Angew/AM 8篇,孙学良、陈小元、张华民、车顺爱、韩一帆等成果速递丨顶刊日报20190513
纳米人 纳米人 2019-05-13
1. Nature Rev.Mater.:用于淋巴结给药的材料

人体免疫细胞中有很大一部分位于淋巴结中。在这些淋巴结内,淋巴细胞会聚集、活化和进行增殖。淋巴结靶向技术为直接向淋巴细胞和淋巴结驻留细胞递送药物进而改变适应性免疫反应提供了帮助。然而,目前还很难将游离的药物递送到特定的淋巴细胞群中。因此需要开发可以作为载体的材料,以帮助实现药物在淋巴结内的积累,并靶向特定的淋巴结驻留细胞亚型。

 

乔治亚理工学院Susan N. Thomas团队对淋巴结的分隔结构以及细胞和液体在淋巴结之间的转运机制进行了综述介绍,讨论了材料进入淋巴结的不同途径以及对它们的药物递送过程,包括由淋巴管,血液毛细血管,高内皮静脉,细胞介导的途径等等;介绍了不同的,靶向特定的免疫细胞的微纳米尺度材料并强调了它们在治疗免疫功能障碍疾病和癌症的免疫治疗中的应用潜力;最后也对该领域的前景进行了展望。


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AlexSchudel, Susan N. Thomas, et al. Material design for lymph node drugdelivery. Nature Reviews Materials, 2019.

DOI:10.1038/s41578-019-0110-7

https://doi.org/10.1038/s41578-019-0110-7

 

2. NaturePhotonics:相位扭曲极化子超流体引起的约瑟夫森涡旋

光量子流体是高温下节能信号处理,超灵敏干涉测量和量子模拟器的新兴平台。近日,意大利莱切纳米技术中心Dario Ballarini 研究团队展示了大型极化子凝聚体中拓扑激发的全光控制,实现了长约瑟夫森结的玻色子模拟并诱导了约瑟夫森涡旋的成核。研究人员发现当在冷凝物的边界处施加相位差时,两个扩展区域通过π弧度的急剧相位跳跃和密度的孤子耗尽而分离,形成具有抑制的有序参数的绝缘屏障。超流体行为的特征在于整个系统的平滑相位梯度而不是尖锐的相位跳跃,并且由屏障内的约瑟夫森涡旋的成核作用介导。该结果有助于理解宏观量子系统中基本激发的耗散和稳定性。


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Caputo,D. Ballarini, D. et al. Josephson vortices induced by phase twisting apolariton superfluid. Nature Photonics, 2019.

DOI:10.1038/s41566-019-0425-3

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0425-3.pdf

 

3. Angew:高温WGS反应中Cu与FeOx之间强的金属-载体相互作用

商用高温水煤气变换(HT-WGS)催化剂是由CuO-Cr2O3-Fe2O3组成,其中Cu作为化学促进剂提高催化活性,但其促进机理尚不清楚。近日,华东理工大学韩一帆等多团队合作,采用原位或准原位表征、稳态WGS反应和DFT计算等方法,研究了一系列Fe基模型催化剂。作者首次直接观察到Cu与FeOx之间存在较强的金属-载体相互作用(SMSI)。在WGS反应过程中,一层薄的FeOx覆盖层迁移到金属Cu颗粒上,形成了具有Cu-FeOx界面的混合表面结构。进一步研究发现,Cu与FeOx的协同作用不仅稳定了Cu团簇,而且为CO吸附、H2O解离和WGS反应提供了新的催化活性位点。


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Minghui Zhu, Pengfei Tian, Yi-Fan Han*, etal. Strong Metal-Support Interactions between Copper and Iron Oxide duringthe High Temperature Water-Gas Shift Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201903298

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201903298

 
4. Angew:钙钛矿QDs包裹在Fe基MOF组成复合材料高效光催化CO2还原

提高含水反应体系中卤化铅钙钛矿量子点(QDs)的稳定性是其在人工光合作用中的实际应用的关键。近日,天津理工大学Tong-Bu Lu、Min Zhang团队采用连续沉积法,将低成本的CH3NH3PbI3(MAPbI3)钙钛矿QDs包裹在铁卟啉基MOF PCN-221(Fex)的孔隙中,构建了一系列MAPbI3@PCN-221(Fex) (x = 0~1)复合光催化剂。

 

得利于PCN-221(Fex)骨架的保护,该复合光催化剂在含水反应体系中表现出良好的稳定性。此外,由于QDs与PCN-221(Fex)中Fe催化位点的紧密接触,且QDs中的光生电子可以迅速转移到Fe催化位点,使得PCN-221(Fex)光催化CO2还原活性显著提高。使用水作为电子源,MAPbI3@PCN-221(Fe0.2)催化剂光催化CO2还原产量可1559 μmol g−1(CO为34%;CH4为66%),是纯PCN-221(Fe0.2)催化剂的38倍。


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Li-Yuan Wu, Min Zhang,* Tong-Bu Lu*, etal. Encapsulating Perovskite Quantum Dots in Iron-Based Metal-OrganicFrameworks for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction. Angewandte ChemieInternational Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201904537

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904537

 

5. Angew:单体CuII位点负载在氧化铝上选择性转化CH4制CH3OH

近日,苏黎世联邦理工学院Christophe Copéret保罗谢勒研究所Jeroen A. vanBokhoven团队合作,通过金属有机化学制备了一种单体CuII位点负载在氧化铝上的催化剂,该催化剂可选择性的将CH4转化为CH3OH。研究发现,该材料含有大量的Cu活性位点(22%),且催化CH4转化为CH3OH的选择性超过83%。根据质量平衡分析、IR、固体NMR、XAS和EPR研究发现,该反应通过形成CH3O表面物种,同时将两个单体CuII位点还原为CuI。该催化剂催化氧化CH4的反应时间很短,表明在单体CuII位点对上可以发生C-H键活化并形成CH3O表面物种。


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Jordan Meyet, Jeroen A. van Bokhoven*,Christophe Copéret*, et al. Monomeric Copper (II) SitesSupported on Alumina Selectively Convert Methane to Methanol. Angewandte ChemieInternational Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201903802

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201903802

 
6. Angew综述:两亲分子芳香基团π-π相互作用用于多级多孔沸石合成

沸石微孔的大小限制了物质的输运及在工业催化剂的应用,因此发展合成多级大孔或介孔分子筛的方法是至关重要的。尽管在多孔沸石合成策略方面取得了重大突破,但通过设计模板策略来制备晶体有序的介孔沸石仍然是一个挑战。近日,上海交通大学车顺爱团队对近年来将芳香基团引入两亲分子的疏水尾部,自组装得到有序的多级MFI沸石的进展进行了总结。由于自组装芳香尾部与MFI框架的之间的几何匹配:(i) 单晶介观结构沸石纳米片(SCZNs);(ii) 具有90°旋转共生结构的SCZNs;(iii) 具有二维(2D)方形p4mm介观结构的分级MFI沸石;(iv)具有三维孔和沿a轴分层的片状介孔的单晶ZSM-5,等被成功合成。


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Yunjuan Zhang and Shunai Che*. π-π Interactions ofAromatic Groups in Amphiphilic Molecules for Directing Hierarchical PorousZeolites. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201903364

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201903364

 

7. Angew综述:Li-S电池催化效应材料-增强氧化还原动力学

锂硫电池(LSB)活性材料的绝缘性质、穿梭效应和缓慢的氧化还原动力学导致了严重的容量衰减和低倍率性能。目前已尝试了许多方法来解决这些问题。最近,已经考虑使用催化材料加速氧化还原动力学以实现高性能LSB。LSB的催化材料应与典型的催化剂区分开来。通常,催化剂通过改变过渡态的势能而不被消耗来降低化学反应的活化能。然而,在LSB中,催化材料的表面状态发生变化,氧化还原反应的过渡态尚不清楚。

 

鉴于此,韩国高等科学技术研究所Jinwoo Lee课题组在该综述中指出增加的转化率和通过协助活性材料以接受离子或电子降低过电位的材料被称为“催化材料”,而不是催化剂。尽管当前的观点还不充分,但催化材料增强了LiPS氧化还原动力学,抑制了穿梭效应,并提高了硫的利用率。本综述旨在全面深入地概述正极/隔膜/电解质中使用的催化材料的最新进展,包括最近报道的材料(例如金属磷化物/碳化物,单金属离子和有机分子),重点概述了其各自的催化活性,以及作者对高性能LSB的看法。


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Won-Gwang Lim, Seoa Kim, Changshin Jo, JinwooLee. A Comprehensive Review of Materials with Catalytic Effects in Li‐S Batteries: Enhanced Redox Kinetics. Angewandte ChemieInternational Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201902413

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201902413

 

8. AM:促进Li2S2向Li2S的转化-高硫利用率的Li-S电池

为了利用其高理论能量密度,迫切需要具有高硫负载的Li-S电池。基于醚的Li-S电池涉及复杂的多步骤固-液-固-固电化学反应机制。最近,对Li-S电池的研究广泛关注于初始固(硫)-液(可溶性多硫化物)-固(Li2S2)转化反应,这有助于实现Li-S电池理论容量的前50%。然而,从固态中间产物Li2S2到最终放电产物Li2S的固-固转化的缓慢动力学(对应于理论容量的后50%)导致放电过早结束,致使低放电容量输出和低硫利用率。

 

鉴于此,西安大略大学孙学良中科院大连化物所张洪章、张华民团队提出一种无定形硫化钴(CoS3)催化剂,以降低Li2S2的离解能,推动Li2S2向Li2S的电化学转化。研究者通过电化学性能和XAS结果证明了催化效果,并通过DFT计算进一步阐明了详细的催化机理。

 

使用CoS3催化剂能够使高硫含量(3-10 mg cm-2)的正极材料实现超过80%的高硫利用率,比没有CoS3催化剂的正极多20%,此外,在长期充电/放电过程中保持了很好地催化效果。这项工作将开启催化剂的新窗口,用以改善高硫负载Li-S电池的电化学性能。


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XiaofeiYang, Xuejie Gao, Qian Sun, Sara Panahian Jand, Ying Yu, Yang Zhao, Xia Li,Keegan Adair, Liang‐Yin Kuo, Jochen Rohrer,Jianneng Liang, Xiaoting Lin, Mohammad Norouzi Banis, Yongfeng Hu, HongzhangZhang, Xianfeng Li, Ruying Li, Huamin Zhang, Payam Kaghazchi, Tsun‐Kong Sham, Xueliang Sun. Promoting the Transformation of Li2S2to Li2S: Significantly Increasing Utilization of Active Materialsfor High‐Sulfur‐Loading Li–S Batteries. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201901220

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201901220

 
9. AM:通过F4TCNQ掺杂调谐钙钛矿CsPbI3纳米晶薄膜的电导率

分子掺杂半导体可以精确调控多余的电荷载流子,从而实现许多至关重要的技术。具有高表面积与体积比的钙钛矿纳米晶体特别适合于通过基态分子电荷转移进行掺杂。近日,美国国家可再生能源实验室Joseph M. LutherJeffrey L.Blackburn使用物理吸附的分子掺杂剂详细展示了钙钛矿纳米晶体阵列的电子特性的可调性。

 

研究人员首先通过红外和光电子光谱确认掺杂剂分子掺入到电子耦合的CsPbI3纳米晶体阵列。研究发现电子受体掺杂剂F4TCNQ可以增强CsPbI3的导电性,时间分辨光谱测量揭示了在存在过量电子或空穴的情况下俄歇介导的重组的时间尺度。微波电导和场效应晶体管测量表明,通过F4TCNQ掺杂纳米晶体阵列可以改善局部和空穴迁移率。最后,光激发p型阵列中改进的空穴迁移率显著增强了光电晶体管的性能。


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Gaulding, E. A. Luther, J. M. Blackburn, J. L.Conductivity Tuning via Doping with Electron Donating and Withdrawing Moleculesin Perovskite CsPbI3 Nanocrystal Films. AdvancedMaterials, 2019.

DOI:10.1002/adma.201902250

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201902250

 
10. AM:路易斯酸锌Zn(C6F5)2添加助力有机晶体管的空穴迁移率超过20 cm2 V-1 s-1

有机路易斯酸三(五氟苯基)硼烷[B(C6F5)3]添加剂可提升各种光电/电子器件(包括发光二极管,太阳能电池和有机薄膜晶体管(OTFT))的操作特性和性能。然而,迄今为止大多数工作仅限于B(C6F5)3。近日,阿卜杜拉国王科技大学Alexandra F. PatersonThomasD. Anthopoulos研究团队使用双(五氟苯基)锌[Zn(C6F5)2]作为小分子的高空穴迁移率OTFT中的替代路易斯酸添加剂。材料和器件特性的证明Zn(C6F5)2具有同时作为p-掺杂剂和微观结构改性剂的作用。正是这些协同效应的组合导致OTFT具有21.5 cm2 V-1s-1的最大空穴迁移率值。这项工作不仅突出了Zn(C6F5)2作为下一代光电子器件的有希望的新添加剂,而且为寻找高迁移率有机半导体开辟了新的途径。


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Paterson, A. P. Anthopoulos, T. D. et al. Addition of the LewisAcid Zn(C6F5)2 Enables OrganicTransistors with a Maximum Hole Mobility in Excess of 20 cm2 V−1 s−1. Advanced Materials, 2019.

DOI:10.1002/adma.201900871

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201900871

 

11. Nano Lett.:光激发聚乙二醇化/去聚乙二醇化纳米载体用于增强肿瘤穿透

纳米载体衍生的抗癌策略通常存在着肿瘤穿透性差和抗肿瘤效果不佳的问题。聚乙二醇化虽然可以提高纳米颗粒的稳定性,延长其血液循环,但也进一步增大了纳米颗粒的尺寸,对其在肿瘤内的穿透性产生了不利的影响。中国科学院高能物理研究所陈俊团队和胡毅团队合作开发了一种光触发聚乙二醇化/去乙二醇化策略,将对近红外(NIR)和pH双响应的,去乙二醇化激活的iRGD用于肿瘤靶向。其中,内嵌的上转换纳米粒子(UCNPs)可以有效地将近红外光转化为紫外-可见光,从而切断连接配体实现去聚乙二醇化。这种近红外光诱导的脱聚作用显著改善了材料的血管外渗和肿瘤的深部穿透,大大促进了肿瘤靶向药物通过血液循环的递送效果,进而实现增强的抗肿瘤作用。


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MengxueZhou, Jun Chen, Yi Hu. et al. Light-Triggered PEGylation/dePEGylation of theNanocarriers for Enhanced Tumor Penetration. Nano Letters. 2019

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b00737

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00737

 

12. ACS Nano:基于生物发光和荧光共振能量转移的纳米气泡超声造影剂用于炎症成像

炎症是一种免疫反应,包括神经退行性疾病和癌症等各种炎症性疾病。利用鲁米诺试剂可检测炎症区域内过氧化物酶(MPO)活性。然而,这种方法往外组织穿透率低且空间分辨率差。北京大学戴志飞团队通过将生物发光共振能量转移(BRET)和荧光共振能量转移(FRET)相结合,制备了一种掺杂了两种亲脂染料的纳米气泡(NB)。

 

实验在脂多糖诱导的炎症模型中证明了这种BRET-FRET策略能够使得可被检测的发射光增加24倍。此外,BRET-FRET NBs也可以利用高空间分辨率的超声成像对灌注后的组织微血管进行成像。与市场上的超声造影剂相比,BRET-FRET NBs具有更强的对比度增强能力。研究利用该生物荧光/超声双模态造影剂对乳腺癌动物模型进行了成功的显像,且具有很好的生物安全性。这一研究通过结合生物发光成像和超声成像的优点,有望解决炎症成像面临的诸多难题。


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Renfa Liu,Jie Tang, Zhifei Dai. Bioluminescence Imaging of Inflammation in Vivo Based onBioluminescence and Fluorescence Resonance Energy Transfer Using NanobubblesUltrasound Contrast Agent. ACS Nano, 2019.

DOI:10.1021/acsnano.8b08359

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b08359

 
13. ACS Nano:可自我分解代谢的DNA酶纳米海绵用于智能递送抗癌药物

自组装DNA纳米药物的开发需要一种简便准确的DNA降解策略来精确地实现药物释放。传统的DNA分解代谢方法受到酶促反应的限制,导致DNA的分解代谢效率低下、且无法控制,从而不利于在复杂的生物系统中进行应用。

 

武汉大学王富安团队报告了一个多功能的DNA酶驱动的药物递送系统,它包括聚合的DNA酶底物支架和被封装的对pH响应的ZnO纳米颗粒(NPs)。该DNA酶纳米海绵(NSs)也被编码了多价串联适配体序列,以高效地将其递送到癌细胞中。在酸性的溶酶体微环境下,ZnO会溶解产生Zn2+离子,它可作为DNA酶的辅助因子和治疗性ROS的产生者。Zn2+辅助因子可以介导DNA支架的酶催化裂解,进而实现精确高效地给药,增强治疗效果。


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Jing Wang, Fuan Wang, et al. NonviolentSelf-Catabolic DNAzyme Nanosponges for Smart Anticancer Drug Delivery. ACS Nano,2019.

DOI: 10.1021/acsnano.9b01589

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.9b01589

 
14. AFM:固态塑晶电解质用作硫化物固态锂金属电池高效中间保护层

全固态锂金属电池凭借其高安全性和高能量密度而吸引了广泛关注。然而,基于硫化物固态电解质的全固态锂金属电池在电解质与锂金属负极界面上存在着诸多问题。在本文中,加拿大西安大略大学孙学良教授团队将固态塑晶电解质(PCE)用作全固态锂金属电池的中间界面层从而改善了硫化物固态电解质与金属锂负极界面不相容的问题。

 

他们发现固态塑晶电解质中间层能够抑制电解质与负极之间的界面反应和枝晶生长。因此,采用LiFePO4正极的全固态锂金属电池在0.5C的电流密度下首周放电比容量高达131 mAh/g且循环120周后的容量仍保有122 mAh/g。基于聚丙烯腈-硫复合正极的全固态Li-S电池的首周容量更是高达1682 mAh/g。该工作为解决锂金属负极与固态电解质之间的界面问题提供了新的途径。


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Changhong Wang, Xueliang Sun et al. Solid‐State Plastic Crystal Electrolytes: EffectiveProtection Interlayers for Sulfide‐Based All‐Solid‐State Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201900392

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201900392

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