中科大Science,华东师大、深圳大学、河北大学等成果速递丨顶刊日报20190401
纳米人 纳米人 2019-04-01
1. Science:可见光催化脱羧偶联反应新突破!

光诱导分子间的电荷转移可以通过非共价键的方式在电子给体和受体之间发生,并不限定每一个底物(给体或受体)都要在特定波长范围内具有吸收效应,只需要满足给体和受体结合形成的复合物在特定波长的范围内具有吸收即可,这样就可以简化光催化体系构成,降低催化剂成本。虽然这种光能利用方式已广泛应用于光伏器件中,但以催化氧化还原循环的机制应用于合成领域仍是未被提出过的新概念。

 

中国科学技术大学傅尧尚睿团队基于绿色催化的理念,首次提出了基于可见光激发的分子间电荷转移用于光氧化还原催化的新概念,发现了一种简单易得、高效环保的非金属阴离子复合物光催化体系,成功实现了温和条件的脱羧偶联反应,突破了传统反应需要贵金属光催化剂或有机染料的限制。这种新型非金属阴离子复合物光催化体系大大降低了催化剂成本,可应用于多种重要的功能分子的合成,解决了过渡金属在功能化合物和药物合成中残留等问题,为生物质羧酸分子转化、手性药物合成和多肽修饰提供了新的手段,具有重要的合成化学价值和良好的工业应用前景。


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图1. 催化剂体系和电荷能量转移模型(左)、光催化反应装置(右)

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图2. 光诱导非金属阴离子复合物催化的脱羧脱胺偶联反应

Ming-Chen Fu, Rui Shang, Bin Zhao,Bing Wang, Yao Fu. Photocatalytic decarboxylative alkylations mediated bytriphenylphosphine and sodium iodide. Science, 2019.

DOI: 10.1126/science.aav3200

http://science.sciencemag.org/content/363/6434/1429

 
2. Angew.:可自动切换的双模式海水能量提取系统

通过电化学装置直接在海洋中收集能量对于水下运载工具或探测器是必不可少的。由于海底的极端环境,使用同时具有高能量密度和功率密度的装置是非常重要的。但是到目前为止,这非常难实现。近日,华东师范大学MingHu联合上海大学Liang TangHu Jiang报道了一种可自动切换的双模式海水能量提取系统,该系统主动选择海水中的不同溶质作为电子受体,可以提供高能量密度和功率密度。在金属有机骨架的辅助下,该装置的理论能量密度为3960 Wh kg-1,实用功率密度高达100±4 mW cm-2,具有出色的稳定性和低成本。


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Zhang, W. et al.Auto-switchable dual-mode seawater energy extraction system enabled by metal-organic frameworks. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/ange.201901759

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ange.201901759

 

3. Angew.:硫量子点新突破

量子点具有激发波长范围宽、发射波长可连续调控、光稳定性好以及荧光发射峰窄、对称等优点,在太阳能电池、发光二极管、光电探测器以及分析检测等领域中得到了广泛应用。大部分量子点是基于II-VI和IV-VI族的含铅和镉物质,其重金属毒性限制了进一步发展及应用。鉴于硫材料储量丰富、无毒、生物相容性好等优点,人们将研究目光转向了硫量子。硫量子点的研究处于起步阶段,荧光量子产率偏低(3.8%),且发光机理不明确。

 

河北大学王振光团队发明了一种H2O2辅助的硫量子点合成方法,首先通过NaOH将块体升华硫刻蚀成纳米级别的颗粒,然后加入H2O2对其表面进行钝化处理,得到了荧光量子产率23%的硫量子点,且发光颜色可以通过控制H2O2的加入量调节(从绿色到蓝色),具体流程见下图1。


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图1. 不同颜色硫量子点合成路线示意图。

 

随后通过TEM、吸收光谱、荧光光谱、XPS、FTIR、激发依赖量子产率以及瞬态荧光等测试手段对硫量子点的发光机理进行了探索,见图2。结果证实硫量子点的荧光是硫核与表面态综合作用的结果,发光颜色随着硫核的大小变化(量子限阈效应的典型表现),对表面态的钝化处理可以降低荧光损耗,从而提高量子产率。最后作者利用蓝色硫量子点与橙色铜纳米团簇构建了白光LED,实现了高显色指数的正白光。

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图2. 硫量子点的表征:(a)XPS,(b) FTIR, (c) 不同激发能量下的量子产率,(d)不同发光颜色硫量子点(e,f)不同发光波长下的荧光寿命结果。

Henggang Wang, Zhenguang Wang, Yuan Xiong,Stephen V. Kershaw, Tianzi Li, Yue Wang, Yongqing Zhai, Andrey L. Rogach.Hydrogen Peroxide Assisted Synthesis of Highly Luminescent Sulfur Quantum Dots.Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201902344

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201902344

 
4. AM综述:葡萄糖氧化酶指导多模式协同肿瘤治疗

过去三年内,葡萄糖氧化酶(GOx) 由于其固有的生物相容性、生物可降解性和对β-D-葡萄糖的催化活性而引起了人们巨大的研究兴趣。尤其是在癌症治疗中,GOx能有效催化葡萄糖氧化成葡萄糖酸和过氧化氢。这一过程既会消耗氧气,也会导致肿瘤微环境中的酸性升高、乏氧增强和产生氧化应激。而所有这些变化都可以被利用去开发结合了GOx与其他治疗方法的多模式协同癌症治疗。深圳大学黄鹏教授团队介绍了有关GOx指导的多模式协同肿瘤治疗的一些代表性研究,并对其协同机制进行了系统的探讨;重点介绍了这一前沿研究领域在推进GOx基纳米药物发展时所面临的挑战和未来的前景。


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Fu, L.H., Huang, P. et al. GlucoseOxidase-Instructed Multimodal Synergistic Cancer Therapy. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201808325

https://doi.org/10.1002/adma.201808325

 
5. Nano Lett.:空心普鲁士蓝纳米酶用于对抗炎症和抑制细胞凋亡对抗缺血性中风

缺血性中风是一种毁灭性极强的疾病,也是造成人类死亡的主要原因之一。缺血损伤后活性氧和活性氮(RONS)的过量产生则被认为是加剧脑损伤的关键因素。上海交通大学第六人民医院蔡晓军团队郑元义教授团队浙江大学医学院张宏教授团队田梅教授团队合作提出了一种有效的治疗策略,即利用人工纳米酶的多酶活性来驱动产生神经保护对抗缺血性中风。

 

实验通过一种简便的Bi3+辅助、无模板的合成策略开发了具有多酶活性的空心普鲁士蓝纳米酶(HPBZs),用于清除缺血中风大鼠的RONS。实验探讨了HPBZs对RONS的清除能力,发现HPBZs除了能减轻氧化应激外,还能有效抑制细胞凋亡并抑制炎症反应,从而提高大脑对缺血损伤的耐受性,使得副作用降低到最小。这项研究为开发一种新型的、用于神经保护纳米材料提供新的策略,对于治疗缺血性中风和其他与RONS相关的疾病来说大有帮助。


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Zhang, K., Cai, X.J., Zheng, Y.Y., Zhang, H.,Tian, M. et al. Hollow Prussian Blue Nanozymes Drive Neuroprotection againstIschemic Stroke via Attenuating Oxidative Stress, Counteracting Inflammation,and Suppressing Cell Apoptosis. Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04729

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b04729

 
6. ACS Nano综述:基于脂质体的DNA治疗策略

基因治疗是治疗单基因性疾病的一种很有前途的策略。而非病毒的基因递送系统,例如基于脂质体的DNA治疗方法则可以将编码基因序列特异性地传递到目标组织的,从而使治疗蛋白能够在病变的细胞中表达。但是目前基于DNA的基因递送方法效率比较低下,需要进一步的改进才能实现其临床应用。瑞士巴塞尔大学Jörg Huwyler教授团队Dominik Witzigmann教授团队合作讨论了基于脂质体的DNA递送系统,这些系统也已经在临床前环境中进行了研究;强调了一些影响基因在体内外表达的因素;介绍了纳米工程技术对DNA疗法的优化;最后也强调了基于脂质体的DNA治疗在临床实验中取得的进展和成绩。


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Buck, J., Huwyler, J., Witzigmann, D. et al.Lipid-Based DNA Therapeutics -Hallmarks of Non-Viral Gene Delivery. ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.8b07858

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b07858

 

7. ACS Energy Lett.:13.6%效率,单结染料敏化太阳能电池最高值

染料敏化太阳能电池(DSSC)的电子注入能量损失是阻碍的基本问题之一。大连理工大学Xichuan Yang孙立成联合Anders Hagfeldt团队开发出了两个三并咔唑triazatruxene(TAT)基敏化剂,分别含有柔性Z型双键和刚性单键,编码为ZL001和ZL003,并应用于DSSC。研究表明,ZL003使用刚性单键可以促进更快的电子注入,提高TiO2中的电子密度和Voc。基于ZL003的最高效率(PCE)为13.6%,Voc = 956 mV,Jsc =20.73mA cm-2,FF = 68.5%,是迄今为止单结DSSC的最高值。基于ZL003的电池的认证效率为12.4%。


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Zhang, L.; Yang, X.; Wang, W.; Gurzadyan, G.G.; Li, J.; Li, X.; An, J.; Yu, Z.; Wang, H.; Cai, B.; Hagfeldt, A.; Sun, L.Efficient Organic Dye-Sensitized Solar Cells by Minimizing Energy Losses of theExcited State. ACS Energy Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00141

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00141

 

8. AFM:Cs2AgBiBr6单晶在X射线探测器中的应用
由于具有较低的最小可检测剂量率和无毒的优点,双钙钛矿Cs2AgBiBr6单晶具有很低的检测应用潜力。然而,Ag+/Bi3+的无序排列通常会引起结构变形,并且严重影响Cs2AgBiBr6单晶的光电性质。暨南大学Wenzhe LiJiandong Fan华中科大Guangda Niu团队证明了PEABr能够原位调节Cs2AgBiBr6单晶中的有序-无序相变。[AgX6]5-和[BiX6]3-八面体的有序化程度在理论上和实验上均被证明,同时可以降低缺陷密度并抑制自陷激子形成,从而调节带隙并增强其载流子迁移率,因此促进其在X射线探测器中的应用。基于PEA-Cs2AgBiBr6单晶的相应检测器显示出优异的性能。

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Yuan, W. et al. In Situ Regulating the Order–Disorder Phase Transition in Cs2AgBiBrSingle Crystal toward the Application in an X-Ray Detector. Advanced Functional Materials,2019.

DOI: 10.1002/adfm.201900234

https://doi.org/10.1002/adfm.201900234

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