1. Nature Chem.：如何吃饭更有助于身体健康
食物在摄入过程后发生了什么？在1961到2002年之间，能量消耗提高了25 %，其中部分是由于人们对高能量食物的需求导致的。比如在1977年到1995年间，美国快餐业实现了3倍的增量。杜兰大学Bruce C. Gibb对如何吃饭能对身体有益进行了总结。
本文要点：
1）对小鼠的实验显示，分别对其限制卡路里摄入和间歇性禁食的结果显示，通过这种限制小鼠有更久的生命。当然，这种作用在其他的生物，如原生动物，蜘蛛，孔雀鱼，鸡上同样得以验证。作者认为人们在吃饭时除了考虑摄入物的数量和质量，还需要注意吃饭的时间，其中间歇性禁食有更好的效果。有对猴子的实验结果显示限制卡路里摄入和间歇性禁食有助于改善帕金森症和老年痴呆症。这个结果说明这种方法有助于大脑保持健康。这种间歇性禁食背后的化学反应过程是如何发生的？有证据显示这种过程对自由基的生成有抑制作用（降低了氧消耗，抑制了活性氧物种的生成），并对减重有帮助。
2）正常健康人体中血液中酮体浓度范围在100~250 μM，在长时间运动/24小时禁食后酮体浓度达到1 mM。间歇性禁食和生酮作用能够削减氨基酸的循环，并对蛋白质的生成起到抑制，同时刺激自噬。总之，生酮作用的快速发展对理解健康饮食十分有利。
Bruce C. Gibb, et al. Food for thought，Nature Chem. 2020, 12, 425-427
DOI：10.1038/s41557-020-0459-7
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0459-7
2. Nature Chem.：吲哚生物碱的全合成
海洋真菌衍生物双环[2.2.2]二氮杂烷生物碱（bicyclo[2.2.2]diazaoctane alkaloids）是广泛关注的一种功能性分子，这是因为其具有多种多样的生物活动。其中毒性代谢物(+)-布雷维亚酰胺（metabolite (+)-brevianamide）的合成复杂困难、生物作用难以理解。爱丁堡大学Andrew L. Lawrence等报道了化学合成这种(+)-布雷维亚酰胺分子，该反应通过7个步骤，以7.5 %的总收率得到750 mg产物分子。其中包括了从(-)-dehydrobrevianamide到(+)-brevianamide A的合成。
本文要点：
合成步骤。反应首先对市售L-色氨酸甲酯的胺基通过邻苯二甲酸酐（Phthalic anhydride）形成邻苯二甲酰胺实现保护，随后与9-BBN在t-BuOCl/NEt3作用中反应，对C-H键活化，加成烯丙基，本步骤中的产率达到69 %。随后在DMF溶剂中与LiCl中反应，对酯上的甲基取代生成对应的锂盐，随后在(COCl)2处理生成对应的酰氯。并与脱氢脯氨酸反应，将酰氯转化为酰胺结构。随后在NH3甲醇溶液中反应，将邻苯二甲酰、酯上的甲醇基水解，并生成分子内酰胺。随后在1 倍量的m-CPBA反应中，氧化吲哚的双键，并和分子中的N-H键反应，生成对应的N-C键。随后在室温中LiOH水溶液中反应0.5 h，以~60 %的收率得到最终产物。
Robert C. Godfrey, et al. Total synthesis of brevianamide A，Nature Chem. 2020,
DOI：10.1038/s41557-020-0442-3
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0442-3
3. Nature Chem.：U金属的f轨道温和气氛催化N2还原
化学家在温和条件、温和压力中的催化体系开发经历了数百年，希望更简单的实现直接将N2合成为NH3。最近一段时间，多种以d轨道电子催化剂体系能够实现催化N2反应，但是对于f轨道电子而言，仅仅是和N2之间形成化学键就难以实现。最近，爱丁堡大学Polly L. Arnold等发展了一种f轨道电子催化体系用于催化还原N2，并实现对N2的官能团化生成甲硅烷基胺（silyamine）分子。该催化体系中两个锕系原子通过简单的配体结合起来，组成环状双金属结构，并能够捕获N2分子，同时配体上的电子和硅烷上的质子加成到N2分子上，实现了在温和条件中活化N2分子，并且每个催化剂分子能实现6次循环。
本文要点：
1) 催化剂的合成。UIV或者ThIV和间四酚芳烃（H4(mTP)）以1:1的比例结合生成长方形双金属环状结构，其中mTP = [{2-(OC6H2-tBu-2, Me4)2CH}-C6H4-1,3]4–；R = Me, tBu)。在固体状态中，金属中心的不饱和配位结构通过立体位阻作用得以保持。
2) 反应优化。该配合物和至少4倍量的强还原剂KC8配合，在N2气氛中进行反应，实现了对N2分子的捕捉，并通过氢化过程，形成肼[N2H2]2-结构。在该体系中加入弱酸（30倍 [HNEt3][BPh4]）和氯硅烷（60倍Me3SiCl）后，能生成(Me3Si)2NH。在U的催化体系中，生成了催化剂6.4倍量的甲硅烷基胺。
3) 反应机理研究。通过15N NMR方法对反应加成15N2分子后的结构进行表征，结果显示，15N的化学位移在-4059.6 ppm，该严重偏移的现象是由于U金属的顺磁性作用导致。红外测试结果显示3382 cm-1处有对应于N-H键的振动。Raman结果显示有1138 cm-1对应于N-H的振动。同时15N同位素的N-N吸收峰在1097 cm-1。当N2被捕获后，催化剂中的两个Lewis酸金属活化N2，同时强还原性K分子对N2还原。DFT密度泛函结果显示和实验中类似的结论，反应中没有中间体物种生成，在反应过程中通过两步放热性的和K加成步骤（K的加成通过U金属的静电相互作用稳定）。
Polly L. Arnold, et al. Metallacyclic actinide catalysts for dinitrogen conversion to ammonia and secondary amines. Nat. Chem. (2020).
DOI：10.1038/s41557-020-0457-9
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0457-9
4. Nature Chem. (News & Views)：MgCo双核均相催化剂高效催化环氧化物和CO2之间的共聚反应
最近英国牛津大学Charlotte K. Williams等报道了MgCo双金属催化剂在CO2和环氧化合物的共聚反应中展现较好的性能，在正常CO2压力中能够很好的反应，反应的催化性能通过双金属之间的协同作用实现，双金属之间分别起到不同的作用，并实现配合。通过环氧化物和CO2之间的聚合反应能实现大量应用CO2温室气体。CO2和环氧化物的反应中的主要困难在于反应速率、反应选择性、产率等。因此该反应中关键的方面在于选择合适的催化剂。大连理工大学吕小兵在Nature Chem上刊发了该工作的新闻报道。
本文要点：
1）该双金属的反应过程。反应中首先通过吸附环氧化物在催化剂中的金属上，随后在结合在另一金属位点上的乙酸进攻，进而打开环氧键生成同时结合在两个金属位点上的烷氧物种。随后CO2靠近金属位点，取代烷氧基结合物后结合到金属位点上。随后金属位点上的烷氧基和CO2反应，生成两性离子中间体。作者认为此步中通过四元环中间体进行。随后，作者对金属结构的作用进行比较，分别制备了同金属（MgMg, CoCo）和异金属（MgCo）催化剂，其中异金属的合成通过混合MgMg和CoCo催化剂，通过继续加热实现了金属中心的重新分布，形成双金属组成的催化剂。随后的测试中，该催化剂在20 bar CO2的反应中TOF达到＞12000 h-1，1 bar CO2的反应中TOF达到1205 h-1，同时聚合物的选择性达到＞99 %。
2）该工作中的双金属位点设计为以后的催化剂设计提供了较好的例子，该催化反应中通过相互配合，改善了环氧化物的活化和聚合过程。
1. Xiao-Bing Lu, et al. Partners in catalysis，Nature Chem. 2020, 12, 324-326
DOI：10.1038/s41557-020-0447-y
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0447-y
2. Arron C. Deacy, et al. Understanding metal synergy in heterodinuclear catalysts for the copolymerization of CO2 and epoxides. Nat. Chem. 2020, 12, 372–380
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0450-3
5. Nature Chem.（News & Views）：飞秒可见光调控单分子磁体
单分子磁性材料能够通过磁各向异性储存相关信息，因此单分子磁体在记忆存储领域中有巨大的应用前景。目前，爱丁堡大学J. Olof Johansson最近在Nature Chem上发表了MnIII磁性单分子磁体在超快光激发过程中的振动，观测到通过飞秒激光激发分子调控磁各向异性，为飞秒控制磁性的发展提供了可能性。雷恩第一大学Eric Collet对该工作在Nature Chem上刊发了新闻报道。
本文要点：
1）光能够对磁性分子的磁性进行远程控制，比如对普鲁士蓝进行光激发得到的电荷传递激发态中磁性弛豫变慢，并展现超顺磁性。光同样能够控制磁性的发生和消失，在Fe(II)体系中可见光激发后实现了低自旋/高自旋状态的变化。
2）J. Olof Johansson等通过飞秒激光激发磁性分子，并测试了飞秒光谱变化情况，结果显示吸收的光实现了对分子的电子和结构的重组，提供了光引发的动态变化信息。通过对[Mn(III)3O(Et-sao)3(β-pic)3(ClO4)]在飞秒激发后的变化进行检测，结果显示dz2向dx2-y2轨道发生电子转移，并且该过程中同时伴随着结构上的变化。同时，该结构的变化通过热力学平衡进行，引起分子震荡导致分子结构变化。
3）通过相关实验和计算，作者认为这种震荡由于光引发分子电势变化引发的结构变化产生。该分子振动过程稳定了dx2-y2轨道，引发姜泰勒效应产生晶格畸变，通过振动频率变化得以验证。该方法虽然无法对自旋调控，但可能开发太赫兹（1012 Hz）技术能够对自旋进行调控，有助于实现飞秒内对磁性和自旋方向的控制，实现利用单分子记录和储存信息。
1. Eric Collet, et al. Ultrafast control of anisotropy，Nature Chem. 2020, 12, 429-430
DOI：10.1038/s41557-020-0462-z
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0462-z
2. Florian Liedy, et al. Vibrational coherences in manganese single-molecule magnets after ultrafast photoexcitation，Nature Chem. 2020, 12, 452-458
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0431-6
6. Nature Nanotechnology (News & Views)：高通量荧光染色表征方法
以色列理工学院Lucien E. Weiss，Yoav Shechtman等通过将单分子显微技术和流式细胞仪、三维定位技术结合，实现了通过荧光分子示踪方法对活体流动细胞的高通量、精确定位。哥廷根大学Jörg Enderlein对这种最近发展的方法在Nature Nanotechnology上刊发了新闻报道。
通过在室温中对生物样品中对单分子荧光进行检测，能够有效的以高空间/时间分辨率对细胞的结构和作用过程进行表征，这种方法首先在1990年代得以发展，通过使用流动细胞仪动态观测流动相中荧光分子。最近的工作中，Lucien E. Weiss等将单分子显微镜、流动细胞仪、三维定位技术结合，实现了对定位的生物体中单分子的荧光信号进行表征。
本文要点：
1）由于荧光标记的样品是处于移动状态中，难以对确定的样品持续观测，通过使用延时和积分方法（time-delay and integration, TDI）将照相机的数据和流动细胞仪的流动过程同步。通过三维散光成像（astigmatic imaging）或者四足点扩散函数成像（tetrapod point spread function imaging），实现了对低至~160 nm范围内的细胞的三维分辨成像。该方法能够同时对多大数千计的细胞同时检测，实现了高通量的医疗应用。
2）该方法通过测试染色质位点（chromatin loci）之间的距离，对基因表达及相应的染色体重组过程测试实现了新发展，通过相关蛋白质的表达改变过程变化揭示生物代谢过程。
该方法有可能通过测试荧光寿命、测试多个波长激发、并检测多个波长实现对细胞中更多的信息收集。这种技术的发展有效的增强了生物学、诊疗过程中的高通量测试。
1. Jörg Enderlein, et al. Single-molecule imaging goes high throughput. Nature Nanotechnology 2020.
DOI：10.1038/s41565-020-0676-7
https://www.nature.com/articles/s41565-020-0676-7
2. Lucien E. Weiss, et al. Three-dimensional localization microscopy in live flowing cells，Nature Nanotechnology 2020
DOI：10.1038/s41565-020-0662-0
https://www.nature.com/articles/s41565-020-0662-0
7. Chem综述：镍催化C-H功能化的非定向策略
C-H键的活化在有机合成领域具有重要意义，是一种从结构简单的化合物直接生产有价值化学品的理想方法。第一排过渡金属被认为是贵重过渡金属的潜在替代品，其具有低成本、独特的反应活性和容易获得的特点。在这些金属中，镍(Ni)催化剂引起了研究人员的极大关注。最近，作者总结和讨论了定向基团策略在Ni催化的C-H功能化反应中的最新进展。尽管与直接定向基团策略相比，非定向基团策略用于C-H功能化的研究较少，使用非定向基团策略进行的大多数Ni催化的C-H官能化反应仅限于酸性的C-H键。然而，这一研究领域也取得了很大进展。
有鉴于此，大阪大学Naoto Chatani综述了镍催化的非定向C-H官能化，特别是C-C成键反应的最新进展。
文章要点：
1）总结了镍催化的(杂环)芳烃的C-H功能化反应，包括烷基化、芳基化、烯基化、炔基化、硼基化和三氟甲基化。
2）总结了镍催化吡啶或吡啶氮氧化物的直接C(Sp2)-H官能化，包括芳基化、烯基化、三氟甲基化。
3）总结了Ni/Lewis酸协同催化体系在芳烃和杂芳烃选择性C-H功能化反应中的应用，包括烷基化、烯基化。
4）总结了镍催化的不对称直接C-H烷基化反应。
5）总结了Ni催化剂直接C(SP3)-H官能化。
6）总结了镍催化的C-C成键反应的机理。
该综述将促进非定向基团策略在Ni催化的C-H键功能化反应中的应用取得新的进展。
Khake and Chatani, Nickel-Catalyzed C-H Functionalization Using A Non-directed Strategy, Chem (2020),
DOI：10.1016/j.chempr.2020.04.005
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.04.005
8. Angew：在共轭大环中的局部和全局芳香性之间切换可实现高性能有机钠电负极
芳香族有机化合物因其低成本，对环境无害且可回收的特性而有望成为下一代电池电极材料。尽管锂离子电池（LIB）目前取得了巨大的成功，但下一代电池材料应着眼于减少对有毒重金属和锂资源的依赖性。芳香族有机化合物可用作二次电池的电极材料，并有望促进钠离子电池（SIB）负极和正极材料的开发。但是，迄今为止，大多数芳族有机化合物在快速充放电以及长期循环性方面都表现出明显的不足。近日，英国帝国理工学院Florian Glöcklhofer等人提出了一种用于改善电池电极用有机化合物稳定性的分子设计概念。
本文要点：
1） 证明了通过整体芳香性来稳定共轭大环的带电态是获得高性能有机电池电极材料的非常有效的策略。
2） 这种分子设计策略使化合物可以在稳定的局部芳族状态和稳定的全局芳族状态之间切换，因此，即使不引入官能团或杂原子，也显示出优异的氧化还原特性。
3） 作者得出结论：PCT的大环几何结构能够产生容纳钠离子的空隙，这被认为有助于在充电过程中离子的嵌入，因此解释了其优异性能的原因。
Simon Eder, et al., Switching between local and global aromaticity in a conjugated macrocycle enables high‐performance organic sodium‐ion battery anodes,, Angew Chem. 2020
DOI: 10.1002/anie.202003386
https://doi.org/10.1002/anie.202003386
9. AM：具有压电特性的超薄MoO2二维驻极体
自石墨烯以来，各种2D材料被制造出来，以寻求性能和理想物理化学行为的诱人组合。二维压电材料（即允许将电能转换成机械能，反之亦然）可用于传感器、执行器、能量收集、可伸缩和柔性电子设备以及能量存储等应用。不幸的是，材料必须满足严格的对称要求才能被归类为压电材料。由于MoO2是中心对称的，不应该表现出固有的压电性。然而，莱斯大学Anand B. Puthirath、Pulickel M. Ajayan与休斯敦大学Pradeep Sharma等人制备了二维超薄单晶氧化钼(MoO2)薄片，其表现出意料之外的压电响应。
本文要点：
1）研究人员系统地研究了MoO2表面压电行为的机理，并将其归结为所谓的驻极体态的形成。通过通用的化学气相沉积方法，在SiO2/Si衬底上生长了横向尺寸最大为20 µm的超薄MoO2薄片。拉曼光谱和X射线衍射确定了薄片单斜晶的结构特征，而原子力显微镜显示出薄片的厚度在6–10 nm之间。
2）X射线光电子能谱和能量色散X射线能谱显示Mo和O元素的化学存在，而HAADF‐STEM显示MoO2晶格中的微观缺陷（空隙、空位等）浓度很高。在生长过程完成和样品冷却到室温之前，MoO2含有缺陷和空隙，这些缺陷和空隙作为捕获电荷的主要位点。
3）压电力显微镜（PFM）证实了单个MoO2薄片中的驻极体效应。通过电荷泄漏研究证实了驻极体的行为，在该研究中，长时间加热样品会导致不可逆的压电损耗。该工作为在非压电二维材料中实现人工压电提供了一条途径。
Amey Apte, et al. 2D Electrets of Ultrathin MoO2 with Apparent Piezoelectricity. Adv. Mater. 2020, 2000006.
DOI: 10.1002/adma.202000006.
https://doi.org/10.1002/adma.202000006
10. EES综述：高性能全无机钙钛矿太阳能电池的晶体生长
近年来，卤化物钙钛矿因其优异的光电性能成为太阳能电池最有前途的材料之一。其中，金属卤化物全无机钙钛矿（CsPbX3；其中X表示卤素）显示出优异的热稳定性和光稳定性。特别是，随着CsPbX3晶体质量的提高，基于CsPbX3活性层的钙钛矿太阳能电池（pero-SCs)）的功率转换效率（PCE）从从2.7％稳定提高到19.03％。有鉴于此，苏州大学李耀文等人综述了迄今为止用于控制全无机钙钛矿薄膜生长的方法，包括前驱体溶液沉积、基体修饰、成分掺杂和表面工程。
本文要点:
1）研究人员首先简要介绍关于CsPbX3钙钛矿的基本信息，进而总结和讨论了制备钙钛矿薄膜的常规沉积方法，重点介绍了低温沉积、真空沉积、抗溶剂处理、前驱体溶液组成的调整、晶体生长的控制以及前驱体薄膜的后处理。
2）随后，研究人员系统地总结了基体对钙钛矿薄膜生长的影响，并介绍了掺杂工程的策略和表面工程，包括引发二次生长和提供机械涂层进行钝化。此外，还讨论了钙钛矿晶体特性对缺陷和钙钛矿薄膜形貌的影响，这两者都与器件性能密切相关。最后，提出了研究结论和展望，并为开发具有高PCE和鲁棒稳定性的全无机pero-SCs提供了有益的指导。
Weijie Chen, et al. A Review: Crystal Growth for High-Performance All-inorganic Perovskite Solar Cells. Energy Environ. Sci. 2020.
DOI: 10.1039/D0EE00215A.
https://doi.org/10.1039/D0EE00215A
11. ACS Energy Lett.：9%效率！稳定的2D锡基钙钛矿太阳能电池
低毒性和理想的能带隙使2D Ruddlesden-Popper锡基卤化物钙钛矿成为有前途的光伏材料。但是，仍然需要解决无序晶体取向和表面处Sn2+氧化为Sn4+的问题。苏州大学Zhao-Kui Wang和柏林亥姆霍兹研究所Antonio Abate等人证明了借助苯基乙基氯化铵对FASnI3的退火能够形成垂直定向的更有序的2D锡基钙钛矿晶体。
本文要点：
1）使用原位基于同步加速器的掠入射X射线衍射（GIXRD）将更高的晶体取向与更好的器件性能相关联。在室温下，低层数和高层数2D晶体混入钙钛矿薄膜中。随着膜在逐渐升高的温度下退火，低层数2D结构的相逐渐消失。在100 ℃时，只能观察到高层数垂直取向的二维钙钛矿型晶体。高取向薄膜用于制备无铅钙钛矿太阳能电池，功率转换效率为9.1％。
2）此外，证明了苯基乙基氯化铵在晶体表面上充当阻挡层，保护锡免受氧化。 这项工作为更高效，更稳定的无铅钙钛矿太阳能电池铺平了道路。
Meng Li et al. Tin halide perovskite films made of highly oriented 2D crystals enable more efficient and stable lead-free perovskite solar cells, ACS Energy Lett. 2020.
DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00782
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c00782
