1. Nature Mater.：石墨烯工业的综合挑战
过去几年石墨烯研究取得了重大进展，但其商业化和工业化仍面临诸多挑战。刘忠范和彭海琳团队讨论了工业大规模合成石墨烯的相关问题，这是未来石墨烯行业发展的关键之一。
石墨烯因其引人入胜的特性而成为现代化学和物理学的新兴材料。到2022年，全球石墨烯市场预计将超过1.5亿英镑。然而，石墨烯的真正商业化远未取得一夜之间的成功。
只有满足特定应用要求并提供超越其他替代品令人信服的优势的材料才能占领潜在市场。以碳纤维的发展历史为例，在孵化期间，其工业化在很大程度上受到缺乏碳纤维产品的限制，碳纤维产品具有令人信服的性能和性能，以满足应用的要求。那时，碳纤维的可能用途仅在少数几个领域，如钓竿和高尔夫球杆。在接下来的几年中，特别是近几十年来，高级碳纤维合成的进步确保了扩展的商业应用，包括土木工程，军事，汽车和航空航天工业。反思碳纤维的商业化途径，在改进材料合成和实现真正竞争性应用方面的不懈努力可能使石墨烯能够找到更广泛商业化的方法。
未来之路：
与硅工业一样，石墨烯并非在每个领域都是无所不能的。成功的关键在于实现材料合成的进步，并揭示区分石墨烯突出优势的实际杀手锏应用。目前的研究发展已经确定了几种可能的杀手级应用候选者。石墨烯成功应用于基于石墨烯等离子体的宽带图像传感器阵列和太赫兹到中红外应用。最近，石墨烯已被用作可调谐的过滤器，此外，石墨烯膜可用作TEM样品的理想支撑，同时提供更高的分辨率。
关于石墨烯产品的价格，虽然我们应该重视降低生产成本的持续努力，但商品化石墨烯产品的价格应该由产品性能决定。石墨烯研究和工业界的主要工作应该致力于提高石墨烯产品的质量和性能，而不是仅仅专注于提供价格合理的便宜货。即使价格高出五倍，性能提升十倍的产品也会有很大的市场。尽管石墨烯已被广泛认为是具有许多迷人特性的非常有前景的二维材料，但似乎很难预测石墨烯工业的确切未来。自学术研究初步转变为实际应用以来，仅过了几年，还有很大的发展空间，也就是说，石墨烯工业化和商业化是一个漫长的旅程，没有成功的捷径。随着工业规模材料合成和新兴杀手应用的不断改进，石墨烯行业应该能够期待更光明的未来。
图1. 石墨烯及其衍生物最常见的商业产品示意图：石墨烯纳米薄片，GO和连续石墨烯薄膜
图2. 商业石墨烯产品的生产能力和质量
图3. 寻找石墨烯的杀手锏应用
Li Lin, Hailin Peng, Zhongfan Liu. Synthesischallenges for graphene industry. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0341-4
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0341-4
2. Nature Energy：石榴石固态电池薄膜中快速锂传导的低依赖加工温度
固态电池大规模集成的一个关键参数是在保持锂离子传导的同时建立以尽可能低的加工温度组装电池材料的加工策略。尽管研究人员在此之前进行了大量的研究工作，但是在保持高锂浓度和低加工温度下实现锂离子传导的同时集成陶瓷膜电解质仍然具有挑战性。在本文中，麻省理工学院Rupp等报道了一种替代性的陶瓷加工策略，这种策略通过多层的演变直接在锂-石榴石型电解质薄膜中建立锂储存区域，从而实现了异常低的加工温度下进行锂化和快速导电的立方固态电池电解质。通过多层处理方法处理的锂-石榴石型陶瓷电解质薄膜室温下显示出2.9 × 10 5 S/cm（室温下）和所要求的立方相。该方法使未来的固态电池为正极体积设计预留了更多空间并降低了加工温度。
Reto Pfenninger, Jennifer L. M. Rupp et al. Alow ride on processing temperature for fast lithium conduction in garnetsolid-state battery films. Nature Energy, 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0384-4
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0384-4
3. Nature Electron.：稳定、无损伤的理想二维晶体管的加工平台
二维半导体具有许多有价值的特性，可用于制造新颖的电子器件。然而，创建具有良好接触和稳定性能的2D设备已证明具有挑战性。哥伦比亚大学James T. Teherani团队报道了可转移的接触点，由嵌入绝缘六方氮化硼的金属制成并干法转移到2D半导体上，可用于制造高质量的2D晶体管。该方法可防止直接金属化引起的损坏，为2D器件制造提供清洁，稳定且无损伤的平台。采用该方法，我们制备了基于双层p型WSe2的场效应晶体管（FET），其具有高空穴迁移率和低接触电阻。制造的器件在超过两个月的测量中也表现出高电流和稳定性。此外，低接触电阻和干净的通道使得能够制备一个近乎理想的顶栅式p-FET，在290 K下，其阈值摆幅为每十倍频64 mV。
Jung,Y., Choi, M. S. et al. Transferred via contacts as a platform for idealtwo-dimensional transistors. Nature Electronics, 2019.
DOI:10.1038/s41928-019-0245-y
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0245-y
4. JACS：一种通用的制备负载在Y沸石上的孤立单金属原子位点催化剂的方法
探索高性能的金属负载在沸石上的催化剂具有重要意义。近日，清华大学李亚栋与上海交大陈接胜等多团队合作，报道了一种通用的制备负载在Y沸石上的孤立单金属原子位点催化剂(M-ISAS@Y, M=Pt, Pd, Ru, Rh, Co, Ni, Cu)的策略。作者通过原位分离，在结晶过程中将金属-乙二胺限域在β-笼里，再进行热处理制备了M-ISAS@Y催化剂。M-ISAS是由Y沸石的骨架氧稳定，M-ISAS@Y具有良好的结晶度、孔隙度和较大的表面积。实验发现，合成的Pt-ISAS@Y催化剂能高效催化剂正己烷异构化反应，总异构体选择性超过98%，且TOF值达727 h-1，是Pt纳米颗粒（3.5 nm）的5倍。
Yiwei Liu, Zhi Li, Jiesheng Chen*, Yadong Li*,et al. A General Strategy forFabricating Isolated Single Metal Atomic Sites Catalysts in Y Zeolite. Journal of the American Chemical Society, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b02936
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b02936
5. Nature Commun.：合理设计活性位点，实现高效、持久产氢
在原子水平上理解电催化活性对于开发新的无金属碳电催化剂，实现高效的可再生能源转化至关重要。近日，中科院化学所李玉良、Yurui Xue与香港理工大学Bolong Huang等多团队合作，利用酰胺化碳纤维，提出了一种合理调控结构和电子性能的策略，显著提高了电催化剂析氢反应活性。理论计算表明，表面酰进行胺化修饰会促进二维电子向C =O分支定域。改性后的表面具有自激活电子萃取特性，该特性是由HO-C =Ccatalyst和O= C-Ccatalyst之间的快速可逆切换实现的。实验表明，该无金属电极在酸性和碱性介质中均表现出优异的HER活性和长期稳定性，甚至超过了工业用的20% wt% Pt /C催化剂。
Yurui Xue*, Bolong Huang*, Yuliang Li*, et al.Rationally engineered active sites for efficient and durable hydrogen generation. Nature Communications, 2019.
DOI: /10.1038/s41467-019-10230-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10230-z
6. Angew：单原子Ir催化剂高效ORR
单原子催化剂(SACs)结合了均相催化剂和多相催化剂的优点，为ORR催化剂的成本、活性和耐久性带来了革命性的新机遇。近日，温州大学Shun Wang、布鲁克黑文国家实验室Dong Su、阿贡国家实验室Tianpin Wu及滑铁卢大学陈忠伟等多团队合作，报道了一种模拟均相Ir卟啉的Ir-N-C单原子催化剂(Ir-SAC)，并用于ORR的高效催化。与理论预测的结果一致，所研制的Ir-SAC比Ir纳米粒子的ORR活性高几个数量级，具有创纪录高的TOF值（24.3 e−site−1 s−1，0.85 V vs. RHE)，并具有高的质量活性（12.2 A mg-1 Ir），远远优于先前报道的SACs和商用Pt/C。原子结构表征和DFT计算表明，反应中间体在配位于四个N原子上的单核Ir离子上具有适中的吸附能，是Ir-SAC活性高的原因。
Meiling Xiao, Jianbing Zhu, ShunWang*, Tianpin Wu*, Dong Sub*, Zhongwei Chen *, et al. Single atom iridiumheterogeneous catalyst in oxygen reduction reaction. Angewandte Chemie International Edition,2019.
DOI: 10.1002/anie.201905241
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201905241
7. Chem. Rev.：水电解液中Cu基催化剂电化学CO2还原的研究进展及展望
到目前为止，Cu基催化剂是唯一一种能通过电化学CO2还原(CO2R)产生有价值的碳氢化合物和醇类(如乙烯和乙醇)的多相催化剂。影响CO2R活性和选择性的因素很多，包括催化剂的表面结构、形貌、组成、电解质离子和pH的选择以及电化学电池的设计。这些因素往往相互交织，使催化剂的开发和设计复杂化。
近日，斯坦福大学Jens K. Nørskov, Thomas F. Jaramillo与丹麦技术大学Ib Chorkendorff团队合作，从宏观和历史的角度分析这些不同的影响因素及它们在Cu基催化剂催化CO2R过程中复杂的相互作用，目的是为该领域的研究方向和实际应用提供新的见解、批判性评价和指导。作者首先总结了研究CO2R产物形成的机制的探索实验和理论方法，并表述了作者对Cu基催化剂催化CO2R复杂的反应网络的理解；然后分析了改变Cu活性和选择性的两种方法：纳米结构和双金属电极的构造；最后对电化学CO2R的发展前景进行了展望。
Stephanie Nitopi, Erlend Bertheussen, Jens K.Nørskov,* Thomas F. Jaramillo,* Ib Chorkendorff,* et al. Progress and Perspectives of Electrochemical CO2 Reductionon Copper in Aqueous Electrolyte. Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00705
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.8b00705
8. Chem. Soc. Rev.：多硫化物双阴离子和自由基阴离子的应用，包括硫基电池
众所周知硫链状的例子是多硫化物二价阴离子[Sn]2-（n=2-9）和相关的自由基单阴离子[Sn]- 。二价阴离子可以分离为具有适当阳离子的结晶盐，并在结构和光谱上表征。虽然较小的自由基单阴离子可以在沸石基质中稳定，但它们通常通过二价阴离子的歧化或部分离解以及元素硫的电化学还原在溶液中形成。了解这些同质原子物种的基本化学是解释它们在各种化学环境中行为的关键。
柏林技术大学Ralf Steudel和卡尔加里大学Tristram Chivers团队将批判性地评估用于表征溶液和固态中多硫化物阴离子和自由基阴离子的技术，即拉曼、紫外-可见、EPR、NMR和X射线吸收光谱、X射线晶体学、质谱、色谱和高水平的量子化学计算，并讨论这些阴离子硫物种起关键作用的领域的最新进展，包括碱金属-硫电池、有机合成、生物化学、地球化学过程（金属运输、配位络合物、大气化学和材料科学）。
Ralf Steudel, Tristram Chivers. The role ofpolysulfide dianions and radical anions in the chemical, physical andbiological sciences, including sulfur-based batteries. Chemical Society Reviews,2019.
DOI: 10.1039/C8CS00826D
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c8cs00826d#!divAbstract
9. AM综述：石墨炔及其组装体系结构：综合，功能化和应用
石墨炔，Graphdiyne（GDY）是一种新颖的单原子厚碳同素异形体，具有sp-和sp2-杂化碳原子的组合层，由于其独特而迷人的结构，物理和化学性质，引起了科学界和工业界的极大兴趣。具有不同形态的基于GDY的材料，例如纳米线，纳米管阵列，纳米片和有序条纹阵列，已经应用于各种领域，例如催化，太阳能电池，能量存储和光电器件。李玉良院士团队介绍了GDY的基本属性之后，介绍了基于GDY的纳米结构及其应用的制备的最新进展以及相应的机制，并且还讨论了未来发展的关键问题。
Yu, H.,Xue, Y., Li, Y. Graphdiyne and its Assembly Architectures: Synthesis,Functionalization, and Applications. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201803101
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201803101
10. Adv. Sci.：多功能可生物降解的纳米复合材料用于癌症诊疗
纳米诊疗平台可集诊断和治疗功能于一体，在精准医学领域具有巨大的应用价值。东华大学朱利民教授团队和南京妇幼保健院唐冉冉团队合作报道了一种基于中空介孔有机硅纳米颗粒(HMONs)的可生物降解纳米诊疗平台，并对其在超声/光声双模成像指导下的肿瘤化学-光热联合治疗进行了研究。
实验通过将二硫键结合到HMONs的骨架中，使其具有对谷胱甘肽响应的生物降解行为。该纳米材料可以对吲哚菁绿(ICG)和全氟戊烷(PFP)进行负载，前者可以作为光热试剂，后者则可以产生用于超声成像的气泡。实验也引入了紫杉醇前药物并将其作为对氧化还原敏感的“大门”以控制ICG的释放和进行后续的化疗。ICG在808nm激光照射下可以产生轻度的热，进而导致PFP由液相转变为气相，产生可用于超声成像的气泡，因此该平台具有良好的超声和光声成像性能。同时，体内外实验结果也表明该纳米颗粒具有很好的化学-光热协同治疗效果。
Jianrong Wu, Ranran Tang, Li-Min Zhu, et al. AMultifunctional Biodegradable Nanocomposite for Cancer Theranostics. Advanced Science,2019.
DOI: 10.1002/advs.201802001
https://doi.org/10.1002/advs.201802001
11. Adv. Sci.：单分散铜(I)基纳米MOF作为可生物降解的药物载体增强光动力治疗
光动力治疗(PDT)已经成为治疗癌症的一种有效方法。然而，PDT的治疗效果也受到肿瘤乏氧和谷胱甘肽(GSH)过表达的微环境限制。中科院长春应化所逄茂林团队和林君团队合作提出了一种可生物降解和负载氧气O2的CuTz-1@F127 MOF平台(CuTz-1-O2@F127)，它可通过克服细胞内乏氧和降低肿瘤中的谷胱甘肽水平来增强PDT。
这种基于Cu(I)的MOF在近红外光照射和有H2O2存在的情况下能够发生类芬顿反应生成•OH和O2。同时CuTz-1-O2@F127纳米颗粒也可以释放吸附的O2，进一步缓解细胞内乏氧。此外，CuTz-1@F127中的Cu（I）可以与细胞内的谷胱甘肽发生反应以降低其浓度水平，从而大大提高PDT的效率。经尾静脉注射后，该材料在808 nm激光照射下具有很好的协同抗肿瘤效果。并且该材料是可生物降解的，体内生物分布和代谢实验表明，近90%的材料可在30 天内通过粪便和尿液排出，具有很好的临床转化前景。
XuechaoCai, Maolin Pang, Jun Lin, et al. Monodispersed Copper(I)-Based Nano Metal–Organic Framework as a Biodegradable Drug Carrier with EnhancedPhotodynamic Therapy Efficacy. Advanced Science, 2019.
DOI:10.1002/advs.201900848
https://doi.org/10.1002/advs.201900848
12. Adv. Sci.综述：基于工程化细胞膜的纳米治疗试剂用于靶向治疗炎症
炎症在人体中无处不在，它既可以引发免疫反应以抵御危险，也会引发对细胞和组织的损害从而导致疾病。纳米药物在治疗炎症方面具有很好的潜力。而从参与炎症过程的细胞中提取的细胞膜则可以被用来包覆纳米治疗药物，从而有效地将其靶向递送到炎症组织。哥伦比亚大学Dan Shao团队和Kam W. Leong团队合作综述了近年来关于基于细胞膜的、治疗炎症的纳米药物研究进展；探讨了如何充分发挥细胞膜包覆在靶向和调控炎症微环境方面的作用以及该领域所面临的挑战和未来的机遇。
Huize Yan, Dan Shao, Kam W. Leon, et al.Engineering Cell Membrane-Based Nanotherapeutics to Target Inflammation. Advanced Science,2019.
DOI: 10.1002/advs.201900605
https://doi.org/10.1002/advs.201900605
