有机气凝胶光催化JACS,多孔吸附材料JACS,合金纳米线电催化Angew | 顶刊日报20240530
纳米人 纳米人 2024-06-06
1.JACS:有机气凝胶光催化剂

发展高效率和价格便宜的催化剂对于光催化剂非常重要,但是通常光催化剂的效率非常低,并且粉末状态的光催化剂难以使用和回收,这显著阻碍光催化剂的应用。
          
有鉴于此,华南理工大学顾成、黄良斌、京都大学Shuhei Furukawa等发展了一种类似均相的光催化剂,通过超轻多级孔的光活性CMP(共轭多孔聚合物)气凝胶克服了传统光催化剂面临的困难与挑战。
          
主要内容:
1)构筑的CMP气凝胶光催化剂的密度非常低,但是刚度高达105 m2 s-2,这个性质比大多数低密度材料的性能都更好。由于具有优异的刚度,因此这种CMP光催化剂可以作为规模化的宏观光催化材料。
          
2)当使用CMP气凝胶光催化剂应用于脱氨硼化反应时,产率达到克级量,而且在温和反应条件中实现创纪录的效率。    
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参考文献
Yan Su, Bo Li, Zaoming Wang, Alexandre Legrand, Takuma Aoyama, Shuai Fu, Yishi Wu, Ken-Ichi Otake, Mischa Bonn, Hai I. Wang, Qing Liao, Kenji Urayama, Susumu Kitagawa, Liangbin Huang*, Shuhei Furukawa*, and Cheng Gu*, Quasi-Homogeneous Photocatalysis in Ultrastiff Microporous Polymer Aerogels, J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c03862
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c03862
          
2.JACS:TiCe氧团簇多孔吸附材料实现两阶段CO2吸附
研究多孔材料的结构-性能关系具有多种多样的科学意义,尤其是对多孔吸附材料的研究领域。修饰配体的金属氧化物团簇通过特定堆叠方式能够产生本征的孔结构,因此具有精确可控的原子结构和长程排列结构,可以作为具有前景的多孔吸附材料。    
          
有鉴于此,西北大学Omar K. Farha、京都大学Susumu Kitagawa、华南理工大学王兴杰等报道发展了一系列含有不同配体结构的Ti8Ce2-oxo多孔材料,并且研究这些材料的吸附性质。
          
主要内容:
1)研究发现Ti8Ce2-BA(BA=苯甲酸)具有非常独特的两步CO2吸附现象,而且吸附脱附行为产生回滞吸附环,这项研究拓展了金属氧团簇吸附材料行为的种类。作者发现不饱和Ce(IV)位点导致这种两步吸附效果。此外,当在苯甲酸的邻位或者对位引入亲电性的氟原子,有助于控制吸附的门控效应和逐步吸附能力。通过先进的表征技术系统研究说明产生这种独特多步吸附行为的原因。
          
2)这项研究说明CO2和Ce之间具有非常强的Lewis酸碱相互作用,而且能够导致配体的结构发生改变。氟原子影响Ce的Lewis酸性,从而改变多步吸附过程中门的压力。这项研究有助于深入理解金属氧化物团簇的结构柔性,而且深入展示了主客体相互作用的独特现象。本文研究有助于发展和设计新型吸附材料,而且有助于理解结构-性质的基本关系。    
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参考文献
Xingjie Wang*, Haomiao Xie, Debabrata Sengupta, Fanrui Sha, Ken-ichi Otake, Yongwei Chen, Karam B. Idrees, Kent O. Kirlikovali, Florencia A. Son, Meng Wang, Junli Ren, Justin M. Notestein, Susumu Kitagawa*, and Omar K. Farha*, Precise Modulation of CO2 Sorption in Ti8Ce2–Oxo Clusters: Elucidating Lewis Acidity of the Ce Metal Sites and Structural Flexibility, J. Am. Chem. Soc. 2024  
DOI: 10.1021/jacs.4c01092
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c01092
          
3.Nature Commun:铵阳离子非共价相互作用促进聚乙二醇C-H键活化
目前还未曾报道能够将铵阳离子与多齿氧分子之间的非共价相互作用作为反应中心的相关报道。
              
有鉴于此,西安交通大学曾荣教授、周德重教授、丁书江教授、南京大学王敏燕副教授等报道光诱导Ir和奎宁环(quinuclidine)实现了聚乙二醇的C-H官能团化,这个方法通过增强非共价相互作用的方式增强反应活性。
          
主要内容:
1)该反应能够兼容一系列烯烃,此外这种反应方法没有氰基的参与,因此能够对生物活性分子进行反应,比如对二硫苏糖醇(DTT, dithiothreitol)处理的牛血清蛋白进行聚乙二醇化,因此说明该反应可能应用于药物递送或者蛋白修饰。
          
2)DFT理论计算的结果说明在氧原子相邻的α-C上通过Ir催化生成碳自由基。通过反应机理实验结果说明聚乙二醇分子链与奎宁环之间的非共价相互作用起到促进质子转移的独特作用,通过这种作用实现了高效率的催化反应。    
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参考文献
Zhang, Z., Lv, X., Mu, X. et al. In-situ noncovalent interaction of ammonium ion enabled C–H bond functionalization of polyethylene glycols. Nat Commun 15, 4445 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-48584-8
https://www.nature.com/articles/s41467-024-48584-8
          
4.Nature Commun:配体交换合成ZIF-8玻璃
熔融淬灭MOF玻璃结合了MOF的多孔结构和独特的液相,因此熔融淬灭MOF玻璃为分离提供机会。但是目前MOF玻璃在分子分离领域的发展面临两个局限。首先,能够升温熔融并且转变为稳定玻璃态的MOF种类非常少。其次,目前得到的MOF玻璃通常具有较少的孔隙度以及较小的孔径。    
          
有鉴于此,多特蒙德工业大学Sebastian Henke等发展了溶剂辅助配体交换方法将ZIF-8转变为多孔熔融淬灭玻璃。
          
主要内容:
1)将两种常见有机配体组装到无法熔融的ZIF-8内,从而得到高熵ZIF-8衍生物,这种ZIF-8衍生物能够通过热处理发生晶体-液体-玻璃态的转变。
          
2)构筑的ZIF-8玻璃孔尺寸达到0.2 cm3 g-1,能够大量吸附C3和C4烃类,而且能够实现丙烯、丙烷吸附分离。    
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参考文献
Xue, WL., Kolodzeiski, P., Aucharova, H. et al. Highly porous metal-organic framework liquids and glasses via a solvent-assisted linker exchange strategy of ZIF-8. Nat Commun 15, 4420 (2024).     
DOI: 10.1038/s41467-024-48703-5
https://www.nature.com/articles/s41467-024-48703-5
              
5.Nature Nanotechnology:应用纳米马达进行口服线粒体移植治疗缺血性心脏病
线粒体移植是恢复缺血性心脏病(IHD)患者能量供应的重要治疗策略,然而,它受到移植方法的侵袭性和线粒体活性损失的限制。近日,南京师范大学万密密、毛春、南京大学医学院周敏等人报道了线粒体移植口服给药的IHD治疗。
 
本文要点:
1) 在线粒体表面修饰释放一氧化氮的纳米马达,以获得由于纳米马达作用而对受损心脏组织具有靶向能力的纳米马达线粒体。纳米马达线粒体被包覆在肠溶胶囊中,以保护它们免受胃酸侵蚀。口服后,线粒体在肠道中释放,它们迅速被肠道细胞吸收并分泌到血液中,从而输送到受损的心脏组织。
          
2) 纳米马达线粒体对疾病微环境的调节不仅可以实现受损心肌细胞对线粒体的快速摄取和高保留特性,还可以保持移植线粒体的高活性。此外,IHD动物模型的结果表明,受损心脏组织中积累的纳米马达线粒体可以在转录水平上调节心脏代谢,从而阻止IHD的进展。
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参考文献:
Ziyu Wu et.al Oral mitochondrial transplantation using nanomotors to treat ischaemic heart disease Nature Nanotechnology 2024
DOI: 10.1038/s41565-024-01681-7
https://doi.org/10.1038/s41565-024-01681-7
          
6.厦门大学Angew综述:功能性液体界面    
功能性液体界面的应用领域涵盖化学工程和实际应用,因此受到人们的广泛关注,这些界面能够调节液体的物理化学性质,从而实现宏观的润湿性和微观的分子交换平衡,因此实现对功能结构和性能的调控。
          
有鉴于此,厦门大学侯旭等报道综述功能性液体界面的发展。
          
主要内容:
1)首先对功能性液体界面的性质做出总结,从结构和相互作用的分子机理的角度进行讨论。随后讨论目前液体界面的各种应用中利用的界面设计策略,对其中的关键特别介绍。
          
2)最后,总结功能液体界面领域面临的挑战,展望未来的发展。
              
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参考文献
Yi Fan, Xinlu Huang, Jiaao Ji, Wenli Zhang, Jian Zhang, Xu Hou, Building Functional Liquid‐Based Interfaces: From Mechanism to Application, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202403919
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202403919
          
7.Angew:微液流合成合金纳米线电催化剂    
金属的二维纳米线具有非常高的比表面积和丰富的不饱和配位原子,因此二维金属纳米线受到人们的广泛关注。但是金属二维纳米线的合成具有非常大的难度。
          
有鉴于此,北京工业大学邓积光教授等报道微流体层流技术能够简单方便的大规模合成多种合金纳米线,包括PtBi、AuBi、PdBi、PtPdBi、PtAuCu等。
          
主要内容:
1)合成的二维纳米线的尺寸达到~220 μm,尺寸大于由1D或3D结构转化得到的仅为几十纳米的尺寸。PdBi二维纳米线达到目前各种非担载催化剂的最高的甲酸催化活性(2669.1 mA mg-1),比铂黑的性能高103.5倍。
          
2)通过原位FTIR表征说明PdBi二维纳米线催化剂能够阻碍CO*毒化,因此二维PdBi合金纳米线催化剂杂甲酸氧化反应中表现优异的催化活性和稳定性。    
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参考文献
Dongtang Zhang, Jiahui Bu, Xiangnan Dou, Yong Yan, Qiqi Liu, Xiayan Wang, Zaicheng Sun, Guangsheng Guo, Kun Zheng, Jiguang Deng, Ultra-Large Two-Dimensional Metal Nanowire Networks by Microfluidic Laminar Flow Synthesis for Formic Acid Electrooxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202408765
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202408765
          
8.Angew:光催化环丙烯脱羧官能团化
洛桑联邦理工学院Jerome Waser等报道光催化脱羧方法对环丙烯进行官能团化。
          
主要内容:    
1)该反应能够使用广泛的氧化还原活性酯修饰的环丙烯作为反应物,在没有亲核试剂的情况合成环丙烯修饰的邻苯二甲酰胺。而且该反应能够与多种碳亲核试剂、杂原子亲核试剂反应。反应机理结果显示,该反应应该通过方向环丙烯阳离子中间体,随后捕获亲核试剂生成产物。
          
2)反应情况。以修饰邻苯二酰亚胺-氧化还原活性酯的苯基环丙烯作为反应物,Ir(ppy)3或者3DPAIPN作为光催化剂,在乙腈溶剂中反应,蓝光LED作为光源。反应能够加入2~3倍亲核试剂或者不加入。
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参考文献
Vladyslav Smyrnov, Jerome Waser, Photocatalytic Decarboxylative Functionalization of Cyclopropenes via Cyclopropenium Cation Intermediates, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202404265
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202404265

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