来源：纳米人

单分子操作技术主要是指应用一定的实验仪器和方法，对单个分子进行操作，它包括原子力显微镜技术、光镊技术、单分子荧光光谱技术等。生命单元的基本功能主要取决于单个大分子，单分子操纵方法在研究单个生物分子的性质上具有直接，准确，实时等独特的优势。

近日，北京大学的郭雪峰课题组总结了单分子检测技术方面的重大突破，探讨了单分子检测技术的机遇与挑战，基于可靠的GMG-SMJ或SiNW-FET单分子电学检测平台，实现了对化学/生物事件的单分子动态过程的直接、免标签、实时原位测量，为单分子科学技术领域开辟了新的方向。

Yu Li, Chen Yang, Xuefeng Guo.Single-Molecule Electrical Detection: A Promising Route toward the FundamentalLimits of Chemistry and Life Science. Accounts of Chemical Research, 2019.

DOI:10.1021/acs.accounts.9b00347

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00347

癌症是严重影响人类健康的重大疾病。随着纳米科技的迅猛发展，纳米药物在肿瘤诊疗中应用得到了长足发展。自噬是细胞维持自身稳态的关键生物学过程。细胞中低水平的基础自噬有助于维持自身稳态，而在很多物理、化学、生物的病理因素胁迫下，细胞中自噬水平往往会大幅度提高。这种“诱导性”的过度、异常的自噬会对细胞产生负面影响甚至导致细胞死亡。近年来的研究发现纳米材料引发细胞自噬是细胞对纳米材料的一种普遍性响应机制。

有鉴于此，华南理工大学医学院、生命科学研究院温龙平教授和张云娇副教授团队致力于纳米材料调控细胞自噬的研究，突破性地发现不同纳米材料诱发的自噬对细胞命运有着相反的影响（促死亡或促生存），探讨了其具体机制，并针对两种截然不同的自噬类型发展了纳米药物通过调控自噬促进癌症治疗的新策略。

YunjiaoZhang*, Li ZhangJinhao Gao*, Longping Wen*. Pro-Death or Pro-Survival:Contrasting Paradigms on Nanomaterial-Induced Autophagy and Exploitations forCancer Therapy. Accounts of Chemical Research. 2019

DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00397

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00397

通过刺激患者自身的免疫系统来攻击癌细胞的癌症免疫治疗在临床实验中具有良好的治疗效果，但是诸如有限的临床响应率和自体免疫相关的不良反应等关键问题仍有待解决。近年来，人们发现利用生物材料进行辅助的局部治疗方法，包括局部放疗、化疗或光疗等都可以通过诱导免疫原性细胞死亡(ICD)来刺激免疫系统。而将局部治疗后所引发的肿瘤特异性免疫反应和免疫检查点阻断(ICB)治疗相结合，可以攻击全身扩散的转移性癌细胞，进而产生免疫记忆以抑制肿瘤复发。

因此，利用生物材料进行局部的免疫调节治疗也被证明是改善治疗响应和减少癌症免疫治疗副作用的一种有效策略。苏州大学陈倩教授和刘庄教授合作，对利用生物材料进行辅助局部治疗并增强抗癌免疫的最新进展、面临的挑战和未来机遇进行了综述总结；并讨论了这一领域发展前景以及临床转化的可能性。

QianChen, Zhuang Liu. et al. Local biomaterials-assisted cancer immunotherapy totrigger systemic antitumor responses. Chemical Society Reviews. 2019

DOI:10.1039/C9CS00271E

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00271e#!divAbstract

为了在全小分子有机太阳能电池（ASM OSC）中实现施主和受主之间合理的相分离，增强了小分子的结晶度和分子间相互作用。中国科学院重庆绿色智能技术研究院Shirong Lu和Zeyun Xiao以及重庆大学Kuan Sun团队采用新的小分子供体BTR-Cl与非富勒烯受体Y6共混以实现此目的。

该受体具有互补的吸收曲线和良好匹配的能级，可获得显著的相分离和最佳的膜形态。结果，实现了创纪录的13.6％的高效率，这在ASM OSC中迈出了一大步。该结果突出了结晶度对相分离的重要性，表明了OSC中液晶材料的巨大前景。

All-Small-MoleculeOrganic Solar Cells, Joule, 2019

DOI:10.1016/j.joule.2019.09.009

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119304696

以水基电解质为基础的锌离子电池具有引人注目的价格优势、具有竞争力的性能和出色的安全性，是替代当前锂离子电池系统的一种先进储能化学技术。开发可充电的锌离子水电池（ZIBs）的尝试最早可以追溯到20世纪80年代，自2015年以来，这一领域的研究活动在全球范围内激增。尽管到目前为止，电极材料的探索已经取得了很大的成就，但在材料层面，甚至在整个水性ZIBs系统上都面临着巨大的挑战，导致其无法满足商业需求。

近日，中南大学的周江教授和梁叔全教授综述了水性ZIBs电极材料和电解质的研究现状，分析了目前在阴极/阳极材料和电解质优化方面存在的问题，详细讨论了实现实用水性ZIBs应注意的问题和可行的解决方案，需要指出的是，仅仅改进电极材料是不够的，对整个电池系统的协同优化策略也是迫切需要的，最后，他们对今后ZIBs的优化设计提出了展望。

Boya Tang, Lutong Shan,Shuquan Liang, Jiang Zhou. Issues and Opportunities Facing Aqueous Zinc-ionBatteries. Energy Environmental Science, 2019.

DOI: 10.1039/C9EE02526J

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee02526j#!divAbstract

太阳能发电是一种可再生能源，具有巨大的应用潜力，其广泛开发和应用对于解决能源短缺和环境污染具有重要意义。然而，太阳能是一种昼夜循环的间歇性能源，其有效利用还需要能量储存和装换装置的配合，另外，太阳能电池产业链条中很多环节都会造成一定的环境污染。

鉴于此，德州大学的余桂华教授团队设计开发了一种新型的双功能集流体兼太阳辐射吸收器用于太阳能的转化与收集，该装置基于温差原电池原理，为光驱动的再生电化学循环，原料绿色环保，装置简单，而且该装置还可以利用浪费的热能，该装置在可持续性绿色能源器件领域具有巨大的应用潜力。

YuDing, Xuelin Guo, Katrina Ramirez-Meyers, Yangen Zhou, Leyuan Zhang, Fei Zhao,Guihua Yu. Simultaneous energy harvesting and storage via solar-drivenregenerative electrochemical cycles. Energy Environmental Science, 2019.

DOI:10.1039/C9EE01930

https://pubs_rsc.gg363.site/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee01930h/unauth

对放射动力治疗(RDT) 中x射线直接响应的光敏剂(PSs)具有良好的成像能力，在癌症治疗中具有广阔的应用前景。在此，华中科技大学杨祥良研究团队联合苏州大学程亮研究团队首次报道了Ce（铈）掺杂的NaCeF4:Gd（钆），Tb（铽）闪烁纳米粒子(ScNP或闪烁体（scintillator）)。由于Ce离子的感光作用，Tb离子在x射线辐射下可以发出荧光，从而触发x射线激发荧光(XEF)。此外，Ce和Tb离子可以吸收x射线产生的二次电子能量，产生RDT所需的活性氧(ROS)。

由于镧系元素对x射线的固有吸收，NaCeF4:Gd，Tb ScNPs还可同时作为CT成像造影剂和放疗增敏剂。最重要的是，由于Ce和Tb离子的掺杂，Gd3+离子的横向弛豫时间缩短，使得ScNPs首次在T2加权MR成像中表现优异。体外和体内研究均证实了此ScNPs在XEF、CT和T2加权MR成像中的优异性能，并且在x射线辐射下实现了同步RT/RDT，对肿瘤发展具有显著抑制作用。更重要的是，静脉注射ScNPs后未观察到全身毒性。此项研究表明ScNPs在深部肿瘤多模态成像引导的RT/RDT领域具有巨大应用潜力。

JunHu, Liang Cheng, Xiangliang Yang, et al. NaCeF4:Gd,Tb Scintillatoras an X-ray Responsive Photosensitizer for Multimodal Imaging-GuidedSynchronous Radio/Radiodynamic Therapy. Nano Lett., 2019.

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03682

揭示电催化过程的机理是寻找更高效、更稳定的清洁能源转换催化基的基础。虽然现在有几种原位技术可以跟踪电催化过程中的结构变化，特别是水裂解过程中的结构变化，但是对纳米结构电催化剂的形态变化仍缺乏直接的观察。近日，斯特拉斯堡大学的Ovidiu Ersen教授团队采用原位EC-TEM方案，包括样品沉积，观察模式以及原位与非原位电化学条件检测钴氧化物Co3O4纳米颗粒电催化剂在析氧反应(OER)中的形态和结构改变，这种原位透射电子显微镜方法可以在纳米电极最初暴露在不同的水溶液电解质或在开放的条件下观察其化学、形态和结构的演变发生。

结果表明，在OER过程中Co3O4纳米颗粒电催化剂发生了表面非晶化，产生了纳米钴样氧化相，且这个过程是不可逆的，此外还发现这种结构的重组似乎有利于水氧化的电催化活性，在反应过程中形成的非晶相似乎是Co3O4纳米基材料电催化OER的活性物种。该工作对利用原位电化学TEM来揭示电催化剂在电化学过程中的具有借鉴意义。

Nathaly Ortiz Peña, DrisIhiawakrim, Madeleine Han, Benedikt Lassalle-Kaiser, Sophie Carenco, Clément Sanchez, ChristelLaberty-Robert, David Portehault, Ovidiu Ersen. Morphological and StructuralEvolution of Co3O4 Nanoparticles Revealed by in Situ ElectrochemicalTransmission Electron Microscopy during Electrocatalytic Water Oxidation. ACS Nano,2019.

DOI: 10.1021/acsnano.9b04745

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b04745

二维材料（如氮化硼(BN)、石墨烯和二硫化钼）在新兴能源、环境和电子领域具有巨大的应用潜力。将2D材料组装成垂直排列的结构是非常理想的，但由于在加工过程中不符合能力最低原理，因此基于溶液的自组装过程形成垂直排列结构极具挑战性。近日，美国马里兰大学的胡良兵教授团队报道了一种通用的基于浆料的挤压式垂直3D打印方法，以BN纳米片为基础单元，在多尺度上制造垂直排列的二维材料。

3D打印的宏观垂直BN阵列是由垂直排列的纳米级BN纳米片组成的。性能改进后的油墨具有显著的剪切减薄特性和超高的储存模量，这使得分层排列结构的形成成为可能。由此得到的垂直排列的二维纳米薄片多尺度结构表现出了优异的垂直导热性能，最高可达5.65 W/mK，显著高于传统水平排列BN结构的导热性能。二维氮化硼纳米片的垂直3D打印可以扩展到其他二维材料，用于构建一系列新兴技术，如电池、薄膜和结构材料的垂直排列结构。

Zhiqiang Liang, Yong Pei,Chaoji Chen, Bo Jiang, Yonggang Yao, Hua Xie, Miaolun Jiao, Gegu Chen, TangyuanLi, Bao Yang, Liangbing Hu. General, Vertical, Three-Dimensional Printing ofTwo-Dimensional Materials with Multiscale Alignment. ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.9b04202

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b04202

ABX3型金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）的效率已超过25％，朝着理论极限发展。要获得PSC的全部潜力，需要了解器件的工作机制和电荷复合，材料质量以及能级匹配等方面。戚亚冰团队从表面/界面科学研究的角度介绍了设计PSC的重要性。

为此目的，讨论了最近的案例研究，以证明通过表面科学技术探测钙钛矿中的局部异质性（例如晶粒，晶粒边界，原子结构等）如何有助于将材料特性与PSC器件性能相关联。重点讨论了钙钛矿膜中电子缺陷的产生和修复如何限制器件效率，再现性和稳定性，以及如何在电流-电压曲线中引起时间依赖性瞬态行为。在这些研究的基础上，提出了进一步提高效率和稳定性以及减少回滞的策略。

Progressof Surface Science Studies on ABX3‐Based MetalHalide Perovskite Solar Cells，Adv. Energy Mater. 2019

DOI:10.1002/aenm.201902726

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201902726#

电化学CO2还原反应是利用可再生电力将CO2转化为碳基产品的一种非常具有潜力的应用技术，低成本、高活性、高选择性和稳定性的催化剂将成为实现工业化CO2RR的关键，研究人员对其进行了大量研究，电解质可以促进催化剂催化活性的充分发挥，然而研究电解质对催化过程影响的报道却还比较少。

近日，复旦大学的郑耿锋教授和阿尔伯塔大学的骆静利教授课题组合作研究了KHCO3电解质浓度效应对具有低成本的核壳结构Cu2O@SnOx纳米颗粒衍生催化剂，高选择性转化CO2的活性和选择性的影响。通过对反应级数和Tafel斜率的分析，确定了HCO3参与的质子耦合电子转移是杂化催化剂在KHCO3水溶液中CO2RR的速率决定步骤，在高浓度的KHCO3溶液中，CO的选择性几乎达到100%，同时能量效率高达71.8%，这是KHCO3的浓度效应与相关的pH效应共同作用的结果。该工作为为电解质助力催化剂实现高性能具有重要的借鉴意义。

Tengfei Li, Chao Yang, Jing-LiLuo, Gengfeng Zheng. Electrolyte Driven Highly Selective CO2Electroreduction at Low Overpotentials. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b02443

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02443

合理设计和合成高效电催化析氢反应催化剂是开发利用可再生氢能源的关键。近日，新加坡南洋理工大学和香港城市大学的张华教授团队通过一锅溶剂热法制备了由多层纳米片组成的RuNi合金纳米结构，该催化剂表现出优异的电催化活性。

在碱性条件下，10mA/cm2的过电位只有15mV，Tafel斜率仅为28 mV/dec，比商业Ru/C和Pt/C催化剂均要低，这种出色的电催化性能可以归因于拥有高的电化学表面积(154m2/g)和镍合金效应的协同作用，两者共同促进了水的解离以及氢的吸脱附过程。该工作对于高效电催化新材料的合理设计和合成具有重要的借鉴意义。

Guigao Liu, Wei Zhou, Bo Chen,Qinghua Zhang, Xiaoya Cui, Bing Li, Zhuangchai Lai, Ye Chen, Zhicheng Zhang,Lin Gu, Hua Zhang. Synthesis of RuNi alloy nanostructures composed ofmultilayered nanosheets for highly efficient electrocatalytic hydrogenevolution. Nano Energy, 2019.

DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104173

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104173

来源：nanoer2015 纳米人

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