Angew：8月材料前沿科研成果十大精選

今天材料人編輯部學術組邀您一起來看看頂級期刊Angew. Chem. Int. Ed. 2016年8月材料前沿科研成果十大精選（國內）：北京化工大學等——可用于光催化和光動力治療的液體彈珠微型反應器；中科院長春應化所——可生物降解的聚多巴胺衍生物用作高性能鋰/鈉電池的電極材料；南京工業大學&中科院化學所——可用于熒光共振能量轉移分析和雙光子激發光動力治療的多層微囊劑；中科院化學所——MOF用于CO2和水的乳化；中國科學院固體物理研究所——具有交鎖釘結構和硫醇鍵內核的熒光金納米團簇；北京大學——富勒烯基大雜環：選擇性地向C60中加入三個N原子和兩個O原子；中科院福建物構所——具有零維類鈣鈦礦結構的無鉛混合鐵電體；華中科技大學——利用凝膠電解質收集人體熱量制作可穿戴熱電池；天津大學——薄異質結和空間分離共催化劑同時減少光催化劑的體復合和表面復合；香港大學——環金屬鈀(II)N-雜環卡賓配合物：一種有效的抗癌藥物。下面就讓我們一起走進曼妙的材料前沿成果吧。

1、北京化工大學等——可用于光催化和光動力治療的液體彈珠微型反應器

圖1 具有磁性和光學響應的液體彈珠微型反應器

北京化工大學有機無機復合材料國家重點實驗室陳建峰院士與美國凱斯西儲大學戴黎明教授（共同通訊）等人研制出一種具有磁性和光學多重響應的液體彈珠微型反應器。研究人員通過對稀土摻雜磁性上轉換發光納米顆粒進行表面修飾，獲得了超疏水的超微固體粉末，進而利用這種固體粉末包裹水滴制備了液體彈珠。該液體彈珠能夠在磁場控制下打開或者移動；通過在液體彈珠外部進行近紅外光激發，能夠在內部獲得可見光輻射，從而實現液體彈珠內部的光催化反應。此外，該磁性上轉換發光液體彈珠的研究，為三維細胞模型的光動力治療藥物研究提供了一種新的技術途徑。

文獻鏈接：Liquid Marbles Based on Magnetic Upconversion Nanoparticles as Magnetically and Optically Responsive Miniature Reactors for Photocatalysis and Photodynamic Therapy (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201604781)

2、中科院長春應化所——可生物降解的聚多巴胺衍生物用作高性能鋰/鈉電池的電極材料

圖2 “貽貝供能”——聚多巴胺用作鋰離子和鈉離子電池的電極材料

中國科學院長春應用化學研究所的張新波教授（通訊作者）等人采用聚多巴胺（PDA）用作鋰離子電池/鈉離子電池的電極材料和粘結劑材料，并對其性能進行了研究。結果顯示，基于PDA的可生物降解的雙功能電極在鋰離子電池和鈉離子電池中都表現出高容量、良好的穩定性等優異的電化學性能。此外，氧化劑誘導聚合和熱處理有助于改善PDA的電化學性能，優于當前最先進的有機電極材料。上述發現不僅提供了如何利用生物分子衍生材料的策略，同時激發了研究人員繼續在自然界中探索高性能、可持續的電極材料。生物分子衍生的雙功能電極/粘結劑材料概念的建立將為其他可持續的、生物相容的能量儲存系統的發展打下基礎。

文獻鏈接： A Biodegradable Polydopamine-Derived Electrode Material for HighCapacity and Long-Life Lithium-Ion and Sodium-Ion Batteries (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201604519)

3、南京工業大學&中科院化學所——可用于熒光共振能量轉移分析和雙光子激發光動力治療的多層微囊劑

圖3 可用于FRET分析和雙光子激發PDT的多層微囊劑的示意圖

南京工業大學的韓明娟副教授（通訊作者）和中國科學院化學研究所的李峻柏研究員（通訊作者）等人通過疊層組裝得到了包含雙光子染料與傳統光敏劑的微囊劑。研究顯示，熒光共振能量轉移（FRET）發生在雙光子染料和光敏劑之間。通過改變組裝順序可以很容易地控制FRET的效率。此外，該微囊劑在單光子或雙光子激發下表現出光毒性。因此，這種微囊劑材料還有望在雙光子激發光動力治療（PDT）中用于深度組織處理。

文獻鏈接：Multilayer Microcapsules for FRET Analysis and Two-Photon-Activated Photodynamic Therapy (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201605905)

4、中科院化學所——MOF用于CO2和水的乳化

圖4 在CO2和水的乳劑中構建MOF超結構的流程示意圖

中國科學院化學研究所的張建玲研究員（通訊作者）等人首次利用MOF來乳化CO2和水。MOF很容易在CO2/H2O表面組裝，并在分散液滴周圍形成保護層。由MOF穩定的 CO2 和水的乳劑相對于那些由表面活性劑和其它固體穩定的乳劑來說具有超常的穩定性。這種由CO2、水和MOF形成的乳化劑為構建多功能的MOF超分子結構提供了一種簡便的路線。

文獻鏈接： Metal–Organic Framework for Emulsifying Carbon Dioxide and Water (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201602150)

5、中國科學院固體物理研究所——具有交鎖釘結構和硫醇鍵內核的熒光金納米團簇

圖5 熒光金納米團簇的結構示意圖

中國科學院固體物理研究所的伍志鯤研究員（通訊作者）等人合成了三種熒光Au₂₄(SR)₂₀納米團簇并分析了其結構特點。這三種納米團簇具有相似的結構特點，即都是由四種四聚體Au₄(SR)₅基序保護的雙四面體Au₈內核構成。至少有兩個結構特點與Au₂₄(SR)₂₀納米團簇的異常熒光有關：兩對Au₄(SR)₅交鎖釘結構會減少振動損失；內核和硫醇基序間的相互作用促進了經Au-S鍵從配體到內核部分的電子轉移，因而增強了熒光。這項工作為此類納米團簇的結構與熒光性之間的關系提供了一些解釋，同時將對新型熒光納米團簇的合成及在生物成像等方面的應用提供一些指導。

文獻鏈接：Fluorescent Gold Nanoclusters with Interlocked Staples and a Fully Thiolate-Bound Kernel (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201606661)

6、北京大學——富勒烯基大雜環：選擇性地向C60中加入三個N原子和兩個O原子

圖6 在C60籠式骨架上構建N,O雜環的產物與銅鹽的反應

北京大學的甘良兵（通訊作者）等人通過多步驟過程在C60籠骨架上創建了一個14元雜環。關鍵步驟在于多次利用PCl5誘導羥氨基N-O鍵的斷裂導致的氮原子的插入以及哌啶誘導過氧O-O鍵裂解導致氧原子插入。雜質原子形成一個吡咯、二個吡喃以及與C60骨架碳原子結合的一個二氮雜環。基于富勒烯大環顯示出了對氟離子和銅鹽獨特的反應性。

文獻鏈接：Fullerene-Based Macro-Heterocycle Prepared through Selective Incorporation of Three N and Two O Atoms into C60 (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201606856)

7、中科院福建物構所——具有零維類鈣鈦礦結構的無鉛混合鐵電體

圖7 材料的鐵電性及半導體性質的測量結果

中國科學院福建物質結構研究所的羅軍華（通訊作者）和孫志華（通訊作者）等人報道了一種新型無鉛鐵電半導體混合物，N-methylpyrrolidinium)3Sb2Br9，它是由SbBr6八面連接而成的零維類鈣鈦礦陰離子骨架構成的。該材料有著較大的約7.6 μC/m?2的自發極化，以及良好的半導體性質，包括與溫度正相關的電導和對紫外線敏感的光電導。通過對電子結構和能隙的理論分析的電子結構和能隙，研究者們認為零維鈣鈦礦結構對其半導體性質起主要貢獻。這一發現將對新型類鈣鈦礦化合物，尤其是無鉛鐵電半導體的開發和設計具有重要的意義。

文獻鏈接：Exploring a Lead-free Semiconducting Hybrid Ferroelectric with a Zero-Dimensional Perovskite-like Structure? (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201606079)

8、華中科技大學——利用凝膠電解質收集人體熱量制作可穿戴熱電池

圖8 可穿戴熱電池的應用

華中科技大學武漢光電國家實驗室的周軍教授（通訊作者）等人開發出了一種新型的凝膠電解質，可以用來收集人體熱量進行發電。不同于太陽能電池、摩擦發電材料、駐極體發電機和傳統的熱電材料，該熱電材料具有較高的塞貝克系數，并且原料廉價，制作簡單，這避免了傳統的固態熱電材料易碎、加工過程復雜的缺點，有望作為電源應用于柔性的可穿戴設備上。

文獻鏈接：Wearable Thermocells Based on Gel Electrolytes for the Utilization of?Body Heat (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201606314)

9、天津大學——薄異質結和空間分離共催化劑同時減少光催化劑的體復合和表面復合

圖9 PTIM-MS的結構及光催化氧化機理

天津大學鞏金龍教授（通訊作者）等人設計并合成了一種高效光催化氧化的介孔空心球Pt@TiO2@In2O3@MnOx (PTIM-MSs)。該結構同時利用了空間分離的共催化劑(Pt和MnOx))和薄異質結(TiO2@In2O3殼)的優點，達到了同時減少體復合和表面復合的目的。研究結果表明空間分離的共催化劑驅動表面附近的電子和空穴往相反的方向流動，以減少它們的重組。薄異質結能有效地分離體相中的電荷，使它們轉移到表面及表面以下區域，以便共催化劑捕獲它們來發生表面反應。此外，In2O3作為敏化劑可以提高光的吸收。用于水和酒精的氧化時，該PTIM-MSs系統表現出很高的光催化活性。

文獻鏈接：Thin Heterojunctions and Spatially Separated Cocatalysts To Simultaneously Reduce Bulk and Surface Recombination in Photocatalysts (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201607765)

10、香港大學——環金屬鈀(II)N-雜環卡賓配合物：一種有效的抗癌藥物

圖10 可穩定存在的抗腫瘤劑

香港大學支志明院士（通訊作者）課題組報道了一系列可用于癌癥治療的新型鈀(II)N-雜環卡賓（NHC）配合物。這種配合物在體外和在含生物硫醇的水溶液中都可穩定存在，這使得其表現出有力的體外癌細胞毒性和體內腫瘤生長抑制作用。這項工作突出了鈀(II)配合物中的NHC和鰲型環金屬配體在癌癥治療中的廣闊前景。

文獻鏈接：Cyclometalated Palladium(II) N-Heterocyclic Carbene Complexes: Anticancer Agents for Potent In?Vitro Cytotoxicity and In?Vivo Tumor Growth Suppression (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201602814)

以上列舉的僅為Angew期刊8月份國內材料前沿科研成果的代表，由于篇幅所限，還有不少國內優秀成果沒有列入。整理過程中難免存在疏忽，還望各位讀者諒解并誠摯歡迎大家提出寶貴的意見/建議。

本文由材料人編輯部學術組Sea供稿，材料牛編輯整理。

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