1.南京大學JACS：納米孔隨機碰撞動態精確識別單分子
納米孔技術是具有前景的單分子鑒別技術，但是如何從離子電流信號中提取有意義的信號，并且理解特定信號的分子機理仍然是個挑戰。有鑒于此，南京大學龍億濤教授、劉少創等報道K238Q溶血素納米孔能夠在兩個穩定的過渡態進行疊加產生尖峰。1）通過使用神經網絡模型，作者發現這些以往被忽略的動態尖峰具有優異的分子鑒別性能，能夠將信號的準確性從44%提高至93%。2）鑒定了ssDNA與納米孔的兩個敏感位點之間形成相互作用導致的穩定過渡態，提出隨機碰撞模型能夠解釋形成特征尖峰的機理。模型表明納米孔對分子之間的相互作用能夠迭代和全面快速快照測試。這項研究展示了如何通過優化納米孔改善對復雜動態變化的捕捉，并且能夠顯著改善識別單分子的精確度。 Jia Wang, Shao-Chuang Liu*, Zheng-Li Hu, Yi-Lun Ying, and Yi-Tao Long*, Dynamic Features Driven by Stochastic Collisions in a Nanopore for Precise Single-Molecule Identification, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c13664https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c136642.JACS：H2對脫鋁BEA分子篩的孤立Fe位點的丙烷脫氫反應影響根據文獻報道，非酸性的二氧化硅載體的Fe位點具有丙烷脫氫（PDH）催化活性，但是目前人們對于位點結構和催化活性之間的明確關系仍不清楚。有鑒于此，加州大學伯克利分校Alexis T. Bell教授等報道深入研究脫鋁BEA分子篩（DeAlBEA）Fe位點的PDH催化活性。 1）通過XAS、UV-Vis、IR光譜表征技術研究吡啶和氘代乙腈的吸附，發現當Fe/Al0的比例為0.04，能夠形成孤立的Fe位點。這種孤立Fe位點在823 K和15 kPa丙烷氣體作為反應物，PDH催化活性達到213 molC3H6/molFe h。當丙烷反應氣體中加入15 kPa H2，PDH反應速率提高至391 molC3H6/molFe h。在兩種反應條件下，丙烯的選擇性都達到99 %。2）通過d3乙腈IR紅外光譜表征，發現開放Lewis酸位點（(?Si–O?)2Fe3+–OH）是PDH的活性位點，但是當Fe/Al0比例增加，Br?nsted酸位點（≡Fe3+–O(H)–Si≡）產生丙烷裂解。向丙烷加入H2的PDH反應動力學實驗表明H2通過增強丙烷吸附強度，增強0.04FeDeAlBEA的反應活性。Afnan Alghannam and Alexis T. Bell*, Effects of Cofeeding Hydrogen on Propane Dehydrogenation Catalyzed by Isolated Iron Sites Incorporated into Dealuminated BEA, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c12344https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c123443.廈門大學JACS：光催化甘氨酸衍生物和烴類立體選擇性區域發散交叉偶聯區域發散不對稱合成代表了一種革命性的策略，從一組起始材料高效地生成結構多樣的手性產物，顯著豐富了它們的對映體組成。然而，自由基介導的區域發散和對映選擇性反應的設計，可以適應廣泛的功能基團和底物已經提出了重大的挑戰。障礙主要在于改變區域選擇性和實現高對映分辨，特別是在處理高能中間體時。有鑒于此，廈門大學龔磊教授等為了解決這些問題，開發了一種新型催化體系，集成光誘導氫原子轉移（HAT）和手性銅催化劑，通過手性配體、添加劑和其他反應參數微調。1）該策略通過活化強烈的C(sp3)-H鍵，促進N-芳基甘氨酸酯/酰胺衍生物與豐富的烴類反應物之間實現區域發散性和對映選擇性交叉偶聯。2）這種方法實現了控制的方式進行立體選擇性形成C(sp3)-C(sp3）和C(sp3)-N化學鍵，得到豐富的C-或N-烷基化甘氨酸酯和酰胺，具有良好的收率（高達92 %），區域選擇性（通常為>20:1 rr）和高對映選擇性（高達96% ee）。這個方法學不僅提供了一條有前景的為在生物活性化合物的特定位點安裝立體選擇性的烷基官能團的途徑，而且提供了一種光催化反應過程切換區域選擇性同時實現不對稱催化的實用方法。 Fuxing Yang, Longxiao Chi, Ziqi Ye, and Lei Gong*, Photoinduced Regiodivergent and Enantioselective Cross-Coupling of Glycine Derivatives with Hydrocarbon Feedstocks, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c13321https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c133214.Angew：NixCo1-x(OH)2氧化還原介導物實現在非堿性純水體系生物質電化學氧化利用可再生能源，將傳統生物質衍生化合物，比如5-羥甲基呋喃甲醛（HMF）轉化為高附加值產品，并且同時制氫，為制備可持續化學品和能源提供廣闊機會。但是HMF電化學氧化反應需要強堿性環境和膜材料進行高效率轉化。這些苛刻的條件降低HMF的穩定性，導致產生腐黑物（humin），降低產品的純度，而且膜材料增加生產成本。 有鑒于此，格里菲斯大學趙惠軍教授（澳大利亞科學院院士、澳大利亞技術科學與工程院院士）、中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所尹華杰研究員等報道為了解決這些挑戰性難題，開發了電催化體系解耦的兩步體系，避免在強堿性環境進行反應，避免使用膜材料。1）在這個體系中，使用Ni-Co氫氧化物作為高效率的氧化還原介導體，實現了純水體系進行HMF氧化。實驗結果表明Ni0.85Co0.15OOH能夠促進反應物脫氫，因此在純水中實現了高效率的HMF氧化，產物FDCA的選擇性達到100 %。2）這個體系能夠用于許多反應物的氧化，比如糠醇、糠醛、苯甲醇和苯甲醛等反應物的氧化反應產率都達到92 %。當使用流動相電解槽，這種解耦體系能夠進行大規模化，并且生成純FDCA固體，表明這種體系的廣泛應用前景。Jifang Zhang, Yue Shen, Zenglong Wu, Xinyuan Zhang, Jian Kang, Yijin Wu, Shengbo Zhang, Shan Chen, Guozhong Wang, Haimin Zhang, Huajie Yin, Huijun Zhao, Efficient Alkaline-Free Electrooxidation of 5-Hydroxymethylfurfural to 2,5-Furandicarboxylic Acid using Electrochemically-Charged NixCo1-x(OH)2 as a Redox Mediator, Angew. Chem. Int. Ed. 2025 DOI: 10.1002/anie.202423109https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024231095.Angew：近紅外光觸發的級聯納米系統用于實現時空控制的基因沉默和氣體協同癌癥治療盡管DNA酶在基因治療領域中具有巨大的應用潛力，但如何實現具有時空精度、高療效的基因調控仍是一項嚴峻的挑戰。有鑒于此，深圳大學董海峰教授開發了一種近紅外光（NIR）觸發的級聯效應系統，其可以實現精準的時空可控基因沉默和氣體協同癌癥治療。1）該納米平臺由酶激活的DNA酶、一氧化氮（NO）前體和上轉化納米顆粒（UCNPs）構建而成。作為光轉換器的UCNPs可促進NO前體在近紅外光照射下產生NO。產生的NO不僅會直接參與氣體治療，而且能夠誘導細胞質APE1水平上調，實現DNA酶活化增強和空間控制的基因沉默。2）利用這一機制，研究者可通過將近紅外光控制的NO釋放和APE1激活的基因治療相結合以實現級聯效應介導的氣體-基因協同治療。實驗結果表明，該納米平臺能夠在體外和體內表現出增強的抗腫瘤作用。綜上所述，該研究設計的策略能夠為實現有效的靶向癌癥治療提供新的見解。 Yaru Cheng. et al. Near-Infrared Light-Triggered Cascade Nanosystems for Spatiotemporally Controlled Gene-Silencing and Gas Synergistic Cancer Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202422375https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024223756.Nature Commun：利用質子交換膜水電解器的限制效應提高 RuO2 的耐久性二氧化釕作為一種有前途的酸性氧析出反應催化劑引起了廣泛關注。然而，RuO2 過度氧化成可溶性 H2RuO5 物質導致其耐久性較差，阻礙了 RuO2 在質子交換膜水電解中的實際應用。 在這里，天津理工大學魯統部教授，余自友等人報告了一種限制策略，通過富集原位形成的 H2RuO5 物質的高局部濃度，可以通過將氧化還原平衡移離 RuO2 過度氧化來有效抑制 RuO2 的降解，大大提高其在酸性氧析出過程中的耐久性。1）受限的 RuO2 催化劑可以在 10 mA cm–2 下連續運行超過 400 小時，衰減可忽略不計，并且穩定性數比非受限 RuO2 催化劑高 14.8 倍。2）使用受限 RuO2 催化劑作為陽極的電解槽電池在 500 mA cm–2 和 60 °C 下顯示出 300 小時的顯著耐久性。這項工作展示了一種通過限制工程在酸性中耐用的氧氣釋放反應催化劑的有前途的設計策略。Zheng, WX., Cheng, XX., Chen, PP. et al. Boosting the durability of RuO2 via confinement effect for proton exchange membrane water electrolyzer. Nat Commun 16, 337 (2025).DOI：10.1038/s41467-024-55747-0https://doi.org/10.1038/s41467-024-55747-07.Nature Commun：氟促進層狀Sr2TiO4氮化用于可見光催化全解水光催化全解水是使用太陽能可持續制氫的策略，為了實現高效利用太陽能，這個反應需要使用可見光活性的半導體，這具有比較大的挑戰。有鑒于此，同濟大學徐曉翔教授、中國科學院金屬所劉崗研究員等報道F促進寬能帶半導體Sr2TiO4的氮化，用于可見光全分解水。 1）與傳統的氮化方法不同，F促進氮化能夠引入高濃度N摻雜位點實現可見光區間的強吸收，以及產生低濃度缺陷（Ti3+和氧空穴），從而實現載流子的高效分離。2）通過修飾一層Ti氧氫氧化物保護層，并且修飾RhCrOy助催化劑，這種光催化劑能夠穩定的進行光催化全分解水，在420±20nm的表觀量子效率達到0.39%，太陽能轉化為氫的效率達到0.028%。這項研究結果表明F促進氮化是有效的策略，為提升其他寬能帶半導體材料的光催化活性提供指導。Yu, J., Huang, J., Li, R. et al. Fluorine-expedited nitridation of layered perovskite Sr2TiO4 for visible-light-driven photocatalytic overall water splitting. Nat Commun 16, 361 (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55748-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-55748-z8.蘇州大學AM：空心多級結構RE-P-O電化學合成H2O2電化學2e- ORR反應為可持續制備H2O2提供一條方法，但是開發具有優異催化活性、選擇性、長期穩定型的電催化劑仍然是個挑戰性課題。有鑒于此，蘇州大學康振輝教授、陳子亮副教授、柏林工業大學Prashanth W. Menezes等報道通過兩步水熱反應制備具有開放通道的多級空心SmPO4納米球的新穎策略解決這個難題。1）生成的多級空心SmPO4納米球在0.1M KOH電解液和比較寬的0.0-0.6V電壓窗口具有優異的2e- ORR選擇性（超過93 %），在0.45 V的選擇性達到峰值（96%）。當SmPO4用于陰極構筑流動相電解槽，在100mA cm-2電流密度穩定工作的時間達到12h，法拉第效率一直保持90%。2）通過XAS、原位Raman、FTIR等表征技術和理論計算結合，并且對ORR反應后的樣品進行測試，發現這種空心結構具有本征開放通道，具有最合適的金屬原子間距，出色的結構穩定性和組成穩定性。這些特點顯著增強2e- ORR反應的熱力學、動力學、穩定性。而且，在中性環境下同樣具有優異的2e- ORR性能。此外，這項策略能夠拓展至其他空心稀土元素的RE-P-O化合物，表明中性和堿性條件的優異2e- ORR性能。 Zhiwei Liu, Zhaowu Wang, Diandian Lv, Hongyuan Yang, Zhenhui Kang, Suptish Ghosh, Prashanth W. Menezes, Ziliang Chen, Efficient Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide Enabled by a Hierarchical Hollow RE–P–O (RE = Sm, La, Gd) Architecture with Open Channels, Adv. Mater. 2025DOI: 10.1002/adma.202311997https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202311997
