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南开大学齐迹等ACS Mater. Lett. | 高性能PPCy聚合物实现高效的多模态癌症诊疗

英文原题：Pyrrolopyrrole Cyanine-Based Polymer with Superior Multifunctionality for Boosting Cancer Phototheranostics通讯作者：齐迹（南开大学），乔文强（大连理工大学），张迪（山西医科大学）作者：Xue Meng, Yingnan Xu, Yuan Zhang, Huaxin Zhu, Jianwen Song, Ji Qi*, Wenqiang Qiao*, Di Zhang*光诊疗技术作为一种新兴的肿瘤诊疗模式，凭借其独特的优势在医学领域备受瞩目。该技术利用光激发态能量耗散机制，能够实现浅表及局部肿瘤的精准诊断与治疗，其显著特点包括：高时空选择性、非侵入性实时监测、原位同步治疗以及可忽略的药物耐受性。多模态光诊疗技术整合荧光成像（FLI）、光声成像（PAI）、光热成像（PTI）、光动力治疗（PDT）和光热治疗（PTT）等多种功能，通过优势互补显著提升了治疗效果。现有研究中的多模式光疗药物仍面临若干技术瓶颈：首先，多数探针的发射波长局限于第一近红外窗口（NIR-I，700-900 nm），其分子吸收特性导致组织穿透深度不足，难以满足高信噪比条件下的深部肿瘤治疗需求，新发展起来的近红外二区（NIR-II，1000-1700 nm）可以显著提高组织穿透和成像性能；其次，实体瘤微环境中热休克蛋白的过度表达，加之传统高温消融治疗过程中热量向周围正常组织的非特异性扩散，严重制约了光热治疗的实际效果；另外，由于不能成像和治疗模式之间具有相互竞争的关系，常常难以实现高效的多种性能，提高吸收光能力是一种有效的策略，但是具有强吸收能力的有机分子材料还很有限。在此背景下，开发具有NIR-II荧光/光声双模成像功能，并能实现温和光热治疗的智能有机探针，成为当前肿瘤精准治疗领域的重要研究方向。最近，南开大学齐迹、大连理工大学乔文强、山西医科大学张迪等报道了基于吡咯并吡咯氰胺（PPCy）的高性能聚合物用于NIR-II荧光和光声成像引导的高效癌症低温光热治疗。该类聚合物材料具有非常高的质量消光系数（139 L g-1 cm-1），优异的光热转换效率（49%）和显著的NIR-II荧光特性，优于大多数文献报道的水平。研究人员通过将这种高性能聚合物与热休克蛋白抑制剂藤黄酸（GA）共包裹，并采用M1巨噬细胞膜进行表面修饰，成功构建了一种具有肿瘤靶向性的多功能诊疗系统。在4T1荷瘤小鼠模型中，该系统表现出高效的肿瘤抑制率，同时实现了NIR-II荧光和光声双模态成像引导的精准治疗。值得注意的是，该诊疗剂在808 nm低功率激光（0.3 W cm-2）照射下即可实现有效治疗，显著降低了传统光热疗法对正常组织的损伤风险。这项研究不仅为开发新一代肿瘤诊疗一体化方案提供了重要参考，也展现了高性能半导体聚合物在生物医学应用中的广阔前景。图1. PG@M NPs用于NIR-II荧光和光声双模态成像引导的温和光热治疗肿瘤示意图。研究团队首先设计合成了一系列基于吡咯并吡咯氰胺（PPCy）的给体-受体（D-A）型聚合物（图2a）。PDDBrO单体通过钯催化的Stille偶联反应分别与两种不同给体单元——2,5-双(三甲基锡烷基)噻吩（T）和3,3'-双(2-乙基己基)-2,2'-联噻吩-5,5'-二基)双(三甲基锡烷)（DT）反应，成功制备了P(P-T)和P(P-DT)。此外，通过在PDDBrO中引入三苯胺单元得到新单体，其与T反应制得P(AP-T)。通过系统筛选从三种PPCy基半导体聚合物中获得兼具以下优异特性的材料P(P-T)：强NIR-II荧光信号、显著的光声成像信号、高达139 L g-1 cm-1的质量消光系数以及48.9%的光热转换效率，达到了综合考虑这些性质的最高水平。图2. (a) P(AP-T)、P(P-T)和P(P-DT)的化学结构式。(b) P(AP-T)、P(P-T)和P(P-DT)的理论计算结果。(c) 三种聚合物在THF溶液中的紫外-可见吸收光谱和 (d) 光致发光 (PL) 光谱。(e) 不同聚合物纳米颗粒在连续激光照射下吸收峰强度 (I/I0比值) 的变化曲线，其中I0表示未照射时的初始吸收强度。(f) 不同纳米颗粒溶液 (50 μg/mL) 的温度升高曲线。将该高性能聚合物与GA共装载于纳米颗粒后，通过M1型巨噬细胞膜进行表面伪装修饰。GA不仅能有效抑制低温光热条件下HSP90的过表达，其本身还具有显著的抗癌活性。巨噬细胞膜包被显著提升了PG@M NPs的肿瘤靶向性和富集效率。PG@M NPs整合的NIR-II荧光与光声成像技术，实现了肿瘤病灶的精准可视化定位，为后续治疗提供了精确引导（图3）。图3. 乳腺癌荷瘤小鼠活体成像实验结果。(a) 经尾静脉注射PG NPs或PG@M NPs后，4T1乳腺癌荷瘤小鼠在不同时间点的NIR-II荧光成像图；(b) 肿瘤区域NIR-II荧光信号强度的定量分析。(c) 注射12小时后主要器官及肿瘤离体NIR-II荧光成像图；(d) 相应器官荧光强度的定量分析。(e) PG@M NPs注射后不同时间点肿瘤部位光声信号强度变化；(f) 对应时间点的活体光声成像图。在低功率808 nm激光（0.3 W cm-2）照射下，该体系凭借卓越的光热性能与HSP90抑制的协同作用，在荷瘤小鼠模型中展现出显著的低温光热治疗效果（图4）。该工作为开发兼具多功能诊疗特性的高性能NIR-II光热诊疗剂提供了重要设计思路。这项研究不仅为开发新一代肿瘤诊疗一体化方案提供了重要参考，也展现了高性能半导体聚合物在生物医学应用中的广阔前景。图4. 乳腺癌荷瘤小鼠活体治疗实验结果。(a) 实验流程图：4T1荷瘤小鼠的治疗方案及疗效评估流程。(b) 肿瘤部位温度变化曲线，(c) 个体肿瘤体积变化，(d) 各组肿瘤体积统计，(e) 肿瘤重量比较，(f) 治疗后肿瘤标本照片及 (j) 治疗期间小鼠体重变化。(g) 治疗后7天肿瘤组织的H&E染色、HSP90免疫组化及TUNEL凋亡检测结果，标尺：100 μm。(h) HSP90平均荧光强度及(i) TUNEL阳性细胞的定量分析。相关论文发表于ACS Materials Letters 上，南开大学硕士研究生孟雪和大连理工大学博士研究生徐颖楠为共同第一作者，南开大学齐迹、大连理工大学乔文强、山西医科大学张迪为共同通讯作者。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Pyrrolopyrrole Cyanine-Based Polymer with Superior Multifunctionality for Boosting Cancer PhototheranosticsXue Meng, Yingnan Xu, Yuan Zhang, Huaxin Zhu, Jianwen Song, Ji Qi*, Wenqiang Qiao*, Di Zhang*ACS Materials Lett. 2025, 7, 4, 1431–1439https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.5c00259 Published March 19, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society导师介绍齐迹https://www.x-mol.com/university/faculty/345494 乔文强https://www.x-mol.com/university/faculty/77383 （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Materials Letters 2025-04-16

Biomacromolecules | 利用深度学习挖掘蛋白质缠结基元

英文原题：Deep Learning-Assisted Discovery of Protein Entangling Motifs通讯作者：Hanyu Gao（高寒宇），Wen-Bin Zhang（张文彬）作者：Puqing Deng（邓埔清），Lianjie Xu（许连杰），Ying Wei（魏颖）, Fei Sun（孙飞）, Linyan Li（李林妍），Hanyu Gao（高寒宇），Wen-Bin Zhang（张文彬）背景介绍天然蛋白质受限于生物合成的模板聚合机制，绝大多数具有线型拓扑结构。近年来，随着基因挖掘和结构表征手段的发展，越来越多非线型的天然拓扑蛋白质得以发现（包括环状、纽结、套索和索烃等），并展现出显著的稳定性优势。天然拓扑蛋白质的结构和性质很快引起研究者的浓厚兴趣，蛋白质工程在序列、长度和立体化学之外，出现一个新的维度—拓扑。利用天然或者人工设计的蛋白质缠结基元和可基因编码的蛋白质化学工具，研究者通过“组装-反应”协同策略已经实现多种人工拓扑蛋白质的设计与合成。然而，目前所涉及的拓扑复杂度和结构多样性仍然受到很大限制，其中关键原因之一就是可用缠结基元的稀缺。因此，从庞大的结构和序列数据库中搜索或挖掘潜在的缠结基元，建立蛋白质缠结基元库，对拓展蛋白质拓扑的设计空间具有重要价值，有望进一步推动拓扑蛋白质的功能化设计与应用。文章亮点1. 使用深度学习模型从序列直接预测缠结特征：对AlphaFold-Multimer模型进行微调，实现从序列到高斯连接数（Gauss linking number, GLN）矩阵的快速准确预测；2. 从基因组挖掘潜在缠结基元的通用方法：以嗜热菌Pyrodictium occultum PL19T基因组为例，展示了该模型挖掘缠结基元的通用流程和有效性；3. 潜在缠结基元在蛋白质拓扑工程中的可行性验证：对挖掘到的潜在缠结基元进行蛋白质索烃的设计与合成，验证其缠结结构。工作详解本研究发展了一种从蛋白质序列直接预测缠结结构特征的深度学习模型。通过对AlphaFold-Multimer模型进行必要的简化显著加速了推理过程，使其能被用于蛋白序列的快速筛选（图1）。通过迁移学习技术，利用从公共数据集PDB中挖掘得到的高斯连接数矩阵数据对AlphaFold-Multimer模型的参数进行微调，使其能够直接预测高斯连接数矩阵的同时，又进一步提升了简化过后的模型预测蛋白缠结特征的准确性。图1. 模型架构示意图。AlphaFold-Multimer模型预测缠结特性对计算资源消耗较大，而简化的基准模型有时会预测出虚假的残基重叠结构，这种残基重叠会产生较大的高斯连接数值，影响缠结的判断。在模型微调之后，这种情况被显著改善（图2a）。在序列筛选阶段，相比于基准模型，精调后的模型有更高的筛选成功率。模型预测为缠结而基准模型预测为非缠结的蛋白中，有35% 被AlphaFold-Multimer证实，这一比例高于模型预测为非缠结而基准模型预测为缠结的蛋白被证实的比例（图2b）。图2. 模型性能与基准模型的比较。（a）微调后的模型与基准模型在高斯连接数矩阵预测性能上的比较；（b）序列筛选过程中微调后的模型与基准模型预测命中率的比较。随后，以嗜热菌Pyrodictium occultum PL19T基因组的1603条蛋白质序列作为输入，使用模型预测GLN，选择|GLN|≥0.7的序列进一步预测二聚体结构，通过尺寸、N-C端距离和折叠类型等参数的人工校验，最终筛选出13个具有设计潜力的缠结基元（图3a）。挑选其中的两个具有代表性的缠结基元，使用SpyTag-SpyCatcher介导环化，成功设计并合成蛋白质索烃结构，无需原子级别精度的结构表征，即可证明基元的缠结特征（图3b）。图3. 模型可行性验证。（a）从嗜热菌Pyrodictium occultum PL19T基因组中挖掘到的13个具有设计潜力的缠结基元；（b）对其中两个缠结基元进行实验验证。总结与展望基于缠结基元和位点选择性共价连接工具，“组装-反应”协同方法为生成复杂蛋白质拓扑结构提供了强有力的工具。然而，目前可用的缠结基元仍然有限。为了解决这一问题，本研究应用深度学习将蛋白质的一级序列映射到高斯链接矩阵，以此挖掘新的缠结基元，为高通量筛选潜在基元提供了一种更加高效的方法。该模型在精准度和召回率上表现出色，并有效解决了AlphaFold-Multimer预测结构中的残基重叠问题。以嗜热菌Pyrodictium occultum PL19T基因组为例证，成功识别了若干潜在的C2缠结基元，并对其中两个基元进行了实验测试，证实其确实可被用来合成蛋白质索烃，说明了这一缠结基元筛选方法的可行性。该研究展示了深度学习方法在发现具有多样化结构和性质的缠结基元方面的巨大潜力，后续将进一步为扩展拓扑蛋白质设计空间提供强有力的支持。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Deep Learning-Assisted Discovery of Protein Entangling MotifsPuqing Deng, Lianjie Xu, Ying Wei, Fei Sun, Linyan Li, Wen-Bin Zhang*, Hanyu Gao*Biomacromolecules 2025, 26, 3, 1520–1529https://doi.org/10.1021/acs.biomac.4c01243 Published February 12, 2025© 2025 American Chemical Society通讯作者信息高寒宇：香港科技大学助理教授。主要研究方向是计算机辅助的聚合物合成和材料设计，通过结合反应动力学、分子动力学和机器学习的建模手段，探究合成高分子和天然高分子的构效关系，从而更好地控制材料性能，并促进新材料的开发。课题组主页：https://hanyugao.com/ 张文彬：北京大学博雅特聘教授，博导，2019年获国家杰出青年科学基金。研究领域为高分子化学与物理和蛋白质工程，致力于通过结合生物大分子和合成大分子的设计理念和独特基元，发展具有精密结构的非传统高分子，以解决在健康与能源方面的应用问题。至今为止，已在Science, PNAS, JACS., ACIE, ACS Cent. Sci., Giant, Macromolecules等国际重要学术期刊上发表论文共166篇，其中132篇为第一或通讯作者，总他引6000余次。曾获日本化学会杰出讲座奖(2017年)、国家杰出青年基金（2019年）、Bayer Investigator Award（2021年）和中国化学会超分子化学青年创新学术讲座奖（2023年）等荣誉和人才计划。课题组主页：https://www.chem.pku.edu.cn/zhangwb/ https://www.x-mol.com/university/faculty/8713 （本稿件来自ACS Publications）
来源： Biomacromolecules 2025-04-11

Nano Lett. | 南开大学：缺陷调控MOF纳米通道：打造无枝晶锂金属电池准固态电解质

英文原题：Defect-Modulated MOF Nanochannels for the Quasi-Solid-State Electrolyte of a Dendrite-Free Lithium Metal Battery通讯作者：师唯，徐骏，南开大学作者：Jialong Jiang（蒋家龙）, Runhao Zhang（张润豪）, Jiachen Guo（郭佳辰）, Shiqi Zhang（张师旗）, Xiangtai Min（闵祥泰）, Ziyang Liu（刘子扬）, Ning Liu（刘宁）, Dapeng Cao（曹达鹏）, Jun Xu（徐骏）, Peng Cheng（程鹏）, Wei Shi（师唯）背景介绍锂金属电池因其极高的能量密度成为下一代储能技术的焦点，但其安全性问题限制了其实际应用。使用固态电解质替代可燃液态电解液是一种极具前景的策略。目前研究者致力于解决其界面兼容性和离子电导率等关键问题，以推动其商业化进程。尽管科学家们在固态电解质的材料设计领域取得了诸多进展，从分子水平对固态电解质中离子传输通道进行精准修饰仍是一个巨大的挑战。离子传输通道的微观结构会显著影响离子传输速度及选择性，进而影响电池的整体性能。图1. 通过引入缺陷对离子传输通道的孔径和结合位点进行精准修饰文章亮点近日，南开大学师唯教授，徐骏副教授在Nano Letters上发表了关于锂金属电池MOF基准固态电解质的研究。该研究创新性地提出了一种基于缺陷工程的MOF结构精准调控方法，成功实现了材料锂离子传导性能的显著提升。结合固体核磁等分子层面结构分析手段，通过系统的机理分析，研究团队发现性能提升主要源于两个关键因素：一是对MOF孔径的有效调控，二是锂离子跳跃位点的成功引入。这项研究不仅从分子层面深入揭示了离子通道结构与离子传输性能之间的关系，更为新型固态电解质的设计与合成提供了重要的理论指导和创新思路。图2. MOF基准固态电解质的物理和电化学性能分析研究团队通过在合成过程中精准引入不同类型的缺陷调制小分子，成功构建了四种缺陷MOF准固态电解质材料。表征结果显示，所制备的材料均展现出优异的结构特性：表面光滑平整，具备良好的阻燃性能和机械柔韧性。其中，Li@UiO-66-D2准固态电解质表现出突出的电化学性能：在室温下实现了1.42 mS cm-1的高锂离子电导率，锂离子迁移数达到0.72，并展现出5.0 V的宽电化学稳定窗口。图3. MOF基准固态电解质离子传输机理分析7Li固体核磁（7Li NMR）表征，尤其是13C{7Li}旋转回波双共振（REDOR）实验和DFT计算结果表明，Li@UiO-66-D2型准固态电解质的优异电化学性能源于其独特的三重结构优势：（1）高度规则的离子传输通道确保了锂离子的快速传导；（2）优化的孔径尺寸为离子传输提供了充足的空间；（3）丰富的羧基跳跃位点与锂离子之间存在合适的配位作用。这些结构特征协同作用能显著降低锂离子的传输能垒，同时抑制阴离子的迁移。在实际锂金属电池体系中，该电解质能够引导锂离子均匀沉积并抑制枝晶生长，使电池的循环安全性得到显著提升。总结/展望研究团队提出了一种基于分子缺陷工程的创新策略，通过对材料结构进行精准调控，成功实现了MOF基准固态电解质电化学性能的显著提升，并结合固体核磁等表征深入揭示了孔径尺寸、配位环境等关键结构因素对离子传输动力学的影响机制。该工作为固态电解质材料的设计与合成提供了一种新的思路。相关论文发表在Nano Letters上，南开大学硕士研究生蒋家龙和南开大学博士研究生张润豪为文章的共同第一作者，南开大学师唯教授，徐骏副教授为通讯作者。通讯作者信息：师唯 南开大学师唯，南开大学教授、博士生导师。1997-2006年在南开大学化学学院学习，先后获学士、博士学位，2014-2015年在美国加州大学伯克利分校做访问学者；2016年起任南开大学化学学院教授、博士生导师。师唯主要从事配位化学和能源材料化学的基础研究，发展了功能导向配合物的合成新策略，探索了多个重要配合物体系结构-性质之间的关系，重点研究了配合物的光磁性质和在能量存储与转化方面的应用。迄今在Acc. Chem. Res.、Natl. Sci. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem、Nat. Protoc.、Nat. Commun.、CCS Chem.、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.等期刊共发表通讯作者论文160余篇，H-index 69。徐骏 南开大学徐骏，南开大学副教授、硕士生导师。2004-2008年在北京大学化学与分子工程学院学习，获学士学位，2008-2014年在加拿大西安大略大学化学系学习，获博士学位，2014-2017、2017-2018年先后在美国加州大学伯克利分校和瑞士苏黎世联邦理工学院从事博士后研究；2018年起任南开大学材料科学与工程学院副教授、硕士生导师。徐骏主要从事固体核磁共振波谱学研究，发展了高灵敏度、高分辨率固体核磁方法，探索了固体核磁在功能材料体系，尤其是金属有机框架材料和稀土材料研究中的应用。迄今在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、PNAS等期刊共发表论文70余篇，参与撰写2部英文专著，被引5000余次，H-index 38。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Nano Lett. 2025, ASAPPublication Date: March 2, 2025https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05596 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefTeri W. OdomNorthwestern UniversityNano Letters 旨在快速发布纳米科学和纳米技术领域基础研究、应用和新型研究成果。符合Nano Letters收录范围的文章应至少有两个不同领域或学科的融合。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision9.616.829.1
来源： Nano Letters 2025-04-10

浙大陈红征团队Polymer Science & Technology |利用材料设计和形貌调控改善有机太阳能电池的光/热稳定性

英文原题：Recent Advances in Thermo- and Photo- Stabilities of Organic Solar Cells: Material Design and Morphology Control通讯作者：Hongzheng Chen (陈红征)作者：Jinyang Yu (于进洋), Shuixing Li (李水兴), Minmin Shi (施敏敏), Haiming Zhu (朱海明)摘要作为新一代的光伏技术，有机太阳能电池（OSCs）凭借其质轻、柔性、半透明以及可卷对卷溶液加工的独特优势受到了广泛的关注。目前，OSCs的能量转换效率（PCE）已突破20%，然而差的稳定性成为阻碍其实际应用的关键瓶颈。在各种外界作用中，光和热是影响OSCs稳定性的主要因素。本综述首先系统地总结了由热和光引发的OSCs性能降解的主要途径，进而从材料设计与形貌调控角度综述了近年来提升OSCs热/光稳定性的多种有效策略，最后对今后开展相关稳定性研究提出了建议和展望。TOC图 利用材料设计和形貌调控改善有机太阳能电池的光/热稳定性文章简介在过去十年中，有机太阳能电池（OSCs）因其轻质、柔性、半透明以及可采用低成本溶液法制备大面积器件的独特优势受到广泛关注。目前，单结OSCs的能量转换效率（PCE）已突破20%。效率的显著提升推动了对OSCs稳定性的深入研究。典型的OSCs通常由电极、界面层以及包含电子给体材料和受体材料的活性层组成。为提高OSCs效率，活性层通常采用体异质结（BHJ）结构，即给/受体形成互穿网络和纳米级相分离，以促进激子解离和电荷传输，从而提升器件性能。因此，增强BHJ结构的稳定性对OSCs整体稳定性的改善至关重要。在实际应用场景中，光和热是影响活性层稳定性的主要因素。一方面，在光/热作用下活性层材料易化学降解，其共轭骨架发生扭曲甚至断裂，导致材料性能衰退；另一方面，BHJ形貌随时间演变逐渐偏离最佳状态，而光/热作用则加速这一过程，使给体与受体分子发生重组或过度聚集，导致大的相分离，最终降低激子解离效率并加剧电荷复合，器件性能衰退。本综述深入探讨了非热力学平衡态活性层在热和光作用下的降解途径，系统梳理了从分子设计到形貌调控的多层次优化策略。文章从材料化学与器件物理视角，揭示了材料设计改性和器件工艺优化对抑制分子扩散与相分离演变的协同作用，并解析了界面工程、固体添加剂等形貌稳定化技术的作用机制。本文旨在为OSCs稳定性研究提供理论参考与技术指导，并基于热/光降解的可能途径，提出增强OSCs稳定性的解决方案，助力突破产业化进程中效率-稳定性无法兼顾的瓶颈难题。本综述首先对OSCs的稳定性问题进行系统分类，阐明热降解与光降解的微观机制及其对器件性能的影响。在此基础上，从材料设计与形貌调控两大维度切入，详细剖析了各种用于提升OSCs稳定性的策略。在材料设计方面，阐明高分子量给体材料、齐聚物受体材料以及聚合小分子受体材料对于抑制分子自身扩散和聚集倾向的作用，进而改善OSCs的热稳定性和光稳定性。其中，本文着重介绍了二聚体受体在提升器件热稳定性和光稳定性方面的作用，这类材料兼具高稳定性和高效率，同时合成较为简单，对OSCs未来的商业化应用具有重要意义。合理的分子改性亦可以降低材料的扩散倾向，包括引入大位阻侧基、具有分子间非共价相互作用的侧链、非对称端基等结构设计来阻止活性层形貌的演变，从而使OSCs的热稳定性得到提升。此外，通过选择适当的侧基、优化合成方法来消除分子中的环外乙烯基双键、合成非稠环受体等创新型策略亦可以提高OSCs的光稳定性。在形貌控制方面，在活性层中引入具有较高分子量的第三组分，例如寡聚物受体、小分子受体聚合化和聚合物给体材料，也可以起到限制分子扩散倾向的目的，从而提高OSCs的热稳定性和光稳定性。文章还指出，通过选择合适的材料体系构筑双纤维网络结构，也可以使活性层形貌具有较高的光稳定性。添加剂工程也是调控OSCs中活性层形貌的重要手段之一，筛选合理的添加剂既可以提升器件的效率，又可以使器件在长期工作中表现出优异的热稳定性和光稳定性。同时，文章还介绍了刚性网络框架对提升OSCs稳定性的作用。在活性层中加入惰性刚性纤维材料可以有效限制给/受体材料的重组和扩散倾向，从而有效提升了OSCs的热稳定性。此外，后处理过程也是提升器件稳定性的重要策略之一。最后，本文指出进一步提高OSCs稳定性仍是重大挑战，并在分析降解途径的基础上提出了研究建议，并对未来的发展进行了展望。本文认为，虽然目前业界已经针对OSCs器件的降解行为提出许多的可能的降解机制，但是对给/受体界面的微观结构演变以及活性层内光物理过程的深入研究仍然有限。因此，通过先进的表征手段来建立形貌-光物理过程-稳定性之间的关系可以为研究OSCs稳定性提供更加深入的见解并指明新的方向。作者团队介绍于进洋 博士生于进洋，本科毕业于四川大学，目前于浙江大学攻读博士学位。主要从事光电转换过程的超快光谱学及有机光伏稳定性的研究。致力于运用超快激光光谱技术，结合材料制备、器件测试，研究与太阳能转换相关的功能分子、高新材料及纳米器件里的物理化学的前沿问题。李水兴 研究员李水兴，本科毕业于天津大学，博士毕业于浙江大学，2017年获得博士学位后留校从事博士后研究工作，2023年8月以科创百人研究员身份入职浙江大学杭州国际科创中心信息与功能材料研究院。主要研究领域为有机光伏材料及其功能化器件应用。近年来已发表SCI论文70余篇，被引超过6000多次，H因子38，其中以第一/通讯作者在Nature Communications, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Materials, Joule, Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials等国际知名期刊发表论文40余篇。主持国家自然科学基金面上项目（1项）和青年基金项目（1项）等项目。2023年荣获浙江省自然科学奖一等奖。施敏敏 教授施敏敏，浙江大学高分子科学与工程学系教授，博士生导师。长期从事有机半导体材料与器件的基础和应用研究。先后负责国家自然科学基金面上项目/青年科学基金/国际合作项目十余项。已发表SCI论文180多篇，引用12000多次。入选2023年度科睿唯安“全球高被引科学家”榜单。获2022年度浙江省自然科学一等奖1项。朱海明 研究员朱海明，博士，浙江大学化学系研究员，博士生导师。2008年于中国科学技术大学获得化学物理学士学位；2014年于美国Emory大学获得物理化学博士学位，2014-2016年在美国Columbia大学做博士后研究工作。主要从事发展并利用先进超快时间分辨激光光谱研究光功能材料激发态动力学过程。获得海外高层次人才引进计划和国家基金委优秀青年基金项目资助。获得国际固体激发态动力学委员会The Sturge Prize，日本化学会The Distinguished Lectureship Award，爱思唯尔Chemical Physics期刊Robin Hochstrasser Young Investigator Award，美国物理学会化学物理分部The Journal of Chemical Physics期刊Future of Chemical Physics Lectureship Award。至今发表论文200余篇，被引2万余次，H因子75。2020-2023年连续入选科睿唯安“全球高被引科学家”。陈红征 教授陈红征，浙江大学求是特聘教授，博士生导师。国家杰出青年基金获得者（2002年），入选教育部跨世纪优秀人才培养计划（2001年），中国化学会青年化学奖获得者（2000年），入选浙江省“151人才工程”（2000年）和浙江省万人计划杰出人才（2020年）。兼任中国化学会有机固体专业委员会委员、中国材料研究学会高分子材料与工程分会常务理事和副秘书长、浙江省复合材料学会理事长、美国化学会期刊ACS Applied Polymer Materials 执行编辑、《Chinese Chemical Letters》、《Chinese Journal of Polymer Science》和《材料研究学报》期刊编委等。主要研究方向：有机高分子光电功能材料与器件、有机复合半导体材料、有机太阳能电池材料与器件、钙钛矿太阳能电池材料与器件。课题组网站：http://tac.polymer.zju.edu.cn/osl/ 扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Polymer Science & Technology, 2025, 1, 1, 25–45https://doi.org/10.1021/polymscitech.4c00054 Published February 27, 2025 © 2025 The Authors. Co-published by Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences; American Chemical Society. 关于Polymer Science &TechnologyPolymer Science & Technology 旨在发表高分子科学与技术及其跨学科领域的前沿创新成果，利用高分子研究为全球性挑战发掘可持续方案。该期刊聚焦于高分子合成与加工、可持续高分子、高分子循环与增值回收、先进功能高分子、高分子物理与表征、人工智能赋能等重要领域。期刊将涵盖多种类型文章，包括研究论文（Article）、研究快报（Letter）、综述（Review）、前瞻观点（Perspective）、评论（Comment）和社论（Editorial）。2027年12月31日之前提交的所有文章，如果经同行评审后被接收，将自动免除文章出版费（APC）Copyright © 2025 American Chemical Society点击“阅读原文”
来源： Polymer Science & Technology 2025-04-08

JPCC | 利用偏振可调的角分辨光电子能谱探究锐钛矿TiO₂(101)各向异性的价带能带结构

英文原题：Anisotropic Valence Band Structure of Anatase TiO2(101) Studied by Polarization-Dependent Angle-Resolved Photoelectron Spectroscopy通讯作者：夏树才（中国科学院大连化学物理研究所），闻波（河南大学），周传耀（中国科学院大连化学物理研究所）作者：Huizhi Xie (谢慧智)#，Han Yu (于涵)#，Shucai Xia (夏树才)*，Bo Wen(闻波)*，Weiqing Zhang (张未卿)，Zefeng Ren (任泽峰)，Xueming Yang (杨学明)，Chuanyao Zhou (周传耀)*自发现二氧化钛（TiO2）能够光电催化分解水产生氢气以来，该材料已经成为研究得最为广泛的光催化剂之一。TiO2存在锐钛矿、金红石和板钛矿三种晶型，三者之中锐钛矿型二氧化钛（A-TiO2）光催化活性最高。材料的能带结构决定其电子和光学性质，针对三种晶型TiO2能带结构的理论计算研究表明：相较于其他两种晶型，A-TiO2属于间接带隙半导体，且具有更强的能带色散特征，这使得A-TiO2拥有更长的载流子寿命和更小的载流子有效质量（对应更高的载流子迁移率）。然而，通过实验直接测量TiO2能带结构的研究工作极为稀缺。甚至对于A-TiO2最稳定的 (101) 晶面，也缺乏对其价带能带结构进行测量的工作。因此，对于该表面能带结构的实验研究显得十分必要。结合偏振可调的角分辨光电子能谱（ARPES）和密度泛函理论（DFT）计算，中国科学院大连化学物理研究所周传耀研究员团队和河南大学闻波团队对锐钛矿二氧化钛(101)（A-TiO2(101)）的价带能带结构进行了深入研究。角分辨光电子能谱（ARPES）是探测材料能带结构最有力的技术。本工作所用的激发光源为42 eV的高次谐波光源，它通过800 nm飞秒激光与氩气相互作用产生，并通过多层镜片筛选、铝膜过滤得到。它的偏振可以通过改变800 nm激光的偏振来调节。利用偏振可调的ARPES技术，周传耀研究员团队此前对金红石型二氧化钛(110)（R-TiO2(110)）的价带电子结构进行了测量（J. Phys. Chem. Lett., 2022, 13, 2299），发现R-TiO2(110) 的空穴有效质量（mh）在4.66−6.87  m0（m0为自由电子质量）范围，并表现出各向异性。图1.（a）A-TiO2的原子结构。它由长轴沿[001]方向的TiO6八面体组成，其中红色和青色分别为O和Ti原子。（b）A-TiO2的体相布里渊区。红色线和蓝色线分别对应着体心四方和简单四方布里渊区。两种布里渊区上的高对称点也用对应的颜色进行了标注。其中（Z/2，Z）、（N，R）、（X，M）、（P，A）是重合的。N-M与R-X的夹角约为22°。（c）ARPES实验的几何构型。光沿水平方向入射，传播方向与半球电子能量分析器呈45°。光的入射平面与电子探测平面重合，与样品表面垂直。光的偏振可通过半波片连续调节，样品可绕垂直方向转动来改变探测的水平动量范围。在本工作中，作者利用同样的技术首次对A-TiO2(101) 的价带能带结构进行了探测，并借助DFT计算对能带的原子轨道组成做了分析。图1a展示了A-TiO2的原子结构，它由长轴沿着[001]方向的扭曲的TiO6八面体组成，图中绿色平面为 (101) 面。A-TiO2属于体心四方晶系，所对应的体心四方布里渊区如图1b中红色线上所示。蓝色虚线代表的是简单四方的布里渊区。两种布里渊区上的高对称点用相应颜色的字母进行了标记。本文中的讨论都将在体心四方布里渊区上进行。加粗的红色六边形为 (101) 面的表面布里渊区。本工作中所用的探测光子能量为42 eV，所探测的垂直动量（k⊥）在Γ点附近。将粗红色平面沿Γ-N方向投影到布里渊区中心，得到的绿色线围成的二维布里渊区，即本工作所探测到的动量范围，其中两个高对称方向分别为Γ-M和Γ-Q。图1c为ARPES实验的几何构型。入射光沿水平面传播，与半球电子能量分析器呈45°角。光入射平面与电子探测平面重合，与样品表面垂直。激发光的偏振可以从P偏振（电场水平振动）和S偏振（电场垂直振动）间调节。P偏振光和S偏振光所采集的ARPES谱分别表示为P-ARPES和S-ARPES。对原始ARPES谱进行二阶微分处理可以使能带结构更清晰地显示。图2a和2b分别为S光和P光采集的A-TiO2(101) 沿Γ-Q和Γ-M的二阶微分ARPES谱。很明显，沿Γ-Q方向，两种偏振下都存在三条很平的能带，并且结合能也非常接近。相比之下，沿Γ-M方向，两种偏振下的色散都更加明显，并且谱的色散存在明显的偏振依赖性。图2. A-TiO2(101) 偏振依赖的沿Γ-Q和Γ-M方向的二阶微分ARPES谱。（a）S偏振和（b）P偏振。将ARPES谱的横坐标以0.05 Å-1的间隔进行积分可以得到不同k||下的能量分布曲线（EDC）。将EDC中的次级电子以线性背景减掉之后的曲线如图3所示。使用三高斯函数可以很好的对数据进行拟合。三个高斯函数按照结合能从高到低可以分别归属为σ带、π带和Pπ带。由于矩阵元素效应，沿Γ-Q方向，P偏振下的信号是S偏振下的接近两倍。0 Å-1和0.3 Å-1的EDC相差不大，说明能带的色散不明显。沿 Γ-M 方向，P偏振下的σ 能带在 0 Å-1处强度最大。随后其强度急剧减小，在 0.5 Å-1时 π 能带信号变得最强。当 k|| 达到 0.7 Å-1 时，σ 带再次成为最强的，这是因为图2b中强色散的能带向下扩展到了 σ 能带区域。在S-ARPES中，π带总是最强的。当k||从0 Å-1到0.5 Å-1再到0.7 Å-1，π带的能量从6.0 eV到5.8 eV再到6.2 eV，这与图2a中的π带一致。图3. 对ARPES谱以0.05 Å-1为间隔对k||进行积分得到的能量分布曲线（EDC）。EDC次级电子信号通过线性背景减掉后，数据通过三高斯函数进行拟合。图4汇总了EDC的拟合结果（圆圈）和DFT计算的能带结构（线条）。四条σ带（黑色虚线）的结合能均在8 eV附近，并且与实验数据在能量上有很好的对应。四条 Pπ 带（红色虚线）处于 4.5 eV到 5.5 eV之间。在5 eV以上的地方与实验数据符合的很好。但由于使用三高斯函数进行拟合，在 5~6  eV之间缺少了相应的实验数据。π1 能带主要位于 5~6 eV的范围内，所以没有与之匹配的数据。沿Γ-M方向，π2 带和 π3 带与拟合数据吻合得很好，但是他们挨得很近，偏振依赖性难以确定。π4 能带沿Γ-Q方向与拟合数据重叠得很好，但沿 Γ-M 方向与数据存在明显偏差。就其结合能和形状而言，可以初步将其归于P-ARPES中强色散的π带。轨道对称性分析进一步支持了这一结论。图4. EDC三高斯拟合的结果。数据点的大小，颜色深浅分别与高斯函数的宽度和强度成正比。作为对比，DFT计算得到的能带结构也画在图中。图5展示了沿 Γ-M 方向放大后的π能带区域。在P-ARPES与S-ARPES中，均可观察到π1带所对应的实验数据。π2带和π3彼此靠得很近，与S-ARPES中的π带匹配的很好。而在P-ARPES中，π2和π3与实测能带的左侧部分相符，与右侧并不匹配。在 S-ARPES 测量中，未能找到与π4带对应的实验数据。而在P-ARPES中，虽然π4带与实测能带存在显著偏差，但仍呈现出一定相似性。这一情况与图4中的EDC拟合结果相契合。沿 Γ-M 方向的 π带存在很强的偏振依赖性，这可以用光电子发射矩阵元素效应来解释。图5. A-TiO2(101)偏振依赖的沿Γ-M方向的二阶微分ARPES谱。（a）S偏振和（b）P偏振。三条π带分别标为π1、π2和π3带。（c）沿Γ-M方向的O2p轨道投影的能带结构，数据点的大小与权重成正比。光发射的矩阵元素可用公式1表示，这里，和分别表示末态和初态的波函数，A代表电磁矢势，P是电子动量算符。假设末态类似自由电子态，在相对于发射平面的镜面对称下始终具有偶对称性。因为A·P在p 偏振和S偏振时在镜面反演对称下分别是偶对称和奇对称的。所以要保证不为零，当在同样对称操作下是奇对称或者时偶对称时，它们分别只可被S光和P光探测到。当没有既不是奇对称也不是偶对称时，它可以被认为是由两种对称性的波函数的叠加，所以在两种偏振下都可以被探测到。由于价带的电子主要来自O2p轨道的贡献，在考虑能带轨道对称性时，可以仅考虑O2p轨道。图5c展示了DFT计算得到的O2p的三个子轨道O2px、O2py和O2pz投影的四条π带。这里O2p子轨道的xyz是在TiO2晶格坐标系下定义的。图6画出了TiO2晶格坐标系xyz与实验室坐标系XYZ的关系。Y轴和y轴重合，都沿着[010]方向。Z轴和z轴夹角约22°。因此，相对电子收集平面来说，O2py是偶对称的。O2px和 O2pz可以分别近似为是偶对称和奇对称的。图6. 实验室坐标系（XYZ）和A-TiO2(101)晶格坐标系（xyz）的相对关系。Y轴与y轴都沿着[010]方向，Z轴沿竖直方向，与z轴夹角约22°。π1能带主要由氧的  2px 和 2py 态构成，因而能被P光探测到。虽然S-ARPES中同样存在与π1能带特征相符的能带，但是从轨道对称性来看，它应该不是来自π1带。π2和 π3带的轨道特性在二者的交点处出现变化。具体而言，这两条能带的左侧部分，分别由氧的 2pz态与 2px态组成，所以可分别被 S光和 P光所探测。鉴于在实际实验中难以对这个能带进行区分，导致它们在 S光和 P光下均能被测到。而这两条能带右侧部分的轨道特性发生了互换，这就使得它们分别仅能被 P 偏振光和 S 偏振光所测量。这一现象很好地解释了为何在S-ARPES中的π带，相较于π2带，它更接近π3带。由此可见，S-ARPES中与π1能带相匹配的能带可归结为π3带和更高位置的 Pπ 能带相互叠加的结果。π4能带的强色散部分主要由氧的 2py 态形成，基于此，它理应仅能被 P 偏振光所探测到。所以，P-ARPES中呈现出的强色散能带可以归于π4带。图7. 实验和DFT计算得到的沿Γ-M和Γ-Q的价带顶。通过抛物线拟合得到空穴的有效质量。能带沿 Γ-M 方向的色散更强，说明在 [010] 方向上相邻晶胞之间的轨道耦合更强。这一点可以用的各向异性原子结构来解释。在畸变的TiO6八面体中，xy 平面内的 Ti-O 键长比沿 z 轴方向的键长短。此外，氧原子沿 x 轴和 y 轴形成锯齿链，导致 xy 平面内的 O-O 间距异常的短。理论计算曾预测过 A-TiO2的各向异性价带结构，本研究也验证了这一点 。根据价带的能带结构，可以根据公式2和3得到空穴的有效质量。这里，Eb和ℏ为结合能分别为结合能和约化普朗克常量，B 和C 均为常数。价带顶通常取为EDC在带边处的拐点。考虑到曲线拐点处的二阶微分为零，作者对EDC的拟合曲线做了二阶微分，并取零点处作为价带顶。图7画出了不同k||处的价带顶值和DFT计算的最高价带。因为P-ARPES的价带更高，所以只考虑P偏振下的数据。实验数据的拟合范围选择了计算能带中符合抛物线的区间。沿 Γ-M 方向的空穴有效质量mh为1.6 ± 0.3 m0，该数值与计算所得的mh = 1.6 ± 0.1 m0高度契合。沿 Γ-Q 方向，实验测得的mh为12.2 ± 7.8 m0，计算值则是3.4 ± 0.2 m0。前者拟合误差偏大主要是因为数据质量欠佳以及能带色散微弱。沿 Γ-Q 方向的空穴有效质量比沿 Γ-M 方向的大很多，这是价带结构呈现各向异性导致的。由于 A-TiO2的全局价带顶在 X 点附近。Enright 等人运用光谱电化学技术，测得mh值为0.8 ± 0.2 m0。DFT 计算表明，本征 A-TiO2沿 Γ-X 方向的mh 约为1.7m0。Harbs 等人报道，沿 [001] 和 [100] 方向的mh 值分别为7.7 m0 和2.3 m0，也显示出mh 的各向异性。作者之前测量的金红石型 TiO2(110) 表面的各向异性mh 值在4.66−6.87m0 范围，比A-TiO2沿 Γ-M 方向的mh 值大，这与R-TiO2较低的化学活性一致。总结/展望本研究首次借助依赖偏振的 ARPES技术，对锐钛矿型 TiO2(101) 的各向异性价带结构展开探究。实验测到的Pπ、π 及 σ 带与 DFT 计算符合的很好。沿 Γ-Q 方向的能带十分平缓，而沿 Γ-M 方向的能带色散性要强很多。沿 Γ-M 方向的 π 能带呈现出显著的偏振依赖性，基于矩阵元素效应，这可归结于初态轨道对称性的不同。各向异性的能带结构致使空穴有效质量也具有各向异性。这项工作加深了我们对A-TiO2电子特性的认知。相关论文发表在期刊J. Phys. Chem. C上，大连化物所和中国科学技术大学联合培养博士生谢慧智和河南大学硕士生于涵为文章共同第一作者，大连化物所博士后夏树才、河南大学闻波老师和大连化物所周传耀研究员为共同通讯作者。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Anisotropic Valence Band Structure of Anatase TiO2(101) Studied by Polarization-Dependent Angle-Resolved Photoelectron Spectroscopy Huizhi Xie, Han Yu, Shucai Xia*, Bo Wen*, Weiqing Zhang, Zefeng Ren, Xueming Yang, Chuanyao Zhou*J. Phys. Chem. C 2025, 129, 3817−3825https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c07374 Published February 5, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society通讯作者信息周传耀，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师，聚焦与能源环境密切相关的模型光转换体系中的微观光物理和光化学，通过自行研制的时间分辨光电子能谱仪等表面科学仪器，研究载流子和能量的利用以及原子分子水平的反应机理。在Chem Rev, Chem Soc Rev, Energy Environ Sci, Acc Chem Res, JACS, ACS Catal, ACS Mater Lett, Nano Lett, JACS Au, Chem Sci等杂志发表论文60多篇。主持基金委优秀青年基金、中国科学院科研装备研制项目和国家重点研发计划课题。课题组招收凝聚态物理和物理化学方向的博士后和研究生，欢迎联系。课题组网页：http://www.chemdyn.dicp.ac.cn/rcdw/yjry/zcy.htm （本稿件来自ACS Publications）
来源： J. Phys. Chem. C 2025-04-07

南开大学程方益教授团队ACS Energy Lett. | 表面晶格动态重构稳定高镍正极

英文原题：Dynamic Reconstruction of the Surface Lattice to Stabilize Lithium Nickel Oxide Cathodes via Molybdenum Modification通讯作者：程方益（南开大学）作者：Kuiming Liu, Guoyu Ding, Zhichen Hou, Xinhui Huang, Yiyang Peng, Ruyu Xi, Meng Yao, Yue Li, Meng Yu, and Fangyi Cheng*镍锂氧化物是构建高比能锂离子电池极具吸引力的正极材料，其应用面临的挑战包括：锂离子动态脱嵌引发应力累积与相结构失稳；深度充电易触发层状到岩盐相转变，导致氧/锂流失；体相锂扩散动力学迟滞加剧容量衰减。高价阳离子（如Mo6+、Nb5+）掺杂虽可增强金属-氧（TM-O）键并构建表面富锂相，但过掺杂可能形成零维TM-O团簇阻碍电子传输，且表面相与体相界面失配造成可循环锂损失，难以适配动态充放电过程。近日，南开大学程方益教授团队通过表面Li4MoO5富锂相外延生长与体相钼掺杂，实现了镍酸锂（LNO）材料晶格调控与性能提升。研究揭示了循环过程中Li、Ni、Mo元素在表面层状富锂相与体相层状结构间的互扩散机制，诱导形成富钼的Li+/Ni2+超晶格结构过渡区。该动态重构过程具有多重优势：在深度锂化时稳定层状结构，抑制不可逆相变；激活富锂相中的非活性锂参与反应，提高库伦效率；三维超晶格通道提升Li+传输。该工作揭示了动态锂化过程中界面重构与局部环境演变的耦合机制，为超高镍正极材料设计提供了表面-体相协同稳定策略。图1. Mo改性LiNiO2的组成及微观结构图1显示Mo改性LNO材料（LNO-LiMo2）形成表面-体相协同结构：表面外延生长约8 nm厚Li4MoO5富锂相（最外层3 nm无Ni分布）；界面处Li4MoO5与LNO通过(003)晶面共格生长，诱导形成类尖晶石型Li+/Ni2+超晶格，提供多维离子通道；Ni2+向Li4MoO5层近表面区渗透，形成化学键联界面，抑制循环中Ni溶出并缓解结构应力。图2. 表面晶格重构分析图2揭示Mo改性LNO材料在长周期循环中的修复机制。（1）结构完整性：原始LNO循环后表面生成>10 nm岩盐相并伴随颗粒粉碎，而LNO-LMo2循环后仍保持层状结构，形成Li+/Ni2+/Mo6+超晶格；（2）动态重构：Mo6+诱导Ni2+嵌入锂层引起原位重构，充放电过程中产生的Li+空位梯度驱动Ni2+在体相层状结构与Li4MoO5表面相之间迁移扩散，形成动态平衡，激活了Li4MoO5中非活性Li+的可逆存储。结论本研究通过表面Li4MoO5外延生长与体相掺杂的协同策略，实现了超高镍层状正极材料的结构稳定和性能提升。改性机制包括：表面三维锂通道层有利于离子传输，抑制与电解液副反应，使首圈库伦效率提升至93.55%；体相Mo掺杂作为“晶格支柱”显著抑制深度脱锂结构畸变；Li+/Ni2+跨界面互扩散诱导形成富钼超晶格过渡层，补偿锂损失并稳定氧框架。未来研究值得关注高镍正极晶格重构过程的原子迁移动态表征以及界面应力演变。这项研究成果近期发表在ACS Energy Letters 上，南开大学博士研究生刘奎明为论文的第一作者，程方益教授为本文的通讯作者，南开大学为论文的唯一通讯单位。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Dynamic Reconstruction of the Surface Lattice to Stabilize Lithium Nickel Oxide Cathodes via Molybdenum ModificationKuiming Liu, Guoyu Ding, Zhichen Hou, Xinhui Huang, Yiyang Peng, Ruyu Xi, Meng Yao, Yue Li, Meng Yu, and Fangyi Cheng*ACS Energy Lett. 2025, 10, 2, 1072–1081https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c03455 Published February 5, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Energy Lett. 2025-04-04

JPCC | 单原子催化剂中析氧反应活性及机制与单原子密度的依赖性的研究

英文原题：Understanding the Density Dependence of the OER Activity and Mechanism in Single-Atom Catalysts通讯作者：李隽（清华大学）、许聪俏（南方科技大学）作者：Karim Harrath, Ya-Fei Jiang, Cong-Qiao Xu*, Jun Li*电化学水分解是获取清洁能源的关键步骤之一，而析氧反应（OER）则是这一过程中的核心环节。自从2011年张涛、李隽、刘景月提出单原子催化概念以来，单原子催化剂（SAC）以其独特的结构和优异的性能，在OER中展现出巨大的应用潜力。SAC由孤立的金属原子锚定在载体上构成，具有高原子效率和可调电子特性。在催化科学领域，SAC的性能高度依赖于载体上单原子的密度，揭示单原子催化剂活性及机制对单原子密度的依赖性对于提升催化剂的性能具有重要意义。近日，清华大学李隽、南方科技大学许聪俏和中国科学院赣江创新研究院Karim Harrath采用量子化学计算方法，深入探讨了锚定在氮掺杂石墨烯表面的3d金属SAC（M@N4-g, M = Fe、Co、Ni和Cu）上单原子密度对其OER活性及机制的影响，为优化催化剂设计提供了重要启示。相关研究成果近期发表于The Journal of Physical Chemistry C。图1. 密度对SAC的OER活性与机制的影响文章亮点在于：（1）发现SAC密度对OER活性具有显著影响，主要通过调节反应中间体的吸附能来实现。随着Co、Ni和Cu SAC密度的增加，OER过电位呈现下降趋势；然而，Fe SAC的密度提升却导致过电位上升，这主要归因于Fe SAC对OER中间体的更强吸附作用。（2）SAC密度的增加破坏了石墨烯载体的对称性和原子有序性，导致金属位点周围电子的局域化，增强了金属位点的局部电子密度，有利于反应中间体的吸附，从而降低了Co、Ni和Cu SAC的OER过电位。然而，对于Fe SAC而言，由于反应决速步的改变，更强的OOH中间体吸附增加了过电位。（3）在高密度Co、Ni和Cu SAC中，OER机制从传统的吸附物演化机制（AEM）转变为分子内氧耦合机制（IMOC）。在这一机制下，两个相邻位点的中间体可以直接耦合或通过水分子辅助完成耦合，从而促进了OER过程，解释了实验中观察到的性能提升。图2. SAC密度变化导致的机制转变总之，该研究揭示了SAC密度与OER活性和反应机制之间的关系，表明控制SAC密度对于优化OER性能至关重要。通过调整SAC的密度和组成，可以进一步优化催化剂的性能，设计出在能源转换应用中具有更高活性、稳定性和选择性的SAC。这项研究为理解SAC中单原子密度、电子结构和反应机制之间的复杂相互作用提供了框架，为未来设计更高效、更优化的单原子催化剂提供了理论基础。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Understanding the Density Dependence of the OER Activity and Mechanism in Single-Atom CatalystsKarim Harrath, Ya-Fei Jiang, Cong-Qiao Xu*, Jun Li*J. Phys. Chem. C 2025, 129, 6, 2883–2892https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c07614 Published February 3, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Physical Chemistry C 2025-04-02

内蒙古大学JPCC | X射线吸收光谱（XAS）在电池应用中的研究进展

英文原题：Recent Advances in X-ray Absorption Spectroscopy for Battery Applications作者：Xiangyi Kong, Rui Ren, Houen Zhu, Ruirui Zhang, Yulan Gu, Jiachen Gao, Ting Ou, Yan Zhao*, Jiangwei Zhang*电池的优化是人类可持续发展面临的一项挑战。电池在减少轻型和重型运输、发电、固定储能和工业流程等不同领域的温室气体排放方面发挥了关键作用，从而减轻了环境污染。尽管取得了这些进步，但对电池运行过程的全面了解仍然遥遥无期。反应机制、副反应、离子传输和固体电解质相间层（SEI）的形成等关键方面仍未完全阐明。近年来，随着同步辐射技术的快速发展，X射线吸收光谱（XAS）凭借其元素特异性、高灵敏度和实时监测能力，在电池材料研究中展现出独特优势，为电池材料研究提供了重要的技术手段。本文系统综述了XAS在锂离子电池（Li-ion）、全固态电池（ASSBs）和锂硫电池（Li-S）中的关键应用，展示了其在解析电极材料氧化态演变、界面反应机制及动态过程监测中的重要作用。在锂离子电池领域，XAS被广泛应用于正极材料的电荷补偿机制研究。例如，Ogley等人通过Ni K-edge XANES和EXAFS分析了高镍层状氧化物（NMC811）在高电压下的氧氧化还原行为，发现氧配位空穴的形成主导了电荷补偿过程。此外，Hasna团队通过Fe和V K-edge XANES研究了磷酸盐正极材料（LFVP）的局部结构有序性，验证了铁掺杂对材料稳定性的提升作用。对于全固态电池，Luo等人利用原位S K-edge XANES揭示了硫化物电解质（LGPS）与镍基正极（NMC811）的界面分解机制，并证明了LiNbO3涂层可有效抑制Li2S的生成，提高界面稳定性。在锂硫电池中，Xu等人结合Co K-edge XAS与拉曼光谱，阐明了单原子钴催化剂（Co-SAs/NC）对硫物种转化的促进作用，揭示了Co-S键的动态演化对多硫化物穿梭效应的抑制机理。Zhang团队通过原位硫K-edge XAS实时追踪了多硫化物在电极-电解质界面的迁移路径，并开发了基于铋基催化层的改性隔膜，显著提升了电池循环寿命。XAS技术的核心优势在于其能够实时监测电池工作状态下材料的化学态和局部结构变化。例如，在锂离子电池中，XANES可精确追踪过渡金属元素的氧化态波动，而EXAFS则提供配位键长和原子排列信息（图1）。对于全固态电池，原位XAS技术揭示了固态电解质与电极间的动态界面反应（图2），为优化界面设计提供了理论依据。在锂硫电池中，XAS结合其他表征手段（如拉曼光谱）可解析硫物种的转化路径（图3），为抑制多硫化物穿梭效应提供了新思路。图1. (a) 非原位镍K吸收边XANES数据。(b) 空间域中傅里叶变换的χ(R) EXAFS数据。(c) 通过总荧光产额（TFY）和总电子产额模式测量的NMC811纽扣电池电极扣除背景并归一化的镍L3吸收边谱。(d) Ni-O6八面体结构的镍L3吸收边谱。(e) TFY模式和(f) TEY模式下采集的NMC811电极扣除背景、归一化的氧K吸收边谱。图2. (a) 电池结构示意图及宽光子能量区域内获取的布鲁克谱。基于(b-d) 原始NMC811-LGPS和(e-g) LNO改性NMC811-LGPS固态锂离子电池的原位硫K吸收边谱（含一阶导数映射）、镍K吸收边谱及充放电曲线对比。(h, j) 原始NMC材料的锰、钴K吸收边谱；(i, k) LNO-NMC811材料的锰、钴K吸收边谱。图3. (a) 原位纽扣电池结构示意图。(b) 标准硫K吸收边XANES谱。(c) 整个恒电流循环过程中硫K吸收边XANES谱的演变。(d) 循环周期中选取特征点的XANES谱，并标注相应电压值。(e) 0.1C倍率下测量的应力分布曲线；(f) 循环中B峰强度（2470.9eV，对应多硫化锂）的相应变化。a.u.表示任意单位。(g) 归一化钴K吸收边XANES谱。(h) Co-SAs/NC材料与钴参比样的k³加权傅里叶变换EXAFS谱对比。(i) Co-SAs/NC材料在R空间中钴K吸收边k³加权FT-EXAFS拟合曲线。Co-SAs/NC在锂硫电池中不同电化学状态下(j)放电和(k)充电过程的原位归一化钴K吸收边XANES谱。(l) 前吸收边能量（如(j)(k)插图中所示）随充放电状态变化的演化趋势。Co-SAs/NC在锂硫电池中不同电化学状态下(m)放电和(n)充电过程的原位k³加权FT-EXAFS谱。(o) 单原子钴位点与多硫化物分子（Li2S4）中硫原子间Co-S配位键的示意图（蓝色：锂，黄色：硫，灰色：碳，绿色：氮，红色：钴）。尽管XAS在电池研究中已取得显著进展，但仍面临诸多挑战。例如，快速动态过程的实时捕获、复杂体系的信号解析以及与其他表征技术的协同应用仍需进一步探索。未来，通过提升XAS的时间分辨率和空间分辨率，并结合同步辐射显微术（如STXM）和电化学阻抗谱（EIS），有望更全面地揭示电池材料的动态行为。总之，XAS作为电池材料研究的核心工具，为理解电化学反应机制、优化材料性能及界面工程提供了关键支撑。随着技术的持续进步，XAS将在下一代高性能电池的研发中发挥更重要的作用。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Recent Advances in X-ray Absorption Spectroscopy for Battery ApplicationsXiangyi Kong, Rui Ren, Houen Zhu, Ruirui Zhang, Yulan Gu, Jiachen Gao, Ting Ou, Yan Zhao*, Jiangwei Zhang*J. Phys. Chem. C 2025, 129, 8, 3993–4009https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c08230 Published February 13, 2025© 2025 American Chemical Society研究团队简介张江威，内蒙古大学能源材料化学研究院教授，清华大学博士，入选内蒙古自治区“草原英才”工程高层次人才；“英才兴蒙”工程人才；高层次人才“骏马计划”，全球前2%顶尖科学家；独立PI，博士生导师，中国化学会高级会员，CCDC CSD Champions，Interdisciplinary Materials 编委，Research; Nano Research; Nexus青年编委。围绕“先进表征技术与能源催化材料设计、制备学科交叉,能源催化过程反应机制可视化”，主要从事物质结构演变精准探测通用方法学与仪器开发。在Nat. Catal.; Nat. Sustain.; Nat. Synth.; Nat. energy; JACS; Adv. Mater.; Angew. Chem. Int. Ed.; Nat. Commun.等期刊发表论文198篇，H-index=52，主持国家自然科学基金，科技“突围”工程氢能领域“揭榜挂帅”项目子课题负责人。获得中国材料研究学会科学技术奖青年科技奖。https://emc.imu.edu.cn/szdw/zjw.htm 内蒙古大学能源材料化学研究院张江威课题组招收优秀博士后 可以通过邮件投递简历联系zjw11@tsinghua.org.cn; jwz@imu.edu.cn相关待遇详细见内蒙古大学2024年度博士后招聘启事https://rsc.imu.edu.cn/bshgz/zpqs.htm （本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Physical Chemistry C 2025-03-28

Nano Lett. | 角分辨瞬态光谱学揭示等离激元晶格中激子极化激元动力学

英文原题：Ultrafast Investigation of the Strong Coupling System between Square Ag Nanohole Array and Monolayer WS2通讯作者：王文鑫，哈尔滨工程大学作者：Jinyu Yang (杨瑾宇), Leyi Zhao (赵乐一), Zixuan Song (宋子璇), Jiamin Xiao (肖佳敏), Lingyao Li (李玲瑶), Guangjun Zhang (张光军), Wenxin Wang* (王文鑫)背景介绍光与物质的强耦合因其在光学器件、量子信息处理以及新物理现象探索中的广泛应用潜力而备受关注。单层WS2作为一种典型的二维过渡金属硫化物，凭借其直接带隙和高激子结合能，成为研究强耦合效应的优选材料。与此同时，等离激元晶格微腔因其亚波长尺度下卓越的电磁场局域能力而受到青睐。将单层WS2与银纳米孔阵列相结合，可实现耦合Bloch波函数表面等离激元（Bloch-SPPs）与激子的强耦合。鉴于制备高质量样品结构，并借助角分辨超快光谱技术及CQED模型，可以深入探究其强耦合特性及激子-等离激元相互作用的动力学过程。这一研究不仅揭示了强耦合系统的基本物理机制，还为低阈值激光器和量子技术的发展提供了新的可能性。文章亮点传统的微纳加工技术，如聚焦离子束（FIB）和电子束光刻（EBL），凭借其在纳米尺度上的高精度加工能力，在小面积样品制备中得到了广泛应用。然而，这些技术在面对大面积微纳结构制备时，因成本高昂和加工效率低下而受到显著限制。相比之下，阳极氧化铝模板法（AAO）以其低成本、高效率以及易于实现大面积制备的独特优势，为等离激元晶格的大规模制造开辟了全新路径。通过与二维材料连续薄膜的无缝集成，该方法构建了一个理想的强耦合系统实验平台，为探索光与物质相互作用的前沿物理机制提供了坚实基础。如图1所示。图1. 银孔阵列复合单层WS2形貌及光学表征为深入研究该系统的强耦合特性，研究团队采用角分辨瞬态吸收光谱技术对系统进行了精细表征。实验结果显示，光谱中出现了显著的反交叉线性特征，这一现象被认为是强耦合效应的标志性证据。通过定量分析，测得系统的拉比劈裂能量高达74 meV，充分验证了强耦合的形成。进一步的动力学分析揭示，高能支（UP）与低能支（LP）呈现出截然不同的时间演化特性，其中LP表现出超快响应行为，揭示了该系统中杂化态的超快动力学过程。如图2所示。图2. 强耦合系统瞬态表征为阐明强耦合背后的物理机制，研究引入腔量子电动力学（CQED）理论框架，构建了全量子模型。通过精确求解系统哈密顿量，计算得到了发射光谱及Hopfield系数，定量解析了Bloch-SPP模式与WS2激子在UP和LP中的相对贡献。理论模拟结果与实验观测到的反交叉特性高度一致，不仅进一步证实了强耦合现象的存在，还揭示了光子-激子相互作用在该系统中的深层物理本质。如图3所示。图3. 全量子模型计算结果总结/展望综合而言，本研究通过阳极氧化铝模板法（AAO）制备大面积等离激元微腔，并与单层WS2连续薄膜复合，成功构建了大面积强耦合系统，为探索光与物质相互作用提供了一个高效平台。利用角分辨瞬态吸收光谱技术，研究团队观测到Bloch表面等离激元（Bloch-SPP）与WS2激子间的强耦合，拉比劈裂能量达74 meV，表明光子与激子形成了显著的混合态。低能支（LP）的超快响应进一步揭示了系统的动力学特性，为理解强耦合行为提供了实验依据。基于腔量子电动力学（CQED）的全量子模型分析，不仅验证了实验结果，还深入阐释了耦合系统的量子动力学机理。这一成果为强耦合系统的理论研究和实验设计提供了重要支持，同时为室温下Bose-Einstein凝聚等前沿物理现象的探索奠定了基础。未来，该平台有望推动新型光学器件和量子技术的开发，在基础研究与应用领域展现广阔前景。相关论文发表在期刊Nano Letters上，哈尔滨工程大学硕士研究生杨瑾宇为文章第一作者，王文鑫教授为通讯作者。通讯作者信息：王文鑫 教授王文鑫，教授，博士生导师，2018年博士毕业于德国TU Ilmenau，同年组建哈尔滨工程大学光子材料团队(Photonic Materials Group，PMG)，任负责人，从事基于表面晶格共振的纳米激光、强耦合及PCSEL相关研究；带领团队成立至今发表SCI论文30篇，如ACS NANO，Adv. Funct. Mater. Nano Lett，Laser Photonics Rev，Small，Opto-Electronic Science等，H-index 30，citation>3000。2018年Rising stars of Light （光学未来之星）、2018 DPG 德意志物理年会Post Deadline Talk（最新研究进展报告），2023 VinFuture Prize提名专家。组织UNESCO国际光日学术活动Lighting the Blue （点亮海蓝）。现担任美国光学会\国际光学工程学会（Optica\SPIE）哈工程学生分会指导教师、黑龙江省欧美同学会副会长。https://orcid.org/0000-0001-8191-3976 扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Nano Letters. 2025, 25, 9, 3391–3397Publication Date: Feb 18, 2025https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05053 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefTeri W. OdomNorthwestern UniversityNano Letters 旨在快速发布纳米科学和纳米技术领域基础研究、应用和新型研究成果。符合Nano Letters收录范围的文章应至少有两个不同领域或学科的融合。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision9.616.829.1
来源： Nano Letters 2025-03-27

华南师范大学陈家文携手诺奖得主Ben Feringa，解锁光控分子马达与胆甾相液晶微胶囊的光响应涂料|Precis. Chem.

英文原题：Photoresponsive Coatings by Light-Driven Molecular Motors in Cholesteric Liquid Crystal Microcapsules通讯作者：王妍，华南师范大学硕士研究生；陈家文，华南师范大学教授作者：Yan Wang#(王妍), Yang Zhang#(张洋), Shuhua Li(李书华), Wang Sun(孙旺),Zhen Zhang(张振), Guofu Zhou(周国富), Ben L. Feringa*, Jiawen Chen*(陈家文)研究背景具有光响应特性并可以根据光线而改变颜色的智能涂料具有广阔的应用前景。基于大位阻烯烃的光驱动分子马达具有独特的性质，如单向旋转、手性可控反转等，可诱导胆甾相液晶（CLC）发生螺旋反转和反射波段变化。马达掺杂的CLC已经实现旋转表面、可重构液晶液滴、超分子涡旋、自适应光学材料和软致动器等方面应用。其中掺杂光驱动分子马达的CLC微滴提供了无角度依赖、在可见光区完全可逆调节的丰富结构色。尽管马达掺杂的CLC微滴具有优异的动态光学性质，但是CLC的流动性极大的限制了它的实际应用，尤其是用于稳定的大面积涂层时。目前已报道的光响应涂层大多存在着色彩调节范围窄，响应速度慢，稳定性差等问题。因此设计兼具快速响应性、操作便捷性、优良稳定性、色彩调节宽的光响应变色涂料是尤为迫切的。图1. 光驱动分子马达的CLC 微胶囊变色涂料的制备与性能文章亮点近日，华南师范大学陈家文教授联合荷兰格罗宁根大学Ben L. Feringa教授在Precision Chemistry上发表了基于光驱动分子马达和胆甾相液晶微胶囊的光响应涂料的文章。该文提出了一种简单的方法，将光响应 CLC 混合物封装到一个刚性外壳中形成微胶囊。CLC 微胶囊与可固化粘合剂混合能够刷涂在各种柔性、刚性基材表面制成具有优异光响应性能的变色涂料。图2. 含分子马达1的CLC微胶囊的制备、形态及相应表征该文将分子马达1作为光响应手性掺杂剂与向列相液晶混合得到胆甾相液晶（CLC）。CLC作为微胶囊的囊芯，纤维素纳米晶（CNCs）作为乳化剂，通过超声乳液法将CLC乳化成液晶微滴。三聚氰胺-甲醛(MF)树脂材料作为囊壁外壳，利用原位聚合法以液晶微滴为模板，制备出具有致密壳层结构的CLC微胶囊。探究了CLC微胶囊的形貌、热稳定性、光响应性以及可逆性。相关测试表明光响应CLC微胶囊不仅保持了内部CLC微滴良好的光响应性能，而且刚性壳层防止了CLC泄漏，提高了液晶微滴的稳定性，这为其实际应用提供了可能。图3. 不同柔性和刚性基底上的光响应涂层微胶囊结构保持了内部CLC微滴的三维螺旋结构，使得CLC微胶囊涂层的颜色不具有角度依赖性。该研究将CLC微胶囊与折射率匹配的粘合剂混合，制备了能够在不同柔性或刚性基材上大面积涂刷的光响应变色涂层，此涂层制备方法简单，操作灵活，具有宽视角特性、能够呈现出彩虹般的结构色，在美学装饰、仿生皮肤、比色传感器等领域有着广泛的应用价值。总结/展望基于以上光响应变色涂层，研究团队还拓展了其在信息高级加密方向的应用。绘制了生动的年份生肖卡等图案，通过改变紫外光照或温度条件实现了不同信息的显示、转化与隐藏，为信息高级加密领域提供了一种新的方法思路。总之，该文提出了一种简单易行的方法，制造了能够在硬基底和软基底上进行大面积涂刷的光响应涂层，该涂层具有丰富明亮的结构色，快速响应性，稳定性和角度无关性等优势。该文制备的光响应涂层在先进智能装饰涂层和高级加密领域具有巨大的应用潜力。相关论文发表在以精准为导向的高质量期刊Precision Chemistry上，华南师范大学硕士研究生王妍和华南师范大学博士后张洋为文章的第一作者， 华南师范大学陈家文教授和荷兰格罗宁根大学Ben L. Feringa教授为通讯作者。通讯作者信息陈家文 教授陈家文，华南师范大学化学学院副院长，教授、博士生导师。入选国家高层次人才引进计划青年项目、广东省珠江人才计划。其团队长期从事光、热响应型功能分子与材料的设计与合成，研究方向主要围绕功能分子的设计与合成、可控组装、功能放大以及智能材料的制备。相关成果发表在Nat. Chem., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., CCS Chem.等杂志。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Precis. Chem. 2025Publication Date: March 5, 2025https://doi.org/10.1021/prechem.4c00103 © 2025 The Authors. Co-published by University of Science and Technology of China and American Chemical Society关于 Precision ChemistryPrecision Chemistry 将发表化学及交叉领域中以精准化为导向的高水平的具有重要意义和吸引广泛兴趣的原创研究，包括但不限于计算、设计、合成、表征、应用等方面的前沿性研究成果，将秉承尊重科学、兼容并包的态度，为全球科研人员提供高质量的、开放的学术交流平台，服务于广大的化学和科学界。期刊将发表原创论文、快报、综述、展望、以及多样化的短篇社评。2025年12月31日前投稿的文章免收文章出版费（APC）Precision Chemistry目前已被ESCI，Scopus，PMC， DOAJ，CAS 等数据库收录，并入选2023年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊。所有的稿件都将经过严格的、公平的、高效的同行评审，我们致力于以期刊的文章质量赢得读者的信任。如有任何疑问，请发送电子邮件至eic@pc.acs.org。
来源： Precision Chemistry 2025-03-25

ACS Nano综述 | 浙江大学肖丰收教授团队：调节催化剂表面浸润性增强催化性能

英文原题：Catalysis Enhanced by Catalyst Wettability通讯作者：王亮，肖丰收，浙江大学   作者：惠宇背景介绍多相催化是一种表面现象，优化气/液反应物和产物在固体催化剂表面的吸附、脱附及传质行为对提升催化性能至关重要。近期研究发现，催化剂表面的浸润性与反应物和产物的吸附、脱附及传质过程密切相关，目前已成为调控催化性能的关键要素之一。受自然界超浸润现象（如荷叶的自洁净）的启发，研究者通过改变催化剂表面化学性质和结构调控催化剂的浸润性，显著提升了催化活性、选择性和稳定性。尽管在超浸润催化材料的制备策略和表征技术方面已取得系列进展，但对浸润性调控在多相催化中的作用机制研究仍存在明显不足，特别是其在分子吸附、扩散及反应路径调控中的关键作用，仍缺乏系统性的总结和深入探讨。图1. 调控催化剂浸润性促进反应物富集、产物脱除及传质强化文章亮点近日，浙江大学肖丰收教授团队结合其前期工作基础，总结了调控催化剂浸润性提升催化性能的最新进展。本综述从固体表面浸润性的基本概念出发，阐述了表面自由能与多相界面浸润态之间的关系以及表面自由能梯度在界面传质过程中的调控机制，系统梳理了当前常用的催化剂浸润性调控策略，包括表面化学修饰、物理混合疏水助剂等方法，并详细阐述了这些策略在液-固、气-液-固和气-固多相催化体系中的应用。重点分析了催化剂表面浸润性在反应物富集、产物脱除及传质强化中的关键作用，揭示了其对催化活性、选择性和稳定性的显著提升效果。此外，综述还剖析了该领域当前面临的挑战与问题，并提出了浸润性调控的新策略与发展方向。（1）富集反应物或中间体在液-固多相催化体系中，液相反应物与催化剂活性位点的充分接触往往受到制约。通过精准调控催化剂表面浸润性，可显著促进疏水性或亲水性反应物在活性位点处的选择性富集，从而提升催化性能。以典型的多孔高分子材料聚二乙烯基苯（PDVB）为例（见图2），其独特的超亲油-超疏水特性使其对硝基苯等有机分子表现出优异的吸附选择性，而对水则完全不吸附（水接触角为150°）。在软脂酸甘油酯与甲醇的酯交换反应中，离子液体功能化的vim-PDVB材料（PDVB-[C₁vim][SO₃CF₃]）展现出显著优于均相离子液体（[C₁vim][SO₃CF₃]）和亲水性Amberlyst-15树脂的催化活性。这种增强效应主要归因于材料独特的超疏水的多孔结构对有机反应物的高效富集作用。图2. 通过构筑超疏水聚二乙烯基苯（PDVB）材料促进有机物吸附而提升酯交换反应性能此外，调控反应中间体的扩散，促进反应中间体的富集对提升催化性能也很重要。针对这一问题，本团队原创性地提出“分子围栏”催化剂设计理论和方法，通过将金属纳米颗粒封装于沸石晶体内部，并在沸石外表面构筑疏水壳层，成功构建了金属活性位点、亲水孔道与疏水表面高效耦合的新型催化材料。在低温甲烷氧化反应中，得益于疏水壳层的“分子围栏”效应，亲水的过氧化氢物种传质受到限制，在沸石晶体内部形成局部高浓度，其浓度较传统反应体系提升了五个数量级。这一独特结构使得该催化剂在70 °C条件下实现了17.2%的甲烷转化率，同时甲醇选择性高达92%，远高于未疏水改性沸石封装的纳米金属材料。图3. 通过沸石材料表面疏水改性限制中间体扩散提升低温甲烷氧化反应制甲醇反应性能（2）强化产物传质，促进产物脱除在费托反应等涉水化学反应过程中，过量的水是限制催化效能的关键因素。如果不能及时脱附生成的水，则会附着在催化剂表面，从而导致副反应、或使催化活性中心氧化失活，最终限制催化性能，而调控催化剂浸润性已被证明是改善水传质性能的有效策略。本团队创新性地提出了一种通过将常规催化剂与超疏水促进剂物理混合来优化催化剂浸润性的新方法。以CoMn碳化物催化剂为例，将其与超疏水聚合物聚二乙烯基苯（PDVB）简单混合后，在催化剂颗粒之间开辟了许多快速导水通道，较传统催化剂大幅提升副产物水分子的传质速率，将合成气制烯烃的效率提高了一倍。根据菲克扩散模型，浓度梯度驱动水分子从高浓度区域向低浓度区域扩散。疏水通道的存在加速了水的传质，降低了催化剂表面附近的水浓度，从而改变了催化剂表面水的吸-脱附微平衡（*H₂O ⇌ * + H₂O），促进了水的脱除。这一特性显著降低了催化剂表面水的覆盖度，促进了合成气向轻烯烃的高效转化。图4. 通过将常规催化剂与疏水助剂物理混合构筑快速导水通道提高合成气转化效率总结/展望近年来，通过调控催化剂表面浸润性提升催化性能已取得了显著进展。该策略通过优化催化剂表面性质实现反应物富集、产物快速脱除及传质过程强化，为高效多相催化剂的设计与开发提供了新的研究思路。然而，该领域仍面临诸多挑战：首先，对催化剂浸润性的理解尚不完善。尽管已有浸润模型用于描述静态下的浸润性，但对多相催化中动态浸润性变化过程的认识仍需深化，许多新发现的浸润态尚未在多相催化中得到充分探索；其次，催化剂浸润性的精准量化仍存在困难，接触角测量虽能反映室温常压下的浸润性，但无法准确表征实际反应条件下的表面浸润行为，尽管超高速摄像和磁共振成像等新兴技术可用于观察反应条件下反应物或产物的扩散行为，但其空间分辨率较低，难以揭示反应物/产物与催化剂表面的相互作用细节，因此需要进一步发展原位、可视化表征技术，并结合理论模拟深入理解催化剂浸润性的底层原理；最后，当前催化剂浸润性调控策略在工业应用中仍存在局限性，例如氟化物等疏水修饰剂成本高且不环保，同时疏水催化剂在反应和再生过程中易发生有机官能团或微纳结构的破坏，导致润湿性变化和性能下降。通过调控催化剂浸润性来优化催化性能的策略依然展现出广阔的研究前景，开发低成本、可持续且稳定的浸润性调控策略是必要的。纯硅沸石和碳材料等具有独特浸润性的稳定材料为设计高效催化剂提供了可能。相关论文发表在期刊ACS Nano上，浙江大学博士后惠宇为文章第一作者，王亮，肖丰收教授为通讯作者。通讯作者信息：肖丰收 教授肖丰收，浙江大学求是特聘教授，博士生导师。研究领域包括微孔沸石的合成表征与催化性能的研究、介孔沸石催化材料的合成表征与催化性能的研究、多孔有机聚合物催化材料的合成表征与催化性能的研究、生物质的高效催化转化、环境催化等，在Science、Nature Catal.、Nature Nano、JACS、Angew. Chem等高水平杂志上作为通讯作者发表论文，他引超30000余次，曾获国家杰出青年科学基金、浙江省技术发明一等奖、浙江省自然科学一等奖、教育部自然科学二等奖、教育部优秀青年教师、教育部跨世纪优秀人才、2021年中国分子筛成就奖等。王亮 研究员王亮，浙江大学“百人计划”研究员，博士生导师。主要研究纳米与多孔催化材料及其在碳资源转化与精细化学品合成方面的应用。以通讯/第一作者身份发表论文80余篇，包括Science, Nature Catal., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Nature Commun.等。获得2016年国际催化大会青年科学家奖，2017年中国催化新秀奖，2021年中国化学会青年化学奖，国家自然科学基金优青项目(2018)和浙江省自然科学基金杰青项目(2017)资助，入选浙江省151人才第二层次。课题组主页：http://www.chem.zju.edu.cn/xiaofs/ 扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文ACS Nano. 2025, 19, 8, 7617–7633Publication Date: February 20, 2025https://doi.org/10.1021/acsnano.4c18150 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefXiaodong ChenNanyang Technological UniversityACS Nano 是一个用于交流化学、生物学、材料科学、物理学和工程学领域有关纳米科学和纳米技术研究综合类文章的国际平台。此外，该期刊致力于促进科学家之间的交流，开发新的研究机会，通过新发现来推动领域的发展。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision15.82631
来源： Get e-Alerts ACS Nano 2025-03-20

青岛科技大学赵娜/李志波团队Macromolecules | 添加磷腈盐助催化剂提高KOH催化环硅氧烷开环聚合效率

英文原题：Upgrade Traditional KOH Catalyzed Ring-Opening Polymerization of Cyclosiloxanes to More Efficient Process by Adding Catalytic Phosphazenium Salt as Cocatalyst通讯作者：赵娜、李志波（青岛科技大学）作者：Xiaoyu Guo, Zhedong Li, Jinfeng Shi, Chuanli Ren, Na Zhao*, Zhibo Li*氢氧化钾（KOH）作为环状硅氧烷开环聚合（ROP）的早期催化剂，至今仍是聚硅氧烷工业生产中的主流选择。然而，KOH催化体系需在高温（>150 °C）长时下方可达反应平衡（平衡点单体转化率85%）。这一苛刻条件易导致回咬反应加重，生成大尺寸环状低聚硅氧烷。因此，迫切需要开发高效催化体系，催化环单体快速ROP，达到更高的反应平衡点，以抑制回咬副反应并实现高单体转化率。尽管平衡聚合的热力学限制无法完全规避，但通过优化催化体系和聚合条件，可显著促进聚硅氧烷的高效合成，同时减少副反应。此外，开发快速、节能且低挥发性有机物（VOC）排放的聚合工艺，对于降低生产成本和实现绿色制造具有重要意义。青岛科技大学赵娜/李志波团队近年来在磷腈催化环硅氧烷ROP领域积累了丰富的经验。他们自主研发的大尺寸环状有机磷腈超强碱CTPB，可于室温催化八甲基环四硅氧烷（D4）和六乙基环三硅氧烷（E3）高效开环均聚合（Polym. Chem. 2019, 10, 2126−2133; Eur. Polym. J. 2022, 173, No. 111280.）。利用CTPB催化体系成功实现D4与多种环硅氧烷开环共聚合，制备功能性聚硅氧烷（J. Mater. Chem. A 2020, 8, 5943-5951; Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2101143; Polymer 2023, 272, 125855），且功能性基团精准可控。该团队开发的小尺寸磷腈碱C3N3-Me-P3实现六甲基环三硅氧烷（D3）室温快速ROP，制备结构明确的线性聚硅氧烷（Macromolecules 2022, 55, 2844-2853）。在本篇文章中，该团队构筑了一种大体积磷腈盐四[三(二甲氨基)亚氨基]氯化磷P5Cl/KOH二元催化体系，通过原位交换反应生成磷腈碱P5+OH-和KCl，OH-直接参与引发从而极大提高催化效率，实现了在快速动力学控制下、室温催化D4 ROP制备线性聚硅氧烷（图1）。图1. 磷腈盐P5Cl/KOH二元催化体系催化D4 ROP示意图基于大尺寸P5+阳离子与活性链末端较弱的离子相互作用，增加亲核位点周围的空间位阻，从而有效抑制回咬。即使P5Cl用量低至D4的0.001 mol%，仍表现出优异的催化活性和控制性。通过1H NMR原位表征（图2a），未检测到十甲基环五硅氧烷（D5）及十二甲基环六硅氧烷（D6）的生成，表明聚合过程中的回咬副反应可忽略。图2. 乙酸终止后，由D4开环聚合所得粗产物的1H NMR谱图（CDCl3）与典型热力学控制ROP动力学曲线不同，P5Cl/KOH二元催化体系催化D4 ROP动力学曲线呈现出介于传统动力学控制和热力学控制之间的特征（图3）。反应初期表现为动力学控制的ROP，随着反应时间延长至180 min，单体转化率保持在92 %，显著高于已报道工作中热力学控制下ROP的单体转化率（稳定于85 %）。图3.（a）一级动力学图像，（b）PDMS分子量Mn与D4单体转化率图像P5Cl/KOH二元催化体系可通过引入水做链转移剂实现分子量的可调，与此同时，P5Cl与其他碱化合物（KOMe，t-BuOK）搭配表现出与P5Cl/KOH相当的催化活性。将磷腈盐P5Cl通过甲醇钾（KOMe）活化形成的磷腈盐P5OMe，在100 ℃下可高效催化D4与八苯基环四硅氧烷（P4）ROP，制备出不同分子量（最高可达1616 kg mol⁻¹）的聚二甲基硅氧烷（PDMS）及含不同苯基含量（8.4 ~ 63.8 mol%）的聚（二甲基硅氧烷-co-二苯基硅氧烷）共聚物（PMPS）。通过1H/29Si  NMR（图4）、DSC和TGA表征（图5），证实了二苯基单元在共聚物中的无规分布。图4. 不同二苯基硅氧烷含量PMPS的29Si NMR谱图图5. (a) 不同二苯基硅氧烷含量的PMPS共聚物第二次加热的DSC曲线，(b) 不同二苯基硅氧烷含量的PMPS共聚物的TGA曲线相关工作在线发表于Macromolecules，青岛科技大学硕士研究生郭霄宇为论文的第一作者。青岛科技大学赵娜副教授、李志波教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了中华人民共和国教育部、国家自然科学基金和山东省先进有机硅材料与技术重点实验室的资助。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Upgrade Traditional KOH Catalyzed Ring-Opening Polymerization of Cyclosiloxanes to More Efficient Process by Adding Catalytic Phosphazenium Salt as CocatalystXiaoyu Guo, Zhedong Li, Jinfeng Shi, Chuanli Ren, Na Zhao*, Zhibo Li*Macromolecules 2025, 58, 3, 1652–1661https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c02388 Published January 30, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： Macromolecules 2025-03-14

ACS Macro Letters｜基于photoiniferter聚合合成超高分子量和分散度可调控的星形聚合物

英文原题：Synthesis of Star Polymers with Ultrahigh Molecular Weights and Tunable Dispersities via Photoiniferter Polymerization通讯作者：安泽胜作者：张萌，Steven P. Armes背景介绍精确调控目标分子量、分子量分布以及链拓扑结构是合成高分子化学的主要目标，这些参数决定了聚合物材料的性质和性能。近年来，通过可逆失活自由基聚合（RDRP）合成的分散度可调控的聚合物受到广泛关注，尤其是分散度的不同可以导致材料的热力学、机械力学和流变性能的不同。现有的分散度调控策略主要局限于低至中等分子量(一般小于100 kg mol−1)的聚合物，而制备结构明确且分散度可调控的高分子量聚合物，尤其是星形聚合物，仍然面临巨大挑战，因为需要同时满足控制链拓扑形状、具有高聚合效率以及优良链端活性，同时还可以调控聚合活性。已经有文献报道通过无需外加自由基引发剂的photoiniferter聚合，利用可切换链转移试剂（SRA）成功实现了聚合物分散度的调控。然而，兼具分散度和拓扑结构控制的超高分子量聚合物的合成尚未得到证实。文章亮点本文报道了一类具有四个官能团的星形可切换RAFT试剂（SRA4），通过蓝光控制的photoiniferter聚合首次实现了同时具有超高分子量（> 106g·mol-1)和分散度可调控的聚(丙烯酸甲酯)星形聚合物的合成。图文解读SRA4的光谱性质和聚合活性可以通过添加酸/碱可逆地调节。4-甲苯磺酸(TsOH)对SRA4的质子化导致紫外-可见光吸收增强、聚合速率更快并且所得星形聚合物具有低分散度。在不同量的TsOH存在下，当目标聚合度在1000-20000范围内时，制备了分子量(Mn ≈ 80-1550 kg mol–1)和分散度 (Р≈ 1.8-1.2) 可调控的星形聚合物。通过一锅扩链实验合成了四种不同分散度组合的伪嵌段共聚物，证实了photoiniferter RAFT聚合合成的星形聚合物具有高端基保真度。最后，制备了四组具有相近分子量但分散度和拓扑结构不同(线形和星形)的聚合物样品进行流变学测试，研究结果表明，溶液粘度与分子量（Mn或Mw）呈正相关，且星形聚合物的溶液粘度显著低于其对应的线性聚合物。此外，由于高分散度星形聚合物中含有少量高分子量聚合物链，其溶液粘度明显高于低分散度样品。总结/展望通过蓝光调控的photoiniferter聚合，利用四官能团星形链转移试剂（SRA₄）成功制备了具有可控分子量和可调控分散度的星形聚甲基丙烯酸酯聚合物。通过强酸质子化SRA₄来进行调控分散度以及聚合速率，将SRA₄的可具有酸碱响应性的特点与photoiniferter聚合的优异活性相结合，首次实现了在超高分子量范围内对四臂星形聚合物分散度的精确调控，进而能够深入探究聚合物分子量、分散度以及链拓扑结构对溶液粘度的影响。这一发现为聚合物材料的设计与应用提供了新的思路。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文ACS Macro Lett. 2025, 14, XXX, 306–312https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.5c00023 Published February 21, 2025© 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefStuart J. RowanUniversity of ChicagoACS Macro Letters 收录当代软物质科学各个领域的研究成果。在该科学中，大分子发挥了关键作用，包括纳米技术、自组装、超分子化学、生物材料、能量产生和存储以及可再生/可持续材料。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision5.210.426.3
来源： ACS Macro Letters 2025-03-13

北大吕华团队Polymer Science & Technology|揭示质子转移作为理解并促进N-羧基内酸酐开环聚合的重要过程

英文原题：Unveiling Proton Transfer as the Key Process to Understand and Promote the Ring-Opening Polymerization of N-Carboxyanhydrides通讯作者：Hua Lu (吕华)作者：Shuo Wang (王硕) 论证背景N-羧基内酸酐（NCA）的开环聚合（ROP）是制备高分子量聚氨基酸最高效的方法之一，相关研究可追溯至20世纪早期。近年来，NCA聚合领域的优秀工作大量涌现，在实现更为快速更加可控的聚合方面取得了长足进步。聚合反应机理的理解一直是发展新的聚合方法的重要基础。在反应机理层面，一级胺引发的NCA聚合遵循一般胺机理（NAM），分为NCA的开环胺解和脱羧两步。质子转移（proton transfer），作为理解并促进一般胺机理的重要过程，长期以来却没有得到高分子化学家的足够重视。本观点文章（perspective），志在总结并讨论近期有关NCA聚合中质子转移过程的研究进展，并揭示质子转移催化剂（proton transfer catalyst）对发展下一代开环聚合方法学的核心作用。文章简介NCA聚合的一般胺机理中，开环胺解多数情况下为聚合的决速步（图1，A&B）。本文从羧酸衍生物，如酯和酸酐，的胺解反应入手，简单介绍了有机化学在这些小分子反应上的研究成果，重点突出了胺解过程中质子转移的重要性和质子转移催化剂如何有效降低活化能，加速反应进行（图1，C&D）。NCA，作为一种特殊的羧酸衍生物或环酸酐，在化学反应性上与上述的酯和酸酐具有很大的相似性，从而自然地引出后续对质子转移催化剂加速NCA聚合过程的讨论。图1. NCA的开环聚合（A），一般胺机理（B），酯（C）和丁二酸酐（D）的胺解反应及质子转移催化剂的催化作用。目前发现的能够加速NCA聚合的质子转移催化剂主要有水和羧酸两种（图2）。水分子是自然界中最常见的质子转移催化剂，它可以将自身的质子给出，同时在氧原子上接收一个新的质子。理论上来说，水分子同样具有协助质子传递从而催化NCA聚合的潜力。然而，NCA作为酸酐，与水分子共存时会存在难以抑制的水解副反应，阻碍了上述设想的实现。近期，吕华等人发现，对于脯氨酸NCA这一特殊的单体，使用水-乙腈混合溶剂和胺类引发剂，便可以实现水辅助的超快可控聚合，而水解副反应可忽略不计（图2，A）。理论计算研究表明，水分子在反应过程中扮演了重要的质子转移催化剂的角色，重塑了反应势能面，避免了高能量的电荷分离中间体的生成，显著降低了自由能垒。羧酸是另一种常见且廉价的质子转移催化剂，被证明能够有效促进酸酐的胺解和酮-烯醇异构化反应。不同于水分子，羧酸具有两个共轭的氧原子，可以将羟基氧上的质子给出而在羰基氧上接收新的质子，因此具有区别于水的质子传递几何构象。并且，羧酸具有较弱的亲核性，通常不会导致额外的链引发过程。近期，国内外多个研究团队报道了羧酸催化NCA或N-取代NCA（NNCA）单体聚合的体系，充分显示出羧酸催化策略的普适性和巨大的应用价值。其中，吕华等人对羧酸催化的肌氨酸NCA聚合的系统研究，深入揭示了羧酸作为质子转移催化剂降低反应活化能的分子机制，为超高分子量聚类肽的合成与应用奠定了理论和实验基础（图2，B）。此外，利用羧酸对硫酯键胺解反应的催化作用，也能够巧妙地将S-to-N酰基迁移反应整合到NCA的聚合链增长中，实现了首例的NCA开环串联聚合（图2，C）。图2. 水辅助的脯氨酸NCA聚合的可能机理（A），羧酸催化的肌氨酸NCA聚合的计算势能面（B），羧酸催化的NCA开环串联聚合（C）。总结/展望文章强调了质子转移催化策略是不同于以往的催化剂活化单体或聚合活性末端的新的有效思路，将为NCA等环状单体的开环聚合催化剂的设计提供更多新的机会。同时，文章也指出，用于NCA聚合的质子转移催化剂的研究仍处在初级阶段。对于一个聚合体系是否涉及到了质子的转移，以及聚合的加速效果是否通过对质子转移的促进来实现，仍需大胆假设，小心求证，尽可能从不同的理论或实验层面积累更多的证据，以促进相关领域的持续发展。该观点文章以“Unveiling Proton Transfer as the Key Process to Understand and Promote the Ring-Opening Polymerization of N-Carboxyanhydrides”为题，于2025年1月23日发表在中国科学院长春应用化学研究所与美国化学会共同出版的期刊Polymer Science & Technology上。作者团队介绍吕华 教授吕华 教授，本文通讯作者，北京大学学士 (2006), 伊利诺伊大学厄巴拿-香槟分校博士 (2011)，斯克里普斯研究所博士后(2011-2014)。历任北京大学化学与分子工程学院助理教授 (2014)，长聘副教授 (2020)，教授 (2022)。曾获国家自然科学基金杰出青年基金(2021) 和优秀青年基金 (2017) ，美国化学会PMSE Young Investigator (2020)，中国化学会青年化学奖 (2017) 和高分子青年学者奖 (2019)，药明康德生命化学研究奖学者奖 (2022)。王硕 北京大学王硕，本文作者，北京大学化学与分子工程学院高分子化学与物理专业在读博士研究生（2020年至今），导师为吕华教授，研究方向为环状单体的开环聚合。曾获北京大学校长奖学金（2023），研究生国家奖学金（2024）和北京大学“化学之星”奖（2024）。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Polym. Sci. Technol. 2025, ASAPPublication Date: January 23, 2025https://doi.org/10.1021/polymscitech.4c00040  © 2025 The Authors. Co-published by Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences; American Chemical Society. 关于Polymer Science &TechnologyPolymer Science & Technology 旨在发表高分子科学与技术及其跨学科领域的前沿创新成果，利用高分子研究为全球性挑战发掘可持续方案。该期刊聚焦于高分子合成与加工、可持续高分子、高分子循环与增值回收、先进功能高分子、高分子物理与表征、人工智能赋能等重要领域。期刊将涵盖多种类型文章，包括研究论文（Article）、研究快报（Letter）、综述（Review）、前瞻观点（Perspective）、评论（Comment）和社论（Editorial）。2027年12月31日之前提交的所有文章，如果经同行评审后被接收，将自动免除文章出版费（APC）Copyright © 2024 American Chemical Society
来源： Polymer Science & Technology 2025-03-11

天工大王红霞教授与苏大赵燕教授等ACS Nano综述 | 纤维基材料中的定向液体传输及其前沿应用

英文原题：Directional Liquid Transport in Thin Fibrous Matrices: Enhancement of Advanced Applications作者：Junye Liu, Zhiguang Xu, Hongxia Wang,* Yan Zhao,* and Tong Lin*近日，天津工业大学王红霞教授与苏州大学赵燕教授等在国际权威期刊ACS Nano 上发表了题为“Directional Liquid Transport in Thin Fibrous Matrices: Enhancement of Advanced Applications”的综述论文，系统阐述了基于表面润湿性调控的定向液体传输纤维基材料（DLTFMs）的研究进展与应用前景。作为该领域的开拓者，王红霞教授率先发现了DLTFMs的独特性能，而赵燕教授则在理论机制研究方面做出了突出贡献。这种新型纤维材料能够在无外力条件下实现液体的定向传输，使其在智能纺织品、医用敷料、水处理系统、空气过滤装置、淡水收集设备以及可穿戴电子产品等多个高科技领域展现出巨大应用潜力。该综述系统梳理了DLTFMs的发展脉络，回顾了DLTFMs领域的重要里程碑式研究成果；深入探讨了定向液体传输技术与其他材料功能的协同增强效应；总结了DLTFMs的材料分类体系与制备方法学；归纳了该材料的基础应用场景与最新突破；客观分析了当前研究面临的挑战与未来发展方向。对DLTFM的研究，初期聚焦于基础应用开发，实现了在单向导汗智能服装、高效油水分离系统、大气雾水收集装置、医用伤口敷料以及空气净化过滤等领域的创新应用。随后研究转向了将定向液体传输功能与其他先进特性相结合的多功能集成。目前，这一领域的功能增强研究主要沿着以下三个方向展开：1、环境刺激响应型DLTFMs环境刺激响应型DLTFMs能够在外界环境刺激（如pH值、光照、温度等）作用下可逆地改变其表面浸润特性，从而实现DLT行为的智能调控。这类材料在多个领域展现出独特的应用价值。在热湿舒适性调控方面，能够根据环境温度变化动态调节其液体传输特性，为人体提供自适应的热湿管理。在选择性分离领域，能精确区分酸碱性液体，选择性允许碱性液体通过而阻隔酸性液体，这一特性使其在油水乳液分离、工业废水处理等领域具有重要应用价值。图1. 刺激响应型DLTFMs2、热管理型DLTFMs热管理型DLTFMs巧妙整合了热传导优化、红外辐射调控和蒸发冷却增强等策略，实现了人体微环境的高效调控。其核心优势体现在：材料能够在维持皮肤接触面持久干爽的同时，显著提升人体散热效率，实现了汗液的定向快速输运和均匀蒸发，从而产生持续的冷却效应，在运动服饰、夏季日常穿着服装以及医用纺织品方面具有巨大的应用潜力。图2. 具有热管理功能的DLTFMs。3、具有DLT功能的可穿戴电子与能源器件主要集中在提高穿戴舒适性和功能性上，通过结合单向导湿技术，提升对汗液或湿气的有效管理，保持皮肤干爽，从而提升穿戴舒适性，并能改善防水性能。目前，具备DLT功能的智能传感器已经用于汗液、生理电信号、人体运动的检测。此外，DLT还与摩擦发电等技术结合，提高发电性能。图3. 具有DLT功能的穿戴式汗液传感器件。总结该综述不仅为研究人员提供了系统的理论参考，更为DLTFMs在更多创新领域的应用指明了方向，对推动纤维材料科学的创新发展具有重要意义。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Directional Liquid Transport in Thin Fibrous Matrices: Enhancement of Advanced ApplicationsJunye Liu, Zhiguang Xu, Hongxia Wang,* Yan Zhao,* and Tong Lin*ACS Nano 2025, 19, 6, 5913–5937https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17351 Published February 6, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-03-10
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