1. Nature：双层魔角石墨烯中的绝缘态/超导态
超导和相关绝缘态共存的魔角扭转双层石墨烯中，这些态之间的关系有重要意义，分别对其中对这种相进行控制的微观机制加深了对其中错综复杂的相互作用的理解。巴塞罗那科学技术学院Dmitri K. Efetov等报道了这种扭曲双层石墨烯中的电子相互作用的调控，通过在低于15 nm（Wannier轨道的大小）和改变的石墨烯扭角（魔角附近1.10±0.05°）的过程中，调节石墨烯和金属屏蔽层之间的距离，通过这种作用消除了绝缘态同时生成超导态。此外，作者发现这种半填充的绝缘态在外加0.4 T的磁场作用中重新产生，并生成Chern数为2的霍尔态。该研究为理解双层魔角石墨烯中的绝缘态和超导态之间的关系提供了经验，并为理解具备强相互作用的超导体系的微观机制提供了方案。
作者发现Coulomb相互作用是形成相称绝缘子（commensurate insulator）的原因，而超导现象是通过更加传统的机理得到。双层魔角石墨烯中超导态的反常特征产生了超低的载流子浓度，暗示了电子-声子之间相互作用的原理。在实验中发现的弱磁场诱导产生的半填充绝缘态重新出现说明在这种系统中的强相互作用。
Petr Stepanov, et al. Untying the insulating and superconducting orders in magic-angle graphene, Nature 2020DOI：10.1038/s41586-020-2459-6https://www.nature.com/articles/s41586-020-2459-6
2. Nature Nanotechnology: 双极壳表面修复，用于基于蓝色钙钛矿量子点LED
胶体量子点（QD）固体是新兴的半导体，已在基础研究中积极探索电荷传输和在光电学中的应用。形成器件制造所必需的高质量QD固体，需要替换长有机配体用于合成短配体，可增加QD耦合和改进的电荷传输。但是，在钙钛矿量子点，用于进行配体的极性溶剂交换会分解离子型钙钛矿。多伦多大学Zheng-Hong Lu 和Edward H. Sargent等人报道钙钛矿QD“换肤”技术以实现双极壳由一个内部阴离子壳和一个外部壳组成阳离子和极性溶剂分子。1）外壳静电吸附到带负电的内壳上。这种方法可生产出具有严格限制的钙钛矿QD固体，并具有改善的载流子迁移率（≥0.01cm2 V-1 s-1）相对于先前报道的陷阱密度降低低维钙钛矿。发出蓝光的QD膜展示光致发光量子产率超过90％。2）通过利用提高的移动性，已经能够制造出基于CsPbBr3 QD的高效蓝色和绿色发光体二极管。陷阱密度降低的蓝色器件的外部量子效率为12.3％；绿色设备实现了外部量子效率为22％。Yitong Dong，Bipolar-shell resurfacing for blue LEDs based on strongly confined perovskite quantum dots，Nature Nanotechnology，2020https://doi.org/10.1038/s41565-020-0714-5
3. Nature Chemistry：极低温度下MOFs支杆中分子转子的快速运动
通常情况下，固体状态不太适合维持快速的分子运动，但是近年来，人们已经成功地在多孔晶体内和表面上设计了各种分子机器，开关和转子。近日，米兰比可卡大学Piero Sozzani，Angiolina Comotti等报道了一个基于锌的金属有机框架（MOFs），该MOF以双环戊烷-二羧酸盐为支柱，锚定在金属簇上的羧酸盐基团充当轴，而双环戊烷可自由旋转。1）该MOF中转子的三重双锥体对称性与其立方晶胞内支柱的四重对称性冲突。这阻碍了稳定构象的形成，使得双环戊烷单元连续，单向，超快速旋转，能量垒为6.2 cal mol-1，即使在非常低的温度（10 Hz低于2 K）下也能持续旋转几圈。2）作者进一步使用锆代替金属锌，发现这会导致该MOF中的金属簇-羧酸盐配位结构变化，并且双环单元的旋转要慢得多。该工作的报道表明在非常低的温度下存在动态材料的可能，这意味着未来的旋转电动机和转子的常规阵列有望在低热微扰条件下得到性能的提高。
Jacopo Perego, et al. Fast motion of molecular rotors in metal–organic framework struts at very low temperatures. Nat. Chem., 2020DOI: 10.1038/s41557-020-0495-3https://www.nature.com/articles/s41557-020-0495-3
4. Nature Catalysis：克服催化剂失活导致的双重光氧化还原/镍催化C-N交叉偶联的局限性
钯催化的C-H键的形成是合成化学中应用最广泛的反应之一。镍的丰度较高，是一种很有吸引力的钯的替代物，但对空气敏感的Ni(0)配合物、复杂的配体、强还原剂和形成C-N键的碱的要求阻碍了其应用。目前已开发出空气稳定的镍预催化剂，但仍需要强大的烷氧基碱和络合物配体。电和光化学介导的方法依赖于Ni(II)催化剂最初还原为低价(Ni0或NiI)物种，然后是氧化加成，这对于富含电子的芳基卤化物来说是缓慢的。这一瓶颈潜在地造成镍(0)物种的积累，这些物种聚集在一起，导致催化剂失活。有鉴于此，德国柏林自由大学Bartholomäus Pieber报道了通过使用氮化碳光催化剂可以避免催化剂失活。1）当富电子的芳基溴化物用于双重光氧化还原/镍催化的C-N交叉偶联时，催化剂通过镍黑形成的失活是导致产率较低的原因。同时，低价镍物种的沉积进一步使多相光催化剂失活，阻碍了其可回收性。2）研究发现，可以通过减速光介导的还原消除（RE）、加强氧化加成或稳定低价镍中间体来避免镍黑的形成。3）通过用合适的添加剂稳定低价镍中间体，伯胺可以与富含电子的芳基卤化物偶联，亲核性较低。该策略使得富电子、中性和贫芳基溴化物与伯胺和环仲胺的C-N交叉偶联可重复进行，甚至可用于贫电子芳基氯化物的高效反应。Gisbertz, S., Reischauer, S. & Pieber, B. Overcoming limitations in dual photoredox/nickel-catalysed C–N cross-couplings due to catalyst deactivation. Nat Catal (2020)DOI：10.1038/s41929-020-0473-6https://doi.org/10.1038/s41929-020-0473-6
5. Nature Commun.：聚合物在水溶液中的流动诱导结晶
众所周知，聚氧化乙烯(PEO)分子在水溶液中被类似于蛋白质的水化层包围。此外，最近的分子动力学(MD)模拟表明，低聚物PEO链在水中的伸展引发链间聚集，最终导致PEO溶液的相分离，形成高度定向的纤维状纳米结构。聚集体的形成与PEO构象的变化有关，使特定的氢键诱导的PEO在水中的溶剂化反应不利，破坏了水合层。在这方面，先前假设是由PEO和水相分离驱动的在强流下从水溶液中观察到的PEO纤颤，可以用这些最近的MD模拟来解释。理论结果表明，PEO在水溶液中的固化可以通过拉伸来触发，类似于蚕丝蛋白掺杂。近日，英国谢菲尔德大学O. Mykhaylyk报道了利用蚕丝蛋白原纤化优于传统的聚合物加工，不仅实现了材料优异的物理性能，如较高的抗拉强度和韧性，而且提高了工艺能效。1）自然丝通过依赖构象的分子间相互作用使蛋白质链脱溶(变性)，以响应液体的流动而凝固。然后在聚氧乙烯(PEO)水溶液再次发现该现象，当受到流动时，它在环境条件下固化。2）这种转变要求流动条件超出能量阈值，这会破坏聚合物分子周围的保护性水合壳，将其从亚稳态释放为热力学上有利的结晶态。这种机理只需低能量输入，可用于替代传统聚合物加工工艺。
Dunderdale, G.J., Davidson, S.J., Ryan, A.J. et al. Flow-induced crystallisation of polymers from aqueous solution. Nat Commun 11, 3372 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17167-8https://doi.org/10.1038/s41467-020-17167-8
6. Nature Commun.：相对透射率超过100％的超薄金属膜基透明电极
柔性透明电极在太阳能电池、发光二极管和触摸板等应用中的具有巨大需求量。然而，高光学透明度和高电导率的结合对基于金属材料的电极提出了严格的要求。为了获得实用的薄层电阻，先前研究中电极的可见光透射率通常低于构建有电极结构的透明基板，即相对于基板的透射率＜100％。近日，密歇根大学L. Jay Guo，南京理工大学刘东报道了一种基于DMD的透明电极，在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）聚合物衬底上的整个可见光谱（400-700 nm）内，平均透射率约为〜88.4％，超过了衬底本身的透射率（〜88.1％），导致相对透射率超过100％。1）通过将一种新型的Cu掺杂的Ag薄膜集成到优化的DMD结构中，获得了大于100%的相对透射率。2）该掺铜银薄膜具有超薄(~6.5 nm厚)、超光滑(粗糙度<1 nm)、低光学损耗和高电导率(薄层电阻~18.6 Ω sq-1)等特点，采用室温沉积方法制备。3）这种非同寻常的性能是通过利用优化的介质-金属-介质结构来实现的，该结构遵循分析和定量原理，并归因于掺杂铜银膜。
Ji, C., Liu, D., Zhang, C. et al. Ultrathin-metal-film-based transparent electrodes with relative transmittance surpassing 100%. Nat Commun 11, 3367 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17107-6https://doi.org/10.1038/s41467-020-17107-6
7. Nature Commun.：磷酸为稳定剂用于无金属粉末光催化H2O2分解
过氧化氢（H2O2）作为一种能量载体受到越来越多的关注。为了实现可持续能源社会，光催化H2O2分解（H2O2（l）→H2（l）+O2（g）；ΔG°=+131 kJ mol-1）是现场制氢的理想反应。然而，传统的光催化H2O2分解是通过歧化反应（H2O2（l）→H2O（l）+1/2O2（g）；ΔG°=−117 kJ mol-1）和促进H2O2还原而不是通过H+还原来实现，后者反应尚未见报道。近日，日本大阪大学Yasuhiro Shiraishi报道了成功通过H+还原反应进行光催化H2O2分解。1）在含有磷酸（H3PO4）的H2O2溶液中，负载石墨烯量子点的石墨氮化碳（GQDs/g-C3N4）在可见光照射下可产生H2。2）研究发现，H3PO4与H2O2以氢键结合，H2O2的这种稳定作用抑制了H3PO4的还原，从而促进了H+的还原。以H3PO4为稳定剂的全有机光体系可为光催化H2O2分解提供新的途径。Shiraishi, Y., Ueda, Y., Soramoto, A. et al. Photocatalytic hydrogen peroxide splitting on metal-free powders assisted by phosphoric acid as a stabilizer. Nat Commun 11, 3386 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17216-2https://doi.org/10.1038/s41467-020-17216-2
8. Science Advances：可编程纳米线对β-内酰胺耐药革兰阴性菌的机械穿透作用
β-内酰胺耐药（BLR）革兰氏阴性菌是一种很难或不可能治疗的细菌，正在对全球健康造成威胁。然而，由于对BLR革兰阴性菌物理性质变化的认识不足，限制了有效纳米抗生素的开发。于此，西北农林科技大学王建龙教授和中科院化学所王铁研究员等人系统地研究了一系列革兰氏阴性菌（沙门氏菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和肺炎克雷伯菌）的纳米力学特性。1）观察表明，BLR细菌的细胞刚度值比β-内酰胺敏感细菌低近10倍，这是由于肽聚糖生物合成减少所致。2）借助于数值模拟和实验测量，研究人员证明了这些刚度的发现可以用来开发可编程的，刚度介导的抗菌纳米线，机械地穿透BLR细菌细胞膜。预期这些与硬度相关的发现将有助于发现和开发治疗BLR革兰阴性细菌感染的新策略。Lizhi Liu, et al., Mechanical penetration of β-lactam–resistant Gram-negative bacteria by programmable nanowires. Science Advances 2020.DOI: 10.1126/sciadv.abb9593https://advances.sciencemag.org/content/6/27/eabb95939. Joule：通过近红外吸收水分阻挡层提高钙钛矿太阳能电池性能在钙钛矿太阳能电池（PSC）研究中，同时提高器件效率和稳定性是最重要的问题。马萨诸塞大学Thomas P. Russell，上海交通大学的刘烽，北京大学朱瑞，南方科技大学的何祝兵等人在器件中引入了多功能界面层（MFIL）。1）MFIL集成作用包括：（1）电子传输，（2）防潮层，（3）近红外光电流增强，（4）陷阱钝化和（5）抑制离子迁移，以增强器件性能。筛选出窄带隙非富勒烯受体Y6，以替代倒置PSC中最常用的PCBM。2）在各种外部刺激（光，热和湿气）下不封装的情况下，实现了21.0％的显著改善的功率转换效率以及出色的稳定性（长达1,700 h）。3）此外，提出了钙钛矿与MFIL界面上分子取向或钝化以及电荷载流子动力学的系统研究。这些结果为设计高级中间层提供了深刻的见识，并建立了分子取向，界面分子键，陷阱态密度，非辐射复合和器件性能之间的相关性。
Qin Hu et al. Improving Efficiency and Stability of Perovskite Solar Cells Enabled by A Near-Infrared-Absorbing Moisture Barrier，Joule，2020.DOI: 10.1016/j.joule.2020.06.007https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435120302440
10. Chem. Soc. Rev.: 界面局域生长策略合成共价有机框架材料
由于其模块化合成、独特的结构特征和丰富的功能，结构有序的共价有机骨架(COFs)和共价单层材料在催化、分子分离、储能、光采集等领域显示出巨大的应用潜力。有鉴于此，科罗拉多大学波德分校张伟教授等人，综述了近年来COF薄膜和共价单层膜的设计、合成及其性质的研究进展。介绍了不同表面和界面聚合的基本工作机理，以及这一快速发展的领域目前面临的挑战和机遇。1）COF薄膜和共价单层的合成主要利用动态共价化学(DCvC)，它依赖于在某些外部刺激下分子内相当强的共价键的可逆形成和断裂。这种可逆的反应条件实现了自我校正机制，该机制可以在热力学控制下选择性解决缺陷位点，从而导致形成高度有序的COF膜。2）获得单层共价纳米薄片的新技术最近报道的有很多。新兴的界面聚合技术(如空气-水、液-液、液-固等)已被成功地应用于从各种初始构建块合成结晶COF薄膜。尽管有序框架在界面处的局域生长是一个快速发展的领域，但适用于薄膜或单层合成的可逆反应仍然非常有限。新的动态反应和界面聚合条件的确定和开发对于COF薄膜和共价单分子层材料的进一步发展至关重要。3）需要更多关于不同金属表面催化活性机理的实验和理论信息，如活性位点的几何形状、吸附的中间体、活化能等。这些信息对于控制COF单分子层在金属基体表面的生长以及研究其结构-性能关系具有重要意义。随着合成策略和表征技术的进一步发展，界面聚合将在COF基薄膜或膜制备中发挥更重要的作用。总之，这种自下而上设计的这种可定制的有序框架材料将在分子分离、水净化、电子、储能、传感等多个领域具有巨大应用潜力。
Yinghua Jin et al. Confined growth of ordered organic frameworks at an interface. Chem. Soc. Rev., 2020.https://doi.org/10.1039/C9CS00879A
11. Angew：压力抑制载流子捕获导致二维钙钛矿(HA)2(GA)Pb2I7的发射增强
通过静水压力进行晶格压缩是调节二维（2D）卤化物钙钛矿的结构和光学特性的有效方法。但是，很少有实例表明压缩后2D钙钛矿的光致发光（PL）性能得到改善。压力引起的结构变化如何影响载流子俘获也仍然不清楚，而这对于卤化物钙钛矿的光电性能至关重要。近日，上海高压科学与技术先进研究中心Xujie Lü，Wenge Yang等报道了通过压力调节2D钙钛矿(HA)2(GA)Pb2I7（HA = n‐hexylammonium, GA = guanidinium）的结构，使得其PL提高了12倍。1）该材料具有超大型笼结构，这提供了难得的机会来了解其结构与性质的关系，并探索卤化物钙钛矿中的新兴现象。2）原位结构，光谱和理论分析表明，在1.6 GPa以内的适度压力下，晶格压缩会大大抑制载流子的捕获，从而显著增强发射。进一步加压会产生不发光的无定形黄色相，令人惊讶的是，该相可以保留并在减压过程中带隙不断增加。3）有趣的是，当压力释放到1.5 GPa时，带隙以上的激光辐照会触发发射，同时颜色会从黄色变为橙色。所获得的橙色相可以在环境条件下保留，并且与原始(HA)2(GA)Pb2I7相比，其PL发射要高出两倍。该工作不仅揭示了2D卤化钙钛矿中压力引起的异常变化及其潜在机理，而且还证明了在环境条件下形成具有增强性能的新相。Songhao Guo, et al. Pressure‐Suppressed Carrier Trapping Leads to Enhanced Emission in Two‐Dimensional Perovskite (HA)2(GA)Pb2I7. Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202001635https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.20200163512. Angew：串联光氧化还原催化用于芳基和烷基卤化物羰基化酰胺化酰胺键的形成是化学和生命科学研究的基础。酰胺部分普遍存在于天然和合成蛋白质中，并在多种分子中具有显著特征，包括药物、合成聚合物和农用化学品。由于酰胺类化合物的重要性，传统的酰胺键合成方法受到挑战。现代合成方法通常使用化学计量偶联剂来调节羧酸和胺的缩合。这些合成方法会释放出相当于有毒副产物的物质，并且通常与空间密集的酰胺不相容。鉴于酰胺官能团在制药和农用化学品中的应用，与高分子量偶联试剂相关的成本和超化学计量比废流对环境的影响严重阻碍了其规模化。随着研究和工业实验室越来越多地采用绿色化学原理，迫切需要开发一种高效、操作简单、可扩展的催化酰胺键形成工艺，并且减少或消除对化学计量试剂的需求。近日，澳大利亚墨尔本大学Anastasios Polyzos报道了一种新的可见光介导的芳基，杂芳基和烷基卤化物的羰基酰胺化反应。1）在N、 N-二异丙基乙胺（DIPEA）存在下，[Ir(Ppy)2(dtb-bpy)]+的串联催化循环通过第二催化循环生成有效的铱光还原剂，该催化循环可以有效地使用芳基溴化物、碘化物甚至氯化物以及伯烷、仲烷和叔烷碘。2）原位生成的催化剂与脂肪胺和芳香胺的相容性、对官能团的高耐受性以及复杂天然产物的后期酰胺化都表明了该催化剂的多功能性。
José A. Forni, et al, Tandem Photoredox Catalysis: Enabling Carbonylative Amidation of Aryl and Alkylhalides, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI：10.1002/anie.202006720https://doi.org/10.1002/anie.202006720
