1.南開大學Angew：生物靈感設計柔性多孔有機籠識別乙烷客體分子多孔有機籠POCs（Porous Organic Cage）在許多研究領域都得到廣泛的關注。但是，以往的研究通常關注于內部孔隙的功能化設計，使用外部孔隙的研究比較罕見。迄今為止，POC對功能化的外孔進行合理設計和構建仍然是一個嚴峻的挑戰，通常需要通過反復的試錯試驗測試。 有鑒于此，南開大學李柏延研究員、李琳教授、青島科技大學Shuo Zhang等受到疏水性蛋白的啟發，通過疏水性“分子間口袋”概念設計POC（即NKPOC-DS），通過二硫化學鍵與疏水基團組裝外部孔隙，產生強烈的超分子相互作用，而且得到靜電勢（ESP）圖和單晶X射線衍射測試的證實。1）通過外部孔隙的柔性，NKPOC-DS表現了對C2H6選擇性獨特“呼吸”現象，同時這種柔軟性對其他氣體沒有反應，包括C2H4、CH4、CO2、N2和H2。這種對C2H6的特異性識別使NKPOC-DS能夠優先從C2H6/C2H4混合物中吸附C2H6。 2）仿生在功能POC設計中的創新方法為操縱籠子的包裝提供了新的見解，為客體分子的識別和吸附分離等應用提供幫助。Baiyan Li, Laiyu Zhang, Qiong Lei, Mao Yi, Zhiyuan Zhang, Xin Lian, Jian Xu, Shuo Zhang, Lin Li, Xian-He Bu, Bioinspired “Intermolecular Pocket” in Soft Molecular Crystal of Porous Organic Cage Exhibiting Reversible Guest Recognition, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202421753https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024217532.廈門大學&中科院上海先進技術研究院Nature Commun：Cu(I)在水促進電催化還原CO2合成多碳化合物中的作用 膜電解槽（MEA）在電催化CO2還原反應制備C2+多碳化合物的實際應用中展現巨大的前景。在沒有陰極電解液的MEA電解槽中，水的控制和管理至關重要，但是目前關于研究陰極水是否能夠增強C2+形成的有關報道。有鑒于此，廈門大學王野教授、程俊教授、謝順吉教授、中科院上海先進技術研究院姜政研究員等報道發現的一種具有豐富Cu2O?Cu0界面的納米復合電催化劑，具有水促進C2+形成的關鍵作用。1）在MEA中實現了1.0A cm?2的電流密度和19%的單程C2+產率，C2+法拉第效率達到80%。實驗結果表明在安培量級的電流密度進行電催化CO2RR反應，Cu+與Cu0同時存在。這項研究結果表明，Cu+起到活化水分子的作用，而且增強CO吸附和促進產生CHO物種，促進C-C偶聯。2）這項工作開發了通過控制體系的水與電催化劑設計進行結合，提高工業MEA電催化反應槽CO2RR轉化為C2+化合物的策略。 He, X., Lin, L., Li, X. et al. Roles of copper(I) in water-promoted CO2 electrolysis to multi-carbon compounds. Nat Commun 15, 9923 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54282-2https://www.nature.com/articles/s41467-024-54282-23.港城大Nature Commun：電魚啟發電子皮膚能夠非接觸感知空間三維位置在三維空間中辨別和定位位置的能力對于人機界面和機器人感知至關重要。但是，目前的軟電子設備只能通過物理接觸獲得二維空間位置。有鑒于此，香港城市大學于欣格教授等報道使得具有三維傳感能力的透明薄軟電子皮膚（E-skin）實現一種非接觸式位置定位的概念。1）受mormyroidea魚（非洲弱電魚類的一個超家族，在系統神經科學、肌肉細胞和顱面發育、離子通道生物物理學以及鞭毛/纖毛生物學等多種生物醫學研究領域具有作為模型的巨大潛力）的主動電補償的啟發和靈感，構筑的電子皮膚以非接觸方式主動確定目標物體的3D位置，能夠實時的將位置通過無線傳輸的方式告知其他設備。2）這種電子皮膚容易與機器進行交互，能夠在虛擬/實際3D空間操縱虛擬物體、控制機器人手臂和無人機。此外，可以與機器人集成，為其提供3D態勢感知，感知周圍環境、避開障礙物或跟蹤目標等。 Zhou, J., Li, J., Jia, H. et al. Mormyroidea-inspired electronic skin for active non-contact three-dimensional tracking and sensing. Nat Commun 15, 9875 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54249-3https://www.nature.com/articles/s41467-024-54249-34.南方科技大學&蘇州大學Nature Commun：調節表面電荷實現ZnO納米粒子光圖案化 膠體顆粒的光學圖案化是一種可擴展且經濟高效的方法，用于創建多尺度功能結構。現有的方法通常使用高強度光源和定制的光學設置，這使得它們在大規模微細加工過程中不太可行。有鑒于此，南方科技大學胡程志副教授、蘇州大學楊湛教授等報道一種通過光觸發調制半導體納米粒子表面電荷的光學圖案化方法。1）這種方法不使用光能源，而是利用紫外線誘導表面配體去除因此修飾表面電荷，實現了通過靜電相互作用促進納米粒子在導電載體表面自組裝。通過檸檬酸鹽處理的ZnO納米粒子，實現了厚度可控的均勻ZnO圖案化。 2）這些圖案化的多層ZnO制備了開/關比超過104的紫外光探測器。這項研究展示了一種簡單有效的半導體納米顆粒圖案化方法，有助于功能納米材料的大規模集成新型柔性機器人器件。He, X., Gu, H., Ma, Y. et al. Light patterning semiconductor nanoparticles by modulating surface charges. Nat Commun 15, 9843 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53926-7https://www.nature.com/articles/s41467-024-53926-75.新加坡國立JACS：垂直方向撐開構筑多孔COFCOF(共價有機框架)可以用于分子的限域和分子分離。但是，π堆疊導致層間距離限制在3-6?，但是對客體分子而言空間太小。因此，COF阻止接觸x–y空間，將客體分子嚴格的限制在z方向的孔隙內。每一層的延伸面都掩藏在相鄰層之間，排除了客體分子的相互作用。有鑒于此，新加坡國立大學江東林教授等報道一種打開COF層之間的空間策略，以在層之間產生可進入的納米空間，作者通過配位鍵代替層間π-π堆疊。 1）通過拓撲聚合合成二維共價Co(II)卟啉層驗證這種擴展層空間，這些層通過雙齒配體軸向柱與鈷(II)卟啉沿z方向的配位鍵堆積，通過一鍋反應組裝垂直方向膨脹的COF。由此產生的框架用軸向柱將層分開，通過柱配體分子的長度決定層間形成離散的孔結構。這種設計導致中間層能夠被客體分子接觸，多邊形π平面暴露在外部，能夠用于各種超分子相互作用。 2）蒸汽吸附、穿透吸附實驗和理論計算相互作用的結果表明，最佳層間空間的垂直膨脹COF框架能夠產生額外的相互作用，可以區分苯和環己烷，在環境條件下有效地分離苯/環己烷的混合物。 Shuailei Xie, Matthew A. Addicoat, and Donglin Jiang*, Vertically Expanded Crystalline Porous Covalent Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c11880https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c118806.JACS：Pd1和Mo1單原子協同低溫生物質轉化有目的地原子級設計催化位點，特別是促進低溫下的目標反應活性和選擇性，是催化領域的關鍵挑戰。有鑒于此，堪薩斯大學陶豐（Franklin Feng Tao）、加州大學洛杉磯分校Philippe Sautet等報道Pd1和Mo1單原子位點的組合構筑的催化劑，在100-150℃低溫的苯甲醚加氫脫氧生成苯的反應具有高活性和高選擇性，對比發現單獨的Pd金屬納米顆粒催化劑或MoO3納米顆粒催化劑沒有這種催化活性。 1）單獨由Pd1或Mo1單原子位點構建的催化劑效果明顯更低，而且Pd1位點的催化劑顯示出一些活性但是選擇性比較低。而且，低分散度的納米粒子效果同樣更差。2）理論計算模擬的結果表明，Pd1和Mo1單原子位點分別活化H2和苯甲醚，它們的結合在這個低溫范圍內觸發苯甲醚的加氫脫氧。Co3O4載體本身對苯甲醚加氫脫氧沒有活性，但是通過將氫原子從Pd1轉移到Mo1位點參與化學反應。這一發現為設計對目標反應路徑的催化劑提供一種新途徑，而且金屬和氧化物納米顆粒的低溫下轉化生物質衍生物都無法表現這種效果。 Yu Tang, George Yan, Shiran Zhang, Yuting Li, Luan Nguyen, Yasuhiro Iwasawa, Tomohiro Sakata, Christopher Andolina, Judith C. Yang, Philippe Sautet*, and Franklin Feng Tao*, Turning on Low-Temperature Catalytic Conversion of Biomass Derivatives through Teaming Pd1 and Mo1 Single-Atom Sites, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c07075https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c070757.南澳洲大學&南京林業大學&暨南大學AM：界面設計實現了海水蒸發速率超過純水通過界面太陽能蒸發的海水淡化技術是緩解淡水短缺最有前景的策略之一。但是，真實條件的太陽蒸發海水的速率受到海水中普遍存在的鹽類的顯著限制。除了太陽蒸發過程中蒸發表面鹽分積聚的常見問題外，鹽離子和水分子之間的強烈水合作用導致真實海水的蒸發速率低于純水。 有鑒于此，南澳大利亞大學徐浩蘭教授、南京林業大學楊小飛教授、暨南大學麥文杰研究員等報道開發了一種簡單而通用的策略解決這個問題，實現了真正海水蒸發速度能夠比純水更快的蒸發。1）簡單的將特定的礦物材料引入浮動式光熱蒸發器，借助空氣-水的界面離子交換，能夠直接減少海水蒸發焓，因此海水蒸發的速率能夠與純水更快。這是在海水太陽能蒸發過程中自發實現的。 2）由于目前海水淡化處理工廠生產大量的凈水，這種改善蒸發的技術能夠顯著的提高每年產生的凈水產量，有助于幫助全球數百萬人。 Huimin Yu, Huanyu Jin, Meijia Qiu, Yunzheng Liang, Peng Sun, Chuanqi Cheng, Pan Wu, Yida Wang, Xuan Wu, Dewei Chu, Min Zheng, Tong Qiu, Yi Lu, Bin Zhang, Wenjie Mai, Xiaofei Yang, Gary Owens, Haolan Xu, Making Interfacial Solar Evaporation of Seawater Faster than Fresh Water, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202414045https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2024140458.AM：晶面調控和含氟界面設計增強層狀氧化物鈉離子電池性能由于層狀氧化物中的活性氧具有氧化還原活性，使得其具有高容量，因此成為有吸引力的鈉離子電池（SIB）陰極材料，但是因為晶格氧的釋放、界面副反應和結構重構等現象，層狀氧化物的容量/電壓迅速減少，而且反應動力學緩慢。 有鑒于此，南開大學程方益、山東理工大學周晉、周朋飛等報道一種晶面調制和氟化界面工程的協同策略，開發了高容量、優異的倍率性能和長循環穩定性的Na0.67Li0.24Mn0.76O2。1）合成單晶Na0.67Li0.24Mn0.76O2（NLMO｛010｝）的暴露｛010｝活性晶面更多，具有更快速的陰離子氧化還原動力學，更高的容量（10mA g-1時的容量達到272.4mAh g-1），優異的能量密度（713.9Wh kg-1）和倍率性能（1A g-2達到116.4mAh g-1）。2）通過加入N-氟苯磺酰亞胺（NFBS）作為電解質添加劑，NLMO｛010｝陰極在500mA g-1下400次循環后保持84.6 %的容量，電壓衰減減輕（每次循環的電壓減少為0.27mV）。通過原位分析和理論計算，揭示了N-氟苯磺酰亞胺（NFBS）的雙重作用，能夠導致NLMO{010}陰極和硬碳陽極形成較薄且穩定的氟化物界面，能夠去除高活性氧。測試結果表明，快速離子轉移的晶面工程以及含氟電解質設計，實現了提高高能量密度SIB的氧氧化還原活性陰極材料。 Yiran Sun, Junying Weng, Pengfei Zhou, Wenyong Yuan, Yihao Pan, Xiaozhong Wu, Jin Zhou, Fangyi Cheng, Improving Oxygen-Redox-Active Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries Through Crystal Facet Modulation and Fluorinated Interfacial Engineering, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202410575https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202410575
