JACS/AM 12篇,黄维、彭笑刚、张先正、唐江、李林等成果速递丨顶刊日报20190918
纳米人 纳米人 2019-09-18
1. JACS: CdSe纳米晶上羧酸盐配体的配位结构的鉴定

脂族羧酸盐是用于稳定胶体纳米晶体的最常见的一类表面配体。鉴定表面阳离子位点和羧酸盐配体之间的配位模式的方法基于经验红外(IR)光谱分配,这种模糊的归属指认妨碍表面结构的实际控制。

 

浙江大学Xueqian KongLinjun Wang彭笑刚团队采用核磁共振(NMR)和红外光谱的多种技术来区分具有特定晶面结构的一系列闪锌矿CdSe纳米晶体中的不同配位结构,包括以{100}基面,六面体为主的纳米片。仅有三种类型的低折射率面(即{100},{110}和{111}),以及没有明确定义面的球形点。通过密度泛函理论(DFT)计算辅助解释和分析NMR和IR信号。除了识别晶面敏感键合模式之外,本方法还适用于混合配体的非破坏性定量。


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Identification of Facet-Dependent Coordination Structures of Carboxylate Ligands on CdSeNanocrystals, J. Am. Chem. Soc., 2019

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b07836?rand=ogcffmdb

 

2. JACS:Ni和Au纳米颗粒供体-受体耦合高效NRR制NH3,法拉第效率达67.8%

传统的NH3生产方法(Haber-Bosch工艺)有望在环境条件下通过电化学合成进行代替,但是将N2电化学还原成NH3相当低的选择性(法拉第效率低)阻碍了其发展。近日,上海交通大学Xin-Hao Li等报道了一种强有力的方法,通过构建Ni和Au纳米粒子的无机供体-受体对,增加它们的电子密度,将Au催化剂电催化氮气还原反应(NRR)的法拉第效率提高到67.8%。

 

作者通过理论模拟方法研究了富电子Au中心在促进N2固定和活化方面的独特作用,并通过实验结果进行了验证。此外,将高度耦合的Au和Ni纳米颗粒负载在氮掺杂碳上用于NRR,可实现再利用和长期稳定性,使得该催化剂有望用于实际应用。


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Zhong-HuaXue, Xin-Hao Li*, et al. Electrochemical Reduction of N2 intoNH3 by Donor-Acceptor Couples of Ni and Au Nanoparticles with a67.8% Faradaic Efficiency. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b07963

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07963

 

3. JACS:钴肟基金属有机骨架薄膜高效HER

分子析氢催化剂(HEC)具有合成可调性,并且表现出高活性,但也受稳定性问题和与它们在均相中使用相关的实际限制的阻碍。HEC作为连接单元连接金属有机框架(MOFs)可以弥补这些缺点。此外,MOFs的三维结构可实现催化剂高的负载。

 

近日,乌普萨拉大学Sascha Ott等报道了一种新的MOF,它由钴肟(一种广泛研究的HEC)作为六核锆簇之间的金属连接体连接组成。当该MOF在导电基底上生长并且施加还原电位,钴肟连接体通过膜促进电子传输,并且发挥了分子HEC的功能。将该MOF用于析氢反应,其TOF比其它钴肟系统高几个数量级,并且该钴肟催化剂在电催化条件下的的分子完整性可保持至少18小时。


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SouvikRoy, Zhehao Huang, Sascha Ott*, et al. Electrocatalytic Hydrogen Evolution from aCobaloxime-based Metal-Organic Framework Thin Film. J. Am. Chem. Soc.,2019

DOI: 10.1021/jacs.9b07084

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07084

 

4. JACS: 二维DJ钙钛矿中的铁电性和拉什巴效应

混合有机-无机钙钛矿(HOIPs)是用于太阳能电池和发光二极管的新一代高性能材料。除了这些应用之外,HOIP的铁电性和旋转相关特性越来越广泛关注。强自旋轨道耦合的存在,与剩余极化确保的对称性破坏相结合,应该引起HOIP中电子频带的拉什巴型分裂。然而,关于HOIP的铁电性和拉什巴效应的报道很少。新加坡国立大学Kian Ping Loh南洋理工大学Tze Chien Sum报道了在二维Dion-Jacobson钙钛矿中观察到强大的铁电性和拉什巴效应。


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Ferroelectricityand Rashba Effect in a Two-Dimensional Dion-Jacobson Hybrid Organic-InorganicPerovskite, J. Am. Chem. Soc.2019

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07776

 

5. JACS:通过非共价超分子组装提高光催化CO2还原性能

近日,加州大学圣地亚哥分校Clifford P.Kubiak等通过添加酰胺取代基与Re联吡啶催化剂和Ru光敏剂系统(ReDAC/RuDAC)产生氢键相互作用来提高光催化CO2还原性能,生成一氧化碳(CO)和碳酸盐/碳酸氢盐。与未取代的Ru光敏剂(RuBPY)和ReDAC(TONCO)相比,该系统生成CO的TON(TONCO =100±4)和量子产率(ΦCO= 23.3±0.8%)增加了三倍以上。

 

在DMF,一种破坏氢键的溶剂中,ReDAC/RuDAC系统催化性能下降,而对照体系性能增加,表明氢键在通过超分子组装增强光催化减少CO2中的作用。进一步实验也表明,光催化的增强不是由于催化剂或光敏剂的固有性质的差异,而是由于它们之间的氢键相互作用。


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PoLing Cheung, Clifford P. Kubiak*, et al. Improving Photocatalysis forthe Reduction of CO2 through non-Covalent SupramolecularAssembly. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b07067

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07067

 

6. AM:人造的自然杀伤细胞用于特异性肿瘤抑制和巨噬细胞再教育

自然杀伤(NK)细胞不仅能识别和消除异常细胞,还能对免疫细胞进行募集和再教育以保护宿主。然而,NK细胞的功能在免疫抑制的肿瘤微环境(TME)中往往会受到限制。武汉大学张先正教授团队设计了一种人造的NK细胞(aNK),TME对aNK的限制作用很低,且它可以对巨噬细胞进行再教育以抑制肿瘤。

 

实验利用血红细胞膜(RBCM)去包裹全氟正己烷(PFC)和葡萄糖氧化酶(GOX)构建了aNK。Ank可通过消耗葡萄糖和生成过氧化氢(H2O2)来直接杀死肿瘤细胞。并且生成的H2O2也可作为细胞因子和趋化因子来募集免疫细胞,并对存活的巨噬细胞进行再教育,使其攻击肿瘤细胞。此外,载氧的PFC可以增强GOX的催化反应,改善乏氧的TME。体内外实验结果表明,aNK具有很好的肿瘤抑制和免疫激活作用。


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Mei-ZhenZou, Xian-Zheng Zhang. et al. Artifcial Natural Killer Cells for Specific TumorInhibition and Renegade Macrophage Re-Education. AdvancedMaterials. 2019

DOI:10.1002/adma.201904495

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904495

 

7. AM: 热压CsPbBr3准单晶薄膜,用于敏感的直接X射线检测

具有高灵敏度的X射线探测器将能够增加产生的信号并降低剂量率;因此,这种类型的检测器有利于医学成像和产品检查等应用。与其杂化对应物相比,无机卤化铅钙钛矿CsPbBr3具有相对较大的密度和较高的原子序数。因此,期望为X射线提供高检测灵敏度;然而,它很少被研究作为直接X射线探测器。

 

近日,华中科技大学GuangdaNiu、唐江采用热压方法制造厚的准单晶CsPbBr3薄膜,实现了55684μCGaair-1 cm-2的记录灵敏度,超过了所有其他X射线探测器(直接和间接)。热压方法简单,产生厚的准单晶CsPbBr3薄膜,取向均匀。在高温过程中,CsPbBr3薄膜的高结晶质量和自形成的浅溴化物空位缺陷的形成导致大的μτ产物,因此具有高的光电导增益因子和高的检测灵敏度。探测器还具有相对快的响应速度,可忽略的基线漂移和良好的稳定性,使得CsPbBr3 X射线探测器在高对比度X射线探测中极具竞争力。


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Pan, W. Niu, G. Tang, J. etal. Hot-Pressed CsPbBr3 Quasi-Monocrystalline Film for Sensitive Direct X-rayDetection. AM 2019.

DOI: 10.1002/adma.201904405

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201904405

 

8. AM: 超疏水表面水滴的可控高速静电操作

如果没有液体控制,生物过程和技术应用就无法工作,因为多功能水滴操作是一个重要问题。液滴运动通常通过使目标表面功能化或通过利用液滴中的添加剂来操纵。然而,在超疏水表面上,液滴不能快速移动或者在移动时难以停止。化学所Lei Wu中国科学院未来技术学院Zhichao Dong通过静电充电,证明了可控制的高速“一体化”无损液滴操纵,即在超疏水表面上的任何方向上的平面内移动和停止/钉扎。

 

结果表明,传输速度可以从零到几百毫米每秒变化。可以通过平面外静电充电实现水滴的起始移动状态和偏移钉扎状态之间的受控动态切换。这项工作开启了液滴控制技术在各种应用中的可能性,例如组合化学,生物化学和医学检测。


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Dai,H., Gao, C., Sun, J., Li, C., Li, N., Wu, L., Dong, Z., Jiang, L., ControllableHigh‐SpeedElectrostatic Manipulation of Water Droplets on a Superhydrophobic Surface.Adv. Mater. 2019, 1905449.

DOI: 10.1002/adma.201905449

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905449

 

9. AM:具有特殊调制带结构的g-C3N4中的掺杂剂和缺陷协同作用实现高效光催化析氧

电子结构极大地决定了半导体光催化剂的能带结构和电荷载流子传输性质,从而决定了它们的光催化活性。近日,西安交通大学Shaohua Shen等通过简单地在惰性气氛中煅烧石墨碳氮化物(g-C3N4)和硼氢化钠的混合物,同时将硼掺杂剂和氮缺陷引入了g-C3N4中。得到具有B掺杂和N缺陷的g-C3N4对光催化析氧反应表现出优异的活性,最高的氧气释放速率达561.2 μmolh-1g-1,远高于先前报道的g-C3N4

 

将B掺杂剂和N缺陷引入g-C3N4,使得g-C3N4导带和价带位置得到了调整,增强了可见光中的有效光学吸收和大大增加水氧化驱动力。此外,电子结构工程产生丰富的不饱和位点并诱导强烈的夹层C-N相互作用,导致有效的电子激发和加速的电荷传输。该工作展示了一种简便的方法来设计g-C3N4的电子结构和带结构,并同时引入掺杂剂和缺陷,用于高性能光催化析氧反应,为高效光催化设计提供了参考。


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DamingZhao, Shaohua Shen*, et al. Synergy of Dopants and Defects in Graphitic CarbonNitride with Exceptionally Modulated Band Structures for EfficientPhotocatalytic Oxygen Evolution. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201903545

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903545

 

10. AM: 18%PCE! 二维钙钛矿层间空间阳离子交替的组分控制

通过层间空间(ACI)中阳离子交替稳定的二维钙钛矿代表了一个非常新的领域,作为太阳能电池的高效半导体,其功率转换效率(PCE)接近15%。然而,进一步的改进将需要了解薄膜的性质,例如目前未知的ACI量子阱(QW)的厚度分布和电荷转移特性。近日,陕西师范大学Shengzhong(Frank) Liu、Kui Zhao通过掺入甲基氯化铵作为添加剂,有效控制了ACI 2D钙钛矿(GA)(MA)nPbnI3n + 1(<n> = 3)QW的膜质量。

 

形态学和光电子特征明确地证明了添加剂能够实现更大的晶粒尺寸,更光滑的表面和QW厚度的梯度分布,这导致通过低n和高nQW之间的有效电荷转移来增强光电流传输/提取和抑制非辐射电荷重组。由于开路电压和填充因子的显着改善,添加剂处理的ACI钙钛矿薄膜提供18.48%的冠军PCE,远远高于原始PCE(15.79%)。对于所有报道的基于ACI,Ruddlesden-Popper和Dion-Jacobson系列的2D钙钛矿太阳能电池,该PCE也是最高值。这些发现为二维钙钛矿的成分控制奠定了基础指导,以实现高效的光伏发电。


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Luo, T. Liu, S. Zhao, L. et al. Compositional Controlin 2D Perovskites with Alternating Cations in the Interlayer Space forPhotovoltaics with Efficiency over 18%. AM 2019.

DOI: 10.1002/adma.201903848

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201903848

 

11. AM综述:设计用于胞内递送蛋白的纳米载体

与小分子药物相比,利用蛋白质或抗体进行的疗法可以在极低的浓度下也保持高特异性和高活性,但它也存在着结构脆弱、分子尺寸大和膜穿透性差等缺点。而为了这些问题,各种用于负载蛋白质的纳米载体,如脂质纳米胶囊,聚合物纳米颗粒,无机纳米颗粒和多肽等都被开发出来。

 

新加坡国立大学Shao Q. Yao教授南京工业大学李林教授黄维院士合作综述了不同的胞内递送蛋白质的策略;对设计路线、作用机制和治疗方法进行了详细讨论;最后对这一领域的发展前景进行了展望。


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XiaofeiQin, Shao Q. Yao, Wei Huang. et al. Rational Design of Nanocarriers forIntracellular Protein Delivery. Advanced Materials. 2019

DOI:10.1002/adma.201902791

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902791

 

12. AM: 利用窄带隙有机半导体将钙钛矿太阳能电池的光伏响应扩展到近红外

铅基钙钛矿太阳能电池在近红外(NIR)区域会留下大量光谱损失。将超过800nm的光吸收延伸到NIR中应该增加光电流的产生并进一步提高钙钛矿太阳能电池(PSC)的光伏效率。近日,普林斯顿大学Yueh-LinLoo研究团队通过一种简单易行的方法是将NIR-发色团(也是路易斯碱)纳入钙钛矿吸收剂,扩大了其光响应并提高其光伏效率。

 

与没有这种有机发色团的原始PSC相比,这些太阳能电池在NIR中也能产生光电流。考虑到有机半导体的路易斯碱性质,其有效地钝化了钙钛矿缺陷。因此,这些膜显示出显着降低的缺陷密度,增强的空穴和电子迁移率,以及抑制的照射诱导的离子迁移。因此,具有有机发色团的钙钛矿太阳能电池表现出21.6%的增强效率,并且在连续的单日照射下显著改善了操作稳定性。


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Zhao, X. Loo, Y.-L. et al. Extending the Photovoltaic Response ofPerovskite Solar Cells into the Near‐Infrared witha Narrow‐Bandgap Organic Semiconductor. AM 2019

DOI: 10.1002/adma.201904494

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201904494

 

13. AFM: 胶原质基生物质多孔炭的可控设计、制备及在电化学能量存储与转换领域的应用

低成本和高性能的电极材料对于开发利用超级电容器、燃料电池等先进的电化学能量储存和转换系统至关重要。具有高电导率、大比表面积、化学性质稳定的多孔炭材料是一种非常具有前景的电极材料。近年来,植物基前躯体及其衍生物如纤维素、木质素、葡萄糖和蔗糖等被大量研究用于制备生物质基多孔炭材料,他们具有低成本、可持续、多元素原位掺杂及具有天然孔道结构的优势,但研究人员也逐渐发现这些植物性前躯体的获取受季节和区域的影响较大,杂元素含量较低且易流失,需要较为复杂的前期预处理,这些问题在一定程度上限制了其在电化学领域的广泛应用。

 

全球每年会产生大量的肉类副产物,如内脏、骨骼等,研究人员发现这些肉类副产物中富含的蛋白质是杂原子掺杂炭材料的的优质前躯体,尤其是这些动物性前驱体中含有的丰富胶原蛋白含有大量S、P等元素,而且动物性前驱体中含有的其他无机物可以发挥模板剂的作用,通过高温炭化裂解工艺,可以制备具有多原子掺杂和丰富纳米多孔结构的多孔炭材料,作为电极材料具有非常优异的性能。

 

最近,北京化工大学的王峰教授黄雅钦教授张正平副教授等系统综述了胶原质基生物质多孔炭的可控设计、制备及在电化学能量存储与转换领域的应用。在分析胶原生物质前驱体的结构组成的基础上,详细介绍了胶原质基多孔炭的制备和性能结构调控方法,并对胶原质基多孔炭在电化学能源存储以及转换领域中的具体应用实例进行了解读,为胶原质基多孔炭的进一步研究和应用提供了助力。


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JinNiu, Rong Shao, Mengyue Liu, Yongxi Zan, Meiling Dou, Jingjun Liu, ZhengpingZhang*, Yaqin Huang*, Feng Wang*. PorousCarbons Derived from Collagen‐Enriched Biomass: Tailored Design, Synthesis, and Application inElectrochemical Energy Storage and Conversion. AFM, 2019.

DOI:10.1002/adfm.201905095

https://doi.org/10.1002/adfm.201905095

 

14. ACS Energy Lett.: 优化微结构形态与光电损耗,实现超过15%的有机太阳能电池

高性能有机太阳能电池(OSCs)在相对较大的面积上的成功演示对其工业可行性和未来的应用至关重要。当器件面积从几mm2扩大到>1 cm2时,由于膜的不均匀性或光活性层的缺陷所造成的临界损耗严重制约了OSCs的性能和重现性。

 

近日,华南理工大学Lei YingFei Huang联合埃尔朗根-纽伦堡大学Ning Li通过对光活性层的精细优化和光电损耗的最小化,非富勒烯OSCs的外部量子效率最高可达88%,内部量子效率最高可达97%。进一步将富勒烯作为第三组分加入到光活性层中,优化了微观结构形貌,使得面积为>1.1cm2的大型器件超过了15%的效率里程碑。在这项工作中展示的令人兴奋的结果突出了通过材料和电子工程是减少高性能大面积OSCs的损失的重点。


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Ying, L. Huang, F. Li, N. et al. Optimizing MicrostructureMorphology and Reducing Electronic Losses in 1-cm2 Polymer Solar Cells toAchieve Efficiency over 15%.  ACS Energy Lett. 2019.

DOI:10.1021/acsenergylett.9b01447

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsenergylett.9b01447?rand=pq443bf7

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