1. Science：离子型明胶热电材料用于可穿戴器件的供电
从环境中收集能量并转化为电能为物联网（Internet-of -things, loT）传感器提供电能的发展中有重要意义，通过这种供电作用能够使其免于电缆/电池供电，支持了可穿戴设备的发展。热电材料器件中，通过离子作为载流子，通常需要在不同温度中在两个电极之间进行热扩散或还原反应。南方科技大学刘玮书、MIT麻省理工学院陈刚等发展了一种基于明胶（gelatin）的器件，通过碱金属盐和铁基还原对配合，产生了一个非常大的热电转化效果。并且该装置通过身体上发热就能够得到足够的能量。制成的器件中最高的热电能达到17.0 mV/K，明胶中的离子传输通过KCl，NaCl，KNO3进行热扩散作用，并通过[Fe(CN)64-/Fe(CN)63-]提升热电效应。作者显示，当通过身体热能作为热源（ΔT~10 K）的可穿戴器件中就可以达到2 V的热电效应和最高5mW的功率。这种离子型明胶展现出离子能量载体在热电转换中的重要应用前景。
本文要点：
要点1. 测试了KCl、KNO3、NaCl在明胶中的热扩散效应变化，结果显示加入0.8 M KCl后，明胶的热扩散效应提高为6.7 mV/K；加入0.3 M NaCl的明胶热扩散效应同样提高为6.7 mV/K；加入0.5~0.8 M KNO3后，明胶的热扩散效应提高为3~4 mV/K。
随后在加入KCl的明胶中加入FeCN4-/3-，热电性能进一步发生变化，并最高达到12.7mV/K（比例为0.8 M KCl-0.42/0.25 M FeCN4-/3-）。随后作者对KCl和FeCN4-/3-的协同作用进行研究，作者对不同组分的热电贡献进行总结：明胶贡献了10.2 %，FeCN4-/3-贡献了17.9 %，K3Fe(CN)6和K4Fe(CN)6贡献了9.7 %，KCl贡献了62.2 %。
要点2. 可穿戴器件供能测试。该明胶体系能够提供2.2 V电压，对于湿度器件（1.6~3.6 V）、压力器件（1.5~3.6 V）、室内气体传感器（1.8~3.6 V）等器件能够有效的支持其工作。
Cheng-GongHan, Xin Qian, Qikai Li, Biao Deng, Yongbin Zhu, Zhijia Han, Wenqing Zhang,Weichao Wang, Shien-Ping Feng, Gang Chen*, Weishu Liu*. Giant thermopower ofionic gelatin near room temperature, Science 2020
DOI：10.1126/science.aaz5045
https://science.sciencemag.org/content/368/6495/1091
2. Science：趋近绝对零度的量子共振
原子与分子的碰撞传能以及化学反应过程受量子力学的规则控制。理解量子效应在原子与分子碰撞中的作用是理解能量传递以及化学反应过程的根本。而量子效应在低温下能够更好保存，因此低温条件对碰撞结果的影响会更加显著。量子散射共振给实验提供了一种观测碰撞过程中量子效应的方法，但由于其寿命很短，实验观测的挑战巨大。
南方科技大学理学院院长、化学系讲席教授、中国科学院院士杨学明和化学系助理教授杨天罡应邀在Science杂志发表评述文章，讨论趋近绝对零度的原子与分子碰撞过程中量子散射共振研究的进展。
本文要点
要点1. 评述文章详细介绍了同期《科学》杂志发表的关于极低温量子散射共振的研究工作。通过利用斯塔克减速技术产生的NO(j=1/2f) 束源和冷He束源结合高分辨的速度成像技术，荷兰科学家实现了碰撞能0.3 ~ 12.3 K下NO+He体系的高分辨非弹性散射动力学研究，并观测到了多个共振现象。更有意思的是，这个实验结果只能用CCSDT(Q)下发展的一个最新的精确势能面上的计算来描述，也表明了在此非弹性散射系统中，实验中观测到的量子散射共振图像可以精确测试量子计算结果，帮助理解量子效应在原子分子碰撞能量传递中的作用。
要点2. 评述文章还介绍了一个趋近绝对零度量子散射共振在化学反应中发挥重要作用的例子。F+H2→HF+H 反应是星际化学中产生HF分子的重要过程。但是F+H2反应具有1.8 kcal/mol高度的势垒（629 cm-1），经典模型下在接近绝对零度时这个反应几率是完全可以忽略的。2019年，大连化物所研究团队通过利用H原子里德堡态标示时间飞渡谱技术，观测到了反应温度低至14 K（9.8 cm-1）时此反应仍然发生的证据，同时观测到了约 40 cm-1碰撞能的一个反应共振峰。进一步理论分析表明，F+H2在低温时的反应性，是通过反应共振态所增强的隧穿效应而产生的，而不是通常简单的隧穿效应，这也是在接近绝对零度下此反应仍然可以发生的原因。如果将共振态所导致的共振增强效应移除，F+H2（v=0，j=0）在10K温度以下的反应速率常数，会降低三个数量级以上。
文章最后指出，趋近绝对零度量子共振的研究进展得益于新的分子束方法以及新的探测技术的发展，精确的理论和实验之间的互动推动这一领域的发展。量子散射共振研究有助于更加深刻理解气相碰撞中的传能以及反应过程，对于理解复杂体系如星际化学，大气以及燃烧等过程也具有重要意义。
Tiangang Yang, Xueming Yang. Quantum resonances nearabsolute zero. Science. 2020
DOI: 10.1126/science.abb8020
https://science.sciencemag.org/content/368/6491/582
(内容来源：南科大官网)
3. Science：化学反应量子几何相位效应研究重要进展
中国科学院院士、南方科技大学理学院院长、化学系讲席教授杨学明团队和中科院大连化物所研究员肖春雷、研究员孙志刚、院士张东辉团队在最简单化学反应氢原子加氢分子的同位素（H+HD→H2+D）反应中，发现了化学反应中新的量子干涉效应，这一发现有助于更深入地理解化学反应过程，丰富对化学反应的认识。
本文要点
要点1. 研究团队在2019年先期理论研究工作中发现，在特定散射角度上，H+HD反应生成的产物H2的多少会随碰撞能而呈现特别有规律的振荡。针对这个有规律的振荡现象，团队开展了理论结合实验的详细研究。团队改进了交叉分子束装置，实现了在较高碰撞能处对后向散射（散射角度为180度）信号的精确测量。理论上，进一步发展了量子反应散射理论，创造性地发展了利用拓扑学原理分析化学反应发生途径的方法。
要点2. 拓扑学分析表明，这些后向散射的振荡实际上是由两条反应途径的干涉造成的。这两条反应途径对于后向散射均有显著贡献，但它们各自的幅度随着碰撞能变化并无显著变化，呈现缓慢的变化趋势。它们的相位随着碰撞能变化，一个呈线性增加，另外一个呈线性减小，因此，相互干涉的结果就呈现了强烈的有规律的振荡现象。
要点3. 进一步采用经典轨线理论分析表明，其中一条反应途径对应于通常所熟知的直接反应过程，如下图G至I所示。而另外一条反应途径对应于一条类似于roaming机理的反应过程，如图A至F所示。由于这两条反应途径，刚好以相反的方向围绕于H+HD反应势能面上的锥形交叉，所以它们的干涉图样必须采用非绝热耦合的势能面来模拟计算才可以，这也体现了这个体系反应过程中的几何相位效应。尤其有趣的是，在所研究的碰撞能范围，通过漫游机理而发生的反应只占全部反应性的0.3%左右。而如此微弱的小部分反应性，能够清晰地被理论和实验所揭示出来。
该项研究一方面再次揭示了原子分子因碰撞而发生化学反应的过程的量子性，另一方面，也揭示了化学反应的途径的复杂性。尽管如此简单的体系也仍然存在科学家们认识不到的事实。
YurunXie, et al.Quantum interference in H + HD → H2 + D between direct abstraction and roaming insertion pathways. Science.2020
DOI:10.1126/science.abb1564
https://science.sciencemag.org/content/368/6492/767
(内容来源：南科大官网)
4. Nature：A4纸面积的高指数晶面单晶Cu膜生长
北京大学王恩哥、刘开辉，中科院松山湖材料实验室，华南师范大学，韩国基础科学研究所丁峰，南方科技大学俞大鹏等在Nature上报道了合成大面积Cu多晶的方法。合成大面积不同晶面的单晶金属膜长期以来都有重要意义，特别是在晶体外延生长，催化，电子学/热力学上。对于一种给定的金属材料，通常具有三种低指数晶面（{100}，{110}，{111}）。
与之相比，高指数晶面在理论上是无穷尽的，并且会展现丰富的表面结构和性质。但是，控制合成高指数晶面材料有非常大的挑战性，因为高指数晶面在热力学和动力学上都是不稳定的。
本文要点
要点1. 实现了构建30×20 cm2大小的Cu单晶材料，并实现了多达30余种不同指数Cu晶面。通过事先对Cu基底进行预氧化处理，实现了在还原气氛中煅烧，在其表面生长高指数晶面，并且通过这种方法有可能实现长达数米的高指数单晶表面。对Cu基底表面进行预氧化是关键性过程，氧化后的表面表面能不再是决定晶体生长的关键因素，反应的生长转而为随机过程，并且该生长过程和已生长的晶面相关（较小的晶界氧化，较大的晶界取向决定了晶体生长方向）。通过在高指数晶面上进行生长，诱导Cu晶膜的生长沿着基底或垂直于晶体的方向生长。这种生长技术同样在其他种类的金属生长（高指数Ni膜）中得以应用。得到的高指数晶面薄膜可能在催化、低阻抗导电（low-impedanceelectrical conduction）、散热（heat dissipation）领域中应用。
该热处理过程具体通过：在150~650 ℃中空气氛围中将Cu膜氧化处理几个小时（在10~60 min内升温，并保持1~4 h），随后在1020 ℃中还原气氛（Ar气+50sccm H2）中煅烧Cu膜1 h。并随后在高指数Cu晶面上进行外延生长hBN、石墨烯的实验。通过分子动力学模拟计算方法对晶体生长进行了模拟理论分析。
Muhong Wu, etal. Seeded growth of large single-crystal copper foils with high-index facets，Nature 2020, 581, 406-410
DOI：10.1038/s41586-020-2298-5
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2298-5
5. 南科大郭红卫团Nature: 22nt siRNA重要生物学功能
RNA是生命遗传信息传递的核心载质，遗传信息从DNA到RNA到蛋白质构成了分子生物学的中心法则。RNA的种类和形式极为多样，新型肺炎冠状病毒（COVID-19）就是一种RNA病毒。RNA干扰是生物免疫病毒入侵的重要机制，RNA干扰通过长度为20-24个核苷酸单位（nucleotide, nt）的小RNA来调控靶基因RNA。小RNA，包括miRNA(microRNA)和siRNA (small interfering RNA)，对于动植物的生长发育和抗性至关重要。植物RNA在Dicer-like（DCL）蛋白的作用下，切割形成21-24nt长度的小RNA, 小RNA的长度决定了其发挥生物功能所采用的机制。模式植物拟南芥基因组一共编码四个DCL蛋白（DCL1-4），其中DCL1切割后产生 21-22nt miRNA，介导靶标mRNA切割或翻译抑制；DCL3切割后产生24nt siRNA，介导异染色质区域DNA甲基化，维持基因组稳定；DCL4 切割后产生21nt siRNA，介导靶mRNA或非编码RNA（ncRNA）的切割。然而，关于DCL2切割后产生的22nt siRNA知之甚少，尤其植物内源产生的22nt siRNA的种类、功能及作用机制尚不清楚。
南方科技大学生物系教授郭红卫课题组通过在特定突变体中鉴定到大量植物内源22nt siRNA，揭示了拟南芥22nt小RNA介导翻译抑制与胁迫适应性的重要生物学功能，是植物小RNA领域的一项突破性研究成果。
本文要点
要点1. 研究人员发现当植物在缺乏氮素营养时，表现出生长发育抑制表型，并伴随产生大量内源22nt siRNA，包括来自于NIA1和NIA2基因的22nt siRNA，且NIA1和NIA2蛋白含量和转录水平也显著降低。进一步翻译组学研究发现，缺氮条件下植物总体翻译水平亦降低。基于以上证据，研究者提出一种植物响应缺氮胁迫的机制，即在极端缺氮条件下，植物通过降低NIA1/2转录和增加NIA1/2 22nt siRNA，抑制NIA1/2蛋白合成。NIA1/2负责将硝酸还原为亚硝酸，进一步被亚硝酸还原酶还原为氨根离子，作为氨基酸合成的重要原料，因此NIA1/2蛋白的缺失会减少氨的供应和氨基酸的积累，降低蛋白质翻译效率。植物通过这种降低蛋白翻译效率，减少极端营养缺失条件下能量消耗的方式，暂时抑制生长状态，同时激活自身胁迫反应，保证自身生存，也可谓是一种智慧。
要点2. 研究还发现，NIA1/2的翻译调控机制可能参与植物对其它环境胁迫的响应，例如植物胁迫激素脱落酸（Abscisicacid, ABA）和高浓度盐处理均调控NIA1/2 22nt siRNA的产生及其蛋白水平，暗示NIA1/2可能作为植物体内关键的调控节点，协调和平衡植物正常生长发育和胁迫响应。总而言之，该研究不仅揭示了22nt siRNA介导的翻译抑制，还发现了一种植物响应外界环境胁迫的新机制。
Huihui Wu, et al. Plant 22-nt siRNAs mediate translational repression andstress adaptation.Nature.2020
DOI: 10.1038/s41586-020-2231-y
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2231-y
(内容来源：南科大官网)
6. Nature Catalysis：消旋碳原子构建手性的开创性工作
过渡金属催化剂在大量C(sp3)-H对映性官能团化反应中广泛存在，但是外消旋（racemic）的三级C(sp3)-H键的对映化反应之前完全没有相关报道。该种反应过程中存在的问题在于手性的保留难以实现，为了实现这个目标，南方科技大学刘心元等通过手性Cu催化剂进行摘氢反应，并对三级C(sp3)-H实现胺基化。通过这种方法和随后的转化反应合成了含有手性季碳中心的有机分子，该工作为设计高效手性催化剂对消旋的三级C(sp3)-H对映转化反应提供了经验和参考。
本文要点
要点1. 通过苯甲酮基取代的芳基分子作为反应物，对无手性的苄基位点构建手性中心。首先通过TsNHNH2和底物中的羰基反应，转化为亚胺物种。随后在CuCN/轴芳烃修饰的磷酸作为催化体系，PhCO3tBu、BPO、DTBP等作为活化C-H键的氧化剂，在室温中进行反应。
要点2. 底物拓展结果显示，芳基磺酸肼中芳基上甲基、甲氧基、氟、氯、溴、三氟甲基、羧酸甲酯、氰基、NO2等取代反应物中至少得到92 %的ee值，叔丁基取代的芳基磺酸肼产物的ee值稍低（86 %）。
要点3. 合理的反应机理：Cu(I)催化剂和过氧化物通过单电子转移过程生成的高反应活性叔丁氧基自由基反应生成手性Cu(II)磷酸催化剂，随后叔丁氧基自由基和肼上的N-H键反应生成N·中心自由基，并通过分子内的1,5-HAA抓氢过程生成三级碳前手性自由基物种，最后Cu(II)催化剂和生成的三级碳自由基反应构建手性C-N键产物分子。
要点4. 该反应中通过连续的HAA抓氢自由基过程/手性自由基官能团化，能够兼容碳的去手性过程，因此该方法能够应用于消旋分子构建含有手性碳的分子。这种作用可能在开发消旋碳原子的手性化催化剂上引发新型催化剂的发展。
Chang-Jiang Yang, et al. Cu-catalysed intramolecularradicalenantioconvergent tertiary β-C(sp3)–H amination of racemicketones，NatureChemistry 2020
DOI：10.1038/s41929-020-0460-y
https://www.nature.com/articles/s41929-020-0460-y
7. Nature Chemistry：手性螺旋金属表面实现对非手性分子中引入手性结构
在没有手性引发剂的情况中对分子构建手性结构具有较高的难度，同时是深入理解同手性（homochirality）的好方法，四川大学杨成、南方科技大学Wang Yang-Gang、香港浸会大学黃陟峰等通过控制螺旋金属纳米材料的偏手性（handedness）实现了对分子的手性调控，该过程中通过在基底上控制沉积分子的掠射角按照顺时针/逆时针方向旋转实现对吸附在表面分子的手性实现调控。对2-蒽羧酸分子对映性吸附在纳米螺旋金属上，形成反头对头二聚体的对映手性结构，该产物在纳米螺旋金属的手性作用中，经过光催化环加成反应会生成对应的Si-Si或者Re-Re堆叠结构：左手性/右手性的纳米螺旋金属材料生成(+)-二聚体/(-)-二聚体。密度泛函理论结果显示，光催化环加成产物的手性是由在螺旋金属材料上的手性堆叠过程导致的。
本文要点：
(1）在＜10nm的金属螺旋上修饰-NH2基团，随后将2-蒽羧酸通过和-NH2之间的相互作用负载到金属螺旋上，由于这种较小的纳米手性金属螺旋材料表面上展现增强的波浪状手性晶格结构，展现了对吸附分子结构有选择性（手性吸附能量有区别，导致优先手性选择性）。此外，这个体系能够对纳米螺旋材料近表面上的光有手性选择的吸收作用，并提供了一种通过外界条件对分子的手性结构进行调控的方法。
Xueqin Wei, et al. Enantioselective photoinduced cyclodimerization of a prochiral anthracene derivative adsorbed onhelical metal nanostructures，Nature Chem 2020
DOI：10.1038/s41557-020-0453-0
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0453-0
8. Nature Communications：芳基甲基亚砜与醇通过C-S键的亲核活化实现无过渡金属形式交叉偶联
亚砜作为亲电剂在交叉偶联反应中的应用还有待探索。近日，南方科技大学贾铁争助理教授，宾夕法尼亚大学Marisa C. Kozlowski报道了一种利用芳基(杂芳基)甲基亚砜和醇制备烷基芳基(杂芳基)醚的无过渡金属交叉偶联策略。该策略对一系列官能团具有很好的容忍性，可用于天然产物和药物的后期功能化。
文章要点
1）作为关键步骤，研究人员成功地制备了两个药物分子，并强调了其在药物化学中的潜在用途。
2）密度泛函(DFT)计算研究表明，该反应是通过将醇盐初始加到亚砜上进行的。该加合物促进了烷氧基进一步在分子内加成到芳环上，其中芳香体系上的电荷由附近的钾阳离子稳定。然后，速率决定的碎裂以提供亚磺酸甲酯和芳基或杂芳基醚。
该研究确定了在添加的亚砜上加成亲核化合物作为与芳基(杂芳基)体系成键的可行性，并有望与许多其他亲电剂和亲核剂一起使用，从而产生新的交叉偶联工艺。
Li, G.,Nieves-Quinones, Y., Zhang, H. et al. Transition-metal-free formalcross-coupling of aryl methyl sulfoxides and alcohols via nucleophilicactivation of C-S bond. Nat Commun 11, 2890 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-16713-8
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16713-8
9. Nature Commun.：以一当多，单颗LED同时发射红、绿、蓝、白及任意色彩！
量子点发光二极管（QLED）因具有色纯度高、可溶液加工等独特的优点，近年来受到了产业界及学术界的广泛关注。目前，QLED显示屏仍未能得到产业化量产，其主要原因有：（1）蓝光QLED稳定性差、寿命短；（2）红、绿、蓝发光层的图形化技术如喷墨打印技术还不成熟。针对上述问题，南方科技大学电子与电气工程系陈树明副教授课题组提出采用稳定性更好、已成功得到商业化应用的蓝光OLED代替蓝光QLED，并采用叠层的器件结构，将OLED及QLED集成在一起，该叠层器件的发光层无需图形化，即可发射任意色彩。
本文要点
要点1.该叠层器件的核心是引入了导电且透明的IZO作为中间电极，通过将中间IZO电极引出，该叠层器件可工作于并联模式或串联模式。当工作于并联模式并被交流电源驱动时，黄色QLED会被负脉冲点亮，蓝色OLED会被正脉冲点亮，因此叠层器件会交替发出黄色和蓝色两种颜色的光。通过在黄色QLED的发光层中引入红、绿互混的量子点，黄色QLED的发光颜色会随驱动电压的增大而逐渐从纯红色向纯绿色转变。因此黄色QLED器件的发光颜色可以由驱动电压的大小来控制。通过简单的改变驱动信号的极性及幅值，该叠层LED可以交替发射红、绿和蓝三基色，其中蓝色由正脉冲控制，红色和绿色由负脉冲的幅值控制。如果正、负脉冲的切换频率大于60 Hz，还可以将分时输出的蓝光和红、绿光混合成任一色光；而通过调节偏压的幅值及脉宽，可调节任一色光的亮度。
要点2. 此外，当器件工作于串联模式，蓝色OLED和黄色QLED同时工作，可以实现高效率白光发射。在直流驱动下，该白色叠层LED的外量子效率和亮度分别高达26.02%和107000 cd/m2。当器件被交流信号驱动发白光时，通过调控交流电压信号，不仅可以精确调节白光光谱的色温（1500~10000 K），还可以使白光的亮度任意可调（1000~50000 cd/m2）而光谱几乎维持不变，这为解决白光光谱稳定差的问题提供了一条新的思路。
要点3. 所提出的全色可调叠层LED，只需要变化驱动条件，单颗LED即可输出亮度可控的红、绿、蓝及任意色光。因此，单颗全色可调叠层LED，可以时分多用，以一当多，作为全彩显示的红、绿、蓝像素，可显著的提高全彩显示屏的像素密度（分辨率）、开口率及亮度。另外，所提出的高效率、高亮度、色温可控的白光叠层LED可应用于固态照明领域。
Heng Zhang,et al.Quantum-dotand organic hybrid tandem light-emitting diodes with multi-functionality offull-color-tunability and white-light-emission. Nature Communications. 2020
DOI: 10.1038/s41467-020-16659-x
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16659-x
(内容来源：南科大官网)
10. Nature Commun.: 节律性闪光通过增强突触前可塑性挽救海马低伽马并保护缺血神经元
光对生物节律、心理和生理有重要的影响，可以用做治疗手段，最为人熟知的是用于治疗季节性抑郁。冬季严重缺乏光照后，人会产生类似抑郁的症状，其随着日照时间的增长会渐渐消失。但是，人类目前不清楚光如何影响与认知功能相关的脑网络结构和功能。尚不清楚缺血性脑中特定的海马振荡频率缺陷与认知功能障碍之间的复杂关系。于此，南方科技大学侯圣陶团队报道小鼠大脑海马区CA3-CA1神经环路各频率波段震荡变化规律，以及小鼠脑缺血缺氧（脑卒中）对海马区CA3-CA1神经环路各个频率波段震荡幅度的影响。同时，团队利用体外低频伽马（30-50 Hz）LED光视觉波刺激，同步记录清醒小鼠学习中的在体脑电活动，发现低频伽马LED光波可调控海马区CA3-CA1神经环路低频率伽马波震荡，有效保护脑卒中诱发的神经损伤和学习记忆障碍。
本文要点：
1）发现30-40 Hz伽马频率光照可以激起视觉皮层和海马区域神经细胞组对的低频伽马共同波动、增加局部场电位在海马区伽马频率范围内的强度（功率），而且该局部场电位会受到Theta振荡的同步偶联调制。大脑视觉皮层区域处理的视觉信息可以增强海马区域动态的突触可塑性，比如，30-50 Hz LED光刺激同步效应可以增强海马区CA3区域突触前神经递质的囊泡释放，进而增强CA1突触后动作电位，提高突触链接强度。因此视觉皮层与海马区神经细胞同步波动构成海马区长时程突触可塑性的一个触发因素。
2）脑卒中后，CA3-CA1神经环路低频伽马波动受损、神经递质释放紊乱、突触可塑性降低导致神经元死亡。低频伽马LED光刺激，增强视觉皮层和海马区域重叠的细胞组对的低频伽马共同波动，提高CA3-CA1神经环路低频伽马波动，调控神经递质释放，增强突触可塑性，进而保护神经细胞免受脑缺血缺氧带来的损伤，提高康复速度。
Zheng, L., et al. Rhythmic light flicker rescues hippocampal low gammaand protects ischemic neurons by enhancing presynaptic plasticity. Nat Commun11, 3012 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16826-0
