1.南京大學Angew：PtFe簇自旋選擇電子通道實現超快速Li-O2電池電子轉移在Li-O2電池中，三重態O2和單重態Li2O2之間的電子轉移與自旋有關，但是這種電子轉移與自旋之間的關系仍被忽略。但是，不損失相信息的情況下自旋守恒（spin-conserved）電子轉移應該能夠實現快速電子轉移動力學，而且降低電子轉移的能壘。有鑒于此，南京大學周豪慎教授、郭少華教授等報道完全暴露的PtFe團簇之間的Fe和Pt原子之間鐵磁自旋交換，過濾Fe-Fe位點的自旋守恒電子轉移，能夠在Li-O2電池中實現自旋選擇催化。1）實驗測試與理論計算預測的結果相符，實現了顯著促進O2/Li2O2氧化還原反應動力學，因此相比于沒有自旋選擇性的Fe簇，顯著降低決速步驟的弛豫時間（實現多個數量級的變化）。 2）組裝的LOB電池在100mA g-1實現了89.6%的超高能量轉換效率，充放電的過電勢僅為0.32V。這項工作為O2/Li2O2氧化還原反應的自旋選擇機理提供新見解，實現了在原子尺度構筑自旋催化劑。 Yuan Rao, Jiawei Yang, Jiaming Tian, Wenjie Ning, Shaohua Guo, Haoshen Zhou, The Spin-Selective Channels in Fully-Exposed PtFe Clusters Enable Fast Cathodic Kinetics of Li-O2 Battery, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202418893 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024188932.中科大&上海科技大學&上海高等研究院Angew：COF的孔道內部催化位點具有更強ORR性能孔道（Pore channel）在催化體系的傳質過程中起到關鍵作用，但是因為難以在孔內部或者孔外部構筑催化活性位點，因此目前人們對于局部催化活性位點在孔的內部或者外部對于催化反應性能的影響并不清楚。有鑒于此，中國科學技術大學姜政教授、上?？萍即髮W黃逸凡教授、中國科學院上海高等研究院徐慶等報道通過在一維COF精確修飾活性位點，探索通道對ORR催化反應性能的影響。1）電催化測試結果表明，孔道內部的單原子Pt位點比孔道外部單原子Pt位點具有更快的反應動力學。原位光譜表征結果表明在通道內部的Pt-Cl化學鍵破壞和重構，以及電勢導致的陰離子傳輸更有優勢。2）優異的陰離子傳輸性能和通道內部活性位點的ORR動力學活性促進了ORR電催化反應過程的*OH脫附，因此通道內部位點的性能超過通道外部位點。本文研究結果有助于設計多孔催化劑的活性位點。 Shuai Yang, Zejin He, Xuewen Li, Bingbao Mei, Yifan Huang, Qing Xu, Zheng Jiang, In/Outside Catalytic Sites of the Pore Walls in One-Dimensional Covalent Organic Frameworks for Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202418347https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024183473.東北大學Angew：離子鍵調控碳量子點的三重態激發態實現時間分辨磷光時間分辨磷光顏色（TDPC）材料具有多層動態信息加密和防偽的能力，因此受到人們的廣泛關注。如何調節多種發光物種并且理解TDPC的機理是個巨大挑戰。有鑒于此，東北大學張霞教授等報道一種新穎且容易合成的策略構筑高對比度TDPC碳量子點（carbonized polymer dots），具有可調壽命和可調量子產率。1）通過引入離子鍵，自保護CPD實現了調控激發態的三重態能量，促進L-天冬氨酸（AA）在545nm實現穩定的綠色磷光，通過天冬氨酸堿金屬鹽（AA-M）在665nm產生紅色磷光。
2）通過重原子效應和交聯增強發射效應，能夠精確調控TDPC磷光的壽命。發現高效率的輻射能量轉移有助于更好的理解TDPC材料。這些研究結果拓展了設計高品質TDPC材料的設計，更好的調控熒光性質，有助于拓展智能磷光的應用。Jie Sun, Yancen Liu, Yide Han, Wenhao Li, Nan Wang, Lin Zhang, Yu Zhang, Fuyao Deng, Dingsheng Wang, Xia Zhang, Enabling controllable time-dependent phosphorescence in carbonized polymer dots based on chromophore excited triplet energy level modulation by ionic bonding, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202415042 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024150424.Nature Commun：用于植入式應用的抗凝超級電容器隨著植入式電子醫療設備的快速發展，植入式超級電容器成為一種流行的儲能設備。然而，超級電容器在植入時不可避免地會與血液直接接觸，可能引起凝血、血栓等不良臨床反應，損害植入式儲能設備的性能，對人體健康構成嚴重威脅。近日，蘭州理工大學冉奮等人設計了一種肝素摻雜聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）的抗凝超級電容器，以期應用于植入式生物電子學。1）以已知的抗凝大分子肝素（Hep）作為PEDOT摻雜的反離子以增強其導電性，通過化學氧化聚合合成具有抗凝活性的生物電極材料PEDOT：Hep。同時，通過原位聚合構建抗凝超級電容器，其中PEDOT：Hep和細菌纖維素分別作為電極材料和電解質層。2）由于肝素的加入，該超級電容器表現出良好的血液相容性（溶血率<5%）、良好的抗凝性能（凝血時間為63.4s）和良好的循環穩定性（20,000次循環后電容保持率為76.24%），并可為雌性小鼠植入式心率傳感器供電。該工作為植入式電子器件在體內實現抗凝活性提供了平臺。Wang, X., Yu, M., Kamal Hadi, M. et al. An anticoagulant supercapacitor for implantable applications. Nat Commun 15, 10497 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-54862-2https://doi.org/10.1038/s41467-024-54862-25.Nature Commun：自修復可驅動電致發光纖維交流電致發光纖維是智能紡織品和軟機器光源的有希望的候選者。然而，日常使用中的物理損壞會導致設備性能下降或故障，這使得自修復電致發光纖維具有吸引力。此外，軟機器人可以從發光與磁驅動功能的結合中受益。在這里，新加坡國立大學Benjamin C. K. Tee等人提出了一種自修復和可驅動的可擴展水凝膠包覆離子電子鎳芯電致發光 (SHINE) 纖維，其在 5.7V×μm?1 時實現1068cd×m?2 的創紀錄亮度。 1）SHINE 纖維在被切斷后可以在所有組成層上進行自修復，恢復98.6%的原始亮度并維持超過10個月。2）由于鐵磁鎳電極芯，SHINE 纖維還可以磁驅動，從而使軟機器人纖維具有全向驅動和電致發光功能。對這種多功能光纖的研究拓寬了光纖電子和光纖機器人的設計，可應用于交互式顯示和抗損傷導航。
Fu, X., Wan, G., Guo, H. et al. Self-healing actuatable electroluminescent fibres. Nat Commun 15, 10498 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53955-2https://doi.org/10.1038/s41467-024-53955-26.JACS：兩性離子聚合物功能化的脂質納米顆粒用于霧化吸入遞送mRNA脂質納米顆粒（LNPs）可以通過吸入遞送mRNA的方式治療肺部疾病。然而，該治療策略的應用潛力仍會受到LNPs霧化等問題的限制。霧化LNPs會導致LNPs聚集和被封裝mRNA的釋放，從而影響遞送效果。有鑒于此，麻省理工學院Daniel G. Anderson開發了一種新型的LNPs，其PEG-脂質被兩性離子聚合物(ZIP)-脂質偶聯物完全取代，能夠顯著提高霧化穩定性。1）利用ZIP-脂質配制的LNPs（ZIP-LNPs）可在寬泛的配方參數范圍內被穩定霧化。與傳統的PEG-脂質LNPs相比，優化后的ZIP-LNP制劑的膽固醇含量更低，能夠在健康和粘膜阻塞的小鼠肺中顯著改善mRNA的吸入遞送效果。2）實驗結果表明，重復使用優化后的ZIP-LNP制劑能夠表現出良好的耐受性，并且不會導致肺部炎癥。綜上所述，該研究構建的兩性離子聚合物-脂質偶聯物在改善吸入的mRNA-LNP制劑的性能等方面具有重要潛力。 Allen Y. Jiang. et al. Zwitterionic Polymer-Functionalized Lipid Nanoparticles for the Nebulized Delivery of mRNA. Journal of the American Chemical Society. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c11347https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c113477.AM：在TiO2晶格中修飾Ir實現優異的PEM電催化性能Ir氧化物是目前性能最好的酸性水氧化電催化劑，但是結構局限在少數幾種Ir-O八面體，結構的柔性度較低。有鑒于此，阿卜杜拉國王科技大學張華彬教授等將空間聯系的多個Ir原子修飾在TiO2的表面晶格中，顯著促進OER電催化性能。1）i-Ir/TiO2催化劑具有較好的電催化性能，在電流密度為10mA cm-2的過電勢為240mV，在100mA cm-2電流密度酸性電解液中實現了315h的優異穩定性。實驗測試和理論計算結果表明Ir-O-Ir的柔性配位結構和可變化的幾何結構能夠增強OER電催化活性，能夠調節Ir位點的d能帶優化中間體吸附。原位表征結果表明Ir-O-Ir位點能夠克服Ir位點過度氧化，因此拓展Ir催化劑的電化學穩定窗口。
2）構筑的質子交換膜電解槽，使用i-Ir/TiO2作為陽極，在2A cm-2電流密度的電壓僅為1.63V，而且穩定工作時間超過440h。這項工作展示了消除IrOx物種本征局限的普適策略，有助于發展和設計先進的催化劑。Yang Li, Guoxiang Zhao, Shouwei Zuo, Linrui Wen, Qiao Liu, Chen Zou, Yuanfu Ren, Yoji Kobayashi, Huabing Tao, Deyan Luan, Kuowei Huang, Luigi Cavallo, Huabin Zhang, Integrating Interactive Ir Atoms into Titanium Oxide Lattice for Proton Exchange Membrane Electrolysis, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202407386https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202407386 8.ACS Nano：亞納米 Pt-W 雙金屬簇用于高效堿性電催化HER合理設計和合成窄尺寸分布的亞納米雙金屬團簇 (SBC)，以及實現 SBC 在支撐材料上的完全暴露，是實現潛在應用必須克服的艱巨挑戰。近日，云南大學張宏，蘭州大學彭勇，韓新豹等人詳細介紹了一種在球形N摻雜碳 (PtW/NC) 表面合成平均尺寸為 0.81納米的完全暴露的 PtW SBC 的簡便策略，該策略由帶負電的 [H3PtW6O24] 5? 多陰離子和帶正電的閉孔金屬有機骨架 (MOF) [Zn5(OH)2(AmTRZ)6] 2+ 之間的靜電相互作用支撐。1）PtW/NC 對堿性析氫反應表現出顯著的電催化性能和穩定性，在10mA cm?2 時具有4mV的超低過電位、29mV dec?1 的低 Tafel 斜率和超過140小時的長期電解穩定性。在100mV 過電位下，PtW/NC的Pt質量活性比商用20 wt % Pt/C 高34倍。2）理論計算和電化學測量均表明，Pt和W之間的協同效應是這種顯著催化性能的原因。本文概述的合成方法可應用于其他缺乏孔隙或孔隙率有限的 MOF 和配位網絡。
Shoushun Chen, et al, Subnanometric Pt?W Bimetallic Clusters for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution Electrocatalysis, ACS Nano, 2024DOI: 10.1021/acsnano.4c13743https://doi.org/10.1021/acsnano.4c13743
