赵东元、谭天伟、张涛、胡良兵、林君、董晓臣、智林杰等成果速递丨顶刊日报20190930
纳米人 纳米人 2019-10-01
1. Chem. Rev.:电化学NO传感器:设计和表征原理

一氧化氮(NO)是具有重要生理意义的分子,其在体内的浓度/活性的相关性,以及正常情况下在体内的浓度和在某些疾病状态下浓度如何波动仍然未知。尽管电化学方法最适合实时,连续地监测NO,但必须对传感器进行适当的修改,以确保在具有挑战性的生物环境中具有足够的选择性,灵敏度,感官相容性和生物相容性。

 

近日,北卡罗来纳大学教堂山分校Mark H.Schoenfisch团队总结了在生理环境中运行的电化学NO传感器领域的最新研究进展。作者重点介绍了对传感器的分析性能进行细致表征的研究工作。此外,作者汇编了基本建议,以为将来的电化学NO传感器研究提供信息,并为传感器设计进行交叉比较提供帮助。


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MicahD. BrownMark and H. Schoenfisch*. Electrochemical Nitric Oxide Sensors:Principles of Design and Characterization. Chem. Rev., 2019

DOI:10.1021/acs.chemrev.8b00797

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.8b00797

 

2. Chem. Rev.:负载型金属催化剂上的选择性加氢:从纳米粒子到单原子

选择性催化加氢在石化和精细化工行业都有广泛的应用,然而,当底物中同时存在两个或多个官能团时,选择性加氢仍然具有挑战性。“活性位点隔离”是应对这一挑战的有效策略,已经开发出多种方法来进行位点隔离。近日,中科院大连化物所张涛王爱琴等对这些方法进行了总结,包括在金属表面吸附/接枝含N/S的有机分子;通过掺杂或强金属-载体相互作用用金属氧化物部分覆盖活性金属表面;将活性金属纳米颗粒限域在微孔或中孔载体;生成具有相对惰性的金属(IB和IIB)或非金属元素(B,C,S等)的双金属合金或金属间化合物或核壳结构;以及在可还原氧化物或惰性金属上构建单原子催化剂。

 

作者讨论了每种隔离方法对炔烃/二烯生成单烯,α,β-不饱和醛/酮生成不饱和醇,以及硝基芳烃生成相应的苯胺这三种类型的化学选择性加氢反应的优点和缺点。作者还讨论了影响催化活性/选择性的关键因素,特别是活性位的几何结构和电子结构,目的是理解开发高效和高选择性氢化反应及其它转化反应催化剂的基本原理。


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LeileiZhang, Maoxiang Zhou, Aiqin Wang* and Tao Zhang*. Selective Hydrogenation overSupported Metal Catalysts: From Nanoparticles to Single Atoms. Chem. Rev.,2019

DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00230

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.9b00230     

 

3. Acc. Chem. Res.: 单级到多级结构的球形介孔材料综述

介孔材料是指孔径介于2~50nm的一类多孔材料,具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点,在吸附、分离,尤其是催化领域具有具有巨大的应用潜力,而且,这种材料的有序孔道可作为"微型反应器",在其中组装具有纳米尺度的均匀稳定的"客体"材料后而成为"主客体材料",由于其主、客体间的主客体效应以及客体材料可能具有的小尺寸效应、量子尺寸效应等将使之有望在电极材料、光电器件、微电子技术、化学传感器、非线性光学材料等领域得到广泛的应用。其中,球形介孔材料(SMMs)因独特的球形结构而具有封闭的填充特性和最低的表面能,是一类极其重要的介孔材料,而且其已经从简单的球形单级结构发展到复杂的半球形、核壳形、空心、卵黄壳形、多壳空心、束状和类病毒结构等多级结构,然而可想而知,结构复杂性的增加也为精细化的设计和制备提出了巨大的挑战。

 

近日,复旦大学赵东元院士李伟老师综述了从单级到多级结构的球形介孔材料的合成方法以及重要应用领域的研究进展,并从合成和应用两个方面分析了SMMs目前存在的挑战和未来发展的方向,有利于促进球形介孔材料的进一步发展和应用。


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PengpengQiu, Bing Ma, Chin-Te Hung, Wei Li*, Dongyuan Zhao*.Spherical Mesoporous Materials from Single to Multilevel Architectures. Acc.Chem. Res.2019

DOI:10.1021/acs.accounts.9b00357

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00357

 

4. Nano Lett.: Mo掺杂调控PtNiMo八面体纳米颗粒表面Ni组分提高氧还原反应活性

贵金属Pt催化剂的高成本和低储量丰度是制约燃料电池广泛应用的一个重要因素,因此在保证催化剂性能的前提下,降低Pt用量进而降低成本势在必行,而设计合成低Pt含量的Pt合金用于替代传统的Pt催化剂是研究人员非常感兴趣的方向之一。

 

近日,柏林工业大学Peter Strasser教授团队制备了Mo掺杂八面体PtNiMo纳米颗粒催化剂,研究发现,Mo优先占据了各向异性八面体PtNi粒子的富Pt边缘和顶点,Mo掺杂可以调控八面体表面上Ni的含量,进而提高催化剂的电催化活性,在MEA单燃料电池试验中,在0.9 Vcell下,铂的持续质量活度为0.45 A/mgPt,并且具有优异的循环稳定性。该工作为设计提高Pt合金纳米颗粒催化剂的活性和稳定性提供了一种新的思路。


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F.Dionigi, C. Cesar Weber, M. Primbs, M. Gocyla, A. Martinez Bonastre, C. Spöri,H. Schmies, E. Hornberger, S. Kühl, J. Drnec, M. Heggen, J. Sharman, R. Edward Dunin-Borkowski, P.Strasser*. Controlling Near-Surface Ni Composition in OctahedralPtNi(Mo) Nanoparticles by Mo Doping for a Highly Active Oxygen ReductionReaction Catalyst. Nano Lett., 2019.

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02116

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02116

 

5. Nano Lett.:卵黄壳结构的金纳米星-MOF材料用于协同化学-光热治疗

对光敏感的卵黄壳结构纳米粒(YSNs)是一种可被远程控制、对刺激敏感的诊疗平台,它也为实现肿瘤的协同治疗提供了一种高效的策略。中科院长春应化所程子泳博士林君研究员合作,以金纳米星(Au star)为NIRII区的光热“蛋黄”,以可生物降解的ZIF-8为壳层,成功构建了一种新型的、刺激响应型多功能YSNs。

 

实验将化疗药物盐酸阿霉素(DOX)包封入腔内,其在微酸性肿瘤微环境中会因ZIF-8降解过程而表现出药物的可控释放行为。在1064 nm激光照射下,金纳米星@ZIF -8 (Au@MOF)纳米颗粒由于具有光热和释放药物的特性,因此它表现出显著的协同抗癌作用。此外,在近红外区有强吸收的Au@MOF也具有近红外热成像和光声(PA)成像的性能。


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XiaoranDeng, Ziyong Cheng, Jun Lin. et al. Yolk−Shell Structured AuNanostar@Metal−Organic Framework for SynergisticChemo-photothermal Therapy in the Second Near-Infrared Window. Nano Letters.2019

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b01716

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b01716

 

6. Nano Energy: 纳米碳基ORR催化剂中边缘和杂原子的作用

氧还原反应(ORR)的缓慢动力学是燃料电池和可充电金属空气电池大规模实际应用必须解决的问题。贵金属Pt基催化剂虽然催化活性很高,然而其具有昂贵的价格及易中毒的缺点。越来越多的研究者开始对具有高活性和高稳定性的非金属催化剂进行研究,其中,杂元素掺杂碳纳米管是一种非常具有潜力的非金属催化剂。

 

近日,中国科学院国家纳米中心的智林杰研究员澳大利亚阿德莱德大学的Wang Shaobin教授合作,通过纳米切割技术,合成一系列具有可控边缘含量的纳米带/纳米管混合物,探讨纳米碳边缘的作用。研究发现,当催化剂电导率大于70 S/m后,碳催化剂中边缘含量提高有助于提高ORR的反应活性,这是因为边缘可以提高电子传递能力,而且,边缘位点可以为杂原子掺杂提供锚定位点,两者的协同效应提高了催化剂的电催化活性。该工作为多孔炭基催化剂中边缘的作用和设计制备高催化活性的催化剂提供了一种新的思路。


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QiYang, Zhichang Xiao, Debin Kong, Taolin Zhang, Xiaoguang Duan, Shanke Zhou, YueNiu, Yudi Shen, Hongqi Sun, Shaobin Wang*, and Linjie Zhi*.New insight to the role of edges and heteroatoms in nanocarbons for oxygenreduction reaction. Nano Energy, 2019.

DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104096

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104096

 

7. ACS Nano:2D/2D TMO/g-C3N4Z-型异质结用于光催化产氢

自2008年王心晨教授将g-C3N4用于光催化产氢以来,g-C3N4一直被认为是极具前景的可见光驱动的产氢材料。然而,载流子低效率的分离传输极大地限制了其产氢性能。针对这一问题,已有研究报道2D g-C3N4的2维结构可以促进载流子的分离传输;构建Z型异质结能进一步加速2D g-C3N4的载流子分离。

 

基于上述研究背景,江苏大学的Hui Xu辛辛那提大学的Jingjie Wu等人通过2步煅烧法成功制备了2D g-C3N4 和 2D/2DTMO/g-C3N4 Z-型异质结。其中,TMOs能促进块体g-C3N4在湿润环境下的水解,进而形成2Dg-C3N4。制备的2D/2D TMO/g-C3N4材料,尤其是2D/2D Co3O4/g-C3N4,具有极高的光催化产氢性能和量子效率。具体而言,2D/2D Co3O4/g-C3N4在>400 nm光照下的产氢速率约为370 μmol h-1,在405 nm处的表观量子效率高达53.6 %。作者将高的产氢性能归因于高的载流子分离效率及Z体系保持的高氧化还原能力。


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HuiXu, Xiaojie She, Ting Fei, Yanhua Song, Daobin Liu, Hongping Li, Xiaofei Yang,Jinman Yang, Huaming Li, Li Song, Pulickel M. Ajayan, and Jingjie Wu.Metal Oxides Mediated Subtractive Manufacturing of Two-DimensionalCarbon Nitride for High Efficiency and High Yield Photocatalytic H2 Evolution.ACS Nano, 2019.

DOI:10.1021/acsnano.9b04443.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b04443

 

8. ACS Catal.: 单分散Ag/Pd双金属纳米颗粒催化剂用作高效加氢脱氯催化剂

氯酚常被用于农药杀虫,但氯酚较难分解,大量的使用导致环境污染,严重危害水体和人类健康。电化学催化加氢脱氯是一种绿色高效的去除氯酚的手段。近日,重庆工商大学的蒋光明弗吉尼亚大学的张森团队通过油相一锅法制备了单分散Ag/Pd双金属纳米颗粒催化剂,研究发现,该催化剂的双金属组分优化了反应物和反应产物在催化剂表面的脱附脱附平衡,显著提升了加氢脱氯性能,在氯酚去除领域具有巨大的应用潜力。


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YiyinPeng, Yiyin Peng, Meiyang Cui, Zhiyong Zhang, Song Shu, Xuelin Shi, John TylerBrosnahan, Chang Liu, Yulu Zhang, Perrin Godbold, Xianming Zhang, Fan Dong,Guangming Jiang, Sen Zhang. Bimetallic Composition-Promoted ElectrocatalyticHydrodechlorination Reaction on Silver-Palladium Alloy Nanoparticles. ACSCatal., 2019.

DOI:10.1021/acscatal.9b02282

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02282

 

9. AFM:相变纳米材料—控制缺氧调节及增强光疗

肿瘤缺氧会增强肿瘤对不同疗法的抵抗力,尤其是氧气介入的相关疗法,如光动力治疗(PDT)。近日,南京工业大学董晓臣研究团队利用热响应相变材料(PCM)将超小二氧化锰(sMnO2)和有机光敏剂IR780共包,制备了IR780-sMnO2-PCM纳米粒子用于控制肿瘤的缺氧调节及增强光疗效果。

 

热响应PCM保护层不仅可以防止IR780的光降解,而且可以在激光照射下立即释放分解内源性H2O2,产生足够的氧气用于光动力治疗。荧光显像和光声显像均显示由于在肿瘤静脉注射过程中有效积聚,从而大大减轻了肿瘤缺氧现象。此外,与IR780-PCM纳米粒子相比,在体内联合光热疗法(PTT)和PDT中抑制肿瘤生长方面表现出更好的性能。IR780- sMnO2-PCM纳米粒子在控制肿瘤缺氧调节中具有广泛的应用前景,可以克服目前肿瘤治疗的局限性。


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ShichaoZhang, Xuejiao Song Xiaochen Dong, et al. Phase-Change Materials BasedNanoparticles for Controlled Hypoxia Modulation and Enhanced Phototherapy. Adv.Funct. Mater., 2019.

https://doi.org/10.1002/adfm.201906805

 

10. Adv. Sci.:可恢复β淀粉样蛋白体内稳态的纳米材料用于预防老年痴呆

β淀粉样蛋白(Aβ)的聚合被认为是引起老年痴呆症(AD)的主要原因。然而,目前用于靶向Aβ的疾病治疗策略往往效果不佳,这是由于在AD的晚期阶段会造成不可逆转的损伤,因此要在Aβ的形成早期给与治疗。中国医学科学院放射医学研究所黄帆博士南开大学冯喜增教授史林启教授合作、以热休克蛋白为灵感,设计了一种基于混合壳层聚合物胶束(MSPM)的自组装纳米材料,用于AD的预防治疗。

 

该纳米材料具有疏水性的表面域,可以有选择性地捕捉Aβ肽进而有效地抑制Aβ聚合,从而显著减少由Aβ介导产生的细胞毒性。并且该纳米材料在吸附Aβ形成复合物后可以很容易地被小胶质细胞吞噬,从而提高对Aβ的清除效果。因此,该纳米材料可以显著缓解由Aβ诱发的炎症,对认知缺陷的 APP / PS1转基因老鼠也有很好的治疗效果。


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HuiruYang, Fan Huang, Xizeng Feng, Linqi Shi. et al. Heat Shock Protein InspiredNanochaperones Restore Amyloid-β Homeostasis forPreventative Therapy of Alzheimer’s Disease. Advanced Science.2019

DOI:10.1002/advs.201901844

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201901844

 

11. AFM:木头+原位3D微波加热法制备炭负载高分散金属氧化物纳米颗粒

炭负载的金属氧化物纳米颗粒(MONPs)在食品、医药、化妆品、传感器等领域具有广泛地应用前景。由于目前常用的高温合成法制备的MONPs存在尺寸不均匀,易团聚等问题,极大限制了MONPs广泛实际应用。

 

鉴于此,美国马里兰大学的胡良兵教授团队采用以3D碳化木(C-木材)为主体,通过原位3D微波加热法制备了碳负载的金属氧化物纳米颗粒,其中,碳载体不仅可以提供良好的电子传递路径,而且还可以防止MONPs团聚生长,制备的MONPs分散均匀,尺寸均一,且通过调节辐射时间可控制纳米颗粒的尺寸,极大地简化了制备工艺流程。该原位3D微波加热法为合成超细金属氧化物纳米颗粒提供了一种新的思路。


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GengZhong, Shaomao Xu, Chaoji Chen, Dylan Jacob Kline, Michael Giroux, Yong Pei,Miaolun Jiao, Dapeng Liu, Ruiyu Mi, Hua Xie, Bao Yang, Chao Wang, Michael R.Zachariah, Liangbing Hu*. Synthesis of Metal Oxide Nanoparticles byRapid, High‐Temperature3D Microwave Heating. Adv. Funct. Mater., 2019.

DOI:10.1002/adfm.201904282

https://doi.org/10.1002/adfm.201904282

 

12. Small: 水凝胶牺牲模板法制备具有分级多孔结构的MOFs材料用作生物酶载体

金属有机框架材料(MOFs)是一种有机-无机杂化材料,也称配位聚合物(coordination polymer),它兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征,具有孔道结构均一可控、比表面积大等优点,在能源、催化、医药等领域具有巨大的应用潜力。由于其具有均一的孔道结构,MOF也是生物酶的理想载体,可用于靶向治疗生物医药,但是数MOFs材料的孔径一般小于2 nm,不利于生物酶的扩散运输,因此,制备具有分级孔结构的MOFs材料具有重要意义。

 

近日,北京化工大学的谭天伟院士团队通过模板法制备了具有分级多孔结构的新型MOFs材料,他们以水杨酸、三聚氰胺为水凝胶前驱体,与MOF前体共混后通过反相乳液聚合法合成水凝胶和MOFs复合材料,再通过简单的热水溶解去除水凝胶模板,制备得到同时具有微孔和介孔结构的MOFs材料,介孔孔径为16.2-27.5 nm,比表面积介于1030.1-1431.4 m2/g之间。他们巧妙地利用了水凝胶模板的热不稳定性,工艺简单,将葡萄糖氧化物酶(GOx)和辣根过氧化物酶(HRP)负载到该MOFs材料中,显著提高了酶的催化效率,该MOFs材料在生物医药载体领域具有广阔的应用前景。


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KaipengCheng, Frantisek Svec, Yongqin Lv*, Tianwei Tan*.Hierarchical Micro- and Mesoporous Zn-Based Metal-Organic Frameworks Templatedby Hydrogels: Their Use for Enzyme Immobilization and Catalysis of KnoevenagelReaction. Small, 2019.

DOI:10.1002/smll.201902927

https://doi.org/10.1002/smll.201902927

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