1. Nat. Rev. Mater.：2D材料用于量子信息科学

新材料和先进的处理技术使得数字计算机从大型机器到便携式系统转变。由于这种传统的缩放路径已经接近原子级尺寸，所以组成的纳米材料（例如SiO₂栅极电介质，多晶硅浮动栅极和Co-Cr-Pt铁磁合金）越来越具有由量子物理学支配的特性。与此同时，量子信息科学已经成为传统晶体管技术的替代品，为计算，通信和传感提供了新的范例。此外，量子材料特性与量子器件之间的融合在2D材料领域尤为明显。

有鉴于此，美国西北大学Mark C. Hersam团队讨论了二维材料的量子特性和作为量子点量子比特，单光子发射器，超导量子比特和拓扑量子计算元件的固态平台的潜力。通过讨论量子物理学和材料科学之间的联系，作者明确了2D材料在量子信息科学领域的关键机遇和挑战。

Xiaolong Liu,Mark C. Hersam*, et al. 2D materials for quantum informationscience. Nat. Rev. Mater., 2019

DOI: 10.1038/s41578-019-0136-x

https://www.nature.com/articles/s41578-019-0136-x

2. Nature Materials：水凝胶生物材料的4D图像

蛋白修饰的生物材料可在三维尺度下对细胞功能进行调控，然而随着对复杂细胞生理学的动态非均质控制的不断探索，如何根据客户的要求可逆的构建蛋白修饰的生物材料依然具有挑战。有鉴于此，华盛顿大学的Cole A. DeForest教授等报道了一种模块化的半合成方法来可逆构建具有位点特异性修饰蛋白质的细胞负载型水凝胶。

研究者利用转肽酶介导的转肽作用，生成了多种具有生物正交反应活性的单官能化均质蛋白库，用于生物材料修饰。研究表面，从荧光蛋白，酶和生长因子到生物凝胶的光可逆固定行为具有良好的时空分辨率，同时还保留了天然蛋白的生物活性。局部表皮生长因子能够动态调控细胞增殖、细胞内丝裂原激活蛋白激酶信号传导以及亚细胞内分解受体内吞行为。该方法对各种蛋白质的修饰和构建均具有普适性，这为在4D尺度下探索细胞的命运提供了新的途径。

JaredA. Shadish, Gabrielle M. Benuska & Cole A. DeForest. Bioactivesite-specifically modified proteins for 4D patterning of gelbiomaterials. Nature Materials, 2019

DOI: 10.1038/s41563-019-0367-7

https://www.nature.com/articles/s41563-019-0367-7

3. Nature Chemistry: 确认锂离子电池中SEI的组分

固体电解质界面（SEI）对锂离子电池电化学可逆性的重要性已得到很好的证实，但人们对其化学性质的理解仍然不完整。目前关于有机SEI的主要组分的共识是它由乙烯二碳酸锂（LEDC）组成，其被认为具有高Li离子传导性，但电子传导性低（以保护Li/C电极）。

马里兰大学王春生、Bryan W. Eichhorn 和美国陆军研究实验室许康团队报道了LEDC和乙烯单碳酸锂（LEMC）的合成、结构和光谱表征，对石墨负极上生长的SEI进行直观比较，研究表明LEMC是SEI主要的成分。LEMC和碳酸锂甲酯（LMC）的XRD研究揭示了不寻常的层状结构和Li+配位环境。LEMC的Li⁺电导率> 1×10^-6 S cm^-1，而LEDC几乎是离子绝缘体。此外，研究者还研究了LMC、LEMC和LEDC在二甲基亚砜溶液中复杂的相互转化和平衡状态。

LuningWang, Anjali Menakath, Fudong Han, Yi Wang, Peter Y. Zavalij, Karen J. Gaskell,Oleg Borodin, Dinu Iuga, Steven P. Brown, Chunsheng Wang, Kang Xu, Bryan W.Eichhorn, Identifying the components of the solid–electrolyteinterphase in Li-ion batteries, Nature Chemistry, 2019.

DOI:10.1038/s41557-019-0304-z

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0304-z

4. Nature Biotech.：设计稳定、无毒且能杀灭小鼠体内耐药细菌的抗菌订书肽

阳离子α-螺旋抗菌肽(AMPs) 的临床转化面临着结构不稳定、易被蛋白水解和体内毒性等诸多问题。丹娜法伯癌症研究院Loren D. Walensky团队对基于蛙皮素 II的58个订书AMPs (StAMPs)库进行了分析，并根据对它们结构-功能-毒性关系的测试结果得出了一个算法平台，将其用于设计稳定、高效且无毒的StAMP。

实验结果发现，在小鼠腹膜炎脓毒症模型中，一种名为Mag(i+4)1,15(A9K,B21A,N22K,S23K)的双订书StAMP可以有效杀灭耐粘菌素的鲍曼不动杆菌等耐药性革兰氏阴性病原体，并且不会引发小鼠的溶血反应和肾功能损伤。研究也进一步利用该平台设计了其他具有膜选择性的StAMPs，从而对这一算法的通用性和实用性做了充分的验证。

RidaMourtada, Loren D. Walensky. et al. Design of stapled antimicrobial peptidesthat are stable, nontoxic and kill antibiotic-resistant bacteria in mice. NatureBiotechnology. 2019

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0222-z

5. Nat. Commun.：四聚钙钛矿钌酸盐作为酸性水氧化的高效催化剂

在酸性介质中开发高活性、耐用的含氧催化剂是设计质子交换膜水电解制氢的主要挑战。中国科学技术大学ShimingZhou、天津大学Zhenpeng Hu等报道了四聚钙钛矿氧化物CaCu₃Ru₄O₁₂作为酸性水氧化的优良催化剂。

这种复合氧化物在10 mA cm^-2 _geo下具有171 mV的超电势，远低于最先进的RuO₂。此外，与RuO₂相比，CaCu₃Ru₄O₁₂的质量活性显著增加两个数量级以上，稳定性更好。密度泛函理论计算表明，四聚钙钛矿催化剂相对于RuO₂具有较低的Ru4d能带中心，有效地优化了氧中间体的结合能，从而提高了催化活性。

Miao, X.; Zhang, L.; Wu, L.;Hu, Z.; Shi, L.; Zhou, S., Quadruple perovskite ruthenate as a highly efficientcatalyst for acidic water oxidation. Nat. Commun. 2019, 10 (1), 3809.

DOI：10.1038/s41467-019-11789-3

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11789-3

6. Nat. Commun.:Pt单原子到Pt-O-Pt原子对，CO氧化活性提升1000倍左右

尽管单原子催化剂能最大限度地分散金属，但由于这些体系中缺少相邻的金属原子，从而限制了活性的进一步提升。有鉴于此，通用汽车全球研发部的Ming Yang，密歇根大学Bryan R. Goldsmith和天津大学的Meiqing Shen等使用Pt₁/CeO₂作为“种子”制备出了一种Pt-O-Pt体系，该材料可以Pt₈O₁₄簇为理论模型，Pt原子的分散度维持在100%。

研究表明，在富氧条件下，Pt-O-Pt体系中Pt原子催化低温CO氧化的活性是Pt₁/CeO₂的100-1000倍。高活性的原因在于Pt-O-Pt位点本身，而非Pt-O-Ce界面。这种策略具有普适性，类似的Pt-O-Pt位点可以建立在不同种类氧化铈甚至氧化铝上，这种 Pt-O-Pt原子对使得氧气更容易活化。

HuiWang, Jin-Xun Liu, Lawrence F. Allard, Sungsik Lee, Jilei Liu, Hang Li,Jianqiang Wang, Jun Wang, Se H. Oh, Wei Li, Maria Flytzani-Stephanopoulos,Meiqing Shen, Bryan R. Goldsmith & Ming Yang. Surpassing the single-atom catalytic activity limit through pairedPt-O-Pt ensemble built from isolated Pt1 atoms. Nat. Commun.,2019

DOI: 10.1038/s41467-019-11856-9

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11856-9

7. Nat. Commun.:MOF-2和MOF-5形成机理研究

溶液中的化学反应几乎总是通过一系列微小的中间产物发生，这些中间产物之间经常处于快速平衡状态，因此很难在原子分子水平上描述它们。有鉴于此，东京大学的Koji Harano教授和Eiichi Nakamura教授等发现单分子原子分辨率实时电子显微镜（SMART-EM）可以用来捕捉和分析微小反应中间体。

研究发现，在95°C和120°C条件下，在硝酸锌和苯二羧酸盐的混合物中，有两种不同类型的预成核簇参与了MOF-2和MOF-5的形成。在MOF-5的合成中发现了少量的1 nm大小的立方块和立方预成核簇，但在MOF-2的合成中没有发现。在MOF-2的合成中，研究者只发现线性和方形的预成核簇，这表明MOF-2和MOF-5的分岔发生在预成核簇形成阶段。

JunfeiXing, Luca Schweighauser, Satoshi Okada, Koji Harano & Eiichi Nakamura. Atomistic structures and dynamics of prenucleation clusters inMOF-2 and MOF-5 syntheses. Nat. Commun., 2019

DOI:10.1038/s41467-019-11564-4

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11564-4

8. Nat. Commun.: H₂O促进单原子Au催化CO氧化

负载型金属催化剂的界面位点是决定其催化性能的关键。单原子催化剂(SACs)通过使每个原子均与载体接触，可以最大限度地增加界面活性位点。然而，单原子位点是否具有与纳米催化剂界面位点相似的催化性能仍是一个悬而未决的问题。有鉴于此，亚利桑那州立大学的Jingyue Liu，Botao Qiao和清华大学的Jun Li等深入比较了负载型单原子Au催化剂和Au纳米粒子(NPs)的催化性能。

研究发现，水的存在显著促进了单原子Au催化剂的CO氧化活性，而对NPs界面位点的促进作用则要弱得多。H₂O促进作用使Au SAC的催化活性比工业三元催化剂高两个数量级。理论研究表明，H₂O对SACs的显著促进作用来自于它们独特的局域原子结构和电子性质，促进了CO+OH的高效反应通道。

ShuZhao, Fang Chen, Sibin Duan, Bin Shao, Tianbo Li, Hailian Tang, Qingquan Lin,Junying Zhang, Lin Li, Jiahui Huang, Nicolas Bion, Wei Liu, Hui Sun, Ai-QinWang, Masatake Haruta, Botao Qiao, Jun Li, Jingyue Liu & TaoZhang.Remarkable active-site dependent H₂O promoting effect in COoxidation. Nat. Commun., 2019

DOI:10.1038/s41467-019-11871-w

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11871-w

9. Sci. Adv.：离子液体基点击离子凝胶

由于凝胶在设计柔性储能装置、促动器和传感器方面具有潜力，因此它们具有抗冻、耐热和高极限拉伸强度，在实际应用中是可取的。苏州大学Feng Yan团队报道了一种在温和条件下用硫醇烯键合化学制备离子液体（IL）基键合离子凝胶的简单方法。经过10000次疲劳循环后，这些点击离子凝胶继续表现出优异的机械性能和弹性。

此外，由于ILs的几种独特性质，这些点击离子凝胶在较宽的温度范围（-75~340°C）内表现出较高的离子导电性、透明度和不可燃性。以离子凝胶为基础的摩擦纳米发电机具有优异的机械性能、冻融性能和热稳定性。这些有前景的特点，将促进点击离子凝胶在安全柔性设备方面的应用。

Ren, Y.; Guo, J.; Liu, Z.;Sun, Z.; Wu, Y.; Liu, L.; Yan, F., Ionic liquid–based click-ionogels. Science Advances2019, 5 (8), eaax0648.

DOI: 10.1126/sciadv.aax0648

https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaax0648

10. Sci. Adv.：通过缓慢冷却得到大块超细晶粒/纳米晶金属

冷却、成核和相生长是自然界中普遍存在的过程。有效地控制形核和相生长对于提高材料的性能，获得精细的微观结构具有重要意义。最近的研究表明，超细颗粒（UFG）/纳米晶金属具有非凡的性能。然而，传统的组织细化方法，如快速冷却和孕育等，已达到一定的基本限度。人们认为通过缓慢冷却制备大块UFG/纳米晶金属是不可能的。

加利福尼亚大学的XiaochunLi报告了一个新发现，即通过在缓慢冷却过程中注入连续的成核和生长控制机制，纳米颗粒可以将金属颗粒细化为超细/纳米级。带有纳米颗粒的大块UFG/纳米晶金属也显示出前所未有的热稳定性。该方法克服了晶粒细化的限制，并可扩展到任何其他涉及冷却、成核和相生长的过程中，以广泛应用。

Cao, C.; Yao, G.; Jiang, L.;Sokoluk, M.; Wang, X.; Ciston, J.; Javadi, A.; Guan, Z.; De Rosa, I.; Xie, W.;Lavernia, E. J.; Schoenung, J. M.; Li, X., Bulk ultrafinegrained/nanocrystalline metals via slow cooling. Science Advances 2019, 5 (8),eaaw2398.

DOI: 10.1126/sciadv.aaw2398

https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw2398

11. Sci. Adv.：范德华铁磁Fe₃GeTe₂中的电流驱动磁化开关

最近在二维范德华材料中发现的铁磁性为具有特殊性能的自旋电子器件提供了希望。然而，要使用二维范德华磁体来构建诸如磁存储器之类的自旋纳米器件，有效地将磁化从一种状态转换为另一种状态仍然是关键挑战。

中科院物理研究的GuoqiangYu、GuangyuZhang以及中科院金属研究所的Zheng Han联合设计了一个Fe₃GeTe₂/Pt的双层结构，在这种结构中，由铂层中的电流产生的自旋轨道转矩（SOTs）可以有效地改变多层Fe₃GeTe₂的磁化强度。利用谐波测量进一步定量描述了SOT对应的有效磁场。我们在二维范德华磁体中演示SOT驱动的磁化开关可以为在下一代自旋电子学应用中实现低维材料铺平道路。

Wang, X.; Tang, J.; Xia, X.;He, C.; Zhang, J.; Liu, Y.; Wan, C.; Fang, C.; Guo, C.; Yang, W.; Guang, Y.;Zhang, X.; Xu, H.; Wei, J.; Liao, M.; Lu, X.; Feng, J.; Li, X.; Peng, Y.; Wei,H.; Yang, R.; Shi, D.; Zhang, X.; Han, Z.; Zhang, Z.; Zhang, G.; Yu, G.; Han,X., Current-driven magnetization switching in a van der Waals ferromagnetFe₃GeTe₂. Science Advances 2019,5 (8), eaaw8904.

DOI: 10.1126/sciadv.aaw8904

https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw8904

12. Sci. Adv.：金属玻璃冲击压缩超快极速再生

眼镜的结构更新不仅为复杂的动力学提供了基本的观察，而且扩展了它们的实际应用。然而，要在很短的时间内使玻璃杯恢复活力是一项艰巨的挑战。中科院力学研究所M. Q.Jiang和中科院物理研究所的W. H. Wang联合提出了第一个实验证据，即一种特殊设计的冲击压缩技术可以在约365±8ns的极短时间内迅速使金属玻璃恢复到极高的热焓状态。通过控制冲击应力幅度，成功地实现了不同程度的冻结。潜在的结构无序的定量特征是玻璃的反常玻色子热容峰。使用定义为净结构无序与外加载荷之间的时间尺度竞争德波拉数，解释了观察到的金属玻璃超快回复现象。

Ding, G.; Li, C.; Zaccone, A.;Wang, W. H.; Lei, H. C.; Jiang, F.; Ling, Z.; Jiang, M. Q., Ultrafast extremerejuvenation of metallic glasses by shock compression. Science Advances 2019, 5(8), eaaw6249.

DOI：10.1126/sciadv.aaw6249

https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw6249

13. Nano Lett.：利用荧光纳米传感器对细胞释放的血清素进行近红外成像

血清素是一种重要的神经递质，它会影响并参与神经、血液和免疫系统的各种功能环节。但是目前利用传统的传感器对血清素等小生物分子进行高分辨率的实时检测还十分困难。

哥廷根大学Sebastian Kruss团队设计了一种基于荧光单分子碳纳米管(SWCNTs)的近红外(NIR)荧光纳米传感器(NIRSer)来对人类血小板释放的血清素进行实时成像。该纳米传感器由单壁碳纳米管（SWCNT）作为骨架，并连接有可结合血清素的DNA适配体。结果表明，NIRSer可以在单细胞水平上对活化血小板的血清素释放模式进行检测，并且具有很好的时空分辨率。

Meshkat Dinarvand, Sebastian Kruss. et al. Near-Infrared Imaging of Serotonin Releasefrom Cells with Fluorescent Nanosensors. Nano Letters. 2019

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02865

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b02865

14. ACS Nano: 在GaN上外延生长高镀取向单晶CsPbBr₃

将金属卤化物钙钛矿与现有的现代半导体技术相结合，对于促进应用级光电器件的发展具有重要意义。为了实现这样的器件，探索沉积在半导体技术的核心材料上的钙钛矿的生长动力学和界面载流子动力学是必不可少的。

北京大学张青团队报道了高度取向的单晶铯溴化铅（CsPbBr₃）在c-纤锌矿GaN /蓝宝石衬底上的不相称异质外延，具有原子光滑的表面和通过化学气相沉积的均匀矩形形状。CsPbBr₃微片晶体在室温下呈现绿色激光，并且具有与在云母基底上生长的结构稳定性相当的结构稳定性。研究表明，II型CsPbBr₃-GaN异质结有效地增强了CsPbBr₃内自由载流子的分离和提取。这些发现为CsPbBr₃钙钛矿的制造和应用级集成光电器件提供了见解。

Vapor-PhaseIncommensurate Heteroepitaxy of Oriented Single-Crystal CsPbBr₃ onGaN: Towards Integrated Optoelectronic Applications, ACS Nano, 2019

DOI:10.1021/acsnano.9b02885.

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b02885