1.西湖大學Angew：無金屬催化合成石墨炔以及衍生物γ-石墨炔是一種新型碳的同分異構體材料，具有各種各樣的特性和廣泛的應用。雖然近年石墨炔材料的合成取得顯著進步，但是由于石墨炔及其衍生物的合成缺乏高效、規模化的方法，導致石墨炔的應用受到較大的阻礙。有鑒于此，西湖大學段樂樂研究員等報道簡單方便的無金屬濕法進行親核交聯，該合成方法能夠克級量制備石墨炔以及衍生物。1）這種合成方法通過氟芳烴和炔基硅烷的親核取代反應，加入催化量的四丁基氟化銨。其中氟原子起到關鍵作用，能夠去除炔基硅烷的保護基生成反應性的炔基（alkynylide）。2）通過對制備的石墨炔進行深入的分析，發現石墨炔具有C(sp)-C(sp)化學鍵和層狀結構。合成方法對許多官能團兼容，因此能夠從缺電子的氟取代芳烴原料，制備豐富的F-/N-石墨炔衍生材料。這種通過氟芳烴原料簡單制備石墨炔以及衍生物的方法為石墨炔材料的規模化應用提供機會，有助于新型碳材料的開發。
Tao Song, Hong Liu, Haiyuan Zou, Cheng Wang, Siyan Shu, Hao Dai, Lele Duan, Metal-Free Wet Chemistry for the Fast Gram-Scale Synthesis of γ-Graphyne and its Derivatives, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202411228https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024112282.深圳大學Angew：多尺度設計有機光催化海水制氫 由于催化劑的活性非常有限，而且缺乏大規模可持續的平臺，阻礙了光催化體系將太陽能和海水轉化為氫氣的發展。有鑒于此，深圳大學王元豐助理教授等報道發展了一種多尺度多級結構有機光催化劑平臺，這種光催化劑平臺將光敏劑分子異質結與分子尺度的多級孔結構結合，結合了分子尺度的梯度能級排列與微米-納米尺度的多級孔結構。1）與經典的供體-受體光催化體系相比，構筑的三元光催化劑體系有助于電荷轉移，增強光催化活性。與此同時，超浸潤的多級結構界面能夠反復的捕光，并且保證分布在水面下方。因此能夠改善光能量利用效率，減少鹽的沉積問題。2）使用Xe燈光源照射，并且使用犧牲試劑時，有機光催化劑平臺的光催化制氫速率達到165.8 mmol h-1 m-2，超過了大多數文獻報道的無機光催化劑體系。當構筑大規模光催化體系，在中午5個小時內，平臺從海水中產氫的速率達到80.6 mL m-2。更為重要的一點是，這項工作發展了多尺度的設計，推動光能驅動海水制氫技術的發展。 Jingshuai Zhu, Jie Dang, Haoyuan Xiao, Yuqi Wang, Lei Ding, Jiaxin Zheng, Jianming Chen, Jianxiang Zhang, Xungai Wang, John H. Xin, Shiguo Chen, Yuanfeng Wang, Multi-scale Hierarchical Organic Photocatalytic Platform for Self-Suspending Sacrificial Hydrogen Production from Seawater, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202412794https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024127943.Angew：Co-ZrO2光催化還原CO2的路徑控制產物烷烴或者烯烴 光催化還原CO2制備C2和C3烴類能夠達到碳中和循環，目前人們對于CO2光催化生成C2和C3烴以及C2H4的反應路徑仍然不清楚。有鑒于此，千葉大學Yasuo Izumi（泉康雄）教授等報道Co0-ZrO2光催化劑能夠在UV-Vis光照射時，將CO2轉化為C1-C3烴，同以時70 %的選擇性將CO還原為C2H4和C3H6，（6.0±0.6 μmol h-1 g-1）。1）在13CO和H2條件下進行光催化循環反應測試，隨后抽空并通過CO沖洗處理，這種重復過程導致產物中的C2H4和C3H6比例增加，最終達到61-87%。這是因為CH2累積在Co0納米粒子和ZrO2的界面導致。2）CO2分子吸附在ZrO2表面的氧空穴位點并且生成COH，隨后使用H2或H2O作為還原劑在Co0加氫生成C1-C3烴類；但是，CO分子吸附在Co0位點，隨后轉化為HCOH，在Co和O空穴分解為CH和OH。這項研究說明本征光催化反應路徑是控制CO2生成烴類，CO生成烯烴的原因。 Yasuo Izumi, Tarik Loumissi, Rento Ishii, Keisuke Hara, Tomoki Oyumi, Ikki Abe, Chongxu Li, Hongwei Zhang, Rumiko Hirayama, Kaori Niki, Takaomi Itoi, Exchange of CO2 with CO as Reactant Switches Selectivity in Photoreduction on Co–ZrO2 from C1–3 Paraffin to Small Olefins, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202412090https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024120904.Nature Commun：納米顆粒與單金屬位點的結合協同促進共催化甲酸脫氫氫能技術的發展是綠色經濟的核心。作為實施氫存儲的先決條件，需要活性和穩定的（脫）氫反應催化劑。到目前為止，與昂貴成本相關的貴金屬的使用在該領域占主導地位。 在此，北京航空航天大學李想，孫也，孫軼斐 ，萊布尼茨催化研究所Matthias Beller等人提出了一類新型低成本鈷基催化劑（Co-SAs/NPs@NC），其中高度分布的單金屬位點與小定義的納米顆粒協同結合，可實現高效的甲酸脫氫。1）具有原子分散的CoN2C2單元和封裝的7-8 nm納米顆粒的最佳材料使用碳酸丙烯酯作為溶劑實現了1403.8 mL·g?1·h?1的優異氣體產量，5次循環后無活性損失，比商業Pd/C高15倍。2）原位分析實驗表明，與相關的單金屬原子和納米粒子催化劑相比，Co-SAs/NPs@NC增強了關鍵中間體單齒HCOO*的吸附和活化，從而有利于后續C-H鍵的斷裂。3）理論計算表明，鈷納米粒子的集成提高了Co單原子的d帶中心作為活性中心的位置，從而增強了HCOO*中間體羰基O與Co中心的耦合，從而降低了能壘。
Shi, Y., Luo, B., Sang, R. et al. Combination of nanoparticles with single-metal sites synergistically boosts co-catalyzed formic acid dehydrogenation. Nat Commun 15, 8189 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-52517-whttps://doi.org/10.1038/s41467-024-52517-w5.Nature Commun：芯片上飛秒脈沖放大飛秒激光脈沖使得光的合成遍及電磁光譜，并為物理學、生物學和化學中的超快現象提供了途徑。將飛秒技術集成到芯片中有望革新許多應用，如病理診斷、生物醫學成像、便攜式化學傳感器或自主導航。然而，目前集成在芯片上的脈沖源在峰值功率和飛秒脈沖放大方面仍面臨巨大挑戰。 鑒于此，來自德國漢堡大學Tobias Herr及其團隊展示了在CMOS兼容光子芯片上實現的1 GHz重復頻率啁啾飛秒脈沖的50倍放大，達到800 W的峰值功率和116 fs脈沖持續時間。1）該研究實現了1GHz重復頻率飛秒脈沖在CMOS兼容光子芯片上的50倍放大，達到800W峰值功率，該功率水平比之前報道的芯片上脈沖源高出2到3個數量級，可滿足關鍵應用所需的功率要求。2）通過減少非線性效應，如色散、模面積大以及稀土摻雜增益波導，這些研究成果為飛秒激光技術集成在芯片上鋪平了道路，有望推動飛秒技術的更多突破。Gaafar, M.A., Ludwig, M., Wang, K. et al. Femtosecond pulse amplification on a chip. Nat Commun 15, 8109 (2024).10.1038/s41467-024-52057-3 https://doi.org/10.1038/s41467-024-52057-36.AFM：基于絲素水凝膠的柔性、生物粘附性和透氣性皮膚電池，適用于可穿戴電子產品皮膚電子產品依賴于柔性電源來實現穩定的操作和舒適的佩戴。然而，目前用于人機界面電子系統的皮膚電池的材料和設備設計存在附著力和不滲透性不足的問題。于此，蘇州大學劉瑞遠等人提出了一種生物粘附和透氣的皮膚柔性金屬空氣電池的總體設計。1）通過將導電聚合物基陰極和鋅陽極橫向加載到生物相容性絲素蛋白離子水凝膠電解質膜上，該電池表現出良好的表皮粘附性（剪切強度超過20kPa，界面韌性超過150Jm?2）和優異的排汗透氣性（是商用3M透氣敷料的3倍）。單個電池可以產生高達1.4V的開路電壓和72μW cm?2的功率密度。2）它在五天內與皮膚保持穩定的粘附，同時保持表皮呼吸功能，促進皮膚自然運動。電池陣列的皮膚集成可以很容易地進行，以增加電輸出。這種電池設計增強了可穿戴電子產品的可用性、舒適性和安全性，使其能夠在醫療保健、健身跟蹤等領域得到新的應用。L. Gao, Z. Wang, Y. Zen, Y. Wang, Q. Ren, Z. Ding, K. Ni, J. Tang, C. Zhang, Y. Wang, Y. Zhou, J. Hui, Q. Lu, R. Liu, X. Zhang, A Flexible, Bioadhesive, and Breathable On-Skin Battery Based on Silk Fibroin Hydrogel for Wearable Electronics. Adv. Funct. Mater. 2024, 2410140. https://doi.org/10.1002/adfm.2024101407.Biomaterials：無載體納米疫苗可聯合癌癥免疫療法克服吉西他濱耐藥耐藥是癌癥化療面臨的重大挑戰之一，也是導致癌癥患者康復不良的主要因素。盡管載藥納米顆粒在克服化療耐藥性方面具有重要的應用潛力，但它們通常會攜帶多種藥物，因此需要先進的設計和制造工藝。此外，目前載藥納米顆粒也很少能夠從免疫治療的角度實現對化療耐藥腫瘤的治療。有鑒于此，中國科學技術大學閔元增教授、Xiaopeng Ma等人開發了一種僅由化療誘導的耐藥腫瘤抗原(CIRTAs)和免疫佐劑Toll樣受體(TLR)7/8激動劑R848組成的治療性納米疫苗(CIRTAs@R848)。1）該納米疫苗無需額外的載體，生產過程簡單，可有效地向樹突狀細胞(DCs)同時遞送抗原和免疫刺激物，以促進DCs成熟。研究發現，當與免疫檢查點阻斷(ICB)抗PD-1(αPD-1)聯合使用時，CIRTAs@R848能夠表現出顯著的腫瘤抑制作用。2）實驗結果表明，該聯合治療策略能夠增加T細胞在腫瘤中的浸潤，并同時降低調節性T細胞(Tregs)的比例，進而調節腫瘤微環境，產生長期的免疫記憶。綜上所述，該研究設計了一種能夠治療化療耐藥腫瘤的新策略，其在個性化免疫治療和精準醫學等領域中具有廣闊的應用前景。 Wen Pan. et al. A Carrier-Free Nanovaccine Combined with Cancer Immunotherapy Overcomes Gemcitabine Resistance. Biomaterials. 2024https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961224003223目前認為，利用分子氧（O2）和氫氣（H2）直接氧化甲烷（DOM）是由原位生成的H2O2或自由基（?OH）引發的。然而，長期以來人們一直忽視由O2和H2原位形成的DOM表面羥基的作用。 在此，江南大學婁陽，華東理工大學曹宵鳴，中科院大連化物所楊冰等人提供實驗證據，證明在鈦硅酸鹽負載的涂有超薄N摻雜碳的單Pd原子（Pd1/TS-1@CN）催化劑上使用H2和O2進行的DOM以表面羥基而不是H2O2或游離?OH為主。1）Pd原子與涂層吡咯氮之間的直接鍵合增強了Pd1和框架氧的鍵合強度，形成獨特的N1–Pd1–O2構型，大大提高了孤立Pd活性位點的穩定性及其從H2和O2穩定生成表面羥基的能力。2）Pd1/TS-1@CN的液態含氧化合物產率為647μmol?gcat?1?h?1，在15°C時選擇性為100%，并且在30個循環中保持高穩定性且無活性損失。關于DOM中表面羥基的催化作用及其穩定策略的研究為在溫和反應條件下使用O2設計用于DOM的先進催化劑開辟了一條新途徑。Baiyang Yu, et al, Surface Hydroxyl Group Dominating Aerobic Oxidation of Methane below Room Temperature, Energy Environ. Sci., 2024
