1. Nat. Rev. Mater.：通过合成生物学进行材料设计
合成生物学可应用基因工具来设计活细胞和生物，类似于机器的编程。材料合成生物学则综合了合成生物学和材料科学的工程原理，将生命系统重新设计为具有新兴功能和功能可设计的动态响应材料。近日，麻省理工学院Timothy K. Lu，上海科技大学Chao Zhong等总结了合成生物学方法，包括基因电路，模型生物和设计参数，应用于智能生活材料的构建。1）作者讨论了无生命和有生命的自组织多功能材料，例如细胞内结构和工程化的生物膜，并研究了杂化生物材料的设计和应用，包括生物传感器，治疗剂和电子产品以及能量转换材料和生物建筑材料。2）最后，作者讨论了可编程生命材料的前景和挑战，并明确了未来的潜在应用。
生物材料学术QQ群：1067866501Tzu-Chieh Tang, et al. Materials design by synthetic biology. Nat. Rev. Mater., 2020DOI: 10.1038/s41578-020-00265-whttps://www.nature.com/articles/s41578-020-00265-w
2. JACS: 烧绿石高熵氧化物的局部位错和畸变研究
高熵氧化物(HEOs)由于其在材料功能调控和组合方面的潜力，在各个领域都引起了极大的兴趣。通过扩展对HEOs中有序度/混乱度的控制，对于实现其巨大潜力是一个巨大的挑战。有鉴于此，橡树岭国家实验室Craig A. Bridges和Katharine Page等人，报告了Nd2M2O7（具有5个M-位阳离子的烧绿石HEO）的第一个例子，通过中子衍射和对分布函数（PDF）分析研究了其局部结构。1）发现烧绿石的平均结构为斜方Imma，与控制结构原型的半径比规则相符。将密度泛函理论计算的量子点结构模型与真实空间量子点结构模型进行比较，以评估M位点的有序/无序。2）反向蒙特卡罗结合从头算分子动力学和Metropolis蒙特卡洛模拟表明，Nd2（Ta0.2Sc0.2Sn0.2Hf0.2Zr0.2）2O7的M位点局部至纳米级高度随机/无序，而Nd2（ Ti0.2Nb0.2Sn0.2Hf0.2Zr0.2）2O7+x在亚纳米尺度上表现出TiO6八面体的强烈变形和较小的Ti化学短程有序（SRO）。3）计算表明，这可能是内在的，能量上有利于SRO，而不是由于样品处理所致。这些结果提供了一个重要的证明，即即使在半径非常相似的那些离子中，HEO中参与离子的工程变化也提供了控制局部有序/无序基序的丰富机会。总之，该工作有助于指导新兴的HEO材料中的结构-性能的调整。
纳米合成学术QQ群：1050846953Bo Jiang et al. Probing the Local Site Disorder and Distortion in Pyrochlore High-Entropy Oxides. J. Am. Chem. Soc., 2020.DOI: 10.1021/jacs.0c10739https://doi.org/10.1021/jacs.0c10739
3. JACS：高稳定Zr（IV）基MOF用做反相液相色谱固定相用于手性分离
外消旋混合物的分离对化学和药学具有重要意义。包括金属有机框架（MOFs）在内的多孔材料已被广泛用作手性拆分物的手性固定相（CSPs）。然而，开发新的CSPs用于反相高效液相色谱（RP-HPLC）仍然是一个挑战，但这是最常用的色谱模式，占所有分离的90％以上。近日，上海交通大学崔勇，Yan Liu，新加坡国立大学Jianwen Jiang等报道了将高度稳定的Zr基MOFs用作高效CSPs用于RP-HPLC。1）作者通过精心设计，合成了三个对映体纯的四羧基配体1,1′-biphenyl-20-crown-6（L），并制备了三种手性多孔Zr基MOFs ,其分子式为[Zr6O4(OH)8(H2O)4(L)2]。2）这三种Zr基MOFs具有相同的flu拓扑结构，但孔道大小不同，并且对水，酸和碱具有极好的耐受性。手性冠醚在框架通道内周期性排列，并可通过超分子相互作用立体选择性识别客体分子。3）在酸性水溶液洗脱条件下，装有Zr-MOFs的HPLC色谱柱具有高分辨率，高选择性和高耐用性，可用于分离各种模型外消旋化合物，包括未保护和保护的氨基酸以及含氮药物，性能优于一些商用的HPLC分离手性柱。该工作推动了MOFs作为反相液相色谱中手性拆分平台的发展，并将促进性能更好的Zr-MOFs的设计，以识别和分离外消旋精细化学品和药物。
多孔材料学术QQ群：813094255Hong Jiang, et al. Highly Stable Zr(IV)-Based Metal–Organic Frameworks for Chiral Separation in Reversed-Phase Liquid Chromatography. J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c11276https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11276
4. JACS: 单位点Pt1/CeO2催化剂上甲醇分解机理的DRIFTS研究
单位点催化剂因其最大的原子利用率和独特的催化性能而在催化领域受到广泛关注。早期工作表明，单位点Pt1/CeO2催化剂的甲醇分解活性比负载2.5 nm Pt纳米粒子的CeO2高40倍，但缺乏对这种增强作用的分子水平的理解。有鉴于此，劳伦斯伯克利国家实验室Gabor A. Somorjai和Ji Su等人，使用原位DRIFTS仔细研究了Pt1/CeO2上甲醇分解的反应机理，并提出了反应途径。1）研究了在各种温度下甲醇在Pt1/CeO2上分解过程中的反应中间体。DRIFTS光谱揭示了甲醇在纳米氧化铈上的容易而强烈的吸附，这被认为是甲醇在单中心催化剂上分解的先决条件。2）首先将甲醇分子解离吸附在纳米氧化铈载体上，然后将所形成的甲氧基物质扩散到发生脱氢并导致CO弱键合的Pt单点上。甲醇在纳米氧化铈载体上的易解离吸附性和定制的电子性能，通过金属-载体相互作用的Pt1的活性被认为与Pt1/CeO2的高活性密切相关。3）此外，Pt与CeO2的单位点强相互作用以及一氧化碳的容易解吸都使得Pt1/CeO2的Pt NPs比CeO2载体的Pt NPs具有更高的活性。总之，该工作利用DRIFTS对SSC的反应机理进行了研究，并突出了催化剂载体的重要作用，特别是在反应物吸附方面。有望为SSC的设计提供更多指导，以调节反应路径并优化催化性能。
纳米催化学术QQ群：256363607Zhiyuan Qi et al. Mechanism of Methanol Decomposition over Single-Site Pt1/CeO2 Catalyst: A DRIFTS Study. J. Am. Chem. Soc., 2020.DOI: 10.1021/jacs.0c10728https://doi.org/10.1021/jacs.0c10728
5. JACS：通过电化学CO2还原抑制酸性电解液中的析氢
一氧化碳（CO）作为合成气一部分，由于可用于一系列增值化学品合成，是一种具有极高经济效益的C1化学品。电化学CO2还原为CO具有重要意义，然而，要实现经济的电化学CO2还原为CO，同时实现高法拉第效率和高能源效率至关重要。考虑到酸性电解质在电化学CO2还原中的优势，在低pH的电解液中实现高CO生成的法拉第效率具有重要意义。近日，荷兰莱顿大学Marc T. M. Koper报道了弱酸性条件下在金电极上的电化学CO2还原。1）研究人员采用差分电化学质谱法（DEMS）量化生成的H2和CO量以及消耗的CO2量。2）研究了CO2分压（0.1-0.5 bar）和质子浓度（1-0.25 mM）对CO生成法拉第效率的影响。研究发现，增加前者可提高CO2还原速率，抑制质子还原放析氢氢，使CO生成法拉第效率接近100%。由于电极表面的所有质子都被用于水的形成（CO2 + 2H+ + 2e- → CO + H2O），因此析氢受到CO2还原的抑制。同时，在缓慢的传质下，就没有质子用于析氢。3）在此基础上，研究人员提出了抑制质子还原析氢的酸性CO2电解槽的一般设计原则：CO/OH−的生成速率必须足够高，以匹配/补偿质子向电极表面的传质。
电催化学术QQ群：740997841Christoph J. Bondue, et al, Suppression of Hydrogen Evolution in Acidic Electrolytes by Electrochemical CO2 Reduction, J. Am. Chem. Soc, 2020DOI: 10.1021/jacs.0c10397https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c10397
6. JACS：聚(N-乙烯基吡咯烷酮)的端基对Ag纳米结构合成过程中形状演化的影响
银纳米立方体（AgNCs）的合成主要采用多元醇法，其中溶剂（乙二醇）为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为定形剂。近日，美国宾夕法尼亚州立大学Robert M. Rioux报道了通过改变决定AgNCs和Ag纳米线形成区域的商用PVP的单体浓度（Cm）和分子量（Mw），成功构建了恒温和恒定Ag+和Cl-浓度下的实验相图。1）研究发现，PVP端基的特性和浓度是控制AgNPs形状的关键。具有与商用聚合物相当的Mw，和不同端基的通过N-乙烯基吡咯烷酮可逆加成−断裂链转移（RAFT）聚合合成的PVP在AgNPs合成过程中对Ag+的还原动力学起着重要的控制作用，甚至Cl-的存在也会影响最终的纳米颗粒形状。2）研究人员采用用多元醇法合成了端基为羟基、醛基和烷基的PVP，并研究了它们对Ag纳米结构形成的影响。虽然PVP的醛端基对于形状控制合成AgNCs很重要，但它们的浓度对于Ag+的完全还原来说是亚化学计量（substochiometric）的，这表明Ag+发生了第二次明显的还原过程。此外，研究人员进一步研究了AgNP合成过程中不同端基PVP浓度下Ag+的还原途径，发现Ag+在初始还原后以自催化还原为主。3）研究人员最后测量了AgNPs合成条件下AgCl的溶解速率，以揭示其对AgNCs与Ag纳米线形成的影响。理解单个组分/过程的作用以及它们之间看似复杂的相互作用，对于优先纳米材料的合成至关重要。
纳米合成学术QQ群：1050846953Suprita Jharimune, et al, Chemical Identity of Poly(N‑vinylpyrrolidone) End Groups Impact Shape Evolution During the Synthesis of Ag Nanostructures, J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c08528https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c08528
7. JACS：碘催化乙烷发烟硫酸氧化合成乙二醇磺酸酯
乙烷在温和条件中进行直接功能化反应对于工业界、学术界都具有较高难度，有鉴于此，马克斯·普朗克煤炭研究所Ferdi Schüth等报道了碘作为催化剂对乙烷在发烟硫酸中于温和反应温度、反应压力中进行高效率、选择性催化转化。通过比较详细的研究，发现碘比以往报道的“Periana”催化体系活性更高。碘催化反应中生成乙二醇双硫酸酯（HO3SO-CH2-CH2-OSO3H, ETA），然而在Pt催化体系中，通常的主要产物为乙二磺酸（HO3S-CH2-CH2-OSO3H, ETA）。本文中的发现为直接转化乙醇制备乙二醇提供了一种有吸引力的方法。1）反应优化。在含有5 mM 碘的20 %发烟硫酸中进行乙烷催化反应，反应温度为90 ℃，时间3 h，通过1H NMR分析产物中液相组成为EG(OSO3H)2、(CH2O)2SO2两种产物。催化反应速率分析显示，在90 ℃碘催化体系的效率达到以往报道的Pt基发烟硫酸催化体系效率，展示了本方法是一种高效率方法，而且无需贵金属作为催化剂。2）这种碘催化反应体系的效率比较高，而且催化反应产物在进一步的水解后主要生成乙二醇产物。
纳米催化学术QQ群：256363607Marius Bilke, et al, Iodine-Catalyzed Selective Functionalization of Ethane in Oleum:Toward a Direct Process for the Production of Ethylene Glycol from Shale Gas, J. Am. Chem. Soc. 2020DOI: 10.1021/jacs.0c08975https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08975
8. JACS：具有前所未有的共价二维功能化效率的石墨烯上的直接激光写入
尽管通过激光写入对石墨烯进行共价2D图案化简单而直接，然而，目前仍具有挑战性。近日，德国埃尔朗根-纽伦堡大学Andreas Hirsch报道了一种利用三氟乙酸银对石墨烯进行激光诱导2D图案化的简便而有效的方法，实现了前所未有的高度功能化。1）利用激光诱导的三氟乙酸银光解产生仅局限于激光照射区域的三氟甲基自由基，导致石墨烯的选择性反应，从而在石墨烯上完成朝着空间分辨2D图案结构的直接激光写入。2）研究发现，这种高度2D功能化的石墨烯完全可逆。此外，利用激光写入过程中同时产生/图案化的银纳米颗粒，研究人员构建了更复杂的图案化石墨烯混合结构。该方法的简单性及其提供高度功能化的能力，成为采用该方法的其他2D材料2D图案化的先决条件。
二维材料学术QQ群：1049353403Tao Wei, et al, Direct Laser Writing on Graphene with Unprecedented Efficiency of Covalent Two-Dimensional Functionalization, J. Am. Chem. Soc, 2020DOI: 10.1021/jacs.0c11153https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c11153
9. JACS：Na2S2O8纳米粒子用于抗肿瘤免疫治疗
尽管近年来，基于活性氧（ROS）的肿瘤疗法（如光动力疗法和化学动力疗法）受到了越来越多的关注，但由于肿瘤微环境中O2和H2O2含量相对较低，透光深度受限，Fenton反应条件严苛（pH 3-4），ROS产生率有限，导致其治疗效果较差。因此，迫切需要探索具有高效活性氧生成能力的新型药物。在此，中科院长春应用化学研究所张洪杰、王樱蕙等人制备了磷脂包覆的Na2S2O8纳米颗粒（PNSO NPs）作为新的ROS生成剂，通过逐步降解原位生成的Na+和S2O82-，无论肿瘤微环境（TME）中H2O2的含量和pH值如何，可将其转化为有毒的•SO4–（一种新报道的ROS）和•OH。1）随着大量Na +的产生，PNSO NPs可以通过胞吞作用绕过细胞的离子传递规则，从而将大量Na +传递到细胞中，导致渗透压升高，细胞迅速破裂和溶解。2）PNSO NPs诱导的渗透压将进一步导致一种不寻常的细胞死亡方式：与caspase-1相关的程序性细胞死亡。3）此外，所有上述作用将导致高度免疫原性细胞死亡，调节免疫抑制的TME，进而激活全身性抗肿瘤免疫应答以对抗肿瘤转移和复发。综上所述，PNSO NPs将是一种新型的、潜在的ROS生成剂，这一工作将拓宽探索新型抗肿瘤纳米药物的思路。
生物医药学术QQ群：1033214008Yang Liu, et al. Na2S2O8 Nanoparticles Trigger Antitumor Immunotherapy through Reactive Oxygen Species Storm and Surge of Tumor Osmolarity. J. Am. Chem. Soc., 2020.DOI: 10.1021/jacs.0c09482https://doi.org/10.1021/jacs.0c09482
10. JACS：含氮环状双硼酸酯组装聚合物提高水、热稳定性
含硼聚合物有广泛应用领域，通过合成含有可逆B-O键的有机硼分子，该有机硼分子能够用于各种自修复、可重复利用的聚合物。但是因为这种聚合物在水中不稳定，这种含硼酸酯、硼氧烷连接的聚合物受到较大的限制。有鉴于此，西安交通大学井新利等报道了通过一种含氮环状双硼酸酯（NCB）作为连接体，通过活性氢和异氰酸酯反应，实现了一种类玻璃高分子(vitrimers)，实现了提高的水/热稳定性。1）通过热力学、动力学研究，发现基于该环状双硼酸酯连接体的有机聚合物的抗水、抗热性能改善，不同NCB基团之间的交换反应无需加入催化剂，在加热中就能进行。2）在分别含有氨基甲酸乙酯、脲基团的NCBC-X1、NCBC-X2两种模型化合物中，比传统的硼酸酯基团分子的抗水解性能更高。在聚氨酯、聚脲聚氨酯类玻璃高分子中，基于NCB连接的高分子材料展示了极好的抗溶剂溶解性、高力学性能（达到类似热固性塑料的性能），而且通过NCB基团受热酯交换从而能够可修复、可重复、可回收。由于存在的N→B内部配位键，这种聚合物改善了水/加热稳定性。
高分子材料学术QQ群：1053468397Xiaoting Zhang, Shujuan Wang, Zikang Jiang, Yu Li, and Xinli Jing*, Boronic Ester Based Vitrimers with Enhanced Stability via Internal Boron–Nitrogen Coordination, J. Am. Chem. Soc. 2020DOI: 10.1021/jacs.0c10244https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10244
11. JACS：羰基α,β-不饱和酮、烯烃的1,4-偶极[4+2]环加成合成手性环己酮烯
斯坦福大学Barry M. Trost等报道了一种新颖的Pd催化含羰基1,4-偶极环加成反应，该反应通过原位脱质子化过程。通过C2不对称亚磷酰胺配体辅助，该双极环加成反应能够通过催化[4+2]环加成实现不对称合成手性环己烯酮。该反应方法学首次实现了对缺电子碳酸烯丙酯制备高反应性含Pd双极物种，发展了一系列稳定双极前体分子用于合成手性环己烯酮。基于实验结果提出了普适应反应机理，给出了反应立体选择性产生原因。1）反应优化。以Cα修饰Boc保护的甲醇的α,β-不饱和丁酮（1a）、偕二氰基苯乙烯（2a）作为反应物，在2.5 mol % Pd2(dba)3/5~10 mol %配体作为催化剂体系，在50 ℃甲苯中进行反应，合成环己烯酮结构的产物3a。2）通过对配体结构筛选，改善反应的选择性和产率。结果发现，螺环结构联萘磷酸胺有较高的产率和手性选择性。
均相催化与酶催化学术QQ群：871976131
Barry M. Trost et al, Palladium-Catalyzed Enantioselective Cycloaddition of Carbonylogous 1,4-Dipoles: Efficient Access to Chiral Cyclohexanones, J. Am. Chem. Soc. 2020DOI: 10.1021/jacs.0c11535https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.0c11535
