1. Nature Mater.：Li/Na离子电池中阴离子氧化还原的统一图--走出迷宫
富Li和富Na的过渡金属氧化物（富A-TMO）中的阴离子氧化还原已成为增加可充电电池能量密度的新范例。目前已经报道了许多电极提供超出理论阳离子容量的额外阴离子容量。但大多数情况下，在充电中实现的阴离子容量在放电中是部分不可逆的。法国Matthieu Saubanère和 Marie-Liesse Doublet团队设计了富A-TMO中阴离子氧化还原的统一图，并且不论其结构类型和电子结构是如何的都可以涵盖，来识别这种不可逆性的电子起源，并提出改善电极循环性能的新方向。
研究者基于严格的电子（带）结构理论概念，研究了材料电子基态，A-过量，M / M'化学取代和阳离子有序/无序对O电化学活性的影响。这种概念方法通过电子定位函数（ELF）的第一性原理计算得到验证。ELF是电子密度的拓扑工具，探测配对电子被限制的空间区域，这里是首次用于富A-TMO中来证明氧孤对对氧化还原活性的参与。
在此框架内，研究者确定了TMO的电荷转移间隙（ΔCT）和每个氧的O孔数（hO）作为相关描述符，以量化可充电的阴离子容量及其在放电中的可逆性，而与材料化学组成无关。这为实验者提供了可测量的数量，以推断其材料的整体电化学性能，以及新的合理配方以走出阴离子氧化还原的迷宫。从这种一般化的方法，得出结论，阴离子容量的可逆性限于每氧气的临界hO数，hO≤1/3。
Mouna Ben Yahia, Jean Vergnet, Matthieu Saubanère, Marie-Liesse Doublet. Unified picture of anionic redox in Li/Na-ion batteries. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0318-3
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0318-3
2. Nature Energy：机器学习预测电池循环寿命
计算能力和数据生成的进步使统计学和机器学习技术能够加速各种任务的进展，包括材料特性的预测，化学合成路线的识别以及能量储存材料发现和催化性能，其中准确预测复杂的非线性系统（如锂离子电池）的使用寿命对于加速技术开发至关重要。然而，不同的老化机制，装置可变性和动态操作条件仍然是主要挑战。
斯坦福大学William C. Chueh 和麻省理工学院Richard D. Braatz 团队生成了一个包括124个商业LiFePO4/石墨电池的全面数据集，在快速充电条件下循环，循环寿命从150到2300个不等，这些电池在早期放电电压曲线循环中尚未表现出容量降低，研究者应用机器学习工具来预测循环寿命并对电池进行分类。其中，最佳模型只使用前100个循环数据能够定量预测循环寿命，达到9.1％测试误差（显示初始容量中值增加0.2％），此时大多数电池尚未表现出容量衰退。使用前5个循环对低寿命和高寿命分类，实现了4.9％的错误分类测试误差。这项工作突出说明了将有意识的数据生成与数据驱动建模相结合以预测未来复杂系统行为的能力和前景。
Kristen A. Severson, Peter M. Attia, Norman Jin, Nicholas Perkins,Benben Jiang, Zi Yang, Michael H. Chen, Muratahan Aykol, Patrick K. Herring,Dimitrios Fraggedakis, Martin Z. Bazant, Stephen J. Harris, William C. Chueh,Richard D. Braatz. Data-driven prediction of battery cycle life before capacity degradation. Nature energy, 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0356-8
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0356-8
3. Nature Energy：Co-Zn羟基氧化物高效催化析氧反应
析氧反应(OER)是电化学能量转换设备中的一个关键过程。理解晶格氧的氧化机制对于开发优异的OER催化剂是至关重要的。过渡金属羟基氧化物通常被认为是各类OER催化剂中关键的催化物质，它们的低维层状结构有利于O-O的直接偶联反应。有鉴于此，新加坡南洋理工大学Xin Wang、徐梽川教授等人将Zn2+引入到CoOOH中。研究发现，由于Zn2+离子的引入，获得了局域构型不同的的氧非键态，OER机制取决于Zn2+离子的数量，其中Zn0.2Co0.8OOH具有最佳的催化活性。
Zhen-Feng Huang, Jiajia Song, Yonghua Du, Shibo Xi, Shuo Dou, JeanMarie Vianney Nsanzimana, Cheng Wang, Zhichuan J. Xu* & Xin Wang*.Chemical and structural origin of lattice oxygen oxidation in Co–Zn oxyhydroxide oxygen evolution electrocatalysts. Nature Energy,2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0355-9
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0355-9
4. Nature Photonics：超厉害！21.6%效率的钙钛矿LED问世！
溶液处理的钙钛矿光电器件（例如发光二极管）的主要效率极限是陷阱介导的非辐射损耗。使用有机分子的缺陷钝化已被确定为解决该问题的有吸引力的方法。然而，由于缺乏对分子结构如何影响钝化效果的深刻理解，这种方法的实施受到阻碍。到目前为止，很大程度上忽略了氢键在影响钝化方面起着关键作用。
Li-Min Liu, Wei Huang 联合Feng Gao团队通过弱化钝化功能部分与钙钛矿中特有的有机阳离子之间的氢键，显着增强了与缺陷位点的相互作用并使非辐射复合损失最小化。因此，实验实现了极高性能的近红外钙钛矿发光二极管，其外部量子效率达到创纪录的21.6％。此外，钝化钙钛矿发光二极管在200 mA cm-2的高电流密度下保持20.1％的高外部量子效率，使其比最有效的有机物更具吸引力。
Weidong Xu, Qi Hu, Sai Bai, Chunxiong Bao, Yanfeng Miao,Zhongcheng Yuan, Tetiana Borzda, Alex J. Barker, Elizaveta Tyukalova, ZhangjunHu, Maciej Kawecki, Heyong Wang, Zhibo Yan, Xianjie Liu, Xiaobo Shi, KajsaUvdal, Mats Fahlman, Wenjing Zhang, Martial Duchamp, Jun-Ming Liu, AnnamariaPetrozza, Jianpu Wang, Li-Min Liu, Wei Huang & Feng Gao. Rational molecularpassivation for high-performance perovskite light-emitting diodes. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0390-x
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0390-x
5. Nature Photonics：深紫外发光二极管技术的出现和前景
通过将GaN与AlN合金化，可以调整AlGaN发光二极管的发射峰位，覆盖几乎整个紫外光谱范围（210-400 nm），使紫外发光二极管非常适合各种领域的应用（生物、环境、工业或医疗）。然而，由于富铝III族氮化物材料固有的性质，深紫外发光二极管仍然表现出相对低的外量子效率。近日，Michael Kneissl等人回顾了AlGaN基深紫外发光器件的最新发展进展。研究人员重点讨论了在缺陷密度，载流子注入效率，光提取效率和散热方面提高性能时所面对的关键障碍。
Michael, K. et al. The emergence and prospects of deep-ultravioletlight-emitting diode technologies. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0359-99
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0359-9
6. Nature Photonics：超薄金属薄膜中的可调谐等离子体
当一个或多个维度减小到纳米级时，电子，光子及其等离子体相互作用的物理学变化很大。例如，石墨烯显示出独特的电学，光学和等离子体特性，这些特性可通过门控或化学掺杂来调节。同样，低至原子厚度的超薄金属薄膜（UTMF）可以具有新的量子光学效应，独特的介电特性和可预测的强等离子体。然而，迄今为止，由于难以生产大面积的足够薄的连续薄膜，金属中真正的二维等离子体激元是难以捉摸的。
近日，ValerioPruneri等人展示了几纳米厚的黄UTMF中的等离子体，明确证明了新的分散体系和大范围的电可调性。研究人员通过使用相对低的电压进行选通，1.5-5μm的波长处的共振峰会移动数百纳米并且通过门控调控振幅。该研究结果提出了在等离子体应用中使用金属的方法，例如电光调制，生物传感和智能窗。
Maniyara, R. A. et al. Tunable plasmons inultrathin metal films. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0366-x
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0366-x.pdf
7. Nature Photonics：室温有机极化子晶体管
具有更小尺寸和更低能耗的有源光学元件是现代光子学的核心。随着光学活性区域的体积减小，小型化，速度化和效率化的驱动已促使开发利用强光-物质相互作用的装置。通过控制光物质耦合的强度，超过损耗，形成称为激子-极化子的准粒子，其将光场的特性与活性材料的电子激发相结合。近日，斯科尔科沃科学技术研究所Pavlos G.Lagoudakis团队用光学微腔中的梯形聚合物代替无机半导体，并通过振动介导的受激极化子弛豫实现极化子晶体管的室温操作。此外，研究人员在环境条件下展示了~10 dBμm-1的净增益，亚皮秒切换时间，级联放大和全光逻辑运算。
Zasedatelev, A. V. et al. A room-temperature organic polariton transistor. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0392-8
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0392-8.pdf
8. Nature Photonics：打破动态全息术的串扰限制
全息摄影是逼真的三维（3D）投影最有前景的途径，但复杂图像与全深度控制的结合仍然是难以捉摸的。尽管针对3D全息投影进行了大量努力，但可用的方法仅限于在几个平面上创建图像，并且景深狭窄或分辨率低。真正的3D全息术还需要全深度控制和动态投影功能，这些功能受到高串扰的影响。困难在于存储以全息图的2D形式描绘复杂3D图像所需的所有信息，而不会使不同深度处的投影彼此污染。比尔肯特大学Onur Tokel 和F. Ömer Ilday等人通过预先整形波前来局部地将菲涅耳衍射减少到傅里叶全息图来解决这个问题，这允许在每个深度处包含随机相位而不改变在该特定深度处的图像投影。
G. Makey, Ö. Yavuz, D. K. Kesim, A. Turnalı, P. Elahi, S. Ilday, O. Tokel, F. Ö. Ilday. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0393-7
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0393-7
9. Nature Protocols：针尖增强拉曼光谱用于纳米尺度的化学成像
共焦拉曼光谱和表面增强拉曼光谱(SERS)是分子表征的重要手段。然而，它们受限于衍射极限的空间分辨率。针尖增强的拉曼光谱(TERS)克服了这一限制，可以提供数十纳米尺度的化学信息。与其他的纳米化学分析方法相比，TERS不具有破坏性，并且可以在空气和液体环境中进行，使得其可以应用于各个领域。基于TERS的原子力显微镜(AFM)是一种常见的表征手段，它可以应用于不同基底上的各类样品。尽管该技术具有诸多优点，但由于其使用寿命短、稳定性低、产率低等诸多问题，使得其在纳米化学成像领域的应用受到了限制。
英国国家物理实验室的Andrew J. Pollard等人详细描述了使研究人员能够利用AFM-TERS在生物和非生物样本上获得TERS成像的程序。该程序包括四个阶段:（1）制备活性TERS探针；（2）测试仪器的校准；（3）使用TERS进行纳米级成像的实验操作；（4）TERS数据处理。本文提供了一系列不同样品类型的程序和示例数据，包括聚合物薄膜、有机分子的自组装单层膜(SAMs)、光催化剂表面、生物细胞内的小分子、空气和水中的单层石墨烯和单壁碳纳米管等。
Naresh Kumar, Bert M. Weckhuysen, Andrew J. Wain & Andrew J.Pollard*. Nanoscale chemical imaging using tip-enhanced Ramanspectroscopy. Nature Protocols, 2019.
DOI: 10.1038/s41596-019-0132-z
https://www.nature.com/articles/s41596-019-0132-z
10. Nature Protocols：阳离子荧光线型聚合物温度计和荧光寿命成像显微镜用于细胞内温度成像
温度是决定生物体生物学状态的重要生理参数之一。然而，由于缺乏可以应用于活细胞的分子温度计，直到近期，才在单细胞水平上测得细胞内的温度。大阪府立大学Noriko Inada等人开发了一种利用阳离子荧光线型聚合物温度计(FPT)和荧光寿命成像显微镜(FLIM)将细胞内温度成像的方法。FPT在各类哺乳动物细胞和酵母细胞中均表现出优异的细胞渗透性，预处理10分钟后进入活细胞。利用FPT和FLIM进行细胞内测温，在25-35℃的温度范围内获得高的温度分辨率(0.3-1.29 ℃)。阳离子线型FPT的细胞内定位获得了高的空间分辨率(光学显微镜的衍射极限为200 nm)，可以检测到亚细胞水平的温度分布。
Noriko Inada*, Nanaho Fukuda, Teruyuki Hayashi & SeiichiUchiyama. Temperature imaging using a cationic linear fluorescent polymericthermometer and fluorescence lifetime imaging microscopy. Nature Protocols,2019.
DOI: 10.1038/s41596-019-0145-7
https://www.nature.com/articles/s41596-019-0145-7
11. Nature Protocols：基于生物荧光共振能量转移的活细胞蛋白质-蛋白质相互作用成像
荧光共振能量转移(BRET)是荧光给体与荧光受体之间的能量转移。当供体和受体之间的距离小于10 nm时，BRET的效率与距离的六次方成反比，因此它是一种受到广泛关注的近距离检测活细胞中蛋白-蛋白相互作用和构象重排的方法。在这类的实验中，其中一个靶蛋白被融合到荧光能量供体上，另一个蛋白被融合到荧光能量受体上。由于BRET供体不需要外部光源，因此不会导致光毒性或自发荧光，使得它成为了荧光成像的替代品。然而，BRET能量供体较低的信号输出限制了BRET成像的时间和空间分辨率。
有鉴于此，加拿大蒙特利尔大学Michel Bouvier等人描述了最近针对检测设备和BRET探针方面的改进，能够显著提高BRET成像的分辨率，从而拓宽了BRET成像的应用领域。本文描述了三个主要阶段。首先，细胞制备和转染需要三天，包括细胞培养时间；其次，在显微镜设置的初始时间为60分钟之后，每个样本的图像采集时间为10-120分钟；最后，图像分析一般需要1-2小时，并讨论了荧光供体、荧光受体、相机和显微镜设备的选择，以及用于不同应用的采集模式。
Hiroyuki Kobayashi, Louis-Philippe Picard, Anne-Marie Schönegge& Michel Bouvier*. Bioluminescence resonance energy transfer–based imaging of protein–proteininteractions in living cells. Nature Protocols, 2019.
DOI: 10.1038/s41596-019-0129-7
https://www.nature.com/articles/s41596-019-0129-7
12. Nature Commun.：中空介孔有机硅纳米颗粒用于x射线激活的协同治疗
放射治疗的成功依赖于肿瘤特异性地给予放射增敏剂来减弱低氧抵抗。中科院宁波材料所沈折玉团队、南京大学卢光明教授团队和美国NIH陈小元教授团队合作报道了一种利用氨辅助的热水蚀刻法合成小于50纳米的中空介孔有机硅纳米颗粒(HMONs)的方法。实验选用可生物降解的硫醚杂化的HMONs来有效地同时递送叔丁基过氧化氢(TBHP)和五羰基铁(Fe(CO)5)。
与传统放疗不同的是，该研究采用的放射动力学治疗(RDT)是利用x射线激活TBHP内过氧键裂解生成•OH，并进一步攻击Fe(CO)5释放CO分子进行气体治疗。体内外研究也揭示了x射线可以激活负载了TBHP/Fe(CO)5的聚乙二醇化HMONs去级联释放•OH和CO分子，且该过程不依赖于氧气，对于正常氧浓度和乏氧的肿瘤都具有显著的治疗作用。
Fan, W.P., Lu, N., Shen, Z.Y., Lu, G.M., Chen, X.Y. et al. Genericsynthesis of small-sized hollow mesoporous organosilica nanoparticles foroxygenindependent X-ray-activated synergistic therapy. NatureCommunications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09158-1
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09158-1
13. AFM：对肿瘤微环境响应的药物-染料-肽纳米组装体用于增强的光-化学-免疫治疗
根据治疗学理论所构建的纳米药物在生物医学应用中具有独特的、不可替代的优势，尤其是在用于递送癌症治疗药物方面。然而，如何构建对肿瘤微环境响应的治疗性纳米药物仍然是一个不小的挑战。四川大学华西医院钱志勇教授团队采用了一种简单易行的方法构建了一种基于治疗学理论的纳米系统，该系统具有主动靶向肿瘤、增强的肿瘤穿透性、响应刺激的药物释放行，以及程序性细胞死亡-1/程序性细胞死亡配体1 (PD-1/PD-L1)阻断介导的免疫调节，可以增强肿瘤免疫治疗。该纳米系统在24小时内可以显著地抑制原发肿瘤生长(抑制率超过97.5%)，在结合IR820的光热治疗后则可达到完全抑制。并且利用阻断PD-1/PD-L1的拮抗剂D肽也可进一步减轻远端肿瘤的发展和侵袭性。
Peng, J.R., Qian, Z.Y. et al. Tumor Microenvironment ResponsiveDrug-Dye-Peptide Nanoassembly for Enhanced Tumor-Targeting, Penetration, and Photo-Chemo-Immunotherapy. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201900004
https://doi.org/10.1002/adfm.201900004
14. Materials Today Nano综述：赶紧收藏！钙钛矿LED的研究进展
由于高效率，低制造成本，高纯度和广泛可调的发光等诸多优势，钙钛矿发光二极管（PeLEDs）在过去几年中引起了极大的关注。通过在钙钛矿组合物和器件结构的工程不断优化，PeLEDs的外部量子效率提升至20％以上，前途无量。但是，其运行稳定性差，包括纯蓝色（发射波长，450-470 nm）和纯红色（发射波长，620-650 nm）的光谱不稳定性。PeLEDs和偏压下的短工作寿命阻碍了可能的实际应用。苏州大学孙宝全联合林雪平大学S. Bai团队总结了最近钙钛矿材料和LED器件结构的研究进展，以提高纯蓝色和纯红色PeLED的光谱稳定性和工作条件下的运行稳定性。另外，也介绍对可用于进一步提高PeLED稳定性的可能策略的展望。
Zou, Y., Yuan, Z., Bai, S., Gao, F. & Sun, B. Recent progresstoward perovskite light-emitting diodes with enhanced spectral and operationalstability. Materials Today Nano, 2019.
DOI: 10.1016/j.mtnano.2019.100028
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842019300094
