唐本忠、成会明、刘生忠、孟庆波、崔光磊等成果速递|顶刊日报20190314
纳米人 纳米人 2019-03-14
1. 中国人民大学&北京邮电大学JACS:铁磁性范德瓦尔斯晶体VI3

近日,中国人民大学雷和畅、刘凯和北京邮电大学张晓等多团队合作,报道了范德瓦尔斯(vdW)晶体VI3的结构、物理性质和电子结构。VI3在~79 K时发生与CrX(X = Cl, Br,I)类似的由单斜C2/m结构变成六方R-3结构的结构转变,在~50 K时出现长程铁磁(FM)跃迁。VI3中V的局部磁矩接近于V3+离子的高自旋态(S = 1)。理论计算表明,VI3可能是一个能隙为0.90 eV的莫脱绝缘体。另外,VI3具有相对较小的层间结合能,实验上可以很容易的剥落成几层。因此,VI3可认为是一种二维铁磁半导体材料。


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Shangjie Tian, Jian-Feng Zhang, Xiao Zhang*, Kai Liu*,Hechang Lei*, et al. Ferromagnetic van der Waalscrystal VI3Journal of the American Chemical Society,2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b13584

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13584

 

2. JACS:响应刺激的五肽纳米纤维水凝胶用于组织工程

超分子多肽组装物可用于构建功能水凝胶生物材料,它也是神经组织工程研究的热点。美国弗吉尼亚大学KyleJ. Lampe教授团队报告了一类短的五残基多肽,它可以形成具有纳米纤维结构的水凝胶。实验利用流变学和光谱学描述了序列变化、pH值和肽浓度等因素对于五肽水凝胶的机械性能的影响。透射电镜和低温电镜显示,这些纤维呈独特的扭曲带状,直径约为几十纳米,周期性则与淀粉样纤维相似。这种可注射给药(RAPID)的五肽水凝胶可以和少突胶质祖细胞(OPCs)产生细胞相容性地封装,支持它们的增殖和三维扩展。此外,RAPID凝胶也可以保护OPCs的膜不被破坏,不会出现急性的存活率下降,这也证明了该水凝胶可以作为移植治疗中的细胞载体。


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Tang, J.D., Lampe, K.J. et al. A stimuli-responsive, pentapeptide,nanofiber hydrogel for tissue engineering. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b13363

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13363

 

3. 唐本忠院士等团队Angew.:如何利用好荧光团的非发光衰变

关于利用荧光团的非发光衰变时所耗散的能量的研究还鲜有报道。深圳大学王东博士团队、北京理工大学郑小燕博士团队、华南师范大学胡祥龙博士团队和香港科技大学唐本忠院士团队合作演示了如何将非发光衰变的能量利用于癌症治疗的方法。

 

实验合成了一种新型化合物(TFM),该化合物具有旋翼状扭曲结构,在远红/近红外区域具有很强的吸收能力,并具有聚集诱导发光(AIE)的特性。分子动力学模拟研究表明,TFM的聚集是一种无序分子组成的非晶态松散状态,这使得分子可以产生有效运动,从而提高了热失活过程中的能量消耗。这些特性使得TFM纳米粒子(NPs)具有较高的光热转换效率(51.2%)、良好的光声(PA)效应和有效的活性氧(ROS)生成。体内结果表明,TFM NPs是一种理想的用于PA成像指导的光学治疗材料。


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Wang, D., Zheng, X.Y., Hu, X.L., Tang, B.Z. et al. BoostingNon-Radiative Decay to Do Useful Work: Development of Multi-Modality Theranostic System from AIEgen. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201900366

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201900366

 

4. 崔光磊Angew.:锂金属负极表面活性锂物种的荧光检测

不可控的枝晶生长和死锂的积累是抑制锂金属负极实际应用的两大障碍。为了研究电池的失效行为,描述负极表面活性锂物种的分布以及将锂枝晶从死锂物种中区分出来就十分重要了。然而,到目前为止,通过传统的光学可见手段完成这项任务还充满着挑战。在本文中,中科院青岛能源所的崔光磊研究员团队通过使用9,10-二甲基蒽(DMA)介绍了一种荧光探测策略。他们将循环过后的锂负极表面进行标记,活性锂的分布可以通过DMA与活性锂的荧光淬灭反应显示出来。该方法对锂金属表面不均匀锂沉积的电解质选择和预测性检测具有一定的有效性。此外,在破坏性地使用锂金属负极以后该方法能够清晰地分辨锂枝晶与死锂的位置分布,这使得未来有关锂金属失效技术的研究成为可能。


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Xiangyang Chen et al. Fluorescence Probing of Active Lithium Distribution for Lithium Metal Anode. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/ange.201900105

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201900105?af=R

 

5. 南洋理工大学Angew.:氧电子转移到八面体金属上提高钴尖晶石氧化物OER活性

尖晶石钴氧化物是一类极具发展前景的具有OER活性的过渡金属氧化物,其催化活性取决于它的电子结构。近日,南洋理工大学ZhichuanJ. Xu团队揭露了氧负离子电荷分布对氧化还原中心Co-O电子结构的影响。在尖晶石钴氧化物晶格中,氧阴离子的电子倾向于向八面体占据的Co迁移而不是四面体占据的Co,使得八面体Co和O产生了强烈的轨道相互作用。因此,在CoO6正八面体里,促进更多的Co进入八面体位置或把氧的电荷转移到氧化还原活性金属中心上可以提高OER活性。基于此,作者采用部分掺杂的方法,合成了高性能的尖晶石结构Li0.5Zn0.5Fe0.125Co1.875O4OER催化剂。


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Shengnan Sun, Yuanmiao Sun, Ye Zhou, Zhichuan J. Xu*, et al.Shifting oxygen charge towards octahedral metal: a way to promote wateroxidation on cobalt spinel oxides. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201902114

https://doi.org/10.1002/anie.201902114

 

6. 刘生忠Angew.综述:全无机钙钛矿太阳能电池

基于卤化铅的钙钛矿材料对湿气和热存在固有不稳定性。无机Cs+阳离子取代脆弱的有机基团形成铯卤化铅体系(CsPbX3,X是卤化物),作为全无机钙钛矿,其热稳定性更高,并且通常对其他因素更稳定。刘生忠联合JinZhiwen课题组总结了该领域的研究进展,提出解决发展瓶颈的方案,并尝试推动CsPbX3 PSC的进一步研究。然后,讨论各种CsPbX3材料和CsPbX3细器件。最后,介绍了CsPbX3 PSC未来发展的挑战和前景。


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Zhang, J., Hodes, G., Jin, Z. & Liu, S. All-Inorganic CsPbX3 Perovksite Solar Cells: Progress and Prospects. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201901081

https://doi.org/10.1002/anie.201901081

 

7. 国家纳米科学中心&北航AM:通过表面自由能控制来调节体-异质结分子取向

界面特性对于高性能体积异质结(BHJ)有机太阳能电池(OSC)至关重要。国家纳米科学中心(NCNST) 的 Huiqiong Zhou,Zhong Zheng和北京航空航天大学的Yuan Zhang团队报道了一种通过将聚(苯乙烯磺酸)钠盐或甲酸镍二水合物引入PEDOT:PSS中,并调节其表面自由能(γS)的通用界面方法。

 

基于HTL的最佳γS并因此改善BHJ中的面对面分子排序,提高了富勒烯和非富勒烯OSC的性能,这归因于增加的电荷载流子迁移率和较小复合。结果发现,具有面朝上择优取向的BHJ(PBDB-TF:PC71BM,PBDB-T:PC71BM和PBDB-TF:IT-4F)有利于具有更高γS的HTL,而具有边缘择优取向的BHJ(PDCDT:PC71BM,P3HT:PC71BM和PDCBT:ITIC)偏向具有较低γS的HTL。基于表面性质-形态-器件性能相关性,作者提出可通过以γS为标准选择合适的HTL,以获得具有择优分子排列的BHJ。这项工作丰富了对基于各种BHJ材料的高效OSC的界面特征和形态控制的基本理解。


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Wang, J., Zheng, Z., Zhang, D., Zhang, J., Zhou, J., Liu, J., Xie,S., Zhao, Y., Zhang, Y., Wei, Z., Hou, J., Tang, Z. & Zhou, H. RegulatingBulk-Heterojunction Molecular Orientations through Surface Free Energy Controlof Hole-Transporting Layers for High-Performance Organic Solar Cells. AdvancedMaterials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201806921

https://doi.org/10.1002/adma.201806921

 

8. 中科院成会明&任文才AM: 整齐排列的石墨烯纳米片在石墨烯泡沫中的协同作用用于高性能导热复合材料

石墨烯因其极高的导热性在高性能导热复合材料应用中显示出巨大的潜力,但迄今为止报道的石墨烯基聚合物复合材料仅具有有限的导热率,每1 V%石墨烯的最高导热率增强(TCE)小于900%。中国科学院成会明和任文才团队通过使用天然橡胶(NR)作为基质,证明了填充具有线状整齐排列石墨烯纳米片(GN)的石墨烯泡沫(GF)连续网络是用于高性能导热复合材料的理想填料结构。

 

与之前的报告形成鲜明对比的是,在低石墨烯负载下仍观察到明显的热渗透。GNs/GF/NR复合材料在室温下报告的最高TCE为8100%,石墨烯负载分数为6.2vol%,这使得TCE记录高达1300%。进一步的分析揭示了线装对齐排列的GNs和3D互连GF之间显著的协同效应,其在热渗透网络的形成中起关键作用,以显著提高复合材料的导热性。此外,该团队将这种复合材料用于高功率发光二极管(LED)灯中,展示了高效散热的用途。


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Zhaohong Wu, Chuan Xu, Chaoqun Ma, Zhibo Liu, Hui‐Ming Cheng, Wencai Ren. Synergistic Effect of Aligned GrapheneNanosheets in Graphene Foam for High-Performance Thermally ConductiveComposites. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201900199

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201900199

 

9. Etgar&孟庆波Nano Lett.:DJ结构再添一员!15.6%效率的二维钙钛矿太阳能电池

Lioz Etgar联合孟庆波团队提出了使用苯二甲基铵作为阻隔分子的Dion-Jacobson 二维钙钛矿。研究表明,二铵屏障分子决定钙钛矿层的取向,而且无需添加剂或任何额外的处理,就能够获得高效得2D钙钛矿太阳能电池。二维钙钛矿电池的效率可达15.6%,这是目前报道的低维钙钛矿的最高效率之一。与3D结构相比,2D钙钛矿的稳定性得到了明显提高。


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Cohen, B.-E., Li, Y., Meng, Q. & Etgar, L. Dion−Jacobson 2D perovskite solar cells based on Benzene dimethanammoniumcation. Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00387

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b00387

 

10. ACS Energy Lett.:25.1%效率!钙钛矿/硅串联太阳能电池

近日,瑞士IMT G.Nogay等人报道了基于工业耐高温p型c-Si底部电池的单片双端钙钛矿/c-Si串联太阳能电池,具有高达25.1%稳态功率转换效率。


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Nogay,G. et al. 25.1%-Efficient Monolithic Perovskite/SiliconTandem Solar Cell Based on a p-type Mono-crystalline Textured SiliconWafer and High Temperature Passivating Contacts. ACS Energy Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00377

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b00377

 

11. KAUST Adv. Sci.:基于非富勒烯的有机太阳能电池的效率可能超过20%

目前,基于非富勒烯受体(NFA)的有机光伏(OPV)的效率(PCE)已超过14%(单结)和17%(双末端串联)。然而,增加PCE还需要更好地理解限制器件效率的因素。在此,借助于数值器件模拟器检查单结和双端串联NFA基OPV电池的效率极限,该模拟器考虑了活性材料的光学性质,电荷复合效应,以及器件有源层中的空穴和电子迁移率。模拟显示,单结NFA OPV的效率可能达到超过18%。此外,发现平衡的电子和空穴迁移率> 10-3 cmV-1 s-1和低的低复合速率(10-12 cm3 s-1),单结和双末端串联OPV电池的PCE值超过20%和25%。该分析首次明确描述了基于NFA材料的单结和串联OPV的实际性能指标和有用的设计规则,强调了开发这些新材料系统的必要性。


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Firdaus, Y., Le Corre, V. M., Khan, J. I., Kan, Z., Laquai, F.,Beaujuge, P. M. & Anthopoulos, T. D. Key Parameters Requirements for Non-Fullerene-Based Organic Solar Cells with Power Conversion Efficiency>20%. Advanced Science, 2019.

DOI: 10.1002/advs.201802028

https://doi.org/10.1002/advs.201802028

 

12. ACS Nano:用于癌症免疫治疗的仿生糖基纳米疫苗

癌症免疫治疗的目的是利用免疫系统来对抗恶性过程。转化细胞表面含有多种修饰可以产生新的抗原,包括异常表达的细胞表面碳水化合物。因此,靶向肿瘤相关碳水化合物抗原(TACA)具有巨大的用于肿瘤免疫治疗的潜力。N-糖基神经氨酸(Neu5Gc)是一种非人类免疫原性碳水化合物,它会在人类癌细胞上积累从而产生新的抗原。

 

以色列特拉维夫大学Vered Padler-Karavani教授课题组设计了一种针对Neu5Gc阳性肿瘤的肿瘤免疫治疗疫苗。实验使用αGal基因敲除的猪血红细胞,使其在自然环境中形成表达NGpos或不表达NGneg的Neu5Gc纳米疫苗。结果证明,使用NGpos糖基纳米疫苗对Neu5Gc缺陷的小鼠进行免疫优化,可诱导产生一种强而持久的抗Neu5Gc IgG免疫反应。并且在体内Neu5Gc阳性肿瘤中可以检测到抗Neu5Gc IgG抗体,肿瘤生长也被明显抑制。


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Reuven, E.M., Padler-Karavani, V. et al. Biomimetic Glyconanoparticle Vaccine for Cancer Immunotherapy. ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.8b07241

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b07241

 

13. AFM:利用巯基-乙烯基化学设计树突状纳米凝胶用于治疗

瑞典皇家理工学院Michael Malkoch教授制备了一种新型的树突状纳米凝胶材料。实验利用树突状两亲性化合物基材料,即自组装的烯丙基功能聚酯,并通过紫外引发的巯基-乙烯基化学将其与互补的单体硫醇进行简单交联。这种简便的方法使得大量合成烯丙基纳米凝胶前体成为可能,其尺寸范围为190-295 nm,并且可以被用于进一步的修饰,同时保持主体的尺寸和固有特性。该纳米凝胶可以作为化疗药物的载体,具有良好的生物相容性,可以实现对药物的控制释放,保持了良好的治疗效果也降低了药物的毒性副作用。研究也证明,该纳米凝胶可以成功地将药物递送到三维的胰腺球状肿瘤模型当中。


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Zhang, Y.N., Malkoch, M. et al. Off-Stoichiometric Thiol-EneChemistry to Dendritic Nanogel Therapeutics. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201806693

https://doi.org/10.1002/adfm.201806693

 

14. AFM:多孔可植入的抗菌材料用于对感染性骨缺损进行持续性治疗

北京化工大学段顺、徐福建教授团队和北京积水潭医院陈大福教授团队针对感染性骨缺损的治疗,灵活设计并构建了一种具有可持续作用的自适应抗菌多孔植入材料。实验将以天然骨为原料的多孔羟基磷灰石(HA)植入物为基础,首先通过低细胞毒性的乙二胺功能化的聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯)对其进行功能化,然后通过酸敏键将硫酸庆大霉素(GS)与其进行偶联制备成智能化抗菌的HA植入物(HA GS)。GS的释放可由细菌代谢引起的酸性环境触发,从而产生自适应的抗菌效果。由于HA GS在中性条件下具有良好的载药量和化学稳定性,其长期抗菌能力也十分出色。实验在感染性骨缺损的兔模型中也证实了HA GS在体内的高效抗感染作用。这种自适应抗菌植入材料的设计和开发也将为预防和治疗相关感染提供一个新的解决策略。


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Jin, X., Duan, S., Chen, D.F., Xu, F.J. et al. Self-AdaptiveAntibacterial Porous Implants with Sustainable Responses for Infected Bone Defect Therapy. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201807915

https://doi.org/10.1002/adfm.201807915

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