1. Nat. Rev. Mater.：设计开发用于骨组织工程的材料
美国莱斯大学Antonios G. Mikos对设计开发用于骨组织工程的材料及相关研究进展进行了综述。
本文要点：
1）设计和开发骨组织工程材料首先需要理解天然骨组织的组成和结构，随后适当选择仿生或合成型生物材料，如聚合物、生物陶瓷、金属和复合材料等。目前已有的制造技术（如三维打印和电场辅助技术等）可以在多种尺度上控制材料的结构，然后可将这些生物材料加工构建成适合骨组织工程的形式。
2）作者在这篇综述中概述了设计可用于疾病建模和人类疾病治疗的骨组织工程材料的相关考虑，从实施策略、材料选择、制造方法和材料评估等方面进行了介绍；最后作者也讨论了发展理想的骨组织再生材料所面临的挑战和一些重要的新兴策略。
Gerry L. Koons. et al. Materials design for bone-tissue engineering. Nature Reviews Materials. 2020
https://www.nature.com/articles/s41578-020-0204-2
2. Science Advances：马兰戈尼流驱动载有纤维细胞的水凝胶的排列
当含有挥发性溶剂中溶质的固定液滴蒸发时，液滴中的流动可以将溶质颗粒运输和组装成复杂的图案。蒸发固定液滴在完全蒸发的溶剂中的转运已被广泛研究。于此，美国普林斯顿大学Celeste M. Nelson等人证明了含有I型胶原（一种自组装聚合物）的水基固定液滴，在蒸发过程中的流动可以被利用来制造成排列的胶原纤维的水合网络。
本文要点：
1）研究人员发现Marangoni流（一种物理现象，即由于表面张力在液体界面起作用，引起一个表面张力梯度，表面张力梯度超过粘滞力，使液体流动，出现毛细管对流）以一种依赖于自组装速率、周围环境的相对湿度和液滴几何结构的方式，将胶原纤维组装直接在毫米级区域上进行。
2）在这些蒸发液滴中结合和培养的骨骼肌细胞集体定向并随后分化为肌管，以响应排列的胶原网络。该发现证明了一种简单的、可调的、高通量的方法可用于设计对齐的原纤维水凝胶和载有细胞的仿生材料。
Bryan A. Nerger, et al., Marangoni flows drive the alignment of fibrillar cell-laden hydrogels. Science Advances 2020.
DOI: 10.1126/sciadv.aaz7748
https://advances.sciencemag.org/content/6/24/eaaz7748
3. JACS：电子性质控制的对映选择性手性有机反应
对映选择性通常取决于前手性分子底物和手性催化剂的立体位阻相互作用，南开大学周其林、朱守非，加州大学K. N. Houk等报道了一种Si-H键的卡宾插入反应，其中的对映选择性主要通过卡宾反应物的电子性质决定，同时作者发现电子性质的log对数值和Hammett参数之间的线性关系变化。该反应中的催化剂是一种新型的手性四磷酸配位的双Rh基催化剂，该反应具体为硅烷中的Si-H键中插入双芳基卡宾物种，该反应中的过渡态计算和相关机理研究结果揭示了双芳基卡宾是如何对过渡态的能量和对映体结构影响。本研究为底物原料分子通过电子性质调控用于非对称催化反应提供了经验和范例。
本文要点：
反应优化。将硝基修饰的二芳基修饰重氮甲烷和1.2倍量PhMe2SiH作为反应物，在0.1 mo %催化剂体系中反应，在0 ℃的DCM中反应，在＜3 min的过程中进行反应，实现了92 %的产率和＞99 %的手性选择性进行反应。反应中的催化剂是4个螺环双芳基磷酸双齿配体结合在Rh2上形成的催化剂。
Liang-liang Yang, et al. Enantioselective Diarylcarbene Insertion into Si−H Bonds Induced by Electronic Properties of the Carbenes, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI：10.1021/jacs.0c04725
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c04725
4. JACS：提高结肠癌疗效新策略
结肠癌是人类最常见的高死亡率癌症之一，其早期诊断和治疗对癌症治疗具有重要意义。现今已有许多治疗药物被开发用于检测和杀死癌细胞。然而，很少有报道关注这些药物如何控制和影响体内癌细胞的基因表达。有鉴于此，香港科技大学唐本忠、中山大学附属第六医院方乐堃等人采用简单方法合成了三种具有供电子和吸电子基团的吡啶功能化四苯乙烯衍生物，即TPE-OM、TPE-H和TPE-NO2，并将其作为细胞成像和抗肿瘤治疗的药物。
本文要点：
1）在这些聚集诱导发光剂(AIEgens)中，经系统生物学评价和比较，具有供体和受体结构的TPE-OM对结肠癌的治疗效果最好。
2）体外细胞成像和体内肿瘤治疗实验结果均表明，TPE-OM可作为一种有效的抗肿瘤药物用于诊断和杀死结肠癌细胞。
3）流式细胞分析表明，TPE-OM对结肠癌细胞的周期过程有干扰作用。
4）对基因水平的深入研究发现，TPE-OM的加入抑制了细胞周期促进基因的表达。
综上所述，这项研究为揭示癌症转移机制开辟了新途径。
Hai-Tao Feng, et al. Tuning Push–Pull Electronic Effects of AIEgens to Boost the Theranostic Efficacy for Colon Cancer. J. Am. Chem. Soc., 2020.
DOI: 10.1021/jacs.0c02434
https://doi.org/10.1021/jacs.0c02434
5. JACS：铜纳米材料电催化CO2RR制乙烯：晶相对选择性的影响
金属纳米催化剂的晶相对其催化性能有重要影响。铜基纳米材料是二氧化碳还原反应（CO2RR）生产高增值烃的独特电催化剂。然而，迄今为止的研究对象仅限于传统的面心立方（fcc）Cu。近日，香港城市大学张华教授，南洋理工大学王昕教授，东南大学王金兰教授报道了采用简单、外延、湿化学法在常温下成功制备了4H Au@Cu和4H/fcc Au@Cu核壳纳米结构，研究了Cu的晶相依赖性催化行为。
本文要点：
1）值得注意的是，与fcc Cu相比，所获得的非常规Cu晶体结构在CO2RR中表现出增强的整体活性和更高的乙烯（C2H4）选择性。
2）密度泛函理论计算表明，与面心立方Cu相比，Cu的4H相和4H/fcc界面有利于C2H4的生成，从而导致了与晶相相关的C2H4选择性。
本研究论证了金属纳米催化剂晶相工程在电催化反应中的重要性，为制备各种用途的具有非常规相的新型催化剂提供了一种新的策略。
Ye Chen, et al, Ethylene selectivity in electrocatalytic CO2 reduction on Cu nanomaterials: a crystal phase-dependent study, J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI：10.1021/jacs.0c04981
https://doi.org/10.1021/jacs.0c04981
6. JACS：拉曼光谱法探测具有埃空间分辨率的双层单晶电极中的电场分布
双电层（EDL）是涉及许多电化学反应的极其重要的界面区域，并且是电化学和表面科学领域的重要研究主题。然而，直接测量其双层中的界面电场是有挑战性的。近日，厦门大学李剑锋，河南师范大学Xia-Guang Zhang等报道了利用电化学共振拉曼光谱和理论计算来研究具有自组装单分子层（SAM）分子膜的原子平面单晶Au（111）电极的双层中的电场分布。
本文要点：
1）作者是通过使用位于距电极表面不同的精确控制距离的含有4'，4-联吡啶鎓拉曼标记的一系列的氧化还原活性分子实现了双层单晶电极中的电场分布的探测。
2）作者发现，探针分子的电场和偶极矩都直接影响其拉曼信号强度，而拉曼信号强度可以用来绘制界面处的电场分布。另外，通过改变电解质阴离子浓度，发现当电场强度增加时拉曼强度降低。
3) 此外，相邻拉曼标记之间的距离为〜2.1Å。因此，实现了在电极-电解质界面处电场分布的埃级空间分辨率。
该工作直接证明了双电层结构，弥合了界面的理论和实验理解之间的差距。
Bao-Ying Wen, et al. Probing Electric Field Distributions in the Double Layer of a Single-Crystal Electrode with Angstrom Spatial Resolution using Raman Spectroscopy. J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c05162
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05162
7. JACS：用于CO2与环氧化物共聚的可扩展双功能有机硼催化剂
金属催化剂主导的CO2和环氧化合物交替共聚已经蓬勃发展了50年，然而，复杂的多步骤催化剂制备和去除最终产品中的有色金属残留物对其可扩展性产生了巨大的挑战。有鉴于此，浙江大学伍广朋研究员报道了一系列高活性的无金属催化剂，其特点是在一个分子中有一个亲电的硼中心和一个亲核季铵盐，用于环氧化合物和二氧化碳的共聚。
本文要点：
1）使用市售原料，可通过两步轻松地实现有机催化剂放大至公斤级产量，产率稳定。
2）在较宽的温度范围内（25~150 ℃），在温和的CO2压力（15 bar）下，有机催化剂催化的环己烷与CO2的共聚表现出很高的活性（转化率高达4900 h-1）和超过99%的聚碳酸酯选择性。当环己烷与催化剂的进料比为20000/1时，效率达到5.0 kg/g 产物/催化剂，创历史最高纪录。
3）由于亲电硼中心和季铵盐之间分子内协同作用，使得该有机催化剂对CO2/环氧化合物共聚具有前所未有的活性。并通过反应动力学研究、多重控制实验、11B NMR研究和催化剂的晶体结构实验证实了这一点。密度泛函理论计算进一步证实了实验结论，加深了对催化过程的理解。
4）该催化剂的无金属特性、可扩展制备、优异的催化性能以及长期的热稳定性表明，该催化剂有望成为大规模生产CO2基聚合物的理想候选材料。
Scalable bifunctional organoboron catalysts for copolymerization of CO2 and epoxides with unprecedented efficiency, J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c03651
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c03651
8. JACS：CoOOH电催化产氧反应机理研究
产氧端的反应在分解水反应中是关键的决速步骤，分解水制备氢气是一种有较大希望得以应用的可持续能源技术，虽然目前碱性环境中发现多种过渡金属氧化物/氢氧化物在产氧反应中展现出较高的活性，其中的产氧反应机理并未得到充分的理解。
洛桑联邦理工学院胡喜乐等通过电化学和原位光谱学方法结合，特别通过operando原位X射线吸收、Raman光谱，对CoOOH的产氧机理进行研究。结果显示，催化剂中的resting state为CoO2。作者通过同位素标记实验发现，产氧反应中的活性中间体为钴的超氧化物物种，该中间体的生成伴随着CoOOH氧化为CoO2反应。通过光谱相关结果和电化学反应动力学研究结果结合，作者发现产氧反应中的决速步骤是超氧化物中间体中O2释放过程。本工作为产氧反应的机理研究提供了经验和范例。
本文要点：
CoOOH催化剂中的resting state为一种Co(IV)物种CoO2，同时作者发现这种CoO2和Co(III)、Co(III/IV)是同时存在的，通过Raman光谱测试方法验证了关键中间体Co超氧物种，这种超氧物种是通过CoOOH转化为CoO2的过程中生成。依照相关光谱学和动力学研究，作者提出了可能的反应机理，Co的超氧中间体是通过两个晶格氧协同形成的，反应中的决速步骤是释放O2过程。
Aliki moysiadou, et al. Mechanism of Oxygen Evolution Catalyzed by Cobalt Oxyhydroxide: Cobalt Superoxide Species as a Key Intermediate and Dioxygen Release as a Rate-Determining Step, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI：10.1021/jacs.0c04867
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c04867
9. JACS：甲酸脱氢酶FDH催化反应动力学研究
具有金属依赖性的甲酸脱氢酶FDH（formate dehydrogenases）能够可逆的将甲酸转化为CO2，动力学研究结果对FDH的催化反应机理进行研究，并且为相关高活性电催化甲酸氧化为CO2的电催化剂设计、CO2捕获等过程提供了经验。
剑桥大学Erwin Reisner、Judy Hirst等和位于荷兰奈梅亨的拉德布德大学等研究者通过同位素标记的动力学方法对源于大肠杆菌（Escherichia coli）的含Mo金属FDH脱氢酶在甲酸/氘代甲酸氧化反应中的过程进行研究，作者主要通过三种方式（静态溶液中动力学、蛋白质电化学测试PFE、前稳态停流方法）进行研究。
本文要点：
1）对于每种过程，FDH的Mo金属中心重新氧化的过程中展现了不同的氧化动力学过程，并且展现出了三种不同的动力学同位素过程。在溶液中的稳态变化过程的研究结果显示，反应受到分子间电荷转移过程扩散的限制；与之相比，蛋白质薄膜上PFE上的电化学过程电子转移过程动力学非常迅速，提升了分子间电荷转移动力学的限制值，KIE值达到2.44。前稳态分析停流方法模型展示了KIE达到3的动力学过程，该结果对应于甲酸氧化过程中的C-H键切断过程。此外，研究结果显示催化反应中稳定的时间分辨中间体浓度。
2）通过在1 mM BV2+（接收e-）溶液进行溶液中的稳态甲酸氧化反应动力学研究；通过电极作为接收e-的过程中测试；通过在溶液中加入抑制甲酸氧化的反应试剂（N3-），实现将反应终止在单e-状态。
William E. Robinson, et al. Understanding how the rate of C-H bond cleavage affects formate oxidation catalysis by a Mo-dependent formate dehydrogenase, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI：10.1021/jacs.0c03574
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c03574
10. JACS：电导率/多金属比例可调控的Co, Ni, Cu多金属导电MOF
麻省理工学院MIT Mircea Dinca等报道了一系列二维导电金属有机框架化合物M3(HITP)2（M=Co, Ni, Cu; HITP=六氨基三亚苯），能带结构的区分达到0.4 eV，导电性的区别在4个数量级间可调（5.8×10-3 S cm-1~55.4 S cm-1）。该M3(HITP)2体系中能够通过调控原料分子的比例实现双金属（CuNi, CoNi, CoCu）组成的结构。作者认为这种连续调控能带和导电性的方法通过调控金属组成，实现了调控载流子浓度和对层间距的微调。此外，作者发现在CuNi组成的材料(CoxNi3-x)(HITP)2中，当Ni的组成量提高，材料活化能降低。
本文要点：
材料合成。将六氨基三亚苯和Co, Ni, Cu的盐混合于DMF/H2O混合溶液中，加入CH3CO2Na。通过溶剂条件优化实现了缓慢的晶化过程和更好的晶化度。通过变温（200~350 K）导电测试方法对(CoxNi3-x)(HITP)2体系的热激发体相输运性能进行测试，结果显示Co3(HITP)2、Cu3(HITP)2、Ni3(HITP)3的活化能分别为157 meV，65.3 meV，15.7 meV。
Tianyang Chen, et al. Continuous Electrical Conductivity Variation in M3(hexaiminotriphenylene)2 (M = Co, Ni, Cu) MOF Alloys, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI：10.1021/jacs.0c04458
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c04458
11. JACS：Cu催化苄基位点手性炔基化反应
中科院上海有机化学研究所刘国生，香港科技大学林振阳等报道了首例Cu催化自由基接力过程实现的苄基位点手性炔基化反应，该方法学中能够以较高的对映选择性生成大量结构的苄基炔基化产物，该反应中关键的步骤是通过内球过程通过手性(Box)CuII-炔催化剂中间体和苄基自由基进行，该方法对大量官能团有兼容性、对广泛的底物兼容、反应条件温和。反应生成的炔基产物能够进一步反应，转化为联烯、烯烃、羧酸等有利用价值的分子。该方法能够用于合成生物活性AMG837分子。
本文要点：
反应优化。将1倍量萘乙烷和4倍量三甲氧基硅/TMS修饰的乙炔作为反应物，以10 mol % CuI和12 mol % 氧杂环戊亚内胺基配体作为催化剂体系，加入3倍量F修饰的NSFI和3倍量Na2CO3，在1,2,4,5-C6H2F4/DMA（4:1）的溶剂中反应，以91 %的产率和93 % ee值进行得到苄基位点炔修饰的产物。
Liang Fu, et al. Enantioselective Copper-Catalyzed Alkynylation of Benzylic C-H Bonds via Radical Relay, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI：10.1021/jacs.0c05373
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05373
12. JACS：Cu催化苄基位点C-H键活化
在无导向基作用的C-H键官能团化反应中，位点的选择性是反应中的关键挑战。威斯康星大学麦迪逊分校Shannon S. Stahl等报道了一种Cu催化策略，实现了在苄基位点的C-H键活化引入叠氮基团。相关实验和密度泛函理论结果显示，该反应中通过苄基自由基和CuII-N3通过自由基-极性交叉过程进行，和目前已有的C-H键叠氮化反应方法相比，该方法学展现了催化位点的选择性，作者通过生成的苄基叠氮转化为氨、三唑、四唑、吡咯官能团，展示了这种方法学的巨大应用前景和潜力。
本文要点：
1）反应优化。将萘乙烷作为反应物，以2 mol % Cu(OAc)2和4 mol %叔丁基取代的联氧杂环戊亚胺作为催化剂体系，加入2.5倍量NFSI和3.6倍TMS-N3进行反应，在50 ℃ 0.2 M MeNO2溶剂和N2保护中进行反应，实现了93 %的产率。
2）分别将得到的苄基叠氮产物在PPh3中转化为胺，和端炔分子合成三唑，和氰分子合成四唑，在PPh3/氧化合成吡咯，展示了本方法学的广泛应用前景。
Sung-Eun Suh, et al. Site-Selective Copper-Catalyzed Azidation of Benzylic C–H Bonds, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI：10.1021/jacs.0c05362
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05362
