1. Nature Biotech.：工程化免疫细胞用于高度敏感的癌症诊断
内源性生物标志物对于早期疾病检测工作来说十分重要，但是许多生物标志物都缺乏必需的敏感性和特异性。斯坦福大学医学院Sanjiv S. Gambhir 教授课题组报道了一种基于细胞的体内传感器用于高灵敏度的早期癌症检测。实验对巨噬细胞进行了工程化设计改造，通过结合了对激活的精氨酸酶-1启动子响应的荧光素酶合成了M2肿瘤相关的“传感器”。
实验在结直肠和乳腺小鼠肿瘤模型中发现，工程化的巨噬细胞会向肿瘤迁移并激活精氨酸酶-1，随后可以通过生物荧光成像和检测血液荧光素酶对其进行分析。结果表明这种巨噬细胞传感器可以检测到25至50mm3的肿瘤，比临床使用的蛋白和核酸癌症生物标志物更加敏感。该巨噬细胞传感器还能有效地跟踪肌肉和肺部炎症产生的免疫反应，说明这种方法在癌症以外的疾病中也具有很好的实用价值。
Aalipour, A., Gambhir, S.S. et al. Engineeredimmune cells as highly sensitive cancer diagnostics. NatureBiotechnology, 2019.
DOI: 10.1038/s41587-019-0064-8
https://doi.org/10.1038/s41587-019-0064-8
2. Nature Mater.：在Ⅰ型外尔半金属TaAs中发现超强中红外区体光伏效应
实现宽波带、高效、快速的光电转换对于传感和清洁能源领域至关重要。体光伏效应（BPVE）是一种固有的将光转换为电流的二阶非线性光学效应。近日，美国波士顿学院Kenneth S. Burch团队在外尔半金属TaAs组装的微器件中观测到了巨大的中红外区体光伏效应。这项发现是结合了外尔半金属最新研究进展，聚焦离子束工艺，以及相关理论研究（BPVE与拓扑性质存在潜在关联）的结果。作者还进行了详细的对称性分析，以分离位移电流响应和光热效应。作者认为，所分离的位移电流的大小和波长范围可能对光学探测器、清洁能源和拓扑学领域有着影响，并展示出Weyl半金属在实际应用中的作用。
图：对称性及光电流产生示意图
Gavin B. Osterhoudt, Laura K. Diebel, MasonJ. Gray, Xu Yang, John Stanco, Xiangwei Huang, Bing Shen, Ni Ni, Philip J. W.Moll, Ying Ran & Kenneth S. Burch. Colossal mid-infrared bulk photovoltaiceffect in a type-I Weyl semimetal. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0297-4
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0297-4
3. Nature Photonics综述：石墨烯-半导体异质结揭示了新兴的光伏发电
石墨烯在体半导体顶部的电子耦合和由此产生的界面能带重组在前表面下方仅产生一个光敏结。独特的是，这种结构导致表面非常靠近耗尽区，从而可以直接接入光敏结，这可以通过表面官能化和/或等离子体纳米颗粒的掺入来修饰。2010年，清华大学朱宏伟教授课题组首次原创报道了基于石墨烯和平面结构半导体Si构建的Schottky结光伏传感器，可实现1.5%的光电转换效率（AM 1.5G）。近日，伊利诺伊大学芝加哥分校Sanjay K.Behura和 Vikas Berry课题组总结了在这种2D层界面-3D半导体系统中，基于表面的异质结，可调谐载流子传输和相对增强的光学吸收将在2D光电子学、光伏学、光子学和纳米电子学领域中具有变革性影响。
Behura, S. K.; Wang, C.; Wen, Y.; Berry, V.Graphene–semiconductor heterojunction sheds light onemerging photovoltaics. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0391-9
https://doi.org/10.1038/s41566-019-0391-9
4. Nature Commun.：间隔阳离子的取向简并控制提升二维钙钛矿太阳能电池的效率
二维钙钛矿已经成为太阳能电池更稳定的活性层材料。间隔有机阳离子由于其额外的功能引起了极大的研究兴趣。然而，很少有报道关于有机阳离子的化学性质是如何影响二维钙钛矿以及器件的工作。近日，北卡罗来纳大学Wei You团队证明间隔阳离子的选择（即，苯乙胺的选择性氟化）会影响二维钙钛矿的薄膜性质，导致二维钙钛矿太阳能电池的不同器件性能（平均n = 4）。结构分析表明，间隔阳离子的不同堆积排列和取向紊乱导致取向简并和不同的形成能，很大程度上解释了薄膜性质的差异。该工作阐明了间隔阳离子是如何通过这些阳离子在晶格中微弱、协同相互作用对二维钙钛矿的理想电子性质和器件性能产生影响。
Hu,J. et al. Synthetic control over orientational degeneracy of spacer cationsenhances solar cell efficiency in two-dimensional perovskites. Nature Communications, 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-08980-x
https://www.nature.com/articles/s41467-019-08980-x.pdf
5. Nature Commun.：控制氧化物表面氧交换的因素-固体氧化物燃料电池
在固体氧化物燃料电池（SOFC）正极中，氧气交换的正向过程是氧还原反应（ORR），它将气相O2转化为正极中的固相O2- 。交换由O2吸附、解离和在表面结合，然后在体相中O2-扩散组成。有效地执行这些操作的SOFC正极材料几乎都是电子和离子导电复合氧化物，并且通常具有钙钛矿结构（ABO3-δ）。目前对混合导电氧化物表面氧交换的定量分子理解仍然难以捉摸，这种有限的理解意味着目前无法预测哪种材料或表面将进行最活跃的交换，并抑制了最佳材料的合理设计，因此迫切需要对控制氧交换的原子尺度机制进行更好地理解。
美国威斯康星大学麦迪逊分校Dane D. Morgan课题组使用ab initio方法开发代表性正极材料La0.5Sr0.5CoO3-δ氧交换的定量元素反应模型，预测在操作条件下从稳定的O2中到掺氧的SrO（001）面的速控步骤是O-吸附原子和氧表面空位的横向（表面）扩散。并预测了亚稳态CoO2终止的高空位浓度使空位辅助的O2解离比富Sr的（La，Sr）O终止的速控步快102-103倍。该结果意味着通过抑制（La，Sr）O终止和稳定高活性CoO2终止可以潜在地获得显著增强的氧交换性能。
Yipeng Cao, Milind J. Gadre, Anh T. Ngo, StuartB. Adler, Dane D. Morgan. Factors controlling surface oxygen exchange in oxides.Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-08674-4
https://www.nature.com/articles/s41467-019-08674-4
6. Nature Commun.：通过表面电荷的氧化石墨烯膜控制的离子传输
离子传输对于生物系统和基于膜的技术至关重要。原子厚的二维材料，尤其是氧化石墨烯（GO），已成为开发用于离子传输的合成膜的理想构件。然而，在加压过滤过程中祛除半径的小离子仍然是GO膜的挑战。南京工业大学Gongping Liu和Wanqin Jin团队调控膜表面电荷，以控制通过GO膜的离子传输。高电荷GO膜表面由于其高相互作用能垒而排斥高价共离子，同时基于平衡整体溶液电荷，抑制静电吸引的低价抗衡离子的渗透。调节的表面电荷GO膜具有显着的离子剔除增强，其本身高水渗透性超过了现有技术纳滤膜的性能极限。这种简便且可规模化的表面电荷控制方法为水传输，仿生离子通道和生物传感器，离子电池和能量转换领域的选择性离子传输提供了新途径。
Mengchen Zhang, Kecheng Guan, Yufan Ji,Gongping Liu*, Wanqin Jin*, Nanping Xu. Controllable ion transport bysurface-charged graphene oxide membrane. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09286-8
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09286-8
7. Nature Commun.：氟化MOF用于选择性去除和感应SO2
常规的SO2洗涤剂（氧化钙和沸石）通常用于使用强或不可逆的基于吸附方法除去SO2。MOF材料虽然具有许多优异的化学稳定性，但由于SO2 具有腐蚀性，MOF中仅有少数能够对其吸附，其中许多MOF不可逆地吸附SO2或发生相变，它们不适用于SO2-结构-吸附-感应关系的研究。此外，很少探索能够以可逆方式感知和选择性捕获该有毒分子的吸附剂，并且深入了解结构-性质的关系，并且在p.p.m设计用于可逆SO2传感的传感器装置仍然是一个持续的挑战。
阿卜杜拉国王科技大学的K.N. Salama 和 M. Eddaoudi团队使用最近推出的同构氟化MOF从合成烟气中选择性地去除和感知SO2。混合气体吸附实验在250p.p.m的7％低浓度SO2下进行。直接混合气柱穿透和/或柱解吸实验揭示了KAUST-7（NbOFFIVE-1-Ni）和KAUST-8（AlFFIVE-1-Ni）MOF展示出前所未有的SO2亲和力。此外，MOF涂层石英晶体微量天平传感器用于开发能够在25至500 p.p.m的低浓度下检测SO2传感器。
M. R. Tchalala, P. M. Bhatt, K. N. Chappanda,S. R. Tavares, K. Adil, Y. Belmabkhout, A. Shkurenko, A. Cadiau, N. Heymans, G.De Weireld, G. Maurin, K. N. Salama, M. Eddaoudi. Fluorinated MOF platform forselective removal and sensing of SO2 from flue gas and air. NatureCommunications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09157-2
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09157-2
8. Nature Commun.：将客体分子限域在MOF空腔用于低温催化
通过几何结构或电荷作用将客体分子限域在纳米多孔材料空腔可以改变其催化或光电性能；但是也是极具挑战的，尤其是当主体分子是亚稳态，如MOFs。近日，剑桥大学Stoyan K. Smoukov和大连化物所傅强等多团队合作，合理选择反应试剂和条件，发展了一种普适的合成客体金属化合物的方法。合成的RuO2@MOF-808-P催化剂与常规的RuO2/SiO2催化剂相比，在150 ℃以下温度具有高的CO氧化活性。进一步研究发现，CO和O之间弱的相互作用及RuO2在MOFs空腔避免了避免吸附诱导的催化表面钝化使得该催化剂具有高的CO氧化活性。
Tiesheng Wang, Qiang Fu*, Stoyan K. Smoukov*,et al. Rational approach to guest confinementinside MOF cavities for low-temperature catalysis. Nature Communications,2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-08972-x
https://doi.org/10.1038/s41467-019-08972-x
9. Nature Commun.：原位光谱助力单原子Rh催化CO氧化研究
单原子催化剂被广泛运用到催化领域，例如CO氧化等。原位研究单原子催化CO氧化反应具有重大意义。近日，新加坡国立大学Ning Yan等多团队合作，采用一系列原位光谱技术研究了单原子Rh/磷钨酸催化剂CO氧化反应。研究确定了几个重要中间体和稳态催化剂结构，表明该反应是非传统的Mars-vanKrevelen机理，且O2活化是决速步。原位XPS研究及DRIFT光谱研究发现，磷钨酸载体对巩固Rh的氧化态和CO吸附有重要贡献。该技术直接观测到了金属中心、载体、中间体三个重要的部分，使得CO在Rh上氧化变得“清晰可见”，对设计CO氧化催化剂具有重要意义。
Max J. Hülsey, Bin Zhang, Ning Yan*,et al. In situ spectroscopy-guided engineering of rhodium single-atom catalystsfor CO oxidation. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038 /s41467-019-09188-9
https://doi .org/10.1038 /s41467-019-09188-9
10. Nature Commun.：高负载单原子金属-氮催化剂大规模生产的级联锚定策略
在单原子催化剂（SAC）中，锚定在碳载体（M-NC）上的金属原子-Nx（M-Nx）催化剂引起了关注。特别是在电催化中，氮不仅可以有效地锚定和稳定碳载体上的单金属原子，还可以调节金属或碳原子的电子结构，优化中间体的吸附/解吸，以提高催化性能。此外，碳载体易于商业化并具有高导电性以加速反应期间的电子转移。
SAC的一大挑战是单原子位点的浓度低，因为必须平衡原子的负载和聚集。温度越高金属原子越容易迁移和聚集，由于M-N键合的形成通常需要高温，因此对于实现具有高金属负载的M-NC SAC更具挑战性。此外，M-NC SAC很少有报道可以实现超过4wt％的金属负载量，并难以实现大规模生产M-NC SAC。因此，非常希望开发一种与大规模生产相容的方法，用于合成具有高金属负载量的M-NC SAC。
中科院胡劲松课题组开发了一种通过级联锚定策略批量生产多种M-NC SAC（M=Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Mo，Pt等）的一般方法，金属负载量高达12.1wt％。研究表明，金属离子的螯合作用，高负载下螯合物的物理分离和高温下与N-物种的结合对于实现高负荷的M-NC SAC至关重要。示例：Fe-NC SAC在0.1 M KOH中显示出优异的ORR电催化活性，半波电位为0.90 V（相对于RHE），在0.9 V时动态质量电流为100.7A g-1。Ni-NC SAC对CO2还原具有高电催化活性，法拉第效率为89％，在-0.85 V时具有30 mAcm-2的高电流密度。
Lu Zhao, Yun Zhang, Lin-Bo Huang, Xiao-ZhiLiu, Qing-Hua Zhang, Chao He, Ze-Yuan Wu, Lin-Juan Zhang, Jinpeng Wu, WanliYang, Lin Gu, Jin-Song Hu & Li-Jun Wan. Cascade anchoring strategy forgeneral mass production of high-loading single-atomic metal-nitrogen catalysts.Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09290-y
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09290-y
11. Chem. Rev.：原子精确的贵金属团簇催化剂：结构和性质之间的桥梁
深入理解结构和性质之间关系对催化研究至关重要。近年来，研究人员们发展了一系列方法合成原子精确的纳米团簇。团簇与纳米颗粒不同，它结构明确、具有独特的电子结构、超小的尺寸、丰富的不饱和配位点，在许多催化反应中体现出了高的活性和选择性，是从原子水平理解催化机理，研究结构和性质之间关系的模型催化剂。近日，安徽大学朱满洲教授团队对团簇催化的研究进展做了总结。包括团簇的合成方法及表征，从理论和实验角度总结团簇在电催化、光催化、光电转换、催化有机反应等领域的应用，最后对团簇催化做了总结和展望。
YuanxinDu, Hongting Sheng, Didier Astruc, and Manzhou Zhu*. Atomically Precise Noble Metal Nanoclusters as Efficient Catalysts: A Bridge between Structure and Properties. ChemicalReviews, 2019.
DOI:10.1021/acs.chemrev.8b00726
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.chemrev.8b00726
12. Angew.综述：石墨与硅负极的复合用于高能锂离子电池商业化
Si被认为是最有希望的负极材料，用于克服碳质负极的理论容量极限。Si和石墨的共同利用已成为实现高能量商业锂电可行的方法，但Si负极在商用LIB中的实际应用仍然停滞不前。
与先前主要关注Si或Si/C纳米结构的硅负极报道相反，韩国蔚山国立科学技术研究院Jaephil Cho课题组讨论了石墨和Si负极的共同利用以实现高能LIB的商业化。首先讨论了石墨和Si共同利用的必要性，然后系统地回顾石墨/Si负极的发展，具体分为与石墨混合的Si负极和石墨/Si复合负极，介绍了构建石墨/ Si复合材料的不同合成策略。此外，有意识地提出考虑石墨/硅负极发展的关键因素。最后，就石墨和硅共同利用的商业化提供了深刻的建议。
Sujong Chae, Seong-Hyeon Choi, Namhyung Kim,Jaekyung Sung, Jaephil Cho. Integration of Graphite and Silicon Anodes for theCommercialization of High‐Energy Lithium‐Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201902085
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201902085
13. Nano Lett.：优化的蓓萨罗丁气雾剂配方用于抑制小鼠肺癌亚型
蓓萨罗丁在临床前模型和临床试验中均表现出具有抑制肺和乳腺肿瘤发生的作用。口服蓓萨罗丁的主要副作用是会引发高甘油三酯血症和高胆固醇血症。已有研究证明了通过雾化吸入蓓萨罗丁对于肺腺瘤的临床前模型具有很好的化学预防作用，且不会引起高甘油三酯血症。
威斯康星医学院尤明教授课题组用临床相关的溶剂体系对喷雾化蓓萨罗丁的配方进行了优化修改。优化后的喷雾化蓓萨罗丁制剂对肺鳞癌小鼠模型和肺腺癌小鼠模型均有很好的化学预防作用，且不会引起明显的毒性症状，也不会增加血浆内甘油三酯或胆固醇的浓度。这种雾化的蓓萨罗丁会均匀分布于小鼠肺实质中，并通过增加肿瘤浸润T细胞的数量来调节体内微环境。肺癌细胞株RNA测序显示，蓓萨罗丁可改变癌症的多种通路。这一研究首次证明了一种新的、临床相关的雾化蓓萨罗丁制剂可以对肺癌的主要亚型具有预防作用，对于肺癌高危人群例如吸烟者来说是一种很好预防肺癌的手段。
Zhang, Q., You, M. et al. Optimized bexaroteneaerosol formulation inhibits major subtypes of lung cancer in mice. Nano Letters,2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04309
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b04309
14. AEM：兼具高效率和稳定性的钙钛矿太阳能电池
众所周知，较差的器件稳定性是钙钛矿太阳能电池面向商业应用的一大障碍。近日，南昌大学陈义旺以及谈利承首次将氟化perylenediimide（F-PDI）引入到钙钛矿薄膜，在提高器件的光伏性能的同时也极大地改善了器件的热稳和湿稳。
研究发现，由于F-PDI的羰基与非配位铅之间的螯合作用，填充在晶界（GB）和钙钛矿薄膜表面的导电F-PDI分子可以钝化缺陷并促进电荷通过GB传输。此外，F-PDI形成有效的多重疏水结构可以保护钙钛矿膜免受水分侵蚀。F-PDI处理的MAPbI3和Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(Br0.17I0.83)3转换效率分别达到18.28％和19.26％。在相对湿度（RH）为50％的空气中暴露30天后，性能仍然保持超过80％的初始效率。F•••HN的强氢键可以固定甲胺离子（MA+），从而提高器件的热稳定性，在50%RH、温度100 ℃条件下，24小时后仍保持接近初始值70％的转换效率。
Yang,J. et al. High-Performance Perovskite Solar Cells with Excellent Humidity andThermo-Stability via Fluorinated Perylenediimide. Advanced Energy Materials,2019.
DOI:10.1002/aenm.201900198
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900198
