纳米前沿顶刊日报20190310
纳米人 纳米人 2019-03-10
1. EES:全无机钙钛矿材料及器件稳定性研究综述

近年来,全无机卤化物钙钛矿(IHP)在光电子领域引起了极大的关注。相比于有机无机杂化的钙钛矿,IHP表现出较为优异的化学稳定性,这主要是由于IHP晶体结构消除了有机组分中的较弱的键合。为了提高器件稳定性,IHP被广泛用于太阳能电池和发光二极管器件中。尽管如此,许多最近的研究表明,IHP仍然在化学不稳定性方面遇到严重问题,同时也严重影响了其器件的稳定性。近日,美国布朗大学Yuanyuan Zhou 及Yixin Zhao总结过去在这方面的研究进展,深入了解IHP的稳定性,并为制备稳定的IHP材料和器件提出自己的见解。


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Zhou Y, et al. Chemical stability and instability of inorganichalide perovskites. Energy & Environmental Science, 2019.

DOI: 10.1039/c8ee03559h

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c8ee03559h#!divAbstract

 

2.熊仁根团队AM:首例!2D 纯手性铅碘化物钙钛矿铁电体

目前还未没有发现2D碘化铅钙钛矿作为铁电体,其中铁电性可以改善光伏性能。熊仁根和Wei-Qiang Liao团队通过掺入纯手性阳离子,成功地获得了2D碘化铅钙钛矿铁电体[R-1-(4-氯苯基)乙基铵]2PbI4和[S-1-(4-氯苯基)乙基铵] 2PbI4。振动圆二色光谱和晶体结构分析揭示了它们的纯手性。它们均在室温下以极性空间群P1中结晶,并经历422F1型铁电相变,其转变温度分别高达483和473.2 K,显示出多轴铁电性质。它们还具有直接带隙为2.34 eV的半导体特性。然而,它们的外消旋类似物在室温下采用中心对称空间群P2/c,没有表现出高温相变。2D碘化铅钙钛矿中的纯手性促进极性空间群中的结晶。这一发现为设计高性能2D碘化铅钙钛矿铁电体提供了一条有效方法。


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Yang C-K, et al. TheFirst 2D Homochiral Lead Iodide Perovskite Ferroelectrics: [R-andS-1-(4-Chlorophenyl)ethylammonium]2PbI4. Advanced Materials,2019.

DOI: 10.1002/adma.201808088

https://doi.org/10.1002/adma.201808088

 
3. 冯新亮AM综述:电解水催化剂的载体效应和界面效应

水分解电解槽可将电能转化为可存储的H2具有重要的意义。为加快析氢和析氧反应(HER和OER)速率、提高能量转换效率,寻找能降低其动力学能垒的电催化剂是至关重要的。研究表明,载体效应和界面效应对电解水中间体吸附能的有巨大的影响,近年来备受关注。近日,德累斯顿工业大学冯新亮团队对近期HER、OER和全解水电催化剂的载体和界面效应进行了总结。深入探讨了催化剂组成元件之间的电子相互作用和电催化剂电解水的性能之间的联系,并作出总结和展望。


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Zhang J, Zhang Q & Feng X. Support and Interface Effectsin Water-Splitting Electrocatalysts. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201808167

https://doi.org/10.1002/adma.201808167

 
4. 国家纳米中心AM综述:多级水凝胶复合物在生物医学领域的应用

细胞通过与细胞外基质(ECM)的相互作用,可以感知和响应外部的信号,包括化学信号或者界面力学等等,从而触发对其行为和功能的调节。ECM也可以被看作是一个具有不同组分的多层多孔基体。而高度孔化的水凝胶生物材料则可以模拟ECM的重要特性,为组织提供机械支持,并调节细胞行为,如粘附、增殖和分化等等。国家纳米科学中心师晓丽副研究员团队和韩东研究员团队以微/纳米形貌耦合力学作用为基础,综述了具有可调力学性能和可调形貌的水凝胶复合材料的制备及其在生物医学中的应用进展;并强调了具有特殊设计结构的水凝胶不仅会影响一系列细胞过程,满足组织工程化的需求,而且也具有一定的药理作用。


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Zhu Y T, Zhang Q, et al. Hierarchical Hydrogel Composite Interfaces with Robust Mechanical Properties for Biomedical Applications. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201804950

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201804950

 

5. Angew.:SERS探针用于实时显示和定量小鼠大脑中的碳酸盐和pH值

为了深入了解大脑的生理和病理过程,对其中的化学信号和电信号进行记录是十分必要的,但是这在今天仍然是一个很大的挑战。华东师范大学田阳教授团队设计了一种从微尺度到纳米尺度的SERS光学生理探针,用于对活体大脑和神经元中的CO3-2和pH进行分析,这两种物质在调节大脑酸碱平衡方面发挥着重要的作用。

 

实验开发了一个比率计SERS微阵列,它由8个针尖大小为5 μm的微探针组成并首次被用于实时显示和量化大脑中的CO3-2量和pH值。通过使用这个有用的工具,实验发现CO3-2和pH值在脑缺血时都会有显著降低。这一研究通过将SERS技术与电生理学相结合,开辟了一种获取大脑电信号和化学信号的新途径。而为了进一步了解单细胞缺血的机制,研究也研制了针尖尺寸为200 nm的SERS纳米探针,并将其成功用于对单个神经元的缺血情况检测。


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Wang W K, Zhao F, et al. A SERS Optophysiology Probe for Real-timeMapping and Simultaneous Quantification of Carbonate and pH in a Live Mouse Brain. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201814286

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201814286

 
6. 武汉大学张先正Angew.:光控MOF“吸放”氧时的结构变化

多环芳烃衍生物可以捕获1O2形成内过氧化物(EPOs)且可将捕获的氧释放做反应物。然而这些材料结构不确定,限制其实际应用和深入的基础研究。金属有机框架(MOF)可以储氧,且结构和性能之间的关系明确。有鉴于此,武汉大学张先正团队合成了蒽基MOF(DPA-MOF)。实验发现,DPA-MOF可以迅速的捕获1O2形成EPOs-MOF,在紫外光照或加热条件下可将捕获的1O2释放。DPA-MOF和EPOs-MOF可以通过紫外光来实现多次“吸放”氧而保持结构不变。进一步将中-四(4-羧基苯基)卟吩(TCPP)引入体系形成TCPP@DPA-MOF,可通过光照控制该材料的循环“吸放”氧。


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Zeng J-Y, Wang X-S, Qi Y-D, et al. Structural Transformation in Metal-Organic Framework for Reversible Binding of Oxygen. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201902810

https://doi.org/ 10.1002/anie.201902810

 
7. 中科大杜平武&杨上峰Angew.:送你一枚富勒烯“钻戒”

近日,中科大杜平武教授和杨上峰教授等报道了两种新型的曲面石墨烯/C60光电导异质结,其形状犹如璀璨的钻戒一般。随后,他们将这种异质结自组装形成薄膜,作为光电导层,研究了其在光辐射下的光电响应。研究发现,该异质结在光辐射下可以产生较大的光电流,时间分辨光谱的相关结果表明在这个超分子异质结中存在快速的光诱导电子转移过程。


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Huang Q, Zhuang G, Yang S, et al. Photoconductivecurved-nanographene/fullerene supramolecular heterojunctions. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201900084

https://doi.org/10.1002/anie.201900084

 
8. 西北师范大学卢小泉Angew.:首次实现水相中非水溶性有机物电致化学发光

实现非水溶性有机分子探针在水相中的高效检测具有很高的挑战性。有鉴于此,西北师范大学卢小泉教授等人通过共反应的策略成功观察到了1,1二取代2,3,4,5-四苯基噻咯的电致化学发光(ECL)。另外,在电极表面构造了非均相聚集诱导发光(ECL),显示出很高的发光效率(37.8%),在水相中能够选择性识别在工业上重要的DNBP增塑剂,检出限低至0.15 nM。这一新体系解决了非水溶性和聚集性猝灭(ACQ)等关键问题,首次实现了在水相中非水溶性有机物的电致化学发光。


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Han Z, Lu X, et al. Electrochemiluminescence Platforms Based onSmall Water‐Insoluble Organic Molecules for Ultrasensitive Aqueous‐Phase Detection. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201814507

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201814507

 

9. ACS Nano:环糊精纳米粒子自身也可抗结核病

耐多药的结核病是一个重大的公共卫生问题,每年约有50万病例产生。已有研究表明,由交联的聚-β-环糊精(pβCD)组成的纳米粒子是一种有效的载体,可以用于递送强大的抗结核药物。法国里尔大学Priscille Brodin教授团队和巴黎第十一大学Ruxandra Gref教授团队联合证明了除了作为有效的药物载体之外,pβCD纳米颗粒自身也具有抗菌性能。

 

实验发现在肺部给药后,空的pβCD纳米粒子也能够对结核分枝杆菌(Mtb)产生负面作用。pβCD会通过干扰脂筏来阻碍Mtb引起的巨噬细胞增殖,并且不会产生细胞毒性。此外,pβCD也会引起巨噬细胞凋亡导致已感染的细胞被消耗,从而创建一个不利于Mtb的肺部微环境。综上所述,这一研究结果证明了pβCD纳米粒子单独或负载抗生素后可以有效地对抗结核病。


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Machelart A, Salzano G, et al. Intrinsic Antibacterial Activity of Nanoparticles Made of β-Cyclodextrins Potentiates Their Effect as Drug Nanocarriers Against Tuberculosis. ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.8b07902

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b07902

 

10. Nano Lett.:核壳结构AIE纳米颗粒用于高效的SiRNA递送和实时监控

RNA干扰(RNAi)被证明是一种强大的通过特异性抑制基因治疗疾病的技术。而开发高效、低细胞毒性、具有自我监测功能的递送小干扰RNA (siRNA)载体也一直是研究所追求的目标。北京大学化学生物学与生物技术学院李子刚研究员团队和香港科技大学唐本忠院士团队合作,利用聚集诱导发光原理 (AIEgen)开发了一种具有均匀形貌的Ag@AIE 核壳纳米载体。

 

研究表明它在体外对siRNA的传递、靶基因的敲除和癌细胞的抑制等方面均表现出很好的效果。小动物模型实验结果也证明该载体无明显毒性,并且抗癌效果可达75%。由于其独特的AIE特性,实验成功地利用该材料实现了对细胞内siRNA传递的实时跟踪和对肿瘤组织的成像。与商业转染试剂相比,该纳米载体在生物相容性、传递效率和重现性方面均有显著的改善,具有广阔的应用前景。


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He X W, Yin F, et al. AIE Featured Inorganic-Organic Core@Shell Nanoparticle for High-Efficiency SiRNA Delivering and Real-Time Monitoring. Nano Letters,2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04677

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b04677

 

11. Adv. Sci.:靶向CD146的、多模态成像指导的光免疫治疗黑色素瘤

上海交大罗全勇教授团队、深圳大学黄鹏教授团队和威斯康星大学麦迪逊分校蔡伟波教授团队合作,以CD146特异性单克隆抗体YY146为基础合成了89Zr-Df-YY146显像探针,并用正电子发射层析成像(PET)评价了其诊断性能。随后实验设计了一种光免疫治疗(PIT)剂IR700-YY146,并对其治疗效果进行了综合评价。

 

CD146在A375和SK-MEL-5细胞中高表达。因此利用89Zr-Df-YY146进行PET显像会很容易检测到CD146阳性的A375黑色素瘤。89Zr-Df-YY146在72h时会在肿瘤积累到达高峰,摄取值为26.48±3.28%IDg-1,而非特异性的89Zr-Df-IgG的最高肿瘤摄取值只有4.80±1.75%ID g-1。并且,实验利用IR700-YY146 进行的PIT可以有效抑制A375肿瘤的生长,其机理是产生了活性氧,降低了葡萄糖代谢和CD146的表达。综上所述,89Zr-Df-YY146和IR700-YY146是一对很好的诊疗伙伴,前者可作为PET探针显示CD146在黑色素瘤中的表达,后者则作为有效的PIT 试剂去特异性治疗CD146阳性的黑色素瘤。


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Wei W J, Jiang D W, et al. CD146-Targeted Multimodal Image-Guided Photoimmunotherapy of Melanoma. Advanced Science, 2019.

DOI: 10.1002/advs.201801237

https://doi.org/10.1002/advs.201801237

 

12. 新加坡南洋理工大学Adv. Sci.:仿生纤维支架作为体内mRNA筛选平台指导组织再生

mRNA能有效调节蛋白表达和细胞反应。然而,非病毒mRNA递送平台的缺乏也大大限制了mRNA的治疗应用。新加坡南洋理工大学Sing Yian Chew教授团队介绍了一种利用纤维底物来递送mRNA的平台,它可以用于在体内外进行对mRNA的筛选。

 

实验以原代神经元为靶点,在大鼠脊髓损伤模型中对该系统的有效性进行了评价。与常规给药平台相比,该平台可有效增强神经元的基因沉默。实验随后对4种mRNA(miR-21、miR-222、miR-132和miR-431)进行了筛选,发现无论神经元的年龄和起源如何,都可以观察到类似的趋势结果。研究随后将纤维底物构造成为3D支架系统,使其可以直接在体内筛选mRNA。在纤维支架植入后两周内,就可观察到明显的神经向内生长。因此,这一工作报道的纤维支架平台在用于mRNA筛选和直接体内应用方面具有很大的潜力。


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Zhang N, Milbreta U, et al. Biomimicking Fiber Scaffold as an Effective In Vitro and In Vivo MicroRNA Screening Platform for Directing Tissue Regeneration. Advanced Science, 2019.

DOI: 10.1002/advs.201800808

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201800808

 

13. 韩国庆熙大学AFM:可穿戴摩擦纳米发电机,不受湿度影响!

摩擦纳米发电机(TENGs)由于其结构简单、成本低廉,近年来引起了人们广泛的研究兴趣。但是,潮湿的大气对TENGs的输出性能会造成负面的影响。韩国庆熙大学Jae Su Yu教授团队提出了一种袋式的TENG,可以显著降低相对湿度对其输出电能的影响,因此在潮湿环境下也能获得稳定的性能。

 

研究首先以纳米结构的聚二甲基硅氧烷(NA-PDMS)和多壁碳纳米管/尼龙复合材料层作为摩擦电材料开发了一种以介电材料为基础的TENG (DD-TENG)。其中,NA-PDMS和尼龙复合层对增加介质/摩擦电材料的表面接触面积、表面电荷密度以及DD-TENG的输出性能起着关键作用。研究证明,DD-TENG器件具有稳定的高输出性能,有效输出功率密度为25.35 W m-2。另外,当环境的相对湿度从35%增加到81%时,这种袋式DD-TENG装置的性能几乎没有受到影响,而非袋式的DD-TENG装置的性能则明显下降。研究最后也证明了将袋式DD-TENG设计成为可穿戴设备后,可以用于从人类日常活动中获取机械能。


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Mule A R, Dudem B, et al. Humidity Sustained Wearable Pouch-TypeTriboelectric Nanogenerator for Harvesting Mechanical Energy from Human Activities. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201807779

https://doi.org/10.1002/adfm.201807779

 

14. 许建斌Nano Energy:气相沉积规模化制备的3D-2D钙钛矿太阳能电池

器件稳定性和无毒无溶剂处理是工业化钙钛矿太阳能电池必不可少的发展趋势。许建斌课题组通过从MA (CH3NH2)到BA (C4H9NH2)的分子取代,蒸汽制备的3D-MAPbI3的顶表面转化成被2D-(BA)2(MA)n-1PbnI3n+1钙钛矿。全蒸汽工艺制造的3D-2D钙钛矿异质结用于钙钛矿太阳能电池,实现了高达16.50%的效率。此外,未封装的装置在55%湿度下30天后可以保持81%的效率,在80℃下30天后效率可以达到74%。1 cm2的器件效率为14.1%。


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Lin D, et al. Stable and scalable 3D-2D planar heterojunction perovskite solar cells via vapor deposition. Nano Energy, 209.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.03.014

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519302022

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