1.西安交通大學Angew：Ru團簇限域在MFI內實現優異的丙烷氧化性能通過貴金屬在分子篩內的限域組裝構筑活性且穩定的異相催化劑能夠實現高效利用和價格合理的優勢，對熱催化和環境催化非常有利。Ru是一種經濟型的貴金屬催化劑，但是在MFI型分子篩內的Ru面臨能量和移動性的問題。有鑒于此，西安交通大學何熾教授等報道一種創新的策略，將水熱反應的原位配體保護與流動氣氛煅燒結合，在MFI的正弦通道10元環的K+修飾硅醇位點修飾超小尺寸Ru團簇 (≡Si–Ruδ+-O-K)。1）通過深入實驗和理論計算，表明限域Ru團簇和MFI之間相互作用導致MFI的局部應力，在Ru團簇附近形成獨特的催化微環境。 2）這種協同策略的限域Ru團簇和MFI微環境能夠在低溫預活化C3H8和O2，實現優異的烷烴深度氧化性能。限域Ru的穩定結構和電子結構表現優異的高達1000℃穩定性。這項研究為開發性能優異的異相熱催化劑提供方法學和機理的深入認識。 Jingjing Wang, Zeyu Jiang, Hengyue Xu, Xinzhe Li, Yanfei Jian, Lianghui Xia, Pei Su, Qiyuan Liu, Shouning Chai, Mudi Ma, Abdallah Amedlous, Mathias Barreau, Zhengping Hao, Jiaguo Yu, Chi He, Elucidating Confinement and Microenvironment of Ru Clusters Stably Confined in MFI Zeolite for Efficient Propane Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202417618https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024176182.南開大學Angew：Sr/K-HEU分子篩的分子門控實現CO2-C2H2分離通過分子吸附分離對物理性質類似的分子進行分離是個具有挑戰性的課題，有鑒于此，南開大學李蘭冬教授、劉珊珊等報道設計調控分子篩吸附材料，實現陷阱門效應(trap door effect)精確選擇性分離CO2-C2H2混合物。 1）開發了Sr交換的鉀-斜發沸石（Clinoptilolite）（斜發沸石是含水的鈉、鉀、鈣的鋁硅酸鹽礦物，晶體多為透明板狀），記作Zr/K-HEU，在CO2/C2H2選擇性分離表現達到48.0的優異選擇性，CO2動態吸附達到0.96mmol/g。Sr/K-HEU分子篩的價格便宜，具有優異的循環利用，因此Sr/K-HEU具有實用前景。三維電子衍射表征展示了Sr/K-HEU的精確結構，DFT理論計算揭示了客體分子和外骨架陽離子門控陽離子之間的相互作用。處于十元環的Sr2+陽離子作為分子門控，能夠選擇CO2通過，避免C2H2進入。 2）這項工作展示了一種新穎的分子篩分子門控例子，能夠用于挑戰性的CO2-C2H2分離，不僅拓展了分子門控的概念，而且改善了目前對分子門控現象的理解。 Molecular Trapdoor in HEU Zeolite Enables Inverse CO2‐C2H2 Separation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202419091https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024190913.Angew：耐氯腐蝕的納米碳電催化合成H2O2開發能夠兼容海水的電化學制備H2O2技術是海岸區域資源利用的先進技術。但是如何設計高效且穩定的非貴金屬催化劑用于2e- ORR仍然是個巨大挑戰，這是因為海水中存在腐蝕性Cl-離子。有鑒于此，合肥工業大學呂珺教授、沈王強、海南大學/華中科技大學張建教授、華中科技大學盧興教授等首次報道了新型氮/氧原子自摻雜的缺陷豐富納米碳催化劑，記作NO-DC700。1）這種催化劑是從絲素蛋白衍變得到，具有低毒性，而且價格便宜。NO-DC700催化劑在電催化制備H2O2的性能高達4997mg L-1 h-1，法拉第效率高達96.5%。在20h連續工作之后生成4.3wt %的H2O2溶液，這是目前報道最高的中性天然電解液電催化性能。 2）理論計算表明NO-DC700催化劑的優異2e- ORR性能來自石墨氮和C-OH之間的協同作用，能夠阻礙Cl-吸附，促進OOH*吸附。和Fenton體系結合，能夠快速降解有機污染物，對海水中的藻類滅活，展示了沿海地區的富營養化和赤潮污染的能力。這項工作展示了海水電催化合成H2O2的前景，為開發海洋能源提供機會。 Xinyu Wang, Wangqiang Shen, Chang Zhang, Yuzhong Huang, Jian Zhang, Jun Lv, Xing Lu, A Chlorine-Resistant Self-Doped Nanocarbon Catalyst for Boosting Hydrogen Peroxide Synthesis in Seawater, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202419049https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024190494.JACS：DNA納米貼片特異性修飾的益生菌用于超聲觸發的炎癥性腸病治療益生菌能夠有效治療炎癥性腸病。然而，如何實現精準治療、如何時空調控益生菌的以及保護它們免受氧化應激等難題仍亟待解決。有鑒于此，蘇州大學何耀教授、王后禹教授和儲彬彬教授構建了細菌特異性DNA納米貼片，并利用其修飾超聲觸發的工程化大腸桿菌Nissle 1917。 1）這些益生菌可在超聲刺激下產生抗炎細胞因子白細胞介素-10，并添加了能夠抵抗氧化應激的DNPs。DNPs由具有活性氧清除能力的矩形DNA折紙納米片和靶向細菌的麥芽糖糊精分子配體所組成。研究發現，DNPs可以通過麥芽糖糊精轉運體通路選擇性地附著在細菌表面（而不是哺乳動物細胞表面）。2）為了進一步提高工程化益生菌在胃腸道中的生物利用度，研究者采用殼聚糖和海藻酸鈉的自組裝策略將其進行包封。在潰瘍性結腸炎小鼠模型中，該系統能夠顯著改善腸道屏障的完整性，并有效減少炎癥。綜上所述，該研究構建的DNA納米貼片-細菌系統在緩解氧化應激、糾正微生物群失調和增強結腸炎腸道屏障功能等方面具有廣闊的應用前景。Xiangbowen Jin. et al. DNA Nanopatch-Specific Modification of Probiotics for Ultrasound-Triggered Inflammatory Bowel Disease Therapy. Journal of the American Chemical Society. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c12139https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c121395.港城大&大連化物所Nature Commun：CuAg單原子合金調控電催化CO2RR路徑生成C2+調控C-C偶聯反應步驟對于選擇性電化學還原CO2非常重要，但是同樣具有非常大的困難和挑戰。有鑒于此，香港城市大學劉彬教授、中國科學院大連化物所黃延強研究員、李旭寧等報道兩個模型Cu催化劑：Cu納米線表面修飾Ag納米粒子（AgCu MW）、Cu納米線表面修飾Ag單原子（Ag1Cu NW）。隨后研究電催化還原CO2反應的C-C偶聯反應機理。1）研究發現，與AgCu NW相比，Ag1Cu NW在CO2還原反應制備乙醇的反應中，C2選擇性提高10倍，乙醇/乙烯的比例從0.41（AgCu NW）增至4.26（Ag1Cu NW）。通過一系列原位表征技術，結合理論計算，發現Ag1Cu NW具有優異選擇性的原因是，原子分散Ag位點促進H2O分子解離，因此有效的加快*CO加氫生成*CHO中間體，以及在相鄰Cu位點的*CO-*CHO不對稱偶聯。
2）研究結果有助于深入理解C-C偶聯生成C2+的機理，而且有助于理性設計成對活性位點的高性能CO2RR催化劑。 Wang, S., Li, F., Zhao, J. et al. Manipulating C-C coupling pathway in electrochemical CO2 reduction for selective ethylene and ethanol production over single-atom alloy catalyst. Nat Commun 15, 10247 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54636-whttps://www.nature.com/articles/s41467-024-54636-w6.天津大學Nature Commun：磁場-電化學協同活化改善Li離子電池性能富Ni層狀氧化物是最重要的高能鋰電池正極活性材料，但是由于Ni/Li的反位無序（antisite disorder）現象產生結構損壞導致實用性受到影響，產生嚴重的容量損失和壽命降低。 有鑒于此，天津大學孫潔教授等報道針對這一反位無序問題提出一種經濟且方便的解決方法，這種方法通過磁-電化學協同活化對Li離子電池的陽極電極進行活化。1）這種方法導致Ni3+從高自旋變成低自旋，從而降低Ni-O-TM之間的超交換相互作用。而且，電化學反應導致Li+離子能夠脫離電極材料，促進Ni3+占據過渡金屬層，使得Li位點重新恢復，因此拓展了電池的循環壽命。 2）這項策略能夠將低品質的陽極轉變為高品質陽極。通過優化陽離子占據的老化處理Li離子電池（SiC||NCM811，容量8Ah）能夠提高容量10%，1C的容量從6.49Ah提高至7.14Ah，表明這種升級再造過程（upcycling process）的優勢。 Gong, H., Cao, Y., Zhang, B. et al. Noninvasive rejuvenation strategy of nickel-rich layered positive electrode for Li-ion battery through magneto-electrochemical synergistic activation. Nat Commun 15, 10243 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54641-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-54641-z7.Nature Commun：鹽輔助修飾MXene涂層MXene作為二維碳化物/氮化物是一種具有前景的能夠水溶液處理的涂層材料，MXene材料具有優異的電學、熱力學、光學性質，但是在疏水聚合物表面修飾親水性MXene納米片通常需要plasma處理或者化學修飾。 有鑒于此，維拉諾瓦大學Bo Li、天普大學Ling Liu、德雷塞爾大學Yury Gogotsi等報道開發了一種普適性的鹽輔助組裝策略，能夠在各種各樣的聚合物表面修飾均勻超薄的MXene涂層，具有優異的機械穩定性，能夠沖洗處理。1）通過鹽處理的Ti3C2Tx膠體分散液能夠降低表面電荷，因此能夠通過靜電將疏水MXene修飾在聚合物表面。在300℃ PEEK載體上降低200℃的方式修飾170nm MXene膜，而且在Kevlar織物上MXene涂層能夠用于極端環境，包括太空以及極地等。 2）發展的鹽輔助MXene涂層策略能夠用于16種聚合物載體，能夠對機械強度最高和耐熱性最高的載體材料修飾MXene涂層，MXene涂層的厚度和導電性與PDMS適配，而且載體的形貌不受到MXene涂層影響，此外，這種涂層策略能夠對平面或者結構化的載體，包括聚合物織物、曲面、3D打印結構等。此外，對面積達到300cm2的Kevlar織物修飾Ti3C2Tx涂層，表明這種涂層策略的規模化應用。Zhao, L., Bi, L., Hu, J. et al. Universal salt-assisted assembly of MXene from suspension on polymer substrates. Nat Commun 15, 10027 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53840-yhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-53840-y8.Nature Commun：機械化學產生褶皺2D MnPS3實現超高靈敏度分子傳感分子檢測在生物傳感、食品安全、環境保護等領域都非常重要，表面增強Raman散射（SERS）具有高度生物兼容性，優異的穩定性，較低的價格，因此SERS成為具有前景的傳感技術，由于其超高靈敏度，產生非常高的實用性。有鑒于此，中國科學院金屬研究所/深圳先進技術研究院成會明院士、佛山大學趙仕龍、陳文駿、Changjiu Teng等報道通過機械化學策略結合褶皺結構和化學官能團化，制備了沒有plasmon的SERS的2D MnPS3材料，實現了亞阿托摩爾（sub-attomolar）檢測限。 1）通過實驗揭示機理，表明褶皺結構改善光-物質之間的耦合，因此修飾褶皺結構的MnPS3吸附甲基藍和二鹽酸組胺能夠實現10-19M檢測限。組胺二鹽酸鹽的胺基官能團交聯產生更多的電荷轉移通道，因此改善檢測限。 2）這項研究為設計靈敏度達到單分子的SERS傳感器提供指導。Chen, W., Gui, J., Weng, X. et al. Mechanochemical activation of 2D MnPS3 for sub-attomolar sensing. Nat Commun 15, 10195 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54608-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-54608-0
