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华南理工大学J. Org. Chem. | 铑催化氧杂环丁酮/氮杂环丁酮和芳基硼酸的化学发散性反应

英文原题：Rhodium-Catalyzed Chemo-Divergent Reaction between Oxetan-3-ones/Azetidin-3-ones and Arylboronic Acids通讯作者：黄良斌（华南理工大学）作者：沈佳忆（Jiayi Shen）、吴干春（Ganchun Wu）、王志（Zhi Wang）、傅泽源（Zeyuan Fu）、黄良斌（Liangbin Huang）脂肪族四元杂环，特别是氧杂环丁烷和氮杂环丁烷，是药物化学中的优势结构单元，理化性质优异，包括低分子量、高极性和非平面结构等。这类杂环还可以作为某些官能团的生物电子等排体，例如氧杂环丁烷可以替代羰基，提升化合物的水溶性、代谢稳定性，同时降低亲脂性。在实际应用中，脂肪族四元杂环广泛存在于药物和天然产物中，例如，抗癌药物紫杉醇（Taxol）中就含有氧杂环丁烷结构，此外，目前已有7个含氧杂环丁烷结构的候选药物正在进行临床试验。自从Carreira、Rogers-Evans及其同事的开创性贡献，3,3-二取代的氧杂环丁烷在过去的二十年里吸引了大量药物化学家和合成化学家的研究兴趣。然而，合成3,3-二取代的氧杂环丁烷衍生物，如3-氧杂环丁烷醇（羧酸的生物电子等排体）的方法，仍然是局限的。最近，Bull等人在3-芳基氧杂环丁烷醇的转化方面做出了杰出的贡献，从而得到各种羧酸衍生物的生物电子等排体。本文报道一种在温和条件下铑催化芳基硼酸与氧杂环丁酮及氮杂环丁酮的加成反应。通过配体与温度的调控，能够从氧杂环丁酮选择性制备3-芳基氧杂环丁醇或α-氧代酮产物，而类似的氮杂环丁酮转化则可得到3-芳基氮杂环丁醇或α-氨基酮产物。鉴于氧杂环丁酮易于商业化获取，该化合物已成为构建3-氧杂环丁醇的关键合成子。目前从氧杂环丁酮制备3-氧杂环丁醇主要有三种策略（图1B）：第一种策略，由于α-氧原子的给电子效应导致氧杂环丁酮羰基的亲电性不足，需使用化学计量的强亲核试剂（如有机锂试剂或格氏试剂），这导致反应条件严苛且无法兼容敏感官能团；第二种光催化脱羧加成方法虽被开发，但依赖特定的α-氨基酸前体来生成亲核性的α-氨基自由基，这在一定程度上限制了底物普适性；第三种是过渡金属催化策略，2021年，石磊课题组基于可见光与过渡金属钛协同催化体系生成π-烯丙基钛物种，实现了烷基卤、丁二烯和羰基化合物（包括氧杂环丁酮）的三组分烯丙基化反应，随后Krische课题组则开发了铱催化还原对映选择性烯丙基化方法，其羰基加成需通过σ-烯丙基铱物种的Zimmerman-Traxler型过渡态实现。除上述方法外，三级的3-氧杂环丁醇还可通过有机催化应变驱动的交叉酮醇反应，或利用改造的脱羧醛缩酶实现对映选择性构建三级γ-羟基氨基酸（官能团化的3-氧杂环丁醇）来合成。图1. 3-氧杂环丁烷醇的合成背景作者首先采用2-萘硼酸（1a）和氧杂环丁酮（2a）为模板底物，对反应条件进行了筛选，最终在标准条件下，即[Rh(COD)Cl]2（1 mol%）、IPr（2 mol%）、K3PO4（2 equiv）、甲苯（0.1 M）、40 ℃反应24小时，获得目标产物3a的分离收率为90%。在确立最优反应条件后，作者开始考察该反应的底物适用范围与局限性。如图2所示，各种取代的芳基硼酸与2a反应顺利，以良好至优异的选择性得到相应产物。该催化体系表现出良好的官能团耐受性，可兼容多种取代基，包括甲氧基、三氟甲基、卤素、芳基、乙酰氧基等（3a–x）。杂芳基硼酸与稠环芳基硼酸在该转化中同样具有兼容性（3y–ac）。该方法仅兼容芳基硼酸，而烯基与烷基硼酸则不适用。随后考察了环丁酮底物的适用范围。除氧杂环丁酮2a外，氮杂环丁酮（如N-Boc与N-Cbz衍生物）同样可作为该反应的适用底物，以45-75%的收率得到目标产物3ad–af。β-碳消除已被证明是一种兼具普适性、高效性与精准性的合成策略。尽管该过程在热力学上不利，但可通过释放环张力或形成稳定产物来驱动。这一策略突破了传统成键范式，为直接、原子经济性地构建具有挑战性的分子结构（如中环、季碳中心和复杂多环体系）提供了新平台。受环丁酮开环生成线性酮类化合物的启发，作者通过对配体和温度的调控，实现了氧杂环丁酮与氮杂环丁酮的催化C–C键断裂反应。该方法无需预先制备氧杂环丁醇或氮杂环丁醇作为开环中间体，为合成α-氧代/α-氨基酮类化合物提供了一种创新策略。对于芳基硼酸，该反应体系可兼容含单取代基（如苯基、甲氧基、甲硫基、氟基）以及二取代芳香与杂芳香体系（4a–i）的底物。然而，缺电子底物在当前条件下表现出有限的耐受性。该方法可成功拓展至氮杂环丁烷酮类底物，以43–86%的收率得到产物4j–o。图2. 氧杂环丁酮/氮杂环丁酮和芳基硼酸的化学发散性反应的底物范围为验证本方法的合成应用潜力，作者实现了3-芳基氧杂环丁醇的后期官能团化（图3）。参照张海军课题组已报道方法，作者以3a为原料以91%收率合成氧杂环丁基三氯乙酰亚胺酯5a。该中间体与伯仲烷基醇（香茅醇、二丙酮-D-半乳糖）、氨基酸衍生物（N-Boc-L-亮氨醇、N-Cbz-甘氨醇）及芳胺（苯佐卡因）均能顺利反应，以37-89%的中等至良好收率得到目标产物6a-6f。图3. 合成应用为了研究反应机理，进行了一系列机理实验（图4），为验证该反应的氢源，作者首先使用PhB(OD)2作为底物进行了H/D交换实验（详见支持信息）。虽然在合成3-芳基氧杂环丁醇时未观察到产物3c中的氘代现象，但在开环反应中检测到羰基末端甲基及相邻亚甲基的局部氘代。同样地，在标准条件下向反应体系添加D2O也产生了类似结果。这些结果表明转化过程中的氢源可能来自芳基硼酸和体系中的水。作者推断3-芳基氧杂环丁醇是开环反应的中间体，因此在对照实验中选用3a作为底物。当使用1.5当量碱时，两种配体在升高温度时表现相当；然而当碱负载量增至3.0当量时，DM-BINAP能有效促进反应，而使用IPr配体的性能保持不变。值得注意的是，在较低温度下IPr和DM-BINAP配体均无法驱动开环过程。综上所述，配体选择与反应温度对开环反应均具有决定性作用。通过机理实验并结合以往文献报道，作者初步提出了该反应的可能机理（图4c）。首先，通过芳基硼酸和铑催化剂Ⅰ的转金属产生芳基铑中间体Ⅱ，接着，芳基铑中间体Ⅱ对氧杂环丁酮发生1,2-加成生成关键的烷氧基金属物种Ⅲ。该中间体既可得到三级醇Ⅳ，也可发生β-碳消除过程生成烷基铑物种Ⅴ，随后烷基铑物种Ⅴ通过质解实现催化剂再生，从而完成催化循环。图4. 机理研究和可能的机理总结与展望总之，作者开发了铑催化的氧杂环丁酮及氮杂环丁酮与芳基硼酸的化学发散性反应。在N-杂环卡宾配体存在下，反应通过羰基芳基化途径生成3-芳基氧杂环丁醇和3-芳基氮杂环丁醇；而通过温度和配体的协同调控，可驱动不可逆的β-碳消除过程，进而切换反应路径获得有价值的α-氧代/α-氨基酮类化合物。该系列反应以中等至优异收率获得目标产物，为合成芳基羧酸生物电子等排体、α-氧代酮和α-氨基酮提供了新方法。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）：Rhodium-Catalyzed Chemo-Divergent Reaction between Oxetan-3-ones/Azetidin-3-ones and Arylboronic AcidsJiayi Shen, Ganchun Wu, Zhi Wang, Zeyuan Fu, Liangbin Huang*J. Org. Chem. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acs.joc.5c02156 Published November 19, 2025© 2025 American Chemical Society通讯作者信息黄良斌，华南理工大学化学与化工学院教授、博士生导师。2004年北京化工大学生命科学与技术学院本科，2013年华南理工大学应用化学博士学位（导师：江焕峰教授），随后加入德国凯泽斯劳腾理工大学Lukas J. Gooßen教授课题组从事博士后研究 (洪堡学者)。2016年4月至2018年10月分别在美国罗切斯特大学和威斯康辛大学-麦迪逊分校Daniel Weix课题组从事博士后研究。2018年11月加入华南理工大学开始独立科研工作，主要研究方向为富氧生物质平台分子的脱氧偶联，惰性键的活化。曾获2010年教育部学术新人奖，2014年广东省优秀博士论文等奖项，德国洪堡奖学金（2014），教育部自然科学一等奖第二完成人（2019）；广东省青年拔尖人才计划（2019），入选国家高层次人才引进青年计划。https://www.x-mol.com/groups/huang_liangbin （本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Organic Chemistry 2025-12-05

烟台大学Inorg. Chem. | 金属-甲基“从弱到强”：计算揭示regium bond向共价化演化与五配位碳的形成

英文原题：Regium Bonds to Activated Methyl Groups: Transition to Covalent Bond and a Pentacoordinate Carbon Center通讯作者：Qingzhong Li（李庆忠） & Steve Scheiner作者：Hangyu Zhou, Xin Wang, Qingzhong Li, Steve Scheiner格氏试剂产生的金属有机烷基被视为非传统的供电子片段，在其与 Group-11（金、银、铜）等“受体”相遇时，弱非共价的 regium bond 在特定配体与环境下竟能演化为具有显著共价成分的键合态，甚至诱导甲基呈现近似三角双锥的五配位构象。该研究通过系统的高精度量子化学分析，揭示了这一从弱相互作用到共价化学键的连续演化路径及其机理。研究背景非共价相互作用的研究已从经典的氢键、卤素键扩展到以金属为受体的 σ-hole 相互作用——“regium bond”是其中富有争议与潜力的一类。理解何种条件下这类弱相互作用能增强到参与键断裂/生成、甚至改变有机片段配位态，对于金属催化、烷基迁移反应机理与配位化学设计具有重要意义。制备与方法速览作者在气相/孤立分子模型下采用高水平量子化学计算（MP2/aug-cc-pVTZ 与对重金属采用赝势处理），并结合 MEP、AIM、NCI、NBO、ETS-NOCV 及 LMOEDA 等多种能量拆分与轨道分析手段，从几何、能量到电子密度多维度解析键性质与电子重排。主要发现结合能跨度大且依赖金属种类：相互作用能在约−13 至 −72 kcal·mol-1之间变化，金属排序为Au > Cu > Ag（Au 体系最强）。甲基“翻转”与近似五配位碳：在若干 Au–Cl / Au–CN 与 MgMe2（或 MeMgCl）配对中，甲基发生 umbrella inversion，几何与电子特征接近五配位碳中心，Au···C 距离接近共价半径之和。电荷转移与极化主导共价化：ETS-NOCV 与 LMOEDA 指出 σ(C→M) 电荷迁移和显著的极化能是从弱相互作用走向共价化的关键能量贡献。拓扑/谱学证据支持：AIM 中键临界点（BCP）电子密度与总能量密度 H 的符号变化，为强结合体系具备共价成分提供独立的证据。Au···C 的 regium bond 诱导甲基发生 umbrella 翻转，形成近似三角双锥的五配位碳并伴随 σ(C→Au) 电荷转移科学意义与展望该研究将 regium bond 的研究从“弱相互作用描述”推进到“参与反应机理构建”的层面：在格氏试剂与贵金属相互作用下，甲基不只是被动的取代基，而可能通过显著的电荷重排与构型变化参与键的重组和迁移。此发现对理解烷基转移反应、设计新的金属中心催化位点，以及探索超配位碳化学均具有重要启发意义。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Inorg. Chem. 2025, 64, 23, 11744–11755Publication Date: June 4, 2025https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5c01338 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefStefanie DehnenKarlsruhe Institute of TechnologyInorganic Chemistry 发表无机化学领域横跨整个元素周期表所有方面的基础研究，包括实验及理论研究，强调对新发现或已知重要化合物的合成、机理、结构、热力学、动力学、反应性、光谱学、成键和功能特性进行深入研究。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision4.77.426
来源： Inorganic Chemistry 2025-12-04

中国科学技术大学ACS Mater. Lett. | 力致非晶与非晶诱导实现金刚石自愈合

英文原题：Mechanical Amorphization-Mediated Self-Healing of Fractured Diamond通讯作者：吴恒安（中国科学技术大学），朱银波（中国科学技术大学）作者：Kang Wang（王康），HengAn Wu（吴恒安）*，YinBo Zhu（朱银波）*金刚石以其超高硬度与卓越的热导率，被广泛用于耐磨涂层及航天防护结构，是人类已知最坚硬的材料之一。然而，这种极强的刚性背后隐藏着显著的脆性，一旦形成裂纹，其内部强共价键几乎不具备迁移或重构能力，使其损伤不可逆转。这种“强而不韧”的固有缺陷长期制约着金刚石在高可靠性工程领域的进一步应用。近年来，研究者通过引入纳米孪晶与多型结构界面，成功打破了单晶金刚石脆断的传统局限，形成了具有高界面密度与多尺度层级的纳米孪晶金刚石复合材料（ntDCs）。这种新型结构在实验中展现出惊人的韧性提升，并在室温下首次观测到微裂纹自愈现象，裂纹在卸载后可部分闭合并重新恢复力学强度。这一突破使得“共价固体能否自愈”成为材料科学的新议题。然而，实验手段的时空分辨率难以解释原子愈合的动态过程与机制。特别是非晶团簇的形成与自愈合过程，至今仍缺乏系统认识。要真正理解金刚石的自愈合机制，亟需通过原子尺度计算方法认识和理解该过程并建立相应的理论框架。本文研究团队构建了纳米孪晶金刚石的原子尺度模型，并通过大规模分子动力学模拟，复现了实验中材料的断裂与自愈合过程，构建了金刚石材料断裂与愈合的分子动力学模型。他们通过分子动力学模拟揭示了由金刚石界面微结构引起的力致非晶现象，以及由高能的非晶团簇诱导的自愈合机制，从原子尺度解释了非晶团簇的形成与自愈合过程；通过控制外部压力，他们实现了纳米孪晶金刚石愈合效率的进一步提升，实现了对于材料的愈合微结构与愈合后断裂模式的调控。作者基于实验表征构建了纳米孪晶金刚石（ntDCs）的原子模型并进行了大规模分子动力学模拟，系统揭示了ntDCs在受拉断裂过程中的结构演化过程。在加载初期，裂纹沿晶面传播并在界面处发生钝化与偏折，界面间的力学与结构失配导致强烈的局域应变与应力集中，从而触发键断裂、旋转与重排，形成高度无序的非晶团簇。界面处的无序化行为是由应变驱动的结构重构过程，其在宏观上表现为裂纹能量的耗散与扩展路径的改变，为后续的自愈合提供了结构前驱体。图1. 纳米孪晶金刚石的断裂过程及结构表征在加载卸除后，进一步追踪了断裂界面的原子重构行为，发现断裂过程中形成的非晶团簇在重新接触时会自发发生局部的sp2-sp3重杂化转变，重新建立跨界面的共价连接。这一“非晶诱导”的愈合模式不同于金属的扩散焊接或聚合物的可逆反应，而是依赖于非晶碳局部结构的拓扑柔性与能垒降低效应。结果显示含有更多非晶团簇的结构愈合效率更高，其后续的拉伸强度和韧性可恢复至原始值的40%以上，与实验中的恢复效率接近。进一步通过表面能与键型比例的定量分析，证实了结构无序化在愈合过程中提供了能垒降低的通道，并建立了从断裂表面到重构网络的原子级演化图景。图2. 断裂表面到重构网络的原子级演化过程在此基础上，研究提出通过外部压力实现对愈合行为的有效调控。模拟表明，在1–10 GPa范围内，随着压力的升高，体系经历了从表面排斥主导（Mode I）、局部再杂化（Mode II）到完全重结晶（Mode III）的演化路径。低压下断裂表面仍以sp2表面排斥为主，难以实现原子连接；中压区间则出现部分重构的纳米晶粒，在拉伸过程中能够阻断裂纹传播并显著提高韧性；高压下裂纹区完全转化为连续的sp3晶带，实现了近似完美的结构恢复。进一步构建的应变–压力相图揭示了愈合模式与内部应力状态的对应关系，为后续实验中通过外场调控实现高效愈合提供了定量依据。该成果系统建立了“应力诱导无序化—无序化介导再结晶”的自愈合机制框架，拓展了共价固体可逆损伤修复的物理机制。图3. 压力调控自愈合微结构相变与断裂模式总结与展望综上所述，本研究通过理论建模和大规模分子动力学模拟，从原子尺度解释了纳米孪晶金刚石室温下自愈合现象，首次提出了高能界面引起的力致非晶与高能团簇无序诱导自愈合机制，并通过模拟压力加载实现了材料恢复效率的进一步提升，调控了愈合金刚石的微结构与愈合后的断裂模式。该研究成果为实现大规模C/C复合材料与大尺寸非晶碳材料的设计制备提供了理论基础和指导。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）：Mechanical Amorphization-Mediated Self-Healing of Fractured DiamondKang Wang, HengAn Wu*, YinBo Zhu*ACS Materials Lett. 2025, 7, XXX, 3876–3883https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.5c01275 Published October 31, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： X-MOL 2025-12-03

Science：对映选择性全合成(-)-gukulenin A

1950年，Dewar首次提出七元芳香环的存在以解释天然产物密挤青霉酸（1）的物理性质（图1a），并将这种非常规环命名为α-托酚酮，其芳香稳定化能约为47 kcal/mol，明显大于苯体系，例如苯酚（3）的36 kcal/mol。由于C-O π键中的电荷分离增强了这种芳香特性，因此α-托酚酮（2）具有很强的分子偶极性（3.71 D）和酸性（pKa=6.7（H2O）），从而产生独特的物理性质（如：高效螯合二价金属离子、两亲反应性）。另外，托酚酮环也存在于其它次级代谢产物中（图1B），例如：日柏醇（4）、秋水仙碱（5）、rubrolone A（6）以及(-)-gukulenin A（7）和B（8）。如图1C所示，(-)-gukulenin A（7）的假二聚体结构由两个α-托酚酮残基（绿色）、10个不对称立体中心（其中两个为季碳立体中心，九个为连续立体中心）、高官能团化的环戊烷片段、一个不稳定半缩酮（蓝色）和一个亲电α-乙酰氧基醛（橙色）组成；而(-)-gukulenin B（8）与7基本相同，不同之处在于伯醇取代醛基。2022年，Nicolaou等人报道了(-)-gukulenin B（8）的全合成（图1D），即三环（9）和双环托酚酮醚（10）经钯催化交叉偶联反应得到假二聚体结构11（产率：43%），再经五步转化（总产率：15%）便可得到(-)-gukulenin B（8）。(-)-gukulenin A（7）虽已经显示出强抗癌活性，但是其合成过程极具挑战，而且目前对该化合物的构效关系研究尚不深入，不利于后续的药物开发进程。近日，美国耶鲁大学的Seth B. Herzon教授（点击查看介绍）课题组利用定向C-H键芳基化、串联Grob裂解-烷基化、甲基托酚酮醚的创新合成、多组分交叉偶联和热催化羰基-ene反应等关键步骤，对映选择性地实现了(-)-gukulenin A（7）的全合成。此外，作者还将该路线应用于15种衍生物的合成以阐明该化合物的构效关系，并确定二聚体托酚酮和醛的亚结构与其细胞毒性密切相关。相关成果发表在Science 上。图1. α-托酚酮和gukulenin概览。图片来源：Science作者的合成路线基于对(-)-gukulenin A生物合成的假设（图1E）。首先，12经生物催化氧化二聚化和C-H键氧化便可形成二聚酮14，14经形式1,2-加成（构建C1-C14键）得到15，其经选择性脱除C2-Ac、半缩醛形成便可合成(-)-gukulenin A（7）。虽然从收敛性和预期反应性的角度来看，这一假设很有吸引力，但14中近C2对称性带来了一个合成挑战，即14中成对的外周官能团的后期区分。作者设想通过两个单体甲基托酚酮醚与非对称双碳“枢纽”试剂（17）的会聚偶联来合成14，经过广泛的努力，他们找到了试剂 (E)-1,2-二(三丁基锡基)-1-乙氧基乙烯（18）以实现这一目标（图1F）。另外两个挑战是α-托酚酮和环戊烷的环构建。由于大多数现有的合成托酚酮的方法与(-)-gukulenin A的取代模式和官能团并不相容，作者曾开发了三种基于邻苯醌单酮中间体的单碳扩环合成托酚酮的方法。此外，他们尝试利用对映体富集的exo-2-降冰片胺（22）的双环结构来控制环戊烷环的相对和绝对立体化学，并随后控制分离物本身的立体化学。如图2A所示，作者通过exo-2-降冰片胺和2-吡啶甲酸的酰化反应得到吡啶甲酰胺23（产率：92%，ee值：99%），再与碘代芳烃24进行定向C-H键芳基化反应，以67%的产率（10 g规模）得到产物25，其经过量锌和盐酸水溶液处理和氧化脱氨（26）、与碳酸二甲酯和氢化钾进行加热、然后加入碘甲烷（27）以及还原、选择性磺酰化得到羟基磺酸盐28（10 g，>19:1 dr）。当将28置于强碱条件时迅速形成了C3-去甲基环戊烷29（R=H），但是分离产率较低且变化较大（12-60%），为此作者用KH和MeI处理28，以64%的产率和>19:1 dr值获得α-甲基化Grob裂解产物30（6 g），从而成功地构建连续立体中心（即C3/C3′、C6/C6′和C7/C7′）。接着，30经三步转化获得烯丙基醚31，再经三步转化得到邻苯醌单缩酮32，但将其置于先前开发的单碳扩环反应条件时却未能得到甲基托酚酮醚33（图2B）。基于此，作者依次向底物36中加入1-锂基三甲基硅基重氮甲烷（TMSD）和三氟乙酸（TFA），以82%的产率得到甲基托酚酮醚37；而当该条件应用于带有所需官能团化环戊烷的邻苯醌单缩酮38时却只检测到苯酚40（图2C），分子动力学模拟显示TMSD加成产物41（源于36）的最低能量构象是通过将TMS取代基置于环己烷环上进行环扩张预组织的；而TMSD加成产物42（源于38）的最低能量构型则采用一种有利于α-硅基环氧化物43的构象（即TMS取代基置于远离环己烷环），这可能会最大限度地减少跨环相互作用。接下来，作者将三(二甲氨基)锍二氟三甲基硅酸（TASF）加入到32和TMSD的溶液中（-30℃），然后加入过量TFA并加热至23℃，以79%（20 mg）或49%（100 mg）的产率获得所需的扩环产物33，再经乙酰化和烯烃的氧化裂解（44）、与18进行双重偶联、汞介导的烯醇醚水解、去甲基化便能得到假定的生物合成前体14，进一步加热14和溴化镁的四氢呋喃溶液就能形成anhydrogukulenin A C2-乙酸酯（47）。图2. 单体甲基邻苯二酮醚33和两次Stille偶联产物45的合成。图片来源：Science 尽管上述合成路线是汇聚式的，但是45、46和14的近C2-对称性使得乙酸酯的区分具有挑战性。因此，作者试图在交叉偶联步骤中引入具有正交C2保护基团的托酚酮单体。如图3A所示，当等摩尔量18和44进行Stille偶联时，1H NMR谱检测到α-芳基化产物48，但是纯化时会导致质子化脱锡化和末端烯烃50的形成；而向48的溶液中加入碘苯后得到三组分偶联产物49（产率：48%）。其次，作者通过烯丙醇33的烷基化、烯烃的氧化裂解合成PMB醚52（图3B），并使用优化条件进行三组分偶联（依次偶联44、18、52）得到所需产物53，再经托酚酮去甲基化、烯醇醚水解以91%的产率获得酮54，但是使用溴化镁作为助催化剂环化54时却导致分解。鉴于54在DMSO-d6中加热至120℃时能产生半缩酮55和烯醇醚56的1:1混合物，因此作者通过条件优化将这一比例提高到14:1，并推断55和56可能会相互转化，但所有使56水合或使55脱水的尝试都会导致分解。基于此，作者认为这种转变是由热催化羰基-ene加成形成醇57引发的（图3C），然后57通过质子转移恢复芳香性并形成58，其经半缩酮化得到55；或者57经半缩酮化产生二氢吡喃59，其可以脱水形成56。事实上，作者最初预计该反应将通过托酚酮与醛的亲核1,2-加成进行，但是底物60-63在热催化下未能形成环化产物（图3D），这表明托酚酮需要环外酸性质子。另一方面，在优化条件下加热同源二聚体14时得到anhydrogukulenin A C2-乙酸酯（47）和相应半缩酮（1:3）的混合物，构象分析显示中间体57（由PMB醚54衍生）中C1醇和C21酮之间的氢键相互作用有望促进互变异构（芳构化）；而14衍生的相应中间体65则采用C1羟基与C2乙酸酯氢键结合的构象（图3E），这种相互作用可能会降低再芳构化相对于半缩酮化的速率，因此C2保护基对于羰基-ene加成反应的产物分布至关重要。最后，用DDQ处理半缩酮55和烯醇醚56的混合物（14:1）便可实现(-)-gukulenin A（7）的全合成（20 mg规模，LLS：24步，总产率：2.5%），而且全合成的NMR和LC/MS分析与天然原料相同。图3. (-)-gukulenin A的合成及环化机理。图片来源：Science最后，作者以原子级精度探索了(-)-gukulenin A（7）的构效关系（图4），即设计并合成了15种不同的单体和二聚体gukulenin衍生物以评估二聚化、α-托酚酮残基、环己醇和半缩酮环、连接基团组成和醛对人咽鳞癌细胞（FaDu）、结肠癌（HCT116）和白血病（K562）细胞系以及人卵巢癌细胞A2780毒性的影响。这项研究得出了四个明确关系：（I）α-托酚酮是细胞毒性的关键，这是因为单体甲基托酚酮醚66基本没有活性（IC50>10 μM），而相应的（去甲基化）α-托酚酮71的IC50=430 nM，同时相关的单体α-托酚酮（67-70和72-74）IC50值为210-570 nM。在二聚体系列中，甲基-甲基托酚酮醚46的IC50=780 nM，但相应的二聚体去甲基化α-托酚酮衍生物（14和75-78）的效力高780倍（IC50=1.0-140 nM）；（II）(-)-gukulenin A（7）中的环己醇和半缩酮环是不必要的。无这些环的二聚体衍生物14和76保留了(-)-gukulenin A（7）的效力，而且75的效力比(-)-gukulenin A（7）强10倍以上；（III）α-托酚酮残基之间两个碳连接体的氧化态变化不会显著影响效力，含有简单乙烯基连接体的衍生物76的效力为相应酮14的约2/5，而乙烯衍生物77的效力（IC50=110±10 nM）略高于相应的酮78（IC50=140±10 nM）；（IV）二聚体α-托酚酮的效力至少比单体α-托酚酮强一个数量级，在某些情况下差异>200倍（如：二聚体结构75 vs单体结构68）。此外，这些研究还表明α-氧化醛可能有助于二聚体而非单体结构的细胞毒性，例如：无醛二聚体衍生物（77和78）比(-)-gukulenin A（7）和含醛二聚体结构（14、75和76）的效力低，约为其1/10，这一趋势与(-)-gukulenin B（8）的效力约为 (-)-gukulenin A（7）的1/10相一致。然而，在单体系列中，无醛取代基的α-托酚酮（67、69、70、72、73和74）的效力与含醛底物（68和71）相当，这些结果说明二聚体和单体gukulenin衍生物的作用机制可能是不同的，(-)-gukulenin A（7）中的醛和二聚体衍生物可能与生物亲核试剂结合。图4. (-)-gukulenin A的IC50值及构效关系。图片来源：Science 总结Seth B. Herzon教授课题组报道了(-)-gukulenin A的对映选择性全合成。关键步骤包括定向C-H键芳基化、串联Grob断裂-烷基化、甲基托酚酮醚的创新合成、多组分交叉偶联以及热催化羰基-ene反应。构效关系研究确定二聚体托酚酮和醛亚结构是影响细胞毒性的关键因素。该研究为(-)-gukulenin A的靶点鉴定以及全合成衍生物作为单药及联合抗癌药物的临床前研究奠定了基础。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）：Three-component assembly and structure-function relationships of (-)-gukulenin AVaani Gupta, Zechun Wang, Joshua B. Combs, Timothy Wright, Lei Chen, Boxu Lin, Ryan Holmes, Bo Qin, Joonseok Oh, Jason M. Crawford, Seth B. Herzon Science, 2025, DOI: 10.1126/science.aea9310导师介绍Seth B. Herzonhttps://www.x-mol.com/university/faculty/1291 
来源： X-MOL 2025-12-02

辽宁工程技术大学唐树伟团队Chem Mater︱Zintl相BaZn₂X₂(X=P,As)热电材料中扩散子驱动热传输和能带收敛

英文原题：Diffusons-Driven Thermal Transport and Band Convergence in Zintl-phase BaZn2X2 (X = P, As) Thermoelectric Materials通讯作者：唐树伟（辽宁工程技术大学）作者：Pengfei Zhang (章鹏飞), Zhanpeng Xu (徐湛彭), Shuwei Tang (唐树伟),* Tuo Zheng (郑拓), Da Wan (万达), Peng Ai (艾鹏), Tengyue Yan (闫腾月), Song Pei (裴松), Yufei Meng (孟雨菲), and Shulin Bai (白树林)近日，辽宁工程技术大学唐树伟团队在热电材料领域取得重要突破。该团队通过第一性原理计算与双通道模型相结合的方法，成功揭示了Zintl相BaZn2X2 (X= P, As) 化合物的热电性能调控机制。该研究不仅建立了强非简谐材料晶格热导率的精准预测理论框架，还为设计兼具三维晶体结构与一维传输特性的高性能热电材料提供了核心理论依据。图1. BaZn2X2 (X= P, As) 化合物的 (a) 晶体结构，(b) [Zn-X]- (X = P, As) 阴离子框架，(c) 原子振动轨迹，(d, e) 约化密度梯度 (RDG) 和二阶力常数。图1聚焦BaZn2X2 (X= P, As) 材料的晶体结构与成键特性，为理解其特殊传输行为奠定了结构基础。该类化合物中，Zn 与 X (X=P, As) 原子通过共价键形成[Zn-X]- (X= P, As) 阴离子框架，而Ba原子则以弱相互作用填充于三维通道中。这种“刚性共价框架+弱束缚阳离子”的复杂晶体结构，不仅赋予材料沿x轴的一维传输通道，而且还通过Ba原子的双模式振动强化声子散射，为低晶格热导率与各向异性电传输性能提供了结构基础。图2. (a-c) BaZn2X2 (X= P, As) 化合物的电子能带结构。(d) [Zn-X]- (X = P, As) 阴离子框架内轨道相互作用的示意图。(e) BaZn2X2 (X= P, As) 化合物沿(100)平面的电子局域密度函数。能带计算表明，BaZn2P2和BaZn2As2均为直接带隙半导体。尤为关键的是，BaZn2As2展现出独特的导带收敛现象，其导带C2峰向费米能级折叠，形成多谷能带结构。这种结构能有效平衡载流子有效质量与迁移率，为n型掺杂下的高功率因子提供了电子结构保障。n型掺杂BaZn2As2化合物的ZT值在900 K时达到1.07。这一结果不仅充分验证了“结构-电子-声子”协同优化策略的有效性，而且为该类材料的实际应用提供了关键性能支撑。总之，该研究针对Zintl相BaZn2X2 (X= P, As) 热电材料，采用第一性原理计算和双通道模型，揭示了“结构-电子-声子”协同优化机制。BaZn2X2 (X= P, As) 材料特殊晶体结构赋予一维传输特性。研究结果不仅建立了强非简谐材料晶格热导率预测框架，而且为高性能热电材料设计提供理论支撑。该研究成果近日在线发表于Chemistry of Materials。辽宁工程技术大学材料科学与工程学院唐树伟副教授为通讯作者，硕士研究生章鹏飞为第一作者。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）：Diffusons-Driven Thermal Transport and Band Convergence in Zintl-phase BaZn2X2 (X = P, As) Thermoelectric MaterialPengfei Zhang, Zhanpeng Xu, Shuwei Tang,* Tuo Zheng, Da Wan, Peng Ai, Tengyue Yan, Song Pei, Yufei Meng, and Shulin BaiChem. Mater. 2025, 37, 22, 9182–9192https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c02044 Published November 4, 2025© 2025 American Chemical Society作者简介通讯作者：唐树伟辽宁工程技术大学材料科学与工程学院副教授，从事新能源材料相关研究。2011年获东北师范大学博士学位。2014-2015年在日本京都大学做博士后。目前主要研究领域是热电材料的设计与模拟。相关研究成果已在J. Am. Chem. Soc., J. Energy Chem., Chem. Eng. J., Chem. Mater., Small Methods, Phys. Rev. B, J. Phys. Chem. Lett.等国际著名期刊上发表论文110余篇，授权国家发明专利1项，并承担多个国家和省部级基金项目。E-mail: tangshuwei@lntu.edu.cn第一作者：章鹏飞辽宁工程技术大学材料科学与工程学院硕士研究生在读。硕士生导师为唐树伟副教授。目前主要从事热电材料的第一性原理计算研究，已在 J. Energy Chem., Chem. Eng. J., Chem. Mater., Phys. Rev. B, J. Phys. Chem. Lett. 等国际知名期刊发表SCI论文20篇。E-mail: zhangpengfei716@163.com（本稿件来自ACS Publications）
来源： Chemistry of Materials 2025-11-28

Nano Lett. | 北京大学：纵向非互易输运用于奈尔矢量的两端口探测

英文原题：Two-Terminal Electrical Detection of the Néel Vector via Longitudinal Antiferromagnetic Nonreciprocal Transport通讯作者：黄华卿，北京大学物理学院作者：Guozhi Long (龙国智), Hui Zeng (曾晖) , Mingxiang Pan (潘铭祥), Wenhui Duan (段文晖)背景介绍反铁磁材料因超快动力学响应、零杂散场及抗外部磁干扰能力，成为下一代自旋电子学应用的关键候选材料，其奈尔矢量可作为非易失性状态变量实现信息编码，而高效电学探测奈尔矢量取向是发展反铁磁技术的核心前提。与铁磁自旋电子学中借助磁隧道结的隧道磁阻探测磁化状态不同，反铁磁材料因无净磁化强度，奈尔矢量探测难度显著。现有方案存在明显局限：反铁磁隧道磁阻等依赖特定自旋极化，仅适用于非共线反铁磁体等特殊体系；各向异性磁阻、非线性霍尔效应等或无法分辨 180° 奈尔矢量反转，或需复杂结构阻碍器件微型化。两端口二次谐波测量作为成熟技术，可观测非中心对称体系的非互易电荷输运。在具有时间空间联合对称性的共线反铁磁体系中，由量子度规和非线性Drude效应也会导致非互易的电阻，而不同微观机制之间的差异以及潜在的候选材料有待进一步研究。图1. 自旋电子学器件的典型读出方案。文章亮点近日，北京大学物理学院黄华卿与清华大学物理系段文晖教授合作在Nano Letters上发表了基于两端口非互易磁阻的反铁磁材料奈尔矢量电学探测研究。该研究通过第一性原理计算，揭示了一系列反铁磁体系中显著的二阶纵向非线性电导，指出纵向非线性输运是实现奈尔矢量取向两端口电学读出的通用、可扩展方法，突破了现有候选反铁磁材料有限的局限。研究以二维 MnS 和三维 CuMnAs 为原型，发现这两种材料在奈尔矢量 180° 翻转时纵向非线性电导会出现明显符号反转，可对应反铁磁自旋电子器件的两种存储状态，且非线性电导在能带近简并点附近显著增强。研究还分析了量子度规和非线性Drude两种不同的机制对于非线性电导的贡献，并且这两种贡献可通过改变弛豫时间来区分。图2. 二维MnS的晶体结构、能带和由量子度规诱导的纵向非线性电导。图3. 二维MnS中由非线性Drude项诱导的非线性电导。文章着重以二维MnS为例，研究了由量子度规和非线性Drude两种不同的机制诱导的纵向非线性电导。如图2(a)所示，二维MnS为双层褶皱蜂窝晶格结构，Mn原子分属上下层形成反铁磁序， 奈尔矢量方向用与x轴夹角θ表示。图2(b)和图2(c)展示了MnS的能带和等能面，通过第一性原理计算发现，MnS的能带结构依赖奈尔矢量方向，θ=0与θ=π时ky方向能带不对称性相反。Γ点处价带顶因弱自旋轨道耦合存在近简并点，该点对非线性输运起关键作用。如图2(d)显示，量子度规诱导的纵向非线性电导在θ=0与π时符号相反，可区分奈尔矢量反转，并且在空穴掺杂时出现两个异号峰值，量级达nm·mA/V²。图2(e)显示了量子度规的偶极子在Γ点附近存在很大增强，表面非线性电导主要由Γ点处的近简并点贡献。如图2(f)所示，奈尔矢量在x-y平面旋转时，非线性电导呈2π周期性变化，能完整映射其取向，证明LNC是高效电学检测方案。此外，文章还研究了非线性Drude项对于非线性电导的贡献。如图3(a)所示，非线性Drude项也可以产生纵向和横向的非线性电导。由于非线性Drude项依赖于弛豫时间τ，在图3(b)中，研究者将不同弛豫时间下非线性Drude项产生的电导和不依赖于弛豫时间的量子度规项产生的电导作对比，发现随弛豫时间增长前者可接近后者，且二者可根据τ依赖关系不同来区分。总结/展望研究团队通过第一性原理计算与对称性分析，发现 2D MnS 和 3D CuMnAs 等反铁磁材料的纵向非线性电导随奈尔矢量 180° 翻转符号反号，且在能带近简并点增强，为奈尔矢量提供了通用两端口电学探测方案，解决传统方法局限。未来可拓展至更多反铁磁材料，还可探索其在无线射频整流、太赫兹光电探测等领域应用，推动下一代反铁磁自旋电子学技术发展。相关论文发表在Nano Letters上，北京大学物理学院博士研究生龙国智为文章的第一作者， 北京大学物理学院黄华卿为通讯作者。该项工作得到了清华大学段文晖教授的大力支持。通讯作者信息：黄华卿 研究员黄华卿，北京大学物理学院研究员。从事凝聚态理论及计算研究。具体研究方向包括但不限于：周期性（晶体）和非周期体系（如准晶，无序系统）中的拓扑物理；新奇量子物态的第一性原理预测；非线性量子输运理论研究；电子结构(特别是关联体系)的理论计算方法及算法发展等。其研究成果发表在Phys. Rev. Lett., Nature Commun., Nano Lett., Phys. Rev. B 等学术刊物上，已发表SCI 收录论文80余篇；总引用超过6100 次，H 指数 36。http://scholar.pku.edu.cn/huaqing.huang 扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Nano Lett. 2025, 25, 14817−14824Publication Date: September 30, 2025https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c02968 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 Decision9.114.929.3
来源： Nano Letters 2025-11-27

华东师范大学胡炳文&娄霄冰团队CBMI | 3D EPR成像揭示复合固态电解质抑制锂枝晶穿透实现稳定锂金属全固态电池

英文原题：Composite Solid Electrolytes Inhibit Dendrite Penetration for Stable All-Solid-State Lithium Batteries Revealed by 3D EPR Imaging通讯作者：胡炳文，娄霄冰，华东师范大学作者：Jiaxing Lv, Ying Jiang, Hui Feng, Guozhong Lu, Xiaobing Lou*, Bingwen Hu*背景介绍全固态锂金属电池（ASSLBs）具有高能量密度、高安全性和长循环寿命等优势，是下一代储能技术的重要候选方向。在各类候选材料中，硫化物固体电解质（SSEs）因离子电导率优异（>10mS・cm⁻¹）、电子电导率低且机械性能良好，受到广泛关注。为抑制锂枝晶穿透LPSC，研究人员已采用人工界面相、合金负极等策略。这些方法虽在一定程度上缓解了问题，但存在明显缺陷：难以形成均匀的保护层；锂合金负极会导致显著的输出电压损失，二者均严重阻碍实际应用。多层电解质结构（如LPSC-LGPS-LPSC）为全固态锂金属电池设计提供了新思路，可通过简单流延工艺实现稳定界面设计。文章亮点近日，华东师范大学胡炳文&娄霄冰团队在Chem. Biomed. Imaging上发表了3D EPR成像揭示复合固态电解质抑制锂枝晶穿透实现稳定锂金属全固态电池的研究。本研究设计了一种复合固体电解质（CSE），通过在阴极与LPSC层之间引入LGPS-LPSC复合中间层（简称MIX），抑制锂枝晶向固体电解质穿透。与纯LPSC相比，该结构实现了电化学性能的提升。本研究进一步采用3D EPRI技术，首次实现对称Li|SSE|Li电化学电池中锂枝晶3D空间分布的成像；利用原位X波段2D EPR成像监测固体电解质内部锂枝晶的生长过程。研究发现，以MIX为保护层的复合结构可有效阻止锂枝晶穿透电解质，提升电池安全性和循环稳定性。通过临界电流密度（CCD）测试评估MIX电解质与锂金属的相容性。发现LGPS:LPSC质量比为5:5的Li|LPSC-MIX-LPSC|Li对称电池，在0.5 mA・cm⁻²电流密度下可稳定循环2000小时以上且无短路现象，过电位范围为6.8-15 mV，展现出优异的抗锂枝晶穿透能力。随后评估Li|LPSC|LCO和Li|LPSC-MIX|LCO全电池的电化学性能，Li|LPSC-MIX|LCO电池展现出优异的倍率性能以及循环性能。图1. Dendrite distribution in solid electrolytes. (a,b) Volume renderings of 3D EPRI images showing lithium dendrite formation within LPSC-MIX-LPSC. (c) Optical images of the electrolyte pellet after cycling; (d,e) Volume renderings of 3D EPRI showing lithium dendrites formed within LPSC. (f) 1D Reference spectra for 2D and 3D EPR images of LPSC and LPSC-MIX-LPSC electrolytes.为研究锂枝晶的演变过程，以Li|SSE|Li对称电池为模型，并用3维EPR成像进行研究。EPRI分析显示，发生短路的Li|LPSC|Li电池的3DE PR图像（图2d、e）中，LPSC电解质内部存在密集的枝晶网络，在相同条件下，Li|LPSC-MIX-LPSC|Li电池仅在电解质表面出现少量锂团簇，无电解质穿透现象（图2a、b）。据我们所知，这是第一个面向锂电池的三维EPR成像。图2. In situ EPRI monitoring of Li deposition behavior in symmetric cells. (a) Operando electrochemical profiles with voltage evolution during cycling. (b) Evolution of the peak-to-peak intensity during cycling. (c-e) Reference 1D spectra for in situ EPR images of LPSC and LPSC-MIX-LPSC in the 1st, 3rd, and the last cycles with I for LPSC and II for LPSC-MIX-LPSC. (f-h) Images of the Li|LPSC|Li cell at the end of the 1st, 3rd, and 12th cycles, and the inset shows the enlargement of 2D EPRI images. The inset plots show zoomed-in views. (i-k) Images of the Li|LPSC-MIX-LPSC|Li cell at the end of the1st, 3rd and 20th cycles. The signal intensities in (f) and (k) are multiplied by 3, while those in (i) and (j) are multiplied by 20, respectively, to improve visual contrast.为进一步监测电化学电池中锂枝晶的生长过程，对全电池进行原位EPRI测试。Li|LPSC|Li电池在第12次循环后失效（图3a），而Li|LPSC-MIX-LPSC|Li电池循环性能显著更优，且形核过电位更低,表明其与锂金属的相容性得到改善。图3c-e为三个选定状态下的1D光谱，显示循环过程中信号明显增强。更重要的是，LPSC-MIX-LPSC的EPR信号强度是LPSC的1/10，表明复合电解质可有效抑制枝晶生长。循环过程中的EPR图像显示了新生成锂枝晶的分布，如图3f-k所示。循环后Li|LPSC|Li电池中的锂枝晶集中在两个电极界面附近，呈现局部高度不均匀的沉积模式（图3f）。最终，锂枝晶持续生长直至穿透电解质，连接两侧电极，导致电池完全短路。电化学反应强烈依赖于界面相的结构和组成，因此通过X射线光电子能谱（XPS）分析观察镀锂/剥锂前后的界面相，发现复合电解质层发生分解生成Li-Ge合金。通过典型的力-位移（P-H）曲线进行纳米压痕测试。根据不同的压痕深度表明其力学性能存在差异，MIX的硬度中值为0.22GPa，显著高于LPSC电解质。这表明低硬度可能导致电解质在循环过程中易受枝晶穿透或应力诱导失效影响。在固体电解质中引入复合电解质层是抑制锂枝晶穿透的有效策略：复合电解质层的成分与锂枝晶反应形成Li-Ge合金，利用其机械稳定性确保电解质与锂金属之间的动态稳定；此外，复合电解质层可使锂金属负极界面的镀锂更均匀。图3. Schematic illustrations of the Li|SSE interfacial evolution mechanisms and their impact on Li deposition behavior. (a) Dendrite penetration at the Li|LPSC interface: Heterogeneous Li deposition causes electrolyte piercing. (b) Stable alloying at the Li|LPSC-MIX interface: Rapid charge transfer and uniform Li flux enable dendrite-suppressing alloy formation.总结/展望本研究以Li|SSE|Li对称电池为对象，将电解质的临界电流密度从0.77 mA・cm⁻²提升至1.78 mA・cm⁻²，并实现对称电池的长期稳定运行（0.5 mA・cm⁻²下运行2000小时，0.7 mA・cm⁻²下运行400小时）。为阐明机理，采用EPRI监测锂沉积动态过程，特别是通过无侵入性的2D EPRI和3D EPRI，获得了枝晶形核与扩展的空间信息。本研究为设计高机械强度复合电解质以抑制枝晶向固体电解质生长提供了新途径，并提出了调控锂离子动力学的简单策略，助力高性能全固态锂金属电池的研发。相关论文发表在高质量期刊Chemical & Biomedical Imaging上，华东师范大学博士研究生吕嘉兴为文章的第一作者，胡炳文、娄霄冰为通讯作者。通讯作者信息胡炳文 教授胡炳文，华东师范大学教授，主要研究领域是磁共振及其成像、锂/钠离子电池。中国分析测试协会磁共振分会副主任委员，Journal of Physical Chemistry Letters副主编，华东师范大学纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心主任、上海市磁共振重点实验室副主任。获徐元植顺磁共振波谱学优秀青年奖（2022）和“王天眷波谱学奖”（2025）。娄霄冰 副研究员娄霄冰, 华东师范大学副研究员，主要研究方向为磁共振及成像技术在锂/钠离子电池中的应用，迄今以一作或通讯作者身份在ACS Energy Lett.、Energy Storage Mater.、Solid State Nucl. Mag.等期刊上发表SCI论文二十余篇，累计被引2700次，H因子30。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Chem. Biomed. Imaging 2025Publication Date: October 17, 2025https://doi.org/10.1021/cbmi.5c00129 © 2025 The Authors. Co-published by Nanjing University and American Chemical Society郭子建 院士南京大学Chemical & Biomedical Imaging  发表主题包括：单分子成像，生物相互作用和界面的超分辨成像，单细胞超分辨成像，生物体内化学过程的实时可视化，组织器官和全身成像，分子影像探针与造影剂，医学影像技术，疾病诊疗新方法，化学反应与过程的超分辨成像，化学发光和电化学发光成像，纳米材料的分子尺度成像，用于成像的大数据、人工智能和机器学习等。期刊将发表原创论文、快报、技术说明、综述、展望、观点、以及多样化的短篇社评。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision5.74.029.6期刊编辑及编委团队Chemical & Biomedical Imaging由中国科学院院士、南京大学郭子建教授担任创刊主编，南京大学叶德举教授担任创刊执行主编，美国康奈尔大学的Peng Chen院士、法国波尔多大学Neso Sojic教授、以及美国宾夕法尼大学的Rong Zhou教授担任创刊副主编。编委团队包括来自中国、美国、瑞士、法国、德国、日本、澳大利亚等国家的56位顶尖学者以及54位优秀的青年编委。郭子建 院士南京大学Chemical & Biomedical Imaging主编叶德举 教授南京大学Chemical & Biomedical Imaging执行主编Peng Chen 院士康奈尔大学Chemical & Biomedical Imaging副主编Neso Sojic 教授波尔多大学Chemical & Biomedical Imaging副主编Rong Zhou 教授宾夕法尼亚大学Chemical & Biomedical Imaging副主编关于Chemical & Biomedical ImagingChemical & Biomedical Imaging入选2022年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊。期刊目前已被PubMed Central, ESCI, Scopus, DOAJ, CAS, Portico等数据库收录，2025年影响因子5.7，在分析化学学科领域位于JCR 1区，并入选中国科学引文数据库（CSCD）核心库。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@cbmi.acs.org。2025年12月31日前投稿的文章免收文章出版费（APC）点击阅读原文了解更多投稿信息
来源： Chemical & Biomedical Imaging 2025-11-25

香港科技大学（广州）JPCL | 通过数据驱动的机器学习策略识别热电电解质的高性能溶剂

英文原题：AI-Informed Solvation Engineering for Thermogalvanic Electrolytes with High Thermopower通讯作者：方超（香港科技大学（广州））作者：Shukai Wu, Yan Luo, Shuo Niu, Wentao Lin, Chao Fang*热电化学电池利用由温差驱动的氧化还原反应，实现持续的热能到电能转换。近年来，这类电池因其高热电势在低品位热能收集领域，尤其在柔性传感器、可穿戴电子等自供能设备中的潜在应用而备受关注。然而，离子局域溶剂化结构的微观机制及其对热电势的影响仍缺乏深入理解，限制了热电化学电池电解质的系统化设计。近日，香港科技大学（广州）方超教授团队报道了通过数据驱动的机器学习策略识别热电电解质的高性能溶剂。该框架验证了已知的有效溶剂并确定了新的候选溶剂，这种溶剂化驱动的机器学习方法加速了电解质的发现，同时提供了对扩大离子溶剂化熵差的设计原理见解。相关研究成果发表于J. Phys. Chem. Lett.，香港科技大学（广州）博士研究生吴树楷为论文第一作者。图1. 小样本数据集中的离子–溶剂相互作用特征与热电势之间的相关性分析。在本研究中，该团队结合原子尺度模拟与机器学习，识别出可提升热电势的潜在溶剂分子。该方法利用基于密度泛函理论计算得到的离子–溶剂相互作用特征与有限实验数据之间的强相关性，对塞贝克系数进行参数化描述，随后开展高通量计算构建分子数据库。采用聚类-分类实现的区间回归缓解了小样本数据集过拟合，并对溶剂分子进行初步的大规模筛选，模型可解释分析确定了与极性相关的分子特征是影响性能的主要因素。实验验证进一步推动了模型优化，并引入了基于领域知识分析的二元特征过滤器，通过溶剂化特征对初筛分子进行无监督聚类。结果表明离子的溶剂化行为可以视为溶剂化分子特征与两体相互作用共同作用的综合结果。开发的机器学习框架（区间回归DT-GBC初筛+二元特征过滤器修正）成功识别出多种新的优异候选溶剂，在提升传统液态热电池和热敏电解质的热电性能方面展现出显著的应用潜力。该工作不仅加速了高性能热电电解质的发现，更展现了一种基于离子微观溶剂化的理性电解质设计框架。图2. 用于预测热电势的高通量机器学习框架。图3. 提升热电势性能的新型溶剂候选的识别与验证。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）：AI-Informed Solvation Engineering for Thermogalvanic Electrolytes with High ThermopowerShukai Wu, Yan Luo, Shuo Niu, Wentao Lin, Chao Fang*J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, XXX, 12010–12017https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c02903 Published November 10, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Physical Chemistry Letters 2025-11-21

ACS Catalysis | 清华大学王笑楠团队：“精馏”催化文献知识：利用长上下文大模型智能体实现文献知识提炼与结构化规整

英文原题：Distilling Knowledge from Catalysis Literature with Long-Context Large Language Model Agents通讯作者：Xiaonan Wang（王笑楠）作者：Honghao Chen, Hongxuan Liu, Yishen Tew, Xiaotian Ren, Xiaojin Tang, and Xiaonan Wang背景介绍人工智能（AI）技术正显示出加速新一代催化剂发现的巨大潜力，但这一进程依赖于大规模、高质量的数据集。然而绝大多数实验衍生的催化知识，包括复杂的合成方案、材料表征和性能数据仍“锁定”在海量的非结构化科学文献中，而未存储于结构化数据库。传统的手工数据提取方式虽然准确，但过程极其缓慢且成本高昂，成为了数据驱动的催化科学中重要的瓶颈。为了自动化这一过程，研究人员已开发了多种文本挖掘工具。早期的方法依赖于基于规则和启发式的自然语言处理技术。但这类工具往往泛化能力较差且仍然依赖一定的手工维护工作，使用门槛较高。近年来，大语言模型（LLM）凭借其出色的语义理解能力推动了这一领域的发展，并出现了一系列新的工具与智能体。然而，这些研究大多受限于LLM狭窄的上下文窗口，难以捕捉对催化剂建模与发现至关重要，但需要跨章节推理的“合成-结构-性能”关系，成为了相关工作迈向下游实际建模应用的最后一道门槛。文章亮点· 提出一个由长上下文大语言模型（LLM）驱动的CATDA智能体框架，可读取并理解整篇文献，自动提取并关联合成、表征与性能数据，赋能数据驱动的催化科学应用。· 数据提取效率高，速度相比人工整理提升12倍，同时在二甲苯异构化工业专利测试集上保持了0.983的高F1值，确保了下游数据应用的准确性，且易于迁移到其他催化体系。· 框架包含两大实用工具：DatasetAgent用于导出机器学习所需的数据表 ；CatAgent支持研究者通过自然语言问答的方式与知识库交互，帮助科研人员利用这些数据辅助催化剂设计与决策。图文解读本研究设计了CATDA框架（图1），旨在实现催化文献知识的自动化提取与应用。工作流从(a) CatGraph提取开始：智能体利用长上下文LLM的推理能力，读取完整的文献文本，识别化学品、合成步骤、测试条件和性能指标，并将它们之间的关联构建为一个信息丰富的知识图谱（CatGraph）。随后，CatGraph支持两种下游应用：(b) DatasetAgent可根据研究者定义的特征，自动从图谱中获取信息并生成结构化的表格数据，这些数据可直接用于机器学习或者其他下游的数据分析应用。(c) CatAgent则提供了一个对话式交互界面，它可将用户的自然语言问题（如“某种催化剂的合成步骤是什么？”）转换为对图谱的精确查询，并返回基于原文证据的答案。图1. CATDA整体工作流程。 (a) CatGraph提取智能体读取文献构建知识图谱；(b) DatasetAgent自动生成数据集；(c) CatAgent驱动的对话式知识发现。我们使用145篇关于二甲苯异构化催化剂的专利文献对CATDA框架进行了验证。如图2a-c所示，我们将CATDA（使用Gemini-2.5-Pro）提取的数据与领域专家手动创建的参考集进行对比。结果显示，CATDA在所有数据类别上均表现出色，总体特征级F1分数达到了0.983，显著优于缺乏长上下文能力的模型（如DeepSeek-R1 F1=0.78, GPT-4.1 F1=0.67）。在效率上，CATDA处理单篇文献耗时约5分钟，相比人工处理（约1小时）提速12倍，且可以通过并行处理实现更大规模的加速。为验证提取数据的质量，我们使用DatasetAgent导出的数据训练了机器学习模型，以预测三个关键性能指标（图2d）。其中，乙苯（EB）转化率预测模型的R2值达到了0.89，表明CATDA提取的数据质量足以支持稳健的定量建模。同时，对其他任务的建模分析也揭示了源文献中存在的数据噪声与异质性问题。图2. 数据提取保真度与预测应用效用。 (a-c) CATDA在不同类别数据提取上的F1分数，及使用不同驱动模型的对比；(d) 基于所提取数据训练的性能预测模型（乙苯转化率）表现出良好的拟合度，并能支持(e)可解释性分析。此外，CatAgent（图3）为研究者提供了一种与文献知识库交互的新范式。文献结构化导入后，研究者无需手动查阅大量原文，可以直接用自然语言提问以获取所需信息。如图3所示，研究者可以发起一个查询：“找出EB转化率最高的5个催化剂案例”。CatAgent会理解该问题，调用工具查询CatGraph，并返回结果。研究者可以基于对话历史继续提问，例如：“报告案例X的详细合成路线”，或“对比案例X和案例Y在合成与测试上的异同，分析性能差异的主要原因”。CatAgent能够执行这些复杂的、多轮的推理任务，并将整个文献库转变为一个可查询、可计算的知识资源。总结与展望CATDA框架集成了长上下文LLM提取、CatGraph构建和智能体查询，能快速将非结构化催化文献转化为可分析的数据和知识。对二甲苯异构化专利的验证表明，该系统能构建高保真度数据集，支持下游性能预测建模和便捷的自然语言查询。目前该系统仍面临一些挑战，主要包括：LLM输出中偶发的随机不一致性、化学实体（如同义词）的精准映射问题，缺乏对复杂多模态资源信息的解析能力。未来大语言模型推理能力的发展可能会很快解决这些难题，但专业领域的智能体依然是非常重要的科研工具。通讯作者介绍：王笑楠 副教授王笑楠，清华大学化工系长聘副教授、博导，智能化工研究中心主任，国际合作与交流处副处长，新加坡国立大学荣誉副教授，新一代人工智能国家科技重大专项首席科学家、项目负责人，国家高层次青年人才计划入选者。带领团队从事AI+能源化工材料的研究，发表论文180余篇，被引13000余次，H-index 67，担任Applied Energy、Green Chemistry等十本国际期刊副主编和编委，获世界化学工程理事会青年学者奖、美国化学会可持续化学与工程讲席奖、Cell Press中国女科学家奖、青年北京学者、侯德榜化工科学技术奖“青年奖”等荣誉，入选全球学者终身学术影响力榜，2024、2025全球高被引学者。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文ACS Catal. 2025, 15, XXX, 18244–18254https://doi.org/10.1021/acscatal.5c06431 Published October 20, 2025Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefCathleen CruddenQueen's University Department of ChemistryACS Catalysis 致力于发表有关多相催化、分子催化和生物催化等具有原创性的研究结果，领域包括生命科学、金属有机与合成、光化学与电化学、药物发现与合成、材料科学、环境保护、聚合物发现与合成以及能源和燃料。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision13.119.529.5
来源： ACS Catalysis 2025-11-20

Chem. Mater. | 可调控的自分类三元大环共晶材料实现高效太阳能驱动的界面水蒸发

英文原题：Tunable Self-Sorting of Ternary Macrocycle Cocrystals Enabling High-Efficiency Solar-Driven Interfacial Water Evaporation作者：Fei Zeng*, Xu Wang, Lin-Li Tang, Fei-Hong Yao, Gengwu Zhang*, Yi Jiang*近年来随着大环芳烃的快速发展，基于大环的有机共晶材料成为超分子化学领域的一个新的热点。尽管人们在开发大环共晶材料方面付出了巨大努力，但大多数大环共晶材料在近红外范围内的吸收率较低，无法将可见光甚至近红外区域转化为热能。而光热转换对于太阳能收集、水净化和生物医学治疗等一系列应用至关重要。研究表明，有机共晶体种的电荷转移效应可有效降低HOMO-LUMO能隙，实现近红外波段吸收和增强光捕获能力，为制备有机光热材料提供了一个简单高效的平台。目前，大多数的大环共晶材料是由两种类型的分子构成，如何构建三元大环共晶材料以增加电荷转移效应是一项重大挑战。图1. (a) 菲[2]芳烃与苯醌、四氯苯醌的化学结构式; (b) 通过自分类制备三元大环共晶材料示意图基于此，湘南学院曾飞研究团队与东华大学江一研究团队合作提出“自分类三元大环共晶工程”的研究策略，即利用多识别位点的富电子菲[2]芳烃 (P2) 大环与苯醌 (BQ)、四氯苯醌 (TCBQ) 两种不同客体分子间的自分类共组装得到黑色的三元大环共晶材料P2@3BQ@TCBQ。单晶结构表明，BQ与TCBQ分别与大环中的菲与1，4-二甲氧基苯单元通过多重π‧‧‧π协同作用形成三元大环共晶材料。紫外光谱表明由于分子间强的CT作用使得三元大环共晶在800 nm左右表现出较强的近红外吸收，证明了其作为光热转换材料的潜力。进一步研究了三元大环共晶材料的光热转换性能，在808 nm 1.0 W cm–2激光照射下，共晶温度在18 s内能够迅速升高到140 °C。作者随后将三元大环共晶材料与棉布相结合，构筑了一种太阳能驱动的界面水蒸发器，并尝试其在海水淡化方面的潜在应用。结果表明，该复合材料在模拟的1个太阳光照射下水蒸发效率高达92.6%，蒸发速率为2.36 kg m‒2 h‒1，此外，其对10 wt% NaCl的水蒸发率与纯水的水蒸发率相近，表明P2@3BQ@TCBQ具有很强的耐盐性，有望应用于太阳能直接驱动的海水净化。图2. (a) 大环共晶材料的照片; (b) 大环共晶材料的固体紫外吸收光谱；(c) 大环共晶材料在808nm激光照射下的光热转化曲线，黑线代表P2@TCBQ大环共晶材料，红线代表P2@3BQ@TCBQ大环共晶材料；(d) 在808nm激光照射下P2@3BQ@TCBQ大环共晶材料的循环测试实验；(e) 理论计算得到的各种物质能量图；(f) 大环共晶材料P2@TCBQ（上）和P2@3BQ@TCBQ（下）在808 nm激光照射下的红外热像图；(g) 各物质的前沿分子轨道(LUMO和HOMO)。图3. (a) 太阳能驱动的水蒸发实验装置的示意图；(b) 在AM 1.5照射下，负载了三元大环共晶材料的棉布漂浮在水面上的温度随时间的变化图；(c) 添加和不添加三元大环共晶材料的棉布在AM 1.5辐照下的水蒸发曲线图；(d) 在AM 1.5辐照下，加载不同质量三元大环共晶材料的棉布表面温度随时间的变化图；(e) 在AM 1.5辐照下，负载50 mg三元大环共晶材料的棉布漂浮在不同盐浓度NaCl水溶液上的温度随时间的变化图。(f) 负载50 mg三元大环共晶材料的棉布在AM 1.5辐照下的不同浓度的NaCl水溶液蒸发曲线图。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）：Tunable Self-Sorting of Ternary Macrocycle Cocrystals Enabling High-Efficiency Solar-Driven Interfacial Water EvaporationFei Zeng*, Xu Wang, Lin-Li Tang, Fei-Hong Yao, Gengwu Zhang*, Yi Jiang*Chem. Mater. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c02678 Published November 5, 2025© 2025 American Chemical Society导师介绍江一https://www.x-mol.com/groups/jiangyi （本稿件来自ACS Publications）
来源： Chemistry of Materials 2025-11-19

Acc. Chem. Res. | 基于L‑RNA适配体的G‑四链体研究工具：识别、表征及应用

英文原题：L‑RNA Aptamer-Based Tools for G‑Quadruplex Structure: Identification, Characterization, and Application通讯作者：姬丹阳（苏州大学），郭骏杰（香港城市大学）作者：Danyang Ji*,†（姬丹阳），Kun Zhang†（张坤），Maryana Yarshova†, Chun Kit Kwok*(郭骏杰)图文解读核酸适配体是一类能够以高特异性、高亲和力结合靶标分子的单链DNA或RNA寡核苷酸。然而，天然DNA与RNA适配体在生物环境中稳定性较差、易被降解，限制了其实际应用。为突破这一瓶颈，研究人员开发了由非天然L型RNA构成的L-RNA适配体，并不断拓展其应用潜力。L-RNA具有镜像立体化学结构，能够有效抵抗核酸酶降解，因而在分子靶向和生物应用方面展现出独特优势。此外，L-RNA无法通过Watson-Crick碱基配对与天然D型DNA/RNA杂交，这一特性使得基于结构特征的适配体筛选成为可能。本综述聚焦于L-RNA适配体在靶向G-四链体（G4）结构中的应用。G4在细胞生命活动中发挥关键作用，不仅参与DNA复制、转录和翻译等核心过程，也与癌症、神经退行性疾病及病毒致病性等多种疾病密切相关。文章首先系统介绍了靶向G4结构的L-RNA适配体筛选平台的最新进展。郭骏杰教授课题组建立了多种创新的SELEX技术平台，主要包括：rG4-SELEX——首个针对RNA G-四链体的L-RNA适配体筛选方法；G4-SELEX-Seq——结合高通量测序实现高效筛选；以及G4-SLSELEX-Seq——采用预设计茎环结构文库以精准靶向G4结构。这些平台显著提升了筛选效率和成功率，推动了一系列具有高亲和力与高特异性的G4结合L-RNA适配体的开发。综述还详细介绍了一套用于L-RNA适配体生物物理与生化特性研究的综合表征方法，涵盖结合亲和力、特异性分析及结构表征等多个维度，为适配体的功能验证提供了系统工具。图1. 靶向G4的L-RNA适配体筛选平台为进一步增强L-RNA适配体的功能并拓展其应用，郭骏杰课题组发展了多种SELEX后修饰策略，包括构建环状L-RNA适配体、L-RNA适配体-反义寡核苷酸偶联物、L-RNA适配体-荧光RNA适配体偶联物，以及L-RNA适配体-多肽偶联物等。这些策略在体外、细胞内及活体层面均展现出良好应用前景。研究表明，经过优化的L-RNA适配体能够通过抑制G4-蛋白质相互作用或调控转录、翻译过程，有效干预G4介导的细胞活动，进而实现对基因表达等生物学进程的精准调控。图2. 对L-RNA适配体进行修饰以拓展其应用。文章最后展望了该领域的未来发展方向：开发新型筛选平台与方法以提升适配体的选择性与亲和力；解析L-RNA适配体的三维结构，深化对其与G4相互作用机制的理解；推动L-RNA适配体向诊断与治疗工具转化，需进一步阐明其体内药代动力学特性，并借鉴D型适配体领域的成熟策略——如偶联修饰、序列优化及专用递送系统设计——以有效降低免疫原性、细胞毒性及脱靶效应等潜在风险。通讯作者信息姬丹阳 副教授 苏州大学姬丹阳，2023年于香港城市大学获得博士学位，2024年加入苏州大学放射医学与防护学院，任青年特聘教授。主要从事功能核酸分析和核酸药物开发等研究方向。在Acc. Chem. Res., Nucleic Acids Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Trends Biotechnol.等国际权威期刊发表SCI论文20篇。已申请或获授权美国和中国发明专利4项。郭骏杰 教授 香港城市大学郭骏杰，香港城市大学化学系教授，国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（港澳）获得者，近年来荣获英国皇家学会国际交流奖学金、裘槎创新奖、研资局研究学者计划，RNA Society Early Career Research Award、2021, 2023-2025年斯坦福大学评选出的全球前2%高被引科学家等，在Nature, Nat. Methods., Nat. Commun., Nat. Protoc., Cell Genom., Cell Rep., Genome Biol., Nucleic Acids Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.,等国际著名期刊上发表论文70多篇。请登录课题组网站了解更多信息（http://kitkwok.com   和 https://youtu.be/7D5u_E_I0tU  ）。扫描二维码阅读英文原文，或点击阅读原文Acc. Chem. Res. 2025, 58, 21, 3247–3258Publication Date: September 30, 2025https://doi.org/10.1021/acs.accounts.5c00468 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefChristopher J. ChangUniversity of California BerkeleyAccounts of Chemical Research 主要发表化学和生物化学领域内关于基础研究和应用的短小精悍、具有作者团队自己研究特色的述评文章，或者前瞻性观点。这些短综述都是基于作者自己实验室的过往研究，以便向读者完整介绍研究项目。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision17.730.734.1
来源： Accounts of Chemical Research 2025-11-18

北京大学庞全全团队ACS Nano | 成核调控驱动的铝沉积/剥离实现长寿命熔融盐铝电池

英文原题：Nucleation-Mediated Aluminum Deposition/Stripping for Long-Life Molten Salt Aluminum Batteries通讯作者：庞全全（北京大学），文伟（海南大学），刘亚坤（上海交通大学）作者：Zhitong Xiao, Yongfeng Jia, Lujun Zhu, Chenxi Zheng, Wei Hao, Pengfei Zhang, Jiashen Meng, Mengxue He, Lei Ji, Jian Wang, Mohammadhosein Safari, Yakun Liu*, Wei Wen*, Quanquan Pang*随着可持续能源存储需求的不断增长，锂离子电池（LIBs）在资源有限、高成本及安全性方面的劣势日益凸显。可充电铝电池（RABs）因铝资源储量丰富、成本低廉以及高达8046  mAh cm–3的铝金属理论体积容量，成为极具前景的替代储能体系。近年来，熔盐铝电池（MSABs）通过引入热稳定性强、不易燃且高离子导电性的熔融盐电解质，展现出优异的快充性能和实用潜力。然而，循环过程中铝负极沉积不均所诱发的枝晶问题仍是制约其长循环稳定性的关键挑战。尽管已有研究采用多种方法改善铝沉积行为，但相关研究多局限于有机或水系体系，对熔盐体系中铝负极稳定化机制的理解仍严重不足。相较于离子液体，氯铝酸盐类熔盐具备不可燃、高导电性和无还原性组分等优势，避免了固态电解质界面（SEI）膜的形成，从而有望实现本征可逆的铝沉积/剥离过程。然而，其强路易斯酸性及高温运行条件（85–200 °C）对负极界面稳定性提出更高要求。因此，发展兼具化学热稳定性与抗枝晶能力的先进铝负极，亟需深入理解熔盐体系下铝成核与生长的基本行为机制。针对上述问题，北京大学庞全全团队联合海南大学文伟团队、上海交通大学刘亚坤团队提出了一种创新的预铝化碳化钛/碳复合负极（TiN/C@Al），在碱金属氯铝酸盐熔盐电解质中实现稳定可逆的铝沉积/剥离。得益于TiN良好的化学稳定性及其对铝的高度亲和性，铝在TiN表面能够通过形成Al−N键，有效促进铝在TiN上的初始成核，从而诱导沿TiN/C纤维表面实现均匀的铝沉积和可控生长（图1）。系统的电化学测试与第一性原理计算证实了TiN引入显著降低成核能垒、改善了成核过程，有效抑制了非均匀电沉积导致的枝晶生长，从而实现了可逆、均匀、无枝晶的铝沉积/剥离行为（图2）。图1. 从TiN/C基底到TiN/C@Al电极的电沉积过程示意图。铝的沉积起始于TiN表面，并形成Al−N键合，从而促使铝沿TiN/C基底外表面实现均匀沉积。图2. Al沉积行为的DFT计算与实验分析。（a）Al原子在TiN（（111）面）、C（（002）面）及金属Al（（111）面）的吸附能。（b,c）Al原子在TiN（（111）面）与金属铝（（111）面）的扩散势垒，插图为相应扩散路径。（d）TiN/C纤维膜、C纤维膜及铝箔在1.0 mA cm−2电流密度下的Al沉积成核过电势（测试电池分别为TiN/C||Al箔、C||Al箔及Al箔||Al箔体系），成核过电势定义为尖峰电压与后续稳定电压平台的差值。（e）三种电池体系的Nyquist曲线。（f）图e高频区局部放大图。（g,h）TiN/C纤维膜、C纤维膜和铝箔上Al沉积行为的示意图。基于TiN/C@Al电极的对称电池在1.0 mA cm−2和1.0 mAh cm−2条件下稳定循环超过1800小时；在大电流密度和高面容量的条件下展现出优异的循环稳定性：在10.0 mA cm−2和5.0 mAh cm−2条件下稳定运行超过850小时；最大可承受电流密度高达30.0 mA cm−2，表现出极佳的倍率性能（图3）。以石墨为正极构建的全电池体系（TiN/C@Al||Graphite）在2.0 A g−1下实现超过7000圈的稳定循环，并在5.0 A g−1的超高电流下仍保持72.2 mAh g−1的高容量，充分验证其长循环稳定性和高倍率性能（图4）。这些结果充分说明，TiN/C@Al结构在提升铝负极电化学稳定性和沉积形貌控制方面具有关键作用。图3. 不同铝基电极对称电池的电化学表征。（a）铝箔||铝箔、C@Al||C@Al与TiN/C@Al||TiN/C@Al对称电池在1.0 mA cm−2电流密度与1.0 mAh cm−2面容量下的循环性能对比。（b）倍率性能及（c）对应电压滞后分析（测试条件：1.0~30.0 mA cm−2电流密度，固定1.0 mAh cm−2面容量）。（d）5.0 mA cm−2电流密度与1.0 mAh cm−2面容量下的循环稳定性（插图为典型循环周期的电压曲线）。（e）TiN/C@Al||TiN/C@Al对称电池在10.0 mA cm−2电流密度与5.0 mAh cm−2面容量下的长循环性能（插图展示不同循环阶段的电压曲线）。（f-h）TiN/C@Al、C@Al与铝箔电极的电场分布模拟结果。图4. 不同铝基负极铝-石墨全电池的电化学性能。（a）使用TiN/C@Al、C@Al及铝箔负极的铝-石墨电池在0.2 A g−1下的循环性能对比。（b,c）TiN/C@Al||石墨与铝箔||石墨电池的电压曲线。（d）不同铝基负极全电池的倍率性能（电流密度范围0.2−5.0 A g−1）。（e）2.0 A g−1高倍率下的长循环性能。（f）Ah级TiN/C@Al||石墨熔融盐软包电池及电极片组实物照片。（g,h）Ah级TiN/C@Al||石墨软包电池的电压曲线与循环性能。更重要的是，本研究进一步构建了一个安时级（Ah级）熔融盐铝-石墨软包电池，验证了该策略的可扩展性和实用潜力。该工作从界面成核机制出发，提供了一种可扩展、低成本且高性能的铝负极工程化方案，不仅避免了复杂的界面涂层或合金化步骤，通过本征的材料选择与界面调控实现对铝负极行为的有效控制，展现出良好的热稳定性与电化学兼容性。该工作不仅为MSABs长期稳定运行提供了可行路径，也为其他熔融盐电化学体系中的金属负极设计提供了通用性指导，展示了以材料工程解决枝晶问题的广阔前景。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）：Nucleation-Mediated Aluminum Deposition/Stripping for Long-Life Molten Salt Aluminum BatteriesZhitong Xiao, Yongfeng Jia, Lujun Zhu, Chenxi Zheng, Wei Hao, Pengfei Zhang, Jiashen Meng, Mengxue He, Lei Ji, Jian Wang, Mohammadhosein Safari, Yakun Liu*, Wei Wen*, Quanquan Pang*ACS Nano 2025, 19, 43, 37738–37748https://doi.org/10.1021/acsnano.5c10579 Published October 20, 2025© 2025 American Chemical Society通讯作者简介庞全全，北京大学材料科学与工程学院研究员，博士生导师。2020、2021、2023、2024年科睿唯安交叉学科高被引科学家，2022年、2023年“斯坦福大学”全球2%顶尖科学家。获国家高层次人才计划青年项目，十四五重点研发计划“新能源汽车”重点专项青年首席科学家，主持国家“十三五”重点研发计划“政府间合作”重点专项目、基金委重大研究计划培育项目等。以第一/通讯作者在Nature（2篇）、Nat. Energy（2篇）、Nat. Chem.、Joule（4篇）、Nat. Commun.（3篇）、JACS、PNAS、Adv. Mater.（5篇）、Angew. Chem.（2篇）、ACS Nano（3篇）等期刊发表多篇论文（https://scholar.google.com/citations?user=DDa2AZwAAAAJ&hl=en  ），多篇入选ESI热点论文和高被引论文，担任EcoMat、Rare Metal、Energy Materials Advance、Carbon Energy等杂志青年编委。第一作者简介肖治桐，北京大学彤程博士后，主要从事熔融盐铝电池铝负极、熔融盐铝电池电解液、废旧锂离子电池回收及钾离子电池正极材料等方面的相关研究，具有丰富的电极材料和电解液制备及表征经验。以第一作者/共同一作身份在Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、ACS Nano、Mater. Today、Adv. Funct. Mater.、Sci. Bull.、ACS Cent. Sci.、J. Mater. Chem. A期刊上发表SCI论文9篇，此外还参与发表SCI论文28篇，H因子20。北京大学庞全全团队招聘北京大学庞全全团队（https://pang-eetl-pku.com/  ）（电化学能源技术实验室，EETL）以电化学技术为手段，研究电化学储能以及其他当前人类所面临的能源问题。重点关注电解质、电极设计与合成，界面演化，电化学反应机理及衰减机制；研究紧紧围绕化学体系设计，材料设计合成，电化学测量，通过光谱学、显微镜学、理论计算来理解物理与化学本质。团队招聘新体系及工程转化研究的博士后（固态电池、硫系电池、中长时储能电池、高比能电池）方向的博士后，开展基础及应用研究，推进领域的发展的同时实现个人科研能力和实力的提升。申请者应具有国内外重点高校或者研究机构的化学、材料、物理等相关专业博士学位，拥有固态电解质、固态电池、锂离子电池、新型电池、电化学、固体化学、高分子化学、有机化学等研究背景的申请人优先考虑。我们将提供最佳的科研平台和待遇，有意申请者请将代表性研究总结、未来研究兴趣（邮件正文）和个人简历（附件）等发送到：qqpang@pku.edu.cn，并抄送qqpang0213@gmail.com; 标题请注明 “博士后申请-姓名-预计毕业日期”。（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-11-17

大连理工大学马红卫课题组Macromolecules | 通过建立活性碳负离子的可逆“锁闭-解锁”聚合机理合成ABC型周期共聚物

英文原题：Synthesis of ABC-Type Periodic Terpolymers through a Reversible Lock–Unlock Mechanism in Living Carbanionic Polymerization通讯作者：马红卫、白洪源（大连理工大学）作者：Hong Yan, Feiyang Yu, Siwei Chen, Haitao Leng, Xuefei Wang, Li Han, Hongyuan Bai*, Hongwei Ma*聚合物序列的精确调控是大分子工程领域的核心挑战之一。活性阴离子聚合（Living Anionic Polymerization, LAP）作为一种传统的活性聚合方法，其链增长过程本质上遵循动力学控制机制。尤其在多元共聚中动力学复杂，导致聚合物链不可避免地形成统计分布，严重制约了序列精准度的提升。因此突破此动力学限制，实现链增长过程的可控启停成为该领域的前沿研究方向，对调控单体序列、嵌段结构及功能基团分布具有重要意义。近日，大连理工大学马红卫（点击查看介绍）课题组通过对碳负离子活性中心结构的巧妙设计，实现了活性阴离子聚合体系中的可逆“锁闭-解锁”聚合，并通过此策略成功制备了ABC型三元周期共聚物，为精准控制聚合物序列提供了新方法。图1. 共聚实验结果以及顺序加料实验设计5-亚甲基-10,11-二氢-5H-二苯并[a，d][7]轮烯（MDDAE）中的七元环以及两侧的苯环诱导MDDAE-Li形成一种“半包围”结构。在其与苯乙烯（St）和二烯烃（1-苯基-1,3-丁二烯（1-PB）, 异戊二烯（Ip））的阴离子共聚中观察到的一个有趣现象，如图1a所示，MDDAE与1-PB/Ip可以直接发生亲核反应，但与St却不能发生亲核作用，只有添加调节剂（t-BuONa）后才可以获得交替序列。为此，采用顺序加料策略，以验证MDDAE在链增长过程中既可以“锁闭”活性中心也可被重新“解锁”，相应验证路线如图1b所示。图2. 验证t-BuONa解锁作用的各阶段样品的SEC曲线以及MALDI-TOF-MS谱图通过对顺序加料各阶段样品表征，利用SEC曲线和MALDI-TOF MS谱图说明MDDAE可以完全锁闭聚苯乙烯的活性中心，当添加t-BuONa后即可解锁（图2）。而后通过NMR和DFT模拟技术表明，MDDAE中桥环结构的空间位阻导致碳负离子活性中心呈现半封闭结构，加入t-BuONa后，半封闭的碳负离子结构转化为经典的四元环结构，并重新开始链增长聚合。值得注意的是，添加的t-BuONa无法从反应中去除，导致“锁闭-解锁”过程是不可逆的。但同样也证明1-PB也可解锁被MDDAE锁闭的活性中心， MDDAE-Li中的半封闭结构显示出对共聚单体尺寸具有选择性加成特性。因此，1-PB单体也可以作为MDDAE与St共聚的解锁“钥匙”，其中活性中心的可逆“锁闭-解锁”切换由1-PB在链传播过程中的消耗状态决定。图3. 验证1-PB解锁作用的各阶段样品的SEC曲线以及MALDI-TOF-MS谱图此外，通过MDDAE的单体选择性共聚机制，在MDDAE/St/1-PB三元共聚体系中成功合成了ABC型周期共聚物（图4）。活性中心的可逆“锁闭-解锁”切换由MDDAE/1-PB/St三元共聚过程中1-PB的消耗状态决定。具体来说，1-PB完全消耗后聚合停止，而1-PB的重新引入则重新启动聚合。图4. ABC型周期共聚物合成路径综上所述，建立可逆的“锁闭-解锁”聚合机理的关键是设计独特的碳负离子活性中心结构。利用MDDAE-Li的单体选择性行为，构建了一个可逆的“锁闭-解锁”三元共聚体系（MDDAE/1-PB/St），实现了ABC型周期性三元共聚物的精确合成。这些重要发现不仅增强了对活性阴离子聚合的机理理解，而且为合成序列定义的共聚物建立了理论框架。该论文发表于Macromolecules 期刊，第一作者为博士研究生焉虹，通讯作者为博士后白洪源和马红卫副教授。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）：Synthesis of ABC-Type Periodic Terpolymers through a Reversible Lock–Unlock Mechanism in Living Carbanionic PolymerizationHong Yan, Feiyang Yu, Siwei Chen, Haitao Leng, Xuefei Wang, Li Han, Hongyuan Bai*, Hongwei Ma*Macromolecules 2025, 58, 18, 9918–9929https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01374 Published September 13, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society导师介绍马红卫https://www.x-mol.com/university/faculty/78562 （本稿件来自ACS Publications）
来源： Macromolecules 2025-11-14

南开大学齐鹏飞、刘伟伟团队ACS Photonics|相变工程调控二维激子动力学

英文原题：Phase Transition Engineering for Exciton Dynamics in Atomically Thin Semiconductor通讯作者：齐鹏飞，南开大学作者：林思涵，张泽亮，钱文启，刘海毅，高腾腾，孙昌林，陶广益，刘芳汛，林列，齐鹏飞*，朱礼国，方哲宇，刘伟伟背景介绍在摩尔定律逼近物理极限背景下，探索突破传统半导体材料限制的新型材料和技术尤为重要。激子作为一种电中性的玻色型准粒子，有望结合电子和光子优势，实现光电系统的高效互连，在下一代光电子学器件中展现出巨大潜力。近年来，二维过渡金属硫族化合物（TMDs）因其原子级厚度和优异的光电性能，成为研究激子物理与器件的理想平台。当前研究已尝试通过应变、电场、掺杂、介电调控、晶界工程、莫尔势以及声表面波等多种手段调控激子输运行为。尽管其中如尖端诱导应变和声表面波等技术已成功实现对激子流的动态调控，但这些方法往往依赖复杂的外部装置（如原子力显微镜探针、射频信号发生器等），限制了其在集成器件中的应用。因此，开发简洁、高效且可控的激子调控技术，已成为推动激子器件与集成系统不断发展的迫切需求。近日，南开大学齐鹏飞、刘伟伟团队与合作者提出利用相变工程实现原子级薄半导体中激子输运与发光的可逆调控。研究通过构建 WSe2/hBN/VO2 异质结构，揭示了 VO2 在金属-绝缘体相变过程中的调制作用，可在约 340 K 相变温度下显著增强激子发光并表现出热滞回线现象。进一步引入六方氮化硼（hBN）插层，有效抑制界面缺陷与杂质，使激子扩散系数提升两倍以上，同时保持 VO2 的动态调制能力。该成果以“Phase Transition Engineering for Exciton Dynamics in Atomically Thin Semiconductor”为题发表在 ACS Photonics。图文解读本研究提出了一种基于相变工程的二维激子动力学调控方法，旨在利用可逆相变材料 VO2 在金属-绝缘体转变过程中载流子浓度与介电常数的动态变化，实现对单层 WSe2 中激子发光与扩散行为的主动可控调制。图1展示了WSe2/VO2 和 WSe2/hBN/VO2 异质结构的光学显微图像及 PL mapping 图像，通过对比归一化 PL 光谱，可以清晰地看到由于 VO2 衬底较高的介电常数导致激子束缚能降低，从而出现明显的PL红移，而六方氮化硼（hBN）插层的引入通过增强介电屏蔽和降低电荷掺杂效应，有效减少了 PL 光谱非均匀展宽。拉曼光谱进一步揭示了异质结构中 VO2 和 WSe2 的特征振动模式，并且 hBN 的插入使 WSe2 的特征声子模式发生蓝移，这同样印证了其对于降低电子掺杂浓度和改善介电环境的作用。图1：介电环境对WSe2异质结构中激子发光与拉曼响应的调制。图2展示了不同异质结构在温度变化下的 PL 光谱演化规律。对于 WSe2/VO2 样品，低温区域出现明显的局域激子发射，源于 VO2 薄膜中的界面缺陷；而在引入 hBN 插层后，该局域化发射被显著抑制，局域激子出现的温度由约 280 K 下降至 120 K，表明界面无序得到有效改善。通过分析激子能量和线宽随温度的变化关系，可以看出 hBN 插层减弱了 VO2 衬底引入的激子-声子散射与非均匀展宽效应。图2：相变工程对 WSe2 异质结构温度依赖PL特性的调制。在 WSe2/VO2 异质结构中，中性激子的 PL 强度在 VO2 的相变温度（TC≈ 340 K）处达到峰值。这一现象主要源于相变过程中 VO2 费米能级下降与自由载流子浓度上升，界面电荷注入效率随之增强，从而提升了发光强度。更为重要的是，在升温与降温过程中，WSe2 的 PL 强度出现了与 VO2 相变同步的明显热滞回线现象，首次直接验证了相变过程与激子动力学之间的动态耦合关系。图3：相变工程对 WSe2 异质结构PL效率的调制。在 VO2 相变过程中，自由载流子的增加促进了扩散能力更强的带电激子形成，使得 WSe2/VO2 与 WSe2/hBN/VO2 样品在接近相变温度时均表现出激子扩散系数的非单调变化特征。同时，hBN 插层通过有效抑制电荷掺杂和声子散射，改善了界面质量，使激子扩散系数相较于无 hBN 插层时提升超过两倍。图4：相变工程对 WSe2 异质结构激子扩散的调制。总结/展望研究团队将二维过渡金属硫化物与具备可逆相变特性的 VO2 衬底相结合，提出了一种基于相变工程的激子动力学调控策略。通过 VO2 的金属-绝缘体相变过程，研究实现了对激子复合与扩散行为的动态可逆调控，增强了光致发光强度并提升了激子扩散能力，更首次在 PL 光谱中观测到由相变潜热引起的热滞回线特征。通过进一步引入 hBN 介电层，有效抑制了界面缺陷与电荷掺杂导致的激子局域化，同时保持了 VO2 的调控功能，使激子扩散系数提升超过两倍。该研究系统揭示了相变调控与二维激子输运间的内在耦合机制，为发展光/电驱动的可调激子器件与新型光学相变存储单元提供了重要的物理基础与应用前景。作者简介：齐鹏飞 南开大学齐鹏飞，副研究员，博士生导师，通讯作者。入选南开大学百名青年学科带头人培养计划。研究方向为超快激光与物质相互作用、二维激子动力学调控。主持国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、天津市科技创新人才培养专项等项目。以第一/通信作者在Light、eLight、ACS Nano、Ultrafast Science等期刊发表论文40余篇，多次被eLight、Small、Nanoscale等选为封面文章，受到Light专文亮点报道。曾获天津市科技进步一等奖、中国仪器仪表学会金国藩青年学子奖等荣誉。刘伟伟 南开大学刘伟伟，教授，博士生导师。教育部特聘教授，南开大学电子信息与光学工程学院院长，现代光学研究所所长。兼任国务院学位委员会学科评议组成员、美国光学学会会士。发表200多篇学术论文，引用超过1万次，H因子52，多次被遴选为封面文章、年度亮点论文等，并入选中国光学十大进展；授权发明专利20多项；国内外重要学术会议邀请报告百余次。以第一完成人获中国光学学会光学科技一等奖、天津市自然科学一等奖、天津市科技进步一等奖、天津市技术发明二等奖、天津市专利金奖、天津市专利优秀奖等。获全国最美科技工作者推荐人物、全国最美青年科技工作者、天津市有突出贡献专家、中国光学学会“王大珩光学奖-中青年科技人员光学奖”等荣誉。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文ACS Photonics 2025, ASAPPublication Date: Sep 30, 2025https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c01269 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefRomain QuidantETH ZürichACS Photonics 是一本跨学科的期刊，从基础研究到应用研究和技术，为光子学领域的最新进展提供交流平台。通过光子学的横向特性，将来自不同学科的科学家和技术专家联系起来。同时，该期刊还旨在弥合学术界和工业界之间的差距。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision6.711.736.4
来源： ACS Photonics 2025-11-13

郭少军教授团队Artificial Photosynthesis | 共价有机框架限域Pd团簇增强氧吸附提高光合成过氧化氢性能

英文原题：Covalent Organic Framework Confining Pd Nanocluster Enhances Oxygen Adsorption for Boosting Photosynthesis of Hydrogen Peroxide通讯作者：郭少军，北京大学作者：Youxing Liu (刘友星), Qinqin Li (李琴琴), Lu Li (李璐), Yachao Xu(徐亚超), Zongqiang Sun(孙宗强), Zheng Lin (林政)，Shaojun Guo（郭少军）研究背景作为全球最重要的化工产品之一，过氧化氢（H2O2）在化工、医疗、食品、污水处理等领域具有广泛应用。工业上制备H2O2的主流工艺为蒽醌氧化法，该方法存在高能耗、重污染等突出问题，因此开发绿色、可持续的H2O2制备技术已成为当前研究的迫切需求。光合成H2O2技术以O2和 H2O 为原料，通过太阳能驱动实现H2O2合成，具有 100% 原子利用率、绿色环保、可持续等显著优势，被认为是替代传统工艺的理想技术路线。其反应过程主要包含三个关键步骤：1）反应物在催化剂表面的吸附；2）吸附态反应物与光生电子 - 空穴对的反应；3）产物H2O2从催化剂表面的脱附。研究表明，O2在催化剂表面小分子位点上的吸附作用较弱，这一因素将直接制约光合成H2O2的反应性能。文章亮点近日，北京大学郭少军教授在Artificial Photosynthesis上发表了共价有机框架限域Pd团簇增强氧吸附提高光合成过氧化氢性能的研究性文章。共价有机框架（covalent organic frameworks, COFs）因具备分子结构可设计性、能带隙可调性及高光生载流子分离 - 迁移效率等优势，已成为光催化领域的重要研究载体。然而，COFs 光催化剂主要由非金属元素构成，O2分子与 COFs 骨架非金属原子间相互作用较弱，导致 O2在 COFs 表面的吸附量及吸附强度均较低，这一问题显著限制了其光催化活性。本研究中，团队利用 COFs 的分子级多孔结构特征，将 Pd 纳米团簇精准限域于其孔道内部。结合实验表征与密度泛函理论（DFT）计算证实，Pd 金属团簇的引入可显著增强 O 2p 轨道与 Pd 4d 轨道的电子耦合作用，进而有效提升 O₂分子在催化剂表面的吸附量与吸附强度。光催化产 H₂O₂性能测试表明，Pd 团簇的引入使催化剂的光合成 H₂O₂活性较纯 COFs 提升3倍。图1.COFs限域Pd纳米团簇提高氧吸附示意图及表征。总结和展望本研究证实，Pd 金属团簇可有效促进氧气在催化剂表面的传质效率，显著提升共价有机框架（COFs）基光催化剂的光催化合成 H2O2性能，成功解决了氧气分子在 COFs 催化剂表面吸附能力较弱的关键问题。基于现有研究成果，未来研究可重点聚焦以下方向：开发具有宽光谱响应特性的 COFs 基光催化材料，进一步提升太阳能的捕获与转化效率。基于局域高电子密度原子活性位点的设计策略，构建局域非对称结构的 COFs 基光催化材料，以增强反应物在催化剂表面的吸附容量与吸附强度。设计适用于自然光条件的大尺寸光催化器件，最终实现自然光驱动下H2O2的持续、高效光催化合成。相关论文发表在Artificial Photosynthesis上，北京化工大学刘友星副教授为文章的第一作者，北京大学郭少军教授为通讯作者。通讯作者信息郭少军 教授郭少军，北京大学博雅特聘教授、国家杰出青年基金获得者、国家重点研发计划首席科学家（燃料电池）、英国皇家化学会会士全球高被引科学家（化学、材料）、爱思唯尔中国高被引学者（化学、材料）。长期从事电能源化学、材料与关键技术研究。提出了材料应变调控催化理念，揭示了材料应变、电荷与催化的构效关联，创制了高效氢能催化剂体系，开发出自主产权国际领先水平的电解制氢和燃料电池器件，显著提升了氢电能源转换效率，推动了应变催化理念在燃料电池、氢能等领域的应用。以通讯作者在Nature、Science、NSC系列（30）、PNAS/JACS/AM/Angew（75）等高影响力期刊发表学术论文200余篇，论文被引7.4万余次，h指数145。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Artif. Photosynth. 2025，ASAPPublication Date: October 13, 2025https://doi.org/10.1021/aps.5c00024 © 2025 The Authors. Co-published by Dalian Institute of Chemical Physics, CAS, Westlake University, and American Chemical Society. 关于Artificial Photosynthesis作为一本国际化、高定位的开放获取期刊，Artificial Photosynthesis旨在发表关于理解、模仿和利用光能转化为化学能的过程进展，为来自化学、物理、材料、生物、工程等不同学科的研究人员提供高水平的国际学术交流平台，并促进学界与工业界的发展和合作。期刊将涵盖多种类型文章，包括Article、Communication、Review、Perspective和Comment.2027年12月31日前投稿的文章免收文章出版费（APC）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eic@ap.acs.org。
来源： Artificial Photosynthesis 2025-11-11
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