Angew：8月材料前沿科研成果十大精选

今天材料人编辑部学术组邀您一起来看看顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed. 2016年8月材料前沿科研成果十大精选（国内）：北京化工大学等——可用于光催化和光动力治疗的液体弹珠微型反应器；中科院长春应化所——可生物降解的聚多巴胺衍生物用作高性能锂/钠电池的电极材料；南京工业大学&中科院化学所——可用于荧光共振能量转移分析和双光子激发光动力治疗的多层微囊剂；中科院化学所——MOF用于CO2和水的乳化；中国科学院固体物理研究所——具有交锁钉结构和硫醇键内核的荧光金纳米团簇；北京大学——富勒烯基大杂环：选择性地向C60中加入三个N原子和两个O原子；中科院福建物构所——具有零维类钙钛矿结构的无铅混合铁电体；华中科技大学——利用凝胶电解质收集人体热量制作可穿戴热电池；天津大学——薄异质结和空间分离共催化剂同时减少光催化剂的体复合和表面复合；香港大学——环金属钯(II)N-杂环卡宾配合物：一种有效的抗癌药物。下面就让我们一起走进曼妙的材料前沿成果吧。

1、北京化工大学等——可用于光催化和光动力治疗的液体弹珠微型反应器

图1 具有磁性和光学响应的液体弹珠微型反应器

北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室陈建峰院士与美国凯斯西储大学戴黎明教授（共同通讯）等人研制出一种具有磁性和光学多重响应的液体弹珠微型反应器。研究人员通过对稀土掺杂磁性上转换发光纳米颗粒进行表面修饰，获得了超疏水的超微固体粉末，进而利用这种固体粉末包裹水滴制备了液体弹珠。该液体弹珠能够在磁场控制下打开或者移动；通过在液体弹珠外部进行近红外光激发，能够在内部获得可见光辐射，从而实现液体弹珠内部的光催化反应。此外，该磁性上转换发光液体弹珠的研究，为三维细胞模型的光动力治疗药物研究提供了一种新的技术途径。

文献链接：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、中科院长春应化所——可生物降解的聚多巴胺衍生物用作高性能锂/钠电池的电极材料

图2 “贻贝供能”——聚多巴胺用作锂离子和钠离子电池的电极材料

中国科学院长春应用化学研究所的张新波教授（通讯作者）等人采用聚多巴胺（PDA）用作锂离子电池/钠离子电池的电极材料和粘结剂材料，并对其性能进行了研究。结果显示，基于PDA的可生物降解的双功能电极在锂离子电池和钠离子电池中都表现出高容量、良好的稳定性等优异的电化学性能。此外，氧化剂诱导聚合和热处理有助于改善PDA的电化学性能，优于当前最先进的有机电极材料。上述发现不仅提供了如何利用生物分子衍生材料的策略，同时激发了研究人员继续在自然界中探索高性能、可持续的电极材料。生物分子衍生的双功能电极/粘结剂材料概念的建立将为其他可持续的、生物相容的能量储存系统的发展打下基础。

文献链接： 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、南京工业大学&中科院化学所——可用于荧光共振能量转移分析和双光子激发光动力治疗的多层微囊剂

图3 可用于FRET分析和双光子激发PDT的多层微囊剂的示意图

南京工业大学的韩明娟副教授（通讯作者）和中国科学院化学研究所的李峻柏研究员（通讯作者）等人通过叠层组装得到了包含双光子染料与传统光敏剂的微囊剂。研究显示，荧光共振能量转移（FRET）发生在双光子染料和光敏剂之间。通过改变组装顺序可以很容易地控制FRET的效率。此外，该微囊剂在单光子或双光子激发下表现出光毒性。因此，这种微囊剂材料还有望在双光子激发光动力治疗（PDT）中用于深度组织处理。

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

4、中科院化学所——MOF用于CO2和水的乳化

图4 在CO2和水的乳剂中构建MOF超结构的流程示意图

中国科学院化学研究所的张建玲研究员（通讯作者）等人首次利用MOF来乳化CO2和水。MOF很容易在CO2/H2O表面组装，并在分散液滴周围形成保护层。由MOF稳定的 CO2 和水的乳剂相对于那些由表面活性剂和其它固体稳定的乳剂来说具有超常的稳定性。这种由CO2、水和MOF形成的乳化剂为构建多功能的MOF超分子结构提供了一种简便的路线。

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

5、中国科学院固体物理研究所——具有交锁钉结构和硫醇键内核的荧光金纳米团簇

图5 荧光金纳米团簇的结构示意图

中国科学院固体物理研究所的伍志鲲研究员（通讯作者）等人合成了三种荧光Au₂₄(SR)₂₀纳米团簇并分析了其结构特点。这三种纳米团簇具有相似的结构特点，即都是由四种四聚体Au₄(SR)₅基序保护的双四面体Au₈内核构成。至少有两个结构特点与Au₂₄(SR)₂₀纳米团簇的异常荧光有关：两对Au₄(SR)₅交锁钉结构会减少振动损失；内核和硫醇基序间的相互作用促进了经Au-S键从配体到内核部分的电子转移，因而增强了荧光。这项工作为此类纳米团簇的结构与荧光性之间的关系提供了一些解释，同时将对新型荧光纳米团簇的合成及在生物成像等方面的应用提供一些指导。

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

6、北京大学——富勒烯基大杂环：选择性地向C60中加入三个N原子和两个O原子

图6 在C60笼式骨架上构建N,O杂环的产物与铜盐的反应

北京大学的甘良兵（通讯作者）等人通过多步骤过程在C60笼骨架上创建了一个14元杂环。关键步骤在于多次利用PCl5诱导羟氨基N-O键的断裂导致的氮原子的插入以及哌啶诱导过氧O-O键裂解导致氧原子插入。杂质原子形成一个吡咯、二个吡喃以及与C60骨架碳原子结合的一个二氮杂环。基于富勒烯大环显示出了对氟离子和铜盐独特的反应性。

文献链接：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、中科院福建物构所——具有零维类钙钛矿结构的无铅混合铁电体

图7 材料的铁电性及半导体性质的测量结果

中国科学院福建物质结构研究所的罗军华（通讯作者）和孙志华（通讯作者）等人报道了一种新型无铅铁电半导体混合物，N-methylpyrrolidinium)3Sb2Br9，它是由SbBr6八面连接而成的零维类钙钛矿阴离子骨架构成的。该材料有着较大的约7.6 μC/m−2的自发极化，以及良好的半导体性质，包括与温度正相关的电导和对紫外线敏感的光电导。通过对电子结构和能隙的理论分析的电子结构和能隙，研究者们认为零维钙钛矿结构对其半导体性质起主要贡献。这一发现将对新型类钙钛矿化合物，尤其是无铅铁电半导体的开发和设计具有重要的意义。

文献链接：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、华中科技大学——利用凝胶电解质收集人体热量制作可穿戴热电池

图8 可穿戴热电池的应用

华中科技大学武汉光电国家实验室的周军教授（通讯作者）等人开发出了一种新型的凝胶电解质，可以用来收集人体热量进行发电。不同于太阳能电池、摩擦发电材料、驻极体发电机和传统的热电材料，该热电材料具有较高的塞贝克系数，并且原料廉价，制作简单，这避免了传统的固态热电材料易碎、加工过程复杂的缺点，有望作为电源应用于柔性的可穿戴设备上。

文献链接：Wearable Thermocells Based on Gel Electrolytes for the Utilization of Body Heat (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201606314)

9、天津大学——薄异质结和空间分离共催化剂同时减少光催化剂的体复合和表面复合

图9 PTIM-MS的结构及光催化氧化机理

天津大学巩金龙教授（通讯作者）等人设计并合成了一种高效光催化氧化的介孔空心球Pt@TiO2@In2O3@MnOx (PTIM-MSs)。该结构同时利用了空间分离的共催化剂(Pt和MnOx))和薄异质结(TiO2@In2O3壳)的优点，达到了同时减少体复合和表面复合的目的。研究结果表明空间分离的共催化剂驱动表面附近的电子和空穴往相反的方向流动，以减少它们的重组。薄异质结能有效地分离体相中的电荷，使它们转移到表面及表面以下区域，以便共催化剂捕获它们来发生表面反应。此外，In2O3作为敏化剂可以提高光的吸收。用于水和酒精的氧化时，该PTIM-MSs系统表现出很高的光催化活性。

文献链接：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、香港大学——环金属钯(II)N-杂环卡宾配合物：一种有效的抗癌药物

图10 可稳定存在的抗肿瘤剂

香港大学支志明院士（通讯作者）课题组报道了一系列可用于癌症治疗的新型钯(II)N-杂环卡宾（NHC）配合物。这种配合物在体外和在含生物硫醇的水溶液中都可稳定存在，这使得其表现出有力的体外癌细胞毒性和体内肿瘤生长抑制作用。这项工作突出了钯(II)配合物中的NHC和鳌型环金属配体在癌症治疗中的广阔前景。

文献链接：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)

以上列举的仅为Angew期刊8月份国内材料前沿科研成果的代表，由于篇幅所限，还有不少国内优秀成果没有列入。整理过程中难免存在疏忽，还望各位读者谅解并诚挚欢迎大家提出宝贵的意见/建议。

本文由材料人编辑部学术组Sea供稿，材料牛编辑整理。

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