涂点“细菌面霜”怎么样?来看ACS C&EN封面文章

“爱你的细菌吧!”这是某品牌护肤品打出的广告语,它的产品面向患有痤疮或足癣的人士,也包括其他爱美人士。这家公司的理念是用“友好”细菌帮助消费者的皮肤菌群恢复平衡。 图片来源:C&EN 其实科学家早就知道皮肤也像肠道一样,被各种诸如细菌和真菌的微生物占领。其中一些对人体有益,另一些则有害。当环境变化,原来的“好菌”也可能变坏。 有大量证据表明肠道健康和含有有益微生物的食品(如酸奶)间存在着稳定的关系。市场研究公司Global Market Insights估算出2015年含有益微生物食品的市场规模达到了360亿美元。 目前,我们对人体内和体表微生物的了解得益于一项为期五年,投资15亿7千万美元的“人类微生物组计划”(Human Microbiome Project)。该计划于2008年启动,由美国国立卫生研究院负责监督,非常细致地梳理了生活在人类肠道和皮肤上的微生物。 基于这些研究,护肤品公司准备大干一场了。它们纷纷跳入“微生物护肤品”这片“蓝海”,计划推出自己的全新产品。这些“微生物护肤品”除了可能含有细菌提取物,还可能直接添加活细菌哦!看来,想尝鲜的女士需要一些勇气啊。 当然,新事物都会遭遇一些质疑。对“微生物护肤品”的质疑主要集中在两点:有效性和安全性。尤其是含有活细菌,这在传统护肤品中是绝对不能存在的。 不过质疑声音并没有让Yun Probiotherapy等个人护肤品公司放弃。不少研究都表明菌群平衡和皮肤健康间存在着牢固的关联,这使支持者信心倍增(点击阅读相关)。 一些小型创业公司则表现的非常积极。例如生产含有胺氧化细菌——亚硝化单胞菌护肤品的AOBiome,以及供应益生菌产品的Gallinée。一些行业巨头如强生(Johnson & Johnson),为这些创业公司提供投资等各种支持,如果时机成熟,估计他们也不介意分一杯羹。 另一些大公司则亲自上阵。宝洁(Procter & Gamble)已经申请了一种益生菌组合的专利,他们称这种混合物“能够改善皮肤菌群的健康”。欧莱雅(L'Oréal)也申请了一项细菌提取物的专利,称可以“平衡”干燥皮肤表面的菌群。欧莱雅已经在“理肤泉(La Roche-Posay)”品牌下销售这款产品。 商业嗅觉灵敏的原料供应商也不想错过这次机会。从巴斯夫(BASF)、奇华顿(Givaudan)等化学品巨头到Azitra、Greenaltech等较小的公司也在钻研用于个人护肤的细菌及其提取物产品。 个人护理品牌的广告,一般都少不了美女。图片来自网络 细菌们的反对派 把细菌涂在脸上听起来确实是个太过前卫的主意,反对声音自然不会少。一辈子都在和微生物战斗的德国防腐剂专家Wilfried Petersen博士说:“细菌护肤品这个主意听起来不错,但缺少足够的证据证明其效果。” Petersen指出,按照欧盟的现行标准,向化妆品和护肤品中故意添加细菌是不被允许的。此外,即便添加的细菌真的有益,生产商如何保证存储过程中细菌不会死亡或变质呢? 皮肤病学家Patricia K. Farris指出,皮肤菌群失衡,如痤疮丙酸杆菌的过度繁殖在很多皮肤病中能观察到。利用乳酸或其他细菌分泌物修复皮肤菌群的状态是可行的。但Patricia K. Farris强调这是医学用途或者说是治病,指望在脸上涂一块细菌就能年轻20岁,显然还不可能。对于那些关于益生菌铺天盖地的广告,Farris也建议谨慎对待。 人类微生物组计划的部分研究成果表明,人类个体其实是由人体细胞核和微生物共同组成。有亿万个微生物生活在人体内和体表,数量上是人体细胞的数倍。重量也颇为惊人,一个100公斤的成年人身上大约有1-3公斤的微生物。 人体不同部位微生物的分布和比例。图片来源:C&EN 但人类对于皮肤微生物组的了解还非常肤浅,它本身就是非常复杂的系统。我们并不知道什么才是“健康”的微生物群落,不同个体间几乎都不相同,而且它还会随着时间、环境等因素变化。 另一个问题出在试验上。实验室培养的细胞一直处在无菌环境中,与天然的皮肤细胞差别很大,因此做出的效果测试也不准确。建立合适的测试体系是科学家和企业的一大任务。 益生菌的大未来 尽管遭受了上述质疑,Yun Probiotherapy等支持微生物护肤品的公司并没有止步不前。相反,他们更卖力地向市场推广自己的产品。 上个月,在伦敦的微生物生产车间,Yun Probiotherapy的联合创始人、药剂师Tom Verlinden介绍了保存微生物制品的新方法,他们用微胶囊包裹休眠状态的乳酸菌,以防止杂菌的污染。当你把他们的产品涂在皮肤上,微胶囊会破裂并激活里面的细菌。而这种变化受pH控制,皮肤的酸碱度就是“按钮”。 当被问及市场是否已经准备好接受微生物产品时,Verlinden表示两年前他们就做过调查,他充满信心得说道:“消费者希望用上更多‘天然’的产品。” 一部分消费者确实会买单。今年Yun Probiotherapy在众筹网站Indiegogo上募集了2万美元的资金。 监管机构看到证明微生物护肤品“无害”的数据后,也为相关产品开绿灯。 AOBiome主打的胺氧化细菌产品也同样“来自大自然”。该公司的创始人David Whitlock曾是麻省理工学院(MIT)的一名化学工程师。他从泥土中分离并研究亚硝化单胞菌。他发现这种细菌能够“吃掉”汗液里的氨,并产生一氧化氮和抗感染物质,能够起到消炎的作用。其实,动物们早就发现泥土的“护肤”效果,猪和马在泥里打滚,这对它们的皮肤有好处。 按照AOBiome的理论,人类的皮肤原本是有亚硝化单胞菌生存的,只是现代人大量使用表面活性剂类的清洁用品,把这些有益的细菌都洗掉了。AOBiome的产品可以使这种细菌重新回到人类皮肤,减少痤疮的发生。 诞生于耶鲁大学(Yale University)的生物技术公司Azitra则瞄准表皮葡萄球菌,这是一种常见的皮肤微生物。表皮葡萄球菌可以分泌丝聚蛋白,湿疹等皮肤病患者缺少这种蛋白。细菌分泌的丝聚蛋白会吸附在表皮细胞的角质层上,调节皮肤油脂和水分。 不管是支持还是反对,搞清楚微生物如何参与细胞生存是最核心的问题。巴斯夫开发了一套皮肤模型系统,用以研究不同微生物对皮肤的影响,它也能用于研究“美容”微生物的活性成分为何。 传统观点下,微生物是皮肤损伤和炎症的重要病原,我们会使用抗生素一类药物来杀死有害微生物,但同时也可能伤及有益微生物。或许我们确实应该转变思路,从微生物的平衡中收获健康的皮肤。 氘评: 从铅,到蜗牛提取液、胎盘素、海底泥……再到细菌培养液,人类为了美真是什么都敢尝试啊。 编译自:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/cen-09519-cover?ref=caro (本文由氘氘斋供稿)

钙钛矿CH3NH3PbI3材料光诱导载流子的量子动力学:晶界、掺杂、空气湿度的影响

以CH3NH3PbI3为代表的含卤素的无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率,近年来受到广泛关注。但是,光诱导的电荷非辐射复合导致激发态电子能量损失,降低了光伏器件的效率。材料的微观结构如晶界、掺杂和空气湿度等因素强烈影响电荷复合率和器件性能。北京师范大学化学学院龙闰教授、方维海院士和Prezhdo教授合作,详细研究了这些因素对电子-空穴复合动力学的影响,从理论上阐明了这些实际因素影响荷损失的微观机制,为进一步提高钙钛材料太阳能电池光电转换效率提供了有益借鉴。 1. 晶界加速钙钛矿CH3NH3PbI3的电子-空穴复合 钙钛矿CH3NH3PbI3多晶样品不可避免的存在晶界,第一性原理计算表明晶界不会在禁带中引入深能级缺陷,是良性缺陷,不会加快电子-空穴复合。如此相反,几乎所有的超快光谱实验均揭示晶界降低激发态电子寿命,但是Cl掺杂可以降低电子-空穴复合率。为了阐明第一性原理静态计算实验发现相抵触的情形,他们采用非绝热动力学结合含时密度泛函理论模拟发现:当晶界存在时,晶界处的原子使得电子和空穴的波函数更加局域,且引入了更多的声子振动模式与电子自由度耦合,增强了电子-振动非绝热耦合强度;晶界减小了带隙;量子退相干时间和完美CH3NH3PbI3晶体相比几乎没有改变。这三个因素使得晶界加速电子-空穴复合。Cl原子替代晶界处I原子在CH3NH3PbI3材料中引入高频声子、增加了能隙涨落,加快了量子退相干。这两个因素战胜了带隙减小的影响,提高了激发态寿命(J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 3884-3890)。该工作被JACS 选为亮点(Spotlight)文章。 2. 掺杂调控CH3NH3PbI3 | TiO2界面电子-空穴复合 掺杂元素通常改变材料的电子性质和激发态寿命。实验发现CH3NH3PbI3 | TiO2太阳能电池中,Cl/Br替代I降低界面非辐射电子-空穴复合,而Sn替代Pb提高复合率。一般地,轻元素替代重元素增强电子-振动非绝热耦合强度和加快能量损失。因此,人们认为三种元素替代均应该加快电子-空穴复合。 但是,计算表明,Cl/Br替代I提高了激发态寿命,而Sn替代Pb降低了其寿命。这是因为:Cl、Br掺杂减小了非绝热耦合强度,加快了量子退相干过程,增加了带隙,从而减小了复合率;Sn掺杂虽然带隙变大了,但是非绝热耦合强度增减了,同时量子退相干时间几乎不变,结果加快了电子-空穴复合。这一研究成果表明,实验上可以选择合适的掺杂元素降低界面电子-空穴复合过程,优化CH3NH3PbI3|TiO2太阳能电池的性能(ACS Nano, 2015, 9, 11143-11155)。 3. 适中湿度提高钙钛矿CH3NH3PbI3激发态电子寿命 大量实验数据表明空气湿度对CH3NH3PbI3太阳能电池性能同时有正面和负面的影响。宏观上,研究人员认为湿度在CH3NH3PbI3合成过程中影响其晶粒尺寸,从而影响其光电性质。但是湿度对CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池性能降低和提高的微观机制,目前还不清楚。 因此,他们考虑将不同数量的水分子吸附到CH3NH3PbI3表面,模拟实验中相对湿度之一具体情形。通过计算发现,吸附的水分子数目对CH3NH3PbI3带隙影响很小,因此,它对电子-空穴复合率的影响可以忽略。当吸附少量水分子时,激发态寿命延长了;当吸附大量水分子时,激发态寿命降低了。具体原因如下:少量水分子破坏了CH3NH3PbI3表面结构,使得激发态电子局域在表面且没有引入电子陷阱态。因此,电子和空穴波函数的重叠降低,同时量子退相干加快。两者促使电子-空穴复合变慢。大量水分子聚集在CH3NH3PbI3表面,通过氢键相互作用形成一张“网”,钙钛矿-水相互作用弱于水-水间相互作用。因此,连续的水层只引起了CH3NH3PbI3表面结构的微小变化,对电子波函数影响小。引入的高频声子增加了非绝热耦合强度,加速电子-空穴复合。 该工作首次从理论上解释了相对湿度对CH3NH3PbI3激发态寿命正面和负面影响的可能原因(J. Phys. Chem. Lett., 2016, 7, 3215-3222)。该工作被J. Phys. Chem. Lett. 选为亮点(Spotlight)文章。 X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

Angew:多壳层空心MOF

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)在非均相催化、药物运输、气体储存和分离等领域有着广泛的应用。近年来,人们在MOF材料的形貌和结构调控方面做了很多工作,以期进一步提升其性能。然而,相比于无机金属氧化物空心结构的多样性,复杂空心结构(如多壳层空心结构)MOF材料的设计合成还存在很大挑战。 最近,北京化工大学刘军枫教授(点击查看介绍)课题组和南京工业大学霍峰蔚教授(点击查看介绍)课题组发展了一种多壳层空心MOF的制备方法,并对材料的催化性能进行了研究。相关研究成果以封面文章(Inside back cover)发表于Angew. Chem. Int. Ed. 上。 图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 该工作中,他们以Cr3+和对苯二甲酸组装形成的具有高比表面积、高稳定性的MIL-101为例,通过多步生长-选择性刻蚀的方法制备了单晶结构的多壳层空心MIL-101,并对形成机理进行了研究。 多壳层空心MOF的合成示意图。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 透射电镜成像表明通过多步生长-选择性刻蚀的方法得到了边界明确的多壳层空心MOF,并且高分辨电镜成像和快速傅里叶变换(FFT)谱图证明得到的多壳层空心结构保持着良好的单晶结构。 多壳层空心MOF的形貌和结构表征。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 此外,作者还通过改变MOF生长液的浓度和刻蚀时间,实现了对多壳层空心MOF的空腔大小和相对壁厚的调控。 多壳层空心MOF的空腔大小和壁厚调控。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 最后,他们以苯乙烯的催化氧化反应作为探针,研究了多壳层空心MOF的催化性能。发现多壳层空心结构的构筑,能有效提高MOF材料的催化活性。 多壳层空心MOF的催化性能研究。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 该论文作者为:Wenxian Liu, Jijiang Huang, Qiu Yang, Shiji Wang, Xiaoming Sun, Weina Zhang, Junfeng Liu and Fengwei Huo 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): Multi-Shelled Hollow Metal–Organic Frameworks Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 5512–5516, DOI: 10.1002/anie.201701604 刘军枫教授简介 刘军枫,女,中共党员,教授,博士研究生导师,于2002年和2007年分别在清华大学化学系获得理学学士和理学博士学位,现任职于北京化工大学理学院,化工资源有效利用国家重点实验室。 刘军枫主要从事无机功能纳米材料的制备及其在光催化、多相催化和电化学领域中的应用研究,目前在Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Mater.、Nano Energy 等国际刊物以第一作者及通讯联系人身份发表学术论文30余篇,他引2000余次,单篇最高他人引用483次,入选2012年北京市科技新星、2012年教育部“新世纪优秀人才支持计划”。 http://www.x-mol.com/university/faculty/8740 霍峰蔚教授简介 霍峰蔚,男,江苏省特聘教授,中组部青年千人,博士研究生导师,2009年在美国西北大学获博士学位,之后进入新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院工作,现任职于南京工业大学先进材料研究院。 霍峰蔚的研究方向为多孔配位聚合物复合材料、选择性催化、纳米印刷等,近几年来,以第一作者或通讯作者身份先后在Science、Nature、Nanotechnology、Nat. Chem.、Adv. Mater. 等国际期刊上发表SCI论文50余篇,他引1000多次。获中央组织部“青年千人计划”、“江苏特聘教授”以及“江苏省杰出青年基金”,2016年获国家自然科学基金杰出青年基金。 http://www.x-mol.com/university/faculty/27713 X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

纳米孔的限域效应,除了测序,还可以有更多!

纳米孔是第三代单分子测序技术之一,是单分子测序领域的明星技术。然而,在测序之外(beyond sequencing),具有电化学限域空间效应的纳米孔技术带来了新惊喜。 最近,华东理工大学研究团队在Small 上报道了具有尖端电增强效应的无线纳孔电极,利用先进微纳加工技术实现了可控制备直径50~200 nm之间的锥形金属纳米孔。他们在电场力的作用下,将单个待测物“限制”在纳孔尖端,通过调控纳米孔尖端电场实现了电活性物质在纳米孔电极表面的可控氧化还原反应,从而获得了极易分辨的单分子特征电流信号,实时、精准分析了单分子水平电化学反应。该纳孔电极同时具有高电流分辨(1 pA)和高时间分辨(0.1 ms)能力,进一步应用于限域空间内纳米粒子自组装过程的现场原位研究,实时获得均一的微米级环状自组装结构。 相比于传统纳米电极,这种无线纳孔电极制备简单,电化学可重复性好,具有电极尺寸、大小可控等优势,结合微纳加工技术,将来有望实现大规模阵列无线纳孔电极的制备以及单分子的高通量电化学检测。另一方面,这种新型纳孔电极尖端的限域空间具有等离子体共振增强效应,可应用于单个细胞内多维光电信号的同时获取。 该论文作者为:Rui Gao, Yao Lin, Yi-Lun Ying, Xiao-Yuan Liu, Xin Shi, Yong-Xu Hu, Yi-Tao Long, He Tian 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 Self-assembly of Homogenous Micro-Cyclic Structures Controlled by a Silver-Coated Nanopore Small, 2017, DOI: 10.1002/smll.201700234 X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

苏州大学王殳凹团队在贫铀材料与电离辐射剂量探测交叉领域取得重要进展

贫铀是核乏燃料中最主要的成分,其放射性一般比天然铀低。贫铀的安全处置与回收利用对于保障核能发展与环境安全意义重大。铀的物理化学行为十分复杂多变,科研工作者们一直在努力探索贫铀在核工业之外诸多领域如分子磁性、非常规超导体、光催化、电催化、小分子活化等的潜在应用。苏州大学放射医学与交叉科学研究院核能环境化学中心王殳凹教授(点击查看介绍)团队长期致力于环境放射化学及锕系配位化学的研究,近期发现铀的金属有机骨架材料可以作为高灵敏度传感器用于准确测量电离辐射剂量,成功开辟了贫铀的又一新应用。该成果发表于最新一期的Angewandte Chemie International Edition 上。 众所周知,电离辐射包括UV、X射线、Gamma射线等对人类健康存在潜在的威胁,近年来辐射安全成为公众最为关注的焦点之一。由于传统的辐射探测技术存在各种弊端,尤其是对于低剂量电离辐射的探测仍是一个巨大的挑战,发展全新的辐射探测技术与材料显得尤为重要。该工作利用草酸和丁二酸配体与铀酰成功构筑了三维UOF单晶化合物,并将其应用于辐射剂量探测,同时推动了低剂量辐射探测技术的发展。 图1. UOF单晶结构及铀酰荧光淬灭机制 他们将硝酸铀酰和草酸以及丁二酸在水溶液中混合,140 ℃加热条件下得到Uranium-Organic Framework (UOF)晶体,该晶体具有很强的荧光发射性质(量子产率为0.49)、良好的化学稳定性及辐射稳定性。研究发现晶体荧光会被UV、X射线以及gamma射线淬灭,通过EPR和单晶结构的测定,晶体受到电离辐射照射后会产生大量自由基并将其稳定在自身的晶格当中。在大剂量gamma射线的照射后,铀酰平面配位键的平均键长缩短了大约0.006 Å,相邻铀原子的距离缩短了0.021 Å,从而造成整个晶体骨架收缩。显著增强后的铀酰赤道面配位键容易以声子释放的形式淬灭铀酰的荧光。 图2. X射线和gamma射线探测实验 X射线和gamma射线探测实验表明该材料对X射线的检测下限为5.2 × 10-4 Gy,对gamma射线的检测下限为1.64 × 10-4 Gy。与目前最好的化学剂量计比较,该UOF材料对gamma射线的检测下限降低了大约2个数量级。因此,该材料在低剂量辐射探测领域具有很好的应用前景。该性能也和铀元素本身优越的物理化学性质密切相关。 苏州大学放射医学及交叉科学研究院的硕士研究生谢健与博士研究生王亚星为本论文共同第一作者,王殳凹教授为通讯作者,合作单位有中国科学院强磁场科学中心,佛罗里达州立大学及美国Argonne国家实验室。该工作得到了基金委优秀青年基金、科工局国防基础科研科学挑战计划、中组部青年千人计划以及江苏省杰出青年基金的资助。 该论文作者为:Jian Xie, Yaxing Wang, Wei Liu, Xuemiao Yin, Lanhua Chen, Dr. Youming Zou, Prof. Juan Diwu, Prof. Zhifang Chai, Prof. Thomas E. Albrecht-Schmitt, Dr. Guokui Liu, Prof. Shuao Wang 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): Highly Sensitive Detection of Ionizing Radiations by a Photoluminescent Uranyl Organic Framework Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201700919 导师介绍 王殳凹 http://www.x-mol.com/university/faculty/38312 X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

2-取代-1,2-二氢喹啉的不对称硼氢化动力学拆分反应研究

动力学拆分是获得手性化合物的一种重要方法,在不对称催化合成中受到广泛的关注,同时成为有机化学的热点研究领域之一。北京师范大学的侯国华(点击查看介绍)课题组首次将不对称催化硼氢化反应应用于动力学拆分的研究,使用CuCl/JosiPhos-1作为催化剂,高效、高选择性地实现了2-取代-1,2-二氢喹啉的不对称硼氢化动力学拆分反应。以消旋的2-萘-1,2-二氢喹啉(rac-1a)为模板底物,经过反应条件的系统优化,发现CuCl/JosiPhos-1繁冗催化体系能够在30 min内完成底物的动力学拆分,以优异的选择性(d.r. > 99:1, 99.7% ee),获得了手性硼氢化产物,同时以99.4% ee 的对映选择性回收了未反应的原料。值得注意的是,延长反应时间至2小时或更长都没有改变该方法的拆分效果。 该方法具有很好的底物普适性,2位芳基或烷基取代的底物均能得到优秀的拆分效果,不仅能够以98 – 99.9% ee 的高光学纯度回收获得2-取代-1,2-二氢喹啉底物,同时还能够以优异的非对映选择性(d.r. > 99:1)和高达99% ee 的对映选择性合成2,3-二取代-1,2,3,4-四氢喹啉的双手性硼氢化产物,动力学拆分选择因子s 高达569。作者还对两种产物进行了官能团转化研究,并成功将回收的手性原料应用于选择性雌激素受体调节剂的不对称合成。该研究拓展了不对称硼氢化反应的应用范围,也为获得手性2-取代-1,2-二氢喹啉和2,3-二取代四氢喹啉手性硼酸酯化合物提供了新方法和新思路。这一研究成果发表在Chemical Science 上。 该论文作者为:Duanyang Kong, Suna Han, Rui Wang, Meina Li, Guofu Zia and Guohua Hou 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): Kinetic resolution of racemic 2-substituted 1,2-dihydroquinolines via asymmetric Cu-catalyzed borylation Chem. Sci., 2017, DOI: 10.1039/C7SC01556A 导师介绍 侯国华 http://www.x-mol.com/university/faculty/8970 X-MOL有机领域学术讨论QQ群(450043083)

卤素掺杂调控金属有机配位结构

在表面化学领域,配位结构的转变可以由多种因素引起,如分子与金属的比例、覆盖率和温度等。近日,同济大学许维教授(点击查看介绍)课题组首次在超高真空条件下实现了通过卤素掺杂对金属有机配位结构的调控。 卤素掺杂在聚合物化学领域是制备导电材料的有效方法;而在表面化学中,卤素原子常常作为脱卤反应的副产物存在,影响反应的进一步发生。许维教授团队利用碱基衍生物9eG和金属Ni在Au(111)表面构建金属有机体系,发现通过在体系中引入卤素可实现对配位结构的转变及稳定。首先,通过比例调控可以实现两种配位结构G3Ni1和G2Ni2的可逆转变。进而在这两种结构中可控引入碘单质,发现碘原子会通过静电作用吸附在分子的特定位点处,引起结构的转变,形成碘原子稳定的G3Ni3I3的三金属中心配位结构。对比实验表明碘原子的存在确实使该配位方式的金属有机体系在热力学上更加稳定。研究人员进一步发现,这种利用卤素掺杂调控金属有机结构的方法具有普适性,通过巧妙地引入过渡金属卤盐,他们成功利用氯原子和溴原子实现了对配位结构的调控,同时在9eG/Fe体系中得到验证。该工作对于进一步探究卤素对表面金属有机结构的影响及表面纳米结构的可控制备具有重要意义。 该成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上,文章的第一作者为同济大学的博士研究生谢磊。 该论文作者为:Lei Xie, Chi Zhang, Yuanqi Ding, Prof. Dr. Wei Xu 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): Structural Transformation and Stabilization of Metal–Organic Motifs Induced by Halogen Doping Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 5077, DOI: 10.1002/anie.201702589 导师介绍 许维 http://www.x-mol.com/university/faculty/17071 X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

南开大学陈永胜教授研究组高薪招聘博士后、研究员

2003年起任天津市特聘教授,南开大学特聘教授,南开大学纳米科学与技术研究中心主任。 陈永胜教授至今已发表SCI论文200余篇,包括Science, Nature, Nature Photon., Nature Comun., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Adv. Mater. 等,他引27000余次(Google Scholar),多篇论文被 JACS 等评述或亮点报道, 5 篇论文入选“中国百篇最具影响国际学术论文”,44篇入选ESI高被引论文,H因子74,2014-2016连续三年入选汤森路透集团全球高引用科学家名录。目前担任《 Carbon》、《化学学报》、《 2D Materials》、《 Energy Storage Materials》等期刊的编辑或编委; 2010 年获天津市自然科学一等奖, 2015 年被评为天津市劳动模范。 陈永胜教授课题组与国内外一流的科研单位及研究组有着广泛深入的合作关系。课题组具有全面的碳纳米材料制备,表征,功能化设备;完整的一流有机太阳能和超级电容器制备加工检测设备。实验室先后获得国家863,973以及基金委重点等国家重要项目支持。 目前主要从事以下方向的研究: 1)碳纳米材料,包括石墨烯,碳纳米管等的制备,修饰和应用; 2)有机光电材料制备和性能研究; 3)新一代绿色能源器件,包括有机太阳能电池和超级电容器。 现诚聘博士后及研究员: 要求 1)从事过纳米材料、有机或高分子材料、电化学电源等的化学、材料、物理等专业博士或硕士毕业生,有工作经验的优先; 2)研究员和博士后须有良好的研究基础和科研成果; 3)事业精神和团队精神强; 4)身体健康。 本组详情见网页:http://nanocenter.nankai.edu.cn/ 待遇 根据个人经验和成果,待遇从优,其中研究员年薪可达30万以上,博士后年薪可达>25万以上,提供五险一金。 联系方式 请写Email简历到yschen99@nankai.edu.cn, 或电话(022)2350-0693

Science封面故事:“流浪的”科学家

在民谣歌手和文艺青年看来,“流浪”二字似乎就是青春、自由、浪漫的代名词,据说它在民谣歌曲中出现的频率仅次于“姑娘”。不过,这个词对于很多科学家而言,感觉却复杂很多很多。为了追踪科技发展的最前沿,他们往往不得不在奔走于世界的各个角落——能够深入理解你的研究领域的人本已不多,更何况这些人有很大的概率与你不在同一个城市。既然走上了搞学术做科研这条路,读博、做博后、谋个永久教职……与之相应的,便是科学家不得不踏上的“流浪”之路。Science 近期做了个特辑,关注了这个问题,并奢侈地以封面故事形式进行报道(Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan6494)。X-MOL的读者有不少已经或者正准备踏上异国他乡的土地,继续追逐心中的梦想,因此我们将相关报道编译与此,供诸君阅读和思考。 Science当期封面。图片来源:Science Rimantas Kodzius是“流浪科学家”的典型代表。自打1995年离开自己的祖国立陶宛赴奥地利攻读研究生学位后,他已经在10个国家留下了自己的足迹。“我一周前刚刚来到中国,”不久前他在一封电子邮件中写道,“我在哪儿工作和生活,哪儿就是我的家。” Rimantas Kodzius。图片来源:Rimantas Kodzius 在学术界,Kodzius已经算得上是名角了,德国、日本、瑞典、沙特阿拉伯等国一众研究机构都向其伸出了橄榄枝。不过就在去年,他又决定接受上海大学的邀请,去领导那里的一个新建实验室。至于为什么还要跑到这个东方国家再去折腾一番,他是这么说的,“在我看来,没有活力与冒险的生活是不完美的。” 事实上,对于不少国家来说,外来的科研工作者已经占据了不小的比例。以美国为例,根据美国国家科学基金会公布的数字,在美国有超过三分之一的科学和工程学博士学位被授予了外国学子。 社会学家们期盼着能够划出Kodzius这样的科学家的“流浪轨迹”,并以此为基础描绘出全球科学事业发展的宏伟画面。有些人觉得这是小菜一碟,既然科学家得随时把自己的研究结果发表出来,这不就提供了线索吗?真相却是,一旦牵扯到科学家的生活,这完全是另一码事了。因为这里面涉及很多私人信息,所以想找出这种“迁徙”纪录,难度极大。 既然如此,绘出科学家“流浪图”是否就变成了不可能完成的任务了呢?老话说得好,“世上无难事,只怕有心人,”Science 已经找到了一个新办法来完成这项任务,秘诀便是ORCID。可能有些人对ORCID是什么还有点摸不着头脑。ORCID其实是Open Research and Contributor ID的简称,是开放学术出版物及学术产出的作者(指科研工作者)标识符,称得上是科研工作者在学术领域的身份证。目前ORCID数据库里已收录了300万名科学家的学术简历信息,有了它,人们就可以追踪科学家的“流浪轨迹”了。 佐治亚州立大学经济学家Paula Stephan翘起了大拇指,称赞有了ORCID,可以“往前推进一大步”——她本人曾领导过一项关于科学流动性的大型研究,涉及1.7万名科学家,其研究成果于2012年发表在了《自然-生物技术》(Nature Biotechnology)上。不过,作为过来人,她也提醒道,ORCID本身存在一些短板,且代表性有所欠缺,所以提供参考有余,就此得出肯定结论则不足。圣母大学经济学家Kirk Doran亦特别指出,像西班牙和葡萄牙这样的国家因为有很多机构要求科学家使用这个系统,所以从数字来看往往表现得过了头。此外,ORCID的拥戴者多为学术界的研究人员,对工业界的研究人员吸引力有限。“金无足赤,人无完人”,尽管存在这样那样的问题,借助ORCID,还是能够挖掘出不少被隐藏起来的信息,揭示出很多值得借鉴的科学移民趋势。 我们已经知道,设立ORCID的初衷是为全球科研工作者提供一个身份识别码。不过,随着ORCID的不断发展,用户们可以将自己的受教育情况及工作经历等信息也添加上去。结果便是,自2012年以来,ORCID所收纳的相关信息呈爆炸式增长态势。截至目前,在ORCID的300万名用户当中,已有约74万名用户把自己的教育和工作背景信息放在了这个平台上。 约74万名用户把背景信息放在了ORCID上。图片来源:Science 如此一来,通过追踪用户不同时间段在各国的居留情况,就有可能对他们是如何“流浪”的有个粗略了解——自然,像Kodzius这样到处跑的“流浪汉”会格外吸引眼球。就这样,通过对大量数据的收集,一些有趣的趋势便可呈现出来,这是其他方法难以比拟的。例如,数据显示,在英国获得博士学位的科研工作者,有约30%如今生活在其他地方,至于那些在欧洲其他国家获得博士学位的科研工作者,这个比例约为15%。 数据还揭示了2001年“9•11”恐怖袭击所带来的效应:一段时期内,外国科学家流入美国的速度骤降。ORCID提供的数字表明,自1990年以来,在美国学习或工作的外国研究人员的数字原本一直保持着稳定增长的趋势,但在2002年达到某个高位值后又开始下跌。进一步的分析揭示,那段特殊时期美国的年移民率下跌了差不多15%,直到2008年才缓过劲来。这是否是因为“9•11”恐怖袭击后美国实行了更为严格的签证制度和移民政策?如果的确如此,它意味着此次恐袭除了造成严重的生命财产损失,还带来了一个影响深远的恶果:这些年,成千上万名高级技术人员通往美国的大门被关闭了。 科学移民流入美国情况概览(图片来源:G. GRULLÓN AND J. YOU/SCIENCE) 随着ORCID逐渐成长为一个更综合、更全面的样本,政策制定者们就有可能利用它来评估自己的工作对科研人员成效几何。与此同时,它也为我们提供了一个独特的角度,得以一瞥“科学智匠们”的“迁徙”生活。 我们来看这样一个例子。Delanyo Dovlo是为世界卫生组织(WHO)工作的一名公共健康研究者。“我第一次真正意义上的迁移是1999年从加纳跑到纳米比亚。”他说,此前他已在英国和美国学习过。后来,纳米比亚出现了一些政治风波,不过好在他又得到了一个在WHO工作的机会,就这样,他便一次又一次地欧洲和非洲之间跑来跑去。 对于浪迹天涯的科学家来说,他们一方面可以拿到更高的薪水,有机会与顶尖科学家一起工作、接触科技最前沿,但另一方面,这也意味着他们要在其他方面付出代价。一名科学家黯然说道:“这是一种孤独的体验,很难结交朋友,没有稳定性,没有安全感。” 不过,也有一些人已经习惯了这种四海为家的漂泊生活,甚至乐此不疲。现年56岁的Helena Pinheiro是一名生物工程师,已经在好几个国家呆过,她说:“我唯一的愿景是获得更多的经费,在我看来,在不同国家生活和工作……可以使你变得更人性化,更善解人意,体验各种各样的快乐”,“游走于不同的国家让我心生期盼——有朝一日,这些壁垒终将不复存在。” 编译自: http://www.sciencemag.org/news/2017/05/vast-set-public-cvs-reveals-world-s-most-migratory-scientists

Nature Chem.:O-, D4-, S6-对称的金属有机分子笼

金属有机分子笼是一类具有特定结构和空腔的超分子受体,可用于小分子识别、催化反应以及对外在的刺激做出响应。构筑此类分子通常需要合适的有机配体分子和提供配位位点的金属离子,通常是在预先设计特定空间几何构型的前提下来完成的。完成主体的构筑后,研究工作者还需要考虑与其大小互补以及静电关系互补的客体选择,一般来说,空腔大的主体难以结合体积小的客体,带负电的主体一般倾向于结合带正电的分子,主体的大小和构型在结合客体后几乎不会发生变化。近日,英国剑桥大学的超分子化学家Jonathan R. Nitschke教授在Nature Chemistry 上报道了一种可以适应多重客体响应的金属有机分子笼。 不同客体会诱发不同大小、空间几何构型的主体,而客体之间的协同作用也具有很大的差别。作者使用卟啉的衍生物作为有机配体,与二价钴离子在60 ℃和室温下分别可以形成O-对称以及D4-对称的八面体主体,其中室温下形成的D4-对称性的主体3可以通过加热至70 ℃转化为O-对称的主体1。根据两者的晶体结构解析,其中O-对称的主体1空腔体积约为2888 A3,所有的金属中心具有相同的手性,在结合了C60客体后,其空间几何构型变化为S6-对称的2,并且金属中心的手性不再完全相同,而是以1:1的Δ和Λ的形式存在。另外作者还证明了这种金属有机分子笼只会同时结合两个C60客体,不存在只结合一个C60客体的情况。作者使用C70或者是C61(PCBM)作为客体可以观察到同样的现象,但无论是哪种客体,都无法检测出由O-对称的1转化为S6-对称构型的过程。室温下形成的D4-对称性的主体3在结合客体C60后也会转变为S6-对称的2。图2-4展示了这三种金属有机分子笼的晶体结构。 图1. CoII12L6金属有机分子笼的合成以及对不同客体的响应。图片来源:Nature Chem. 图2. O-对称的CoII12L6 金属有机分子笼1以及结合阴离子CB11H12-后的晶体结构。图片来源:Nature Chem. 图3. S6-对称的CoII12L6金属有机分子笼结合两个C60的晶体结构。图片来源:Nature Chem. 图4. D4-对称的CoII12L6 金属有机分子笼的晶体结构。图片来源:Nature Chem. 接下来,作者研究了阴离子CB11H12-、BPh4-和B12F122-在结合主体1和2时的协同效应,即主体结合了一个阴离子后对第二个阴离子结合行为的影响,大于1为正的协同效应,第二个离子的结合作用增强,反之,小于1为负的协同效应,第二个离子的结合作用减弱。其结果如图5所示。阴离子的结合位置在金属有机分子笼的八个三角面上,具体情况如图2的晶体结构所示。 图5. CoII12L6 金属有机分子笼1和2对阴离子CB11H12-、BPh4-和B12F122-结合的协同效应 。图片来源:Nature Chem. ——总结—— Nitschke等人介绍了一种具有相同组分、对称性不同的金属有机分子笼,对不同的客体做出不同的响应,这种具有立体几何弹性的主客体作用对于理解灵活性以及响应性的化学系统有非常大的启发。 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): Stereochemical plasticity modulates cooperative binding in a CoII12L6 cuboctahedron Nature Chem., 2017, Doi:10.1038/nchem.2758 (本文由PhillyEM供稿) X-MOL有机领域学术讨论QQ群(450043083)

捕捉活泼中间体:Science子刊报道华东师大胡文浩团队发现多组分新反应的通用策略

在有机合成化学研究中,新反应和新合成方法是核心创新方向之一,这些创新在诸如现代药物发现、农业化学及新材料开发等领域中都具有重要应用。华东师范大学上海分子治疗与新药创制工程技术研究中心长江特聘教授胡文浩(点击查看介绍)团队最近在新反应和新合成方法研究方向取得重要进展,该团队通过捕捉传统两组分反应中活泼烯醇中间体,发现新型多组分反应,这为发现多组分新反应提供一种通用的策略。相关研究以全文形式发表于著名学术期刊Science 旗下子刊Science Advances,[1] 课题组成员刘顺英副研究员为该论文第一作者,夏飞副教授为共同通讯作者,胡文浩教授为通讯作者,华东师范大学为该工作的独立完成单位。 该文部分作者(从左至右):刘顺英副研究员、胡文浩教授、夏飞副教授。图片来源:华东师范大学 传统两组分反应由两个组分之间发生,一步形成一个化学键。而多组分反应与两组分反应不同,由多个底物同时参与反应,一步形成多个化学键,可从简单原料出发,一步快速构建结构复杂分子,是一种理想、绿色、原子经济性的反应。第一例多组分反应由Strecker于1850年报道,在与现代有机化学起步相差不远。但多组分反应需要多个组分间的活性匹配才能发生反应,多组分反应机理十分复杂,因此新型多组分反应的发现一直比较随机,缺少可靠的通用性策略。这也导致在近170年的发展史中,多组分反应的研究并不充分,甚至很长一段时间出现停滞不前的情况。经众多有机化学家的不懈努力,特别是上世纪60年代Ugi等反应在药物高效合成中的应用,多组分反应重新吸引了包括学术界和工业界在内的密切关注。 绝大多数的传统两组分反应都会经历一个两组分的活泼中间体过程。理论上,如果采用第三组分对这些传统两组分活泼中间体进行有效化学捕捉,就可以发现多组分新反应。但这些传统的两组分活泼中间体通常寿命极短(皮秒级别),即便是用先进的物理检测手段往往也难于观测,所以它们绝大多数都是假设的中间体,想要采用化学试剂实现对它们的捕捉挑战极大。 胡文浩教授团队在多组分反应及其在创新药物发现中的应用已经有近13年的研究积累。在前期通过偶然的科学发现,他们采用稳定的亲电试剂亚胺等捕获了活泼叶立德和离子对中间体,发现系列新型多组分反应(Nature Chem., 2012, 7, 733; Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 13136; J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 7782等)。在此研究基础上,他们设想:是否可以通过科学设计,实现对被广泛认同的假设两组分活泼中间体进行捕捉,从而为发现多组分新反应提供一种通用的策略。 图1. 基于活泼离子对中间体捕捉的高选择性多组分新反应 众所周知,烯醇中间体广泛存在于传统两组分反应过程中,非常活泼。如在过渡金属(如Rh(II)试剂)催化下,三氮唑和水发生反应生成酮式产物,该类反应被普遍认为经过氨基烯醇中间体再发生快速的烯醇异构化而得到产物。为了获得与烯醇中间体匹配的反应活性,他们考虑是否可以采用另外一类活泼中间体来替代常规稳定的化学试剂,作为亲电试剂来获得匹配的反应活性而实现捕捉。于是吲哚正离子中间体被他们引入实验,并对活泼烯醇中间体进行了有效捕捉。这样,他们就成功利用第三组分改变了两组分反应的传统路径,形成了一个活泼的三组分中间体(图2),从而发现了一类新的多组分反应。传统两组分反应众多,理论上只要能实现对其两组分活泼中间体的捕捉,就能发现一些新型多组分反应。 图2. 基于传统活泼中间体捕捉的多组分反应发现策略 他们的研究还发现了一个非常有意思的现象。在活泼中间体捕捉过程中,亲电试剂不是如传统反应中的经典Breslow中间体(图3)那样进攻优势的烯胺碳(α-C)而是高选择性地进攻烯醇碳(β-C)。他们除了采用系列对照实验的手段对反应机理进行了探究,还与夏飞副教授合作,通过理论计算对该新反应机理进行了研究,加强了对该反应过程和反应机理的理解。 图3. 氨基烯醇中间体中烯胺碳和烯醇碳的选择性亲核进攻 基于这些新化学过程的发现,同时由于对烯醇中间体的成功捕捉,该研究工作很好地阐述了这种“基于活泼中间体捕捉发现多组分反应策略”的有效性和通用性。 近日,作为该创新工作的延续探索,他们在英国皇家化学会(RSC)的旗舰杂志Chemical Science 上发表了新的成果。[2] 该团队采用Rh(I)实现了对含有α-H的叶立德中间体进行了有效捕捉。通过采用Rh(I)催化剂,有效抑制了反应中一个重要活泼中间体α-烷基重氮卡宾的α-H迁移过程,进而有效形成活泼叶立德中间体,并实现了对该叶立德的有效捕捉而发生多组分反应,为具有重要生物活性的β-羟基-α-氨基酸衍生物的合成提供了高效合成方法。反应过程中,有效抑制了两个快速的分子内氢迁移过程:α-烷基重氮卡宾的α-H迁移和相应叶立德的1,2-H迁移。该论文中,刘顺英副研究员为第一作者,夏飞副教授为共同通讯作者,胡文浩教授为通讯作者。 这些研究成果为发现多组分新反应提供一种有效、通用的策略,在药物发现等领域有着广泛的应用前景。 1. 该论文作者为:Shunying Liu, Wenfeng Yao, Yuan Liu, Qinghua Wei, Jianghui Chen, Xiang Wu, Fei Xia, Wenhao Hu 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): A Rh(II)-catalyzed multicomponent reaction by trapping an α-amino enol intermediate in a traditional two-component reaction pathway Sci. Adv., 2017, 3, e1602467, DOI: 10.1126/sciadv.1602467 2. 该论文作者为:Shunying Liu, Jun Jiang, Jianghui Chen, Qinghua Wei, Wenfeng Yao, Fei Xia, Wenhao Hu 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): A DFT calculation-inspired Rh(I)-catalyzed reaction via suppression of α-H shift in α-alkyldiazoacetates Chem. Sci., 2017, DOI: 10.1039/C7SC00257B 华东师范大学官网新闻: http://news.ecnu.edu.cn/62/ee/c1837a90862/page.htm 导师介绍 胡文浩 http://www.x-mol.com/university/faculty/10559 ‍ X-MOL有机领域学术讨论QQ群(450043083)

从围棋中汲取灵感,清华魏飞教授建立分子筛新模型阐释失活过程

分子筛是一类具有有序多孔结构的硅酸盐/磷酸硅铝盐,在现代化学工业中广泛应用于催化剂、吸附剂的生产中。分子筛的有序孔道结构能够对分子结构进行限域,促进化学反应的发生。但是,这些孔道很容易被反应中生成的大分子和焦炭阻塞。为了避免失活的发生,科学家们需要认识失活的机理和过程,但是关于分子筛上失活过程的定量分析很少。清华大学魏飞教授(点击查看介绍)研究团队从中国传统的游戏——围棋中汲取灵感,提出了全新的描述分子筛上积碳失活的模型。正如围棋中被对方棋子围住的棋会失去“气”,进而从棋盘上移走一样,分子筛内被积碳围住的区域同样失去了与外界的连接,从而被认为为失活,尽管其内部可能是空的。 他们将一维模型应用于一维分子筛ZSM-12的甲醇制备芳香烃的反应过程中,发现能够很好地描述其反应失活过程。作者将其应用于三维分子筛如SAPO-34上,预测了酸性变化对反应性能的非线性影响和最佳酸性比例(66%),以使得酸性位点得到最大限度的利用。这一模型可以用于与催化剂失活的实验相对照,帮助科学家们更好地理解分子筛催化剂上的失活过程。相关成果发表在Catalysis Science & Technology 上。 该论文作者为:Dali Cai, Yunhai Ma, Yilin Hou, Yu Cui, Zhao Jia, Chenxi Zhang, Yao Wanga and Fei Wei 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): Establishing a discrete Ising model for zeolite deactivation: inspiration from the game of Go Catal. Sci. & Technol., 2017, DOI: 10.1039/C7CY00331E 导师介绍 魏飞 http://www.x-mol.com/university/faculty/21061 X-MOL催化领域学术讨论QQ群(210645329)

调控局域磁场不均匀性增强T2 MRI造影性能

磁性纳米颗粒作为磁共振成像(MRI)造影剂在医学诊断中发挥着重要作用。为满足实际诊断中的准确性和精确性的要求,科研工作者们长期致力于发展高性能的MRI造影剂材料以降低高剂量使用带来的潜在风险。其中一个有趣的现象是,单个纳米颗粒形成纳米聚集体后将显著提高T2 MRI的弛豫效能(r2)。然而,现有的T2 MRI造影剂Outer-Sphere Regime理论主要围绕单个磁性纳米颗粒展开伦水,有关磁性纳米聚集体的T2 弛豫效能的理论尚不完善。 近日,美国国立卫生研究院陈小元(点击查看介绍)教授课题组的周子健博士以及厦门大学分子影像中心聂立铭(点击查看介绍)等人在Nature Communications 杂志上发表研究论文,该文章指出纳米聚集体中局域磁场不均匀性是影响T2 弛豫效能的关键因素。同时,作者通过引入尺寸和形貌不同的氧化铁纳米颗粒构建了混合组分的纳米聚集体,结果显示尺寸和形貌不匹配引起的局域磁场不均匀性大大地提高了纳米聚集体的r2值。通过Landau-Lifshitz-Gilbert方程模拟计算得到了该模型的磁场分布,从而在理论上验证了实验结果。此部分工作由厦门大学物理学系王瑞方教授和王振宇完成。在活体小鼠原位肝癌检测应用中,混合组分的纳米聚集体表现出优越的造影性能,实现了低剂量高灵敏度的原位肝癌成像诊断。该文章首次利用磁场不均匀性因素阐明了单个纳米颗粒和纳米聚集体的MRI造影剂之间的相互关系,将可能成为弥补纳米聚集体造影剂理论空缺的重要依据,并为发展新型高效的MRI造影剂提供参考。 水质子在不同磁性纳米颗粒模型周围的运动和失相位行为 该研究工作得到国家自然科学基金、国家高技术研究发展计划863项目和美国NIH Intramural Research Program的支持。 该论文作者为:Zijian Zhou, Rui Tian, Zhenyu Wang, Zhen Yang, Yijing Liu, Gang Liu, Ruifang Wang, Jinhao Gao, Jibin Song, Liming Nie & Xiaoyuan Chen 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): Artificial local magnetic field inhomogeneity enhances T2 relaxivity Nat. Commun., 2017, DOI:10.1038/ncomms15468 导师介绍 陈小元 http://www.x-mol.com/university/faculty/38289 聂立铭 http://www.x-mol.com/university/faculty/26710 X-MOL医药领域学术讨论QQ群(450658255)

含碳镍钴混合金属磷化物纳米盒子实现高效电催化析氧

纳米结构金属磷化物由于具有电化学活性高、成本低等优点,在电催化、光催化、锂离子电池和钠离子电池等电化学能量存储与转换领域得到了广泛的研究。然而,传统的金属磷化物纳米结构的活性表面积受限,限制了其优异潜能的发挥。中空纳米结构由于其独特的结构优势,有望极大提升金属磷化物的电化学活性。 近日,新加坡南洋理工大学的楼雄文教授课题组发展了一种以金属有机骨架(MOF)材料为模板的合成策略制备了含碳镍钴双金属磷化物纳米盒子,实现了对结构和组分构成的优化调控,获得了优异的电化学性能。研究人员以沸石咪唑类金属有机骨架材料ZIF-67纳米立方体作为自牺牲模板,与硝酸镍在室温环境下反应,合成了外层为镍钴水滑石片、内层为ZIF-67的核壳结构纳米盒子,通过进一步低温气相磷化,最终获得了含碳镍钴混合金属磷化物纳米盒子。这种含碳的磷化物纳米盒子有效地提高了材料的导电性和电化学活性位点,展现出优异的电催化析氧性能。相比于镍钴水滑石和不含碳镍钴混合金属磷化物纳米盒子,在电流密度为10 mA•cm-2时,过电位从420 mV和370 mV缩小到330 mV,Tafel斜率由135 mV•dec-1和115 mV•dec-1缩小到96 mV•dec-1。 这项工作为MOF衍生纳米结构功能材料的设计和制备提供了一条新的思路,对于发展高性能纳米结构的金属磷化物具有重要的借鉴价值。相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。 该论文作者为:Peilei He, Xin-Yao Yu, Xiong Wen (David) Lou 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): Carbon-Incorporated Nickel–Cobalt Mixed Metal Phosphide Nanoboxes with Enhanced Electrocatalytic Activity for Oxygen Evolution Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 3897-3900, DOI: 10.1002/anie.201612635 X-MOL催化领域学术讨论QQ群(210645329)

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