂，WS₂，RuS₂，MoTe₂，MoSe₂，WSe₂和RuSe₂）。在温和的水溶液和室温条件下，反应几乎瞬间达到平衡（~10-20s）。通过使前体的反应化学计量偏离其固定的化学计量比，可以在相同的反应中实现缺陷的可控调节。使用MoS₂QD进行概念性生物医学应用验证，发现增加硫缺陷可增强癌细胞中的氧化应激，从而提升光动力学治疗效果。这种简便的策略将有助于优化未来利用缺陷工程来进行生物医学应用的纳米材料设计。

Ding X, Peng F, Zhou J, et al. DefectEngineered Bioactive Transition Metals Dichalcogenides Quantum Dots[J]. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-018-07835-1

https://doi.org/10.1038/s41467-018-07835-1

3.Nat. Commun.：溶液法制备基于PbS量子点&钙钛矿的中间带太阳电池

具有量子点和体半导体矩阵的中间带太阳电池（IBSCs）具有高功率转换效率的潜力，超过了Shockley-Queisser极限。然而，迄今为止报道的IBSCs仅通过干法制造并且其效率受到限制，因为光吸收层具有低的量子点颗粒密度，以及由晶格应变引起的缺陷和体半导体的低带隙能量。Hosokawa等人提出了溶液法制备的IBSCs光吸收层，其中硫化铅（PbS）量子点密集分散在甲基铵溴化铅钙钛矿(CH₃NH₃PbBr₃)基质中，在无变形条件下具有2.3 eV的高带隙能量。研究证实，IBSCs通过中间带表现出两步光子吸收。

Hosokawa H, et al. Solution-processed intermediate-band solar cells with lead sulfide quantum dots and lead halideperovskites[J]. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-018-07655-3

https://doi.org/10.1038/s41467-018-07655-3

4.Angew.：一类具有超高电容性能的异质原子掺杂多孔碳材料

设计同时具有高质量密度和大孔隙率的碳基材料一直是满足下一代高性能超级电容器和其他电化学设备的挑战性目标。在本文中，研究人员通过卤代共轭二烯烃和含氮亲核试剂之间的原位脱卤反应，制备了一类高密度异质原子掺杂多孔炭作为水溶液超级电容器材料。这种碳材料被不同的杂原子高度掺杂，这些杂原子具有高密度和丰富的多模孔隙，从而具有优良的体积电容性能。

Jin H, Feng X, et al. A New Class ofHeteroatom‐Doped Porous Carbon Materials with Unprecedented High Volumetric Capacitive Performance[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/ange.201813686

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201813686?af=R

5.AM：可吸入纳米药剂mRNA多聚体用于肺上皮蛋白的生成

吸入无创气溶胶是一种很好地将药物递送到肺部的方法。体外转录(IVT) mRNA具有广泛的治疗适用性，而将IVT-mRNA通过吸入的方法进行给药还尚未得到证实。Patel等人合成了超支化聚(-氨基酯)(hPBAEs)，利用其作为载体可使荧光素酶mRNA均匀分布于肺叶，而吸入hPBAE多聚物24 小时后可以产生101.2 ng g^-1的荧光素酶蛋白，并且在其他组织中没有观察到发光。小鼠模型实验结果则发现重复给药hPBAE-mRNA后会在肺内产生蛋白，而不会产生局部或全身的毒性。

Patel A K, Kaczmarek J C, et al. Inhaled Nanoformulated mRNA Polyplexes for Protein Production in Lung Epithelium[J]. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201805116

https://doi.org/10.1002/adma.201805116

6.ACS. Cent. Sci.：线粒体钙转运抑制剂(MCU)对线粒体生物能量的保护

线粒体的钙转运体（MCU）介导的线粒体Ca²⁺ (_mCa²⁺)摄取在信号转导、生物能量学和细胞死亡中具有重要作用，并且其失调也与多种人类疾病有关。Woods等人报道了一种新的钌络合物Ru265，它具有细胞渗透性、低毒性和对MCU的抑制作用。研究表明，Ru265比目前使用的MCU抑制剂Ru360更有效。此外，Ru265还可以防止缺氧/复氧损伤引起的线粒体功能障碍，这表明这种新的抑制剂对于在完整的生物模型中研究MCU的功能作用是一种很有价值的工具。

Woods J J, Nemani N, et al. A Selective andCell-Permeable Mitochondrial Calcium Uniporter (MCU) Inhibitor Preserves Mitochondrial Bioenergetics after Hypoxia/Reoxygenation Injury[J]. ACS Central Science, 2019.

DOI: 10.1021/acscentsci.8b00773

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.8b00773

7.ACS Nano：镧系纳米粒子用于无创光学引导的肿瘤转移/血管成像技术

瘤血管/转移及脑血管结构的可视化对于分析脑部疾病的病理状态及肿瘤血管的异常状态和提高肿瘤的诊断水平来说具有重要意义。利用激发波长在1500 nm波长以上的近红外II区(NIR-IIb)进行体内荧光成像是一种新的光学成像方法，具有很好的成像灵敏度和空间分辨率。然而目前能够产生足够亮度的NIR-IIb发射的高生物相容性的探针还很少。Li等人制备了一种聚丙烯酸(PAA)改性的NaLnF₄:40Gd/20Yb/2Er纳米棒，并通过Ce³⁺掺杂增强了其NIR-IIb发射，进而提高了量子产率(QY)、其具有的相对窄的带宽(~160 nm)和高生物相容性使其可以用于高性能NIR-IIb生物成像。实验证明该探针可用于高灵敏度的小肿瘤(小于4 mm)/转移性小肿瘤(小于3 mm)的检测和高空间分辨率的肿瘤血管可视化(41 μm)和脑血管成像。

Li Y B, Zeng S J, et al. Non-Invasive Optical Guided Tumor Metastasis/Vessel Imaging by Using Lanthanide Nanoprobe with Enhanced Down-Shifting Emission Beyond 1500 nm[J]. ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.8b05431

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b05431

8.AEM：通过LiF修饰的层状碳结构衍生的SEI功能化膜调控金属锂沉积

锂金属被视为构建新一代高比能电池的关键材料。然而，不受控的枝晶生长和不稳定的SEI膜严重限制了金属锂负极的实际应用。在本文中，研究人员发现LiF修饰的层状堆积石墨烯能够实现金属锂的均匀沉积，从而形成一种SEI功能化膜，该膜将电子传递延迟三个数量级从而避免在顶面上出现不必要的锂沉积。表面化学分析和密度泛函理论计算发现这些优势来源于表面C-F_x成分的形成。

Wang M, Peng Z, et al. Tailoring LithiumDeposition via an SEI-Functionalized Membrane Derived from LiF Decorated Layered Carbon Structure[J]. Advanced Energy Materials, 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201802912

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201802912