这些年轻有为的科学家们到底都在干些啥

Science China Chemistry在2020年第10期出版了2020 Emerging Investigator Issue。在这个特刊中收录了17位新锐科学家在其独立开展研究工作的研究成果。这些入选的科学家分别是南京工业大学安众福、天津大学陈龙、南开大学丁丹、北京理工大学冯霄、国家纳米科学中心李乐乐、武汉大学李倩倩、同济大学罗巍、武汉大学闵杰、上海交通大学潘云翔、国家纳米科学中心孙佳姝、武汉理工大学王涛、苏州大学王雪东、中科所化学所辛森、天津大学于一夫、厦门大学朱志、中南大学邹应萍和四川大学余达刚。这篇文章为大家汇总了Science China Chemistry这个特刊的所有文章，让大家看看这些年轻有为的科学家们到底都在干啥。

1.南京工业大学安众福：颜色可调的超长有机磷光材料用于视觉紫外光检测

由于超长有机磷光（UOP）材料具有长寿命的发光寿命，因此在光子学和光电子学领域引起了广泛的关注。然而，开发具有颜色可调性的UOP材料仍然是一个巨大的挑战。南京工业大学安众福报道了一类含有羰基，氨基或酰胺基团的UOP材料，在不同的紫外线波长激发下，它们呈现出颜色可调的持久发光，范围从蓝色（458 nm）到黄绿色（508 nm）。综合理论和实验结果，作者得出结论，与激发有关的颜色可调UOP发光归因于晶体中单个分子和聚集态的多个发光中心。有了颜色可调的UOP功能，这些材料就可以成功地实现视觉紫外线检测。该发现不仅提供了设计具有彩色发射的新有机磷光分子的策略，而且扩展了纯有机磷光材料的应用范围。

文献链接：

Color-tunable ultralong organic phosphorescence materials for visual UV-light detection

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1443-1448

2.天津大学陈龙：电子和自旋电子器件的2D导电金属有机框架

二维（2D）材料由于其独特的化学和物理特性而通常在相应的批量同类产品中不具备，因此在基础研究和技术开发中均显示出巨大的潜力。作为一种新兴的2D材料，2D导电金属有机骨架（2D c-MOF）具有可预先设计和可调结构，出色的结晶度，固有孔隙率和出色的导电性的特性。在过去的十年中，二维c-MOF在电子，传感器，能量存储设备等领域得到了快速发展。在这篇综述中，天津大学陈龙对二维c-MOF的电，磁和量子特性进行了详细的综述。作者重点介绍了它们在半导体，金属，超导体，拓扑绝缘体和多孔磁体中的应用。二维c-MOF与量子材料的结合可以唤起丰富的物理性能，灵活的化学作用以及在电子和自旋电子学中的潜在应用。

文献链接：

2D conductive metal-organic frameworks for electronics and spintronics

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1391-1401

3.南开大学丁丹：内质网靶向AIE生物探针作为免疫原性细胞死亡的高效诱导剂

癌细胞的特定细胞器（例如内质网（ER）和线粒体）的集中氧化应激可增强癌症免疫疗法的免疫原性细胞死亡（ICD）效果。南开大学丁丹通过将新的AIE光敏剂与ER靶向肽相结合，合理设计和合成了具有凝集诱导发射（AIE）特性的ER靶向生物探针（TPE-PR-FFKDEL），这已被证明能够有效诱导ER 氧化应激引起ICD。与众所周知的以ER为靶点的ICD诱导剂光敏剂金丝桃素相比，TPE-PR-FFKDEL可以更强地释放与免疫刺激相关的分子模式，例如表面暴露的钙网蛋白，ATP分泌和高迁移率组蛋白B1（HMGB1）和热休克蛋白70（HSP 70）的表达。此外，一系列的免疫反应被激活以保护小鼠免受体内癌细胞的攻击。

文献链接：

Endoplasmic reticulum targeted AIE bioprobe as a highly efficient inducer of immunogenic cell death

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1428-1434

4.北京理工大学冯霄：共价有机骨架的结晶度和稳定性

共价有机骨架（COF）是一类具有高结晶度的有机多孔聚合物，可以通过拓扑设计精确地定制其结构。由于永久孔，周期性结构和丰富的构造块的特性，COF在过去的15年中引起了极大的关注，并在各个领域进行了广泛的研究。结晶度和稳定性是实际应用中的两个关键特征。通常，这两个特征与通过动态共价化学（DCC）形成的COF相矛盾。通常需要高的热力学可逆性才能获得出色的COF结晶度，从而经常导致稳定性有限。因此，许多研究人员怀疑COF在实际应用中的稳定性。实际上，这些年来，已经开发出各种新颖的键用于COF的构建，并且许多新合成的COF对强酸/碱具有鲁棒性，甚至它们中的一些可以抵抗强氧化剂和还原剂的攻击。

在这篇综述中，北京理工大学冯霄专注于结晶度和稳定性方面的COF的键合化学，进一步将其扩展到晶体生长机理的研究以及稳定性和结晶度之间矛盾的总体调控上。第三部分介绍了改善结晶度的策略，包括选择结构单元，引入非共价相互作用以及减缓成核和生长速率，而从化学修饰和非共价相互作用的角度来看，提高稳定性的方法则包括总结在第四部分。最后，作者提出了挑战和观点。

文献链接：

Crystallinity and stability of covalent organic frameworks

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1367-1390

5.国家纳米科学中心李乐乐：用于ATP激活生物成像和光动力疗法的智能DNA纳米设备

合理设计可控制的单线态氧生成的可活化光敏剂仍然是精密光动力疗法（PDT）的挑战。国家纳米科学中心李乐乐提出了基于腺苷5'-三磷酸（ATP）激活生物成像和PDT的基于适体的纳米器件。通过硫醇盐-Au化学修饰金纳米颗粒（AuNP）表面上的ATP响应双链DNA单元和聚乙二醇来构造纳米器件。通过将ATP适体链与亚甲基蓝（MB）修饰的互补DNA（cDNA）杂交来设计DNA单元。MB与AuNP的表面非常接近，导致MB的光动力学活性低（关闭状态）。一旦内化到癌细胞中，ATP结合诱导的适体链构象转换会导致带有MB的DNA链从AuNP中释放出来，从而导致在光照射（ON状态）下可激活的单线态氧的产生。DNA纳米设备代表了一个有前途的平台，用于在体外和体内进行ATP反应性生物成像和特定的PDT。这项工作突出了特定肿瘤诊断和治疗的潜在途径。

文献链接：

A smart DNA nanodevice for ATP-activatable bioimaging and photodynamic therapy

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1490-1497

6.武汉大学李倩倩：9-甲基-9H-二苯并咔唑的分子间电子偶联，通过取代效应以聚集态强发光

聚集态的有机发光剂的明亮发光因其在光电设备和生物/化学传感器中的潜在应用而受到越来越多的关注。武汉大学李倩倩在将不同的取代基（Br，Ph和TPh）引入9-甲基-9H-二苯并咔唑（DBC）部分的大共轭核心时，所得发光剂显示出固体中的PL量子产率从4.81％到47.39％不等。通过对分子堆积的系统研究和理论计算，证明了二聚体中强分子间电子耦合是固态发光的主要因素。研究结果为研究分子结构，堆积方式和发射性质之间的内在联系提供了新途径。

文献链接：

Intermolecular electronic coupling of 9-methyl-9H-dibenzo[a,c] carbazole for strong emission in aggregated state by substituent effect

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1435-1442

7.同济大学罗巍：可写锂金属墨水

锂金属阳极（LMA）的近期复兴引起了人们对LMA的重新关注，因为LMA是可充电锂电池向高能量密度的最终选择。然而，使用LMA的方式面临多种挑战，其中典型的是高反应性，枝晶生长，制造Li薄箔的难度以及有机液体电解质的可燃性。同济大学罗巍提出了通过将源自生物质的碳颗粒引入熔融的Li中而制备的可写Li金属油墨（LMI）。由于表面张力显着降低，LMI能够直接在铜箔或其他基板上书写，从而可以实现厚度极小（<10μm）的超薄锂箔。LMI的多功能性在解决LMA与石榴石型固态电解质之间的界面问题时得到了进一步证明，在石榴石型固态电解质上直接写入LMI可提供完美的接触，并能实现6Ω·cm²的极低界面电阻，与之形成鲜明对比。在纯锂和石榴石之间为939Ω·cm²。由于与不可燃固态电解质的成功合作，基于墨水的技术可能使我们非常接近使用具有高安全性和高能量密度的固态锂金属电池（SSLMB）。

文献链接：

A writable lithium metal ink

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1483-1489

8.武汉大学闵杰：高性能全聚合物太阳能电池，能量损耗仅为0.47 eV

在过去的几年中，全聚合物太阳能电池（all-PSC）领域经历了快速发展，这主要是由高效聚合物受体的发展所驱动。但是，全PSC的功率转换效率（PCE）仍然受到供体/受体混合物光吸收不足以及器件中的大量能量损失的限制。武汉大学闵杰设计了一个以聚合物受体PYT1为基础的n型分子受体Y5-C20，并将其与聚合物供体PM6混合，以获得全聚合物光敏层。与基于Y5-C20的最佳PCE为9.42％的器件相比，经过优化的PM6：PYT1全PSC的PCE达到了创纪录的13.43％，具有非常低的能量损耗0.47 eV和高达900 nm的光响应。此外，PM6：PYT1全PSC的PCE对1-氯萘（CN）添加剂含量和活性层厚度相对不敏感。文章结果还强调了CN添加剂对PM6：PYT1形态的影响，即电荷的产生和传输找到了最佳的平衡，并同时降低了混合物中的辐射和非辐射损耗。这项工作促进了高性能聚合物受体的发展，并预示了全PSC在商业应用方面的光明前景。

文献链接：

High-performance all-polymer solar cells with only 0.47 eV energy loss

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1449-1460

9.上海交通大学潘云翔：由光催化剂上的薄碳层涂层引发的高效光催化的最新进展和未来展望

太阳能驱动的光催化技术，例如光催化还原二氧化碳，有望同时解决能源和环境问题。近年来，已经开发了在光催化剂上涂覆厚度小于10 nm的薄碳层作为提高光催化效率的有效策略。在本综述中，上海交通大学潘云翔总结了碳包覆光催化剂的关键进展。讨论了改进的光吸收，电荷分离，反应物吸附和对碳包覆光催化剂的光催化稳定性以及碳包覆光催化剂的应用的起源。综述的最后部分显示了与碳涂层光催化剂相关的未来机遇和挑战。作者希望这篇综述能够引发对碳涂层光催化剂的更深刻的见解，并为开发低成本但高效的光催化剂提供新的机会。

文献链接：

Efficient photocatalysis triggered by thin carbon layers coating on photocatalysts: recent progress and future perspectives

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1416-1427

10.国家纳米科学中心孙佳姝：全自动离心微流控系统用于从样品到结果的病毒核酸测试

病毒引起的传染病的爆发提出了全球公共卫生挑战。核酸扩增测试（NAAT）可以及早发现大流行病毒，并且在防止继续传播中起着至关重要的作用。但是，熟练操作员，昂贵的仪器和生物安全实验室的需求阻碍了NAAT在可疑患者筛查和诊断中的应用。国家纳米科学中心孙佳姝报道了一种全自动的离心微流控系统的开发，该系统具有用于敏感，特异和快速的病毒核酸测试的进样出功能。核酸的释放和随后的逆转录环介导的等温扩增（RT-LAMP）被整合到微流盘的反应单元中。整个处理步骤，例如试剂注入，旋转驱动流体，加热和温度控制以及荧光信号的检测，都是通过定制仪器自动进行的。作者使用掺有严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2（SARS-CoV-2）装甲RNA颗粒的口咽拭子样品验证离心微流控系统。装甲RNA颗粒的估计检测限为每个反应2个拷贝，通量为每个圆盘21个反应，测定样品到答案的时间约为70分钟。这种封闭的自动化微流体系统有效地避免了病毒对气溶胶的污染，并且可以轻松地用于诊断实验室之外的病毒检测。

文献链接：

A fully automated centrifugal microfluidic system for sample-to-answer viral nucleic acid testing

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1498-1506

11.武汉理工大学王涛：非富勒烯受体原纤维可实现效率高达16.6％的高效三元有机太阳能电池

优化有机太阳能电池（OSC）的光敏层内的成分和形态可以显着提高其功率转换效率（PCE）。武汉理工大学王涛设计并合成了一种新型的A-D-A型非富勒烯受体IDMIC-4F，并将其用作制备高性能三元太阳能电池的第三种成分。IDMIC-4F可以在溶液流延后形成原纤维，而PBDB-T-2F：BTP-4F主体中这种原纤维结构的存在将供体和受体的生长限制在细微区域内，并充当增强电子的传输通道流动性。包含10 wt％ IDMIC-4F的单结三元器件具有增强的光吸收能力和平衡的载流子迁移率，并且与二元器件的15.7％相比，可实现最大PCE为16.6％，这对于文献报道的OSC而言具有显着的效率。这种非富勒烯受体原纤维网络策略是提高三元OSC光伏性能的一种有前途的方法。

文献链接：

Non-fullerene acceptor fibrils enable efficient ternary organic solar cells with 16.6% efficiency

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1461-1468

12.苏州大学王雪东：一维和二维多晶型物构成的有机异质结构用于光子应用

由有机微/纳米晶体组成的有机异质结构（OHS）对于未来集成光电的构建至关重要。 然而，材料的缺乏和相分离的问题仍然阻碍了OHS的精细合成。苏州大学王雪东基于一种有机化合物m-B2BCB的α相一维（1D）微棒和β相2D微板，轻松合成了由这两个多晶型相组成的OHS，其生长机理归因于低晶格失配 α相（主体）的（001）面和β相（分支）的（010）晶面之间的比率为5.8％。重要的是，可以在OHS中实现多端口输入/输出通道，这证明了OHS中具有不同输出通道的结构相关的光信号。因此，作者的实验展示了OHS多态性的广阔前景，可为多功能有机集成光子电路提供进一步的应用。

文献链接：

Organic heterostructures composed of one- and two-dimensional polymorphs for photonic applications

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1477-1482

13.中科所化学所辛森：锂/钠离子电池中硫族元素阴极及其转化电化学

硫属元素，例如硫（S），硒（Se），碲（Te）和硫族元素间化合物，已被广泛研究作为下一代可再充电锂/钠（Li / Na）电池的正极材料。锂/钠硫属元素电池的高能量输出源于硫属元素阴极与碱金属阳极之间的双电子转化反应，两个电极都可以通过该反应提供较高的理论容量。该反应还导致寄生反应，使电池中的化学环境恶化，并且不同的阴极-阳极组合显示出自己的特征。在本文中，中科所化学所辛森讨论硫族元素与碱金属之间的基本转化电化学及其对电池性能的正或负影响。还审查了改善硫族元素阴极转化电化学的策略，以为可再充电锂/钠-硫族元素电池的合理设计提供见识。

文献链接：

Chalcogen cathode and its conversion electrochemistry in rechargeable Li/Na batteries

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1402-1415

14.天津大学于一夫：通过整流肖特基接触，在缺电子的Co上促进硝酸盐选择性电还原为氨

开发有效的电催化剂以选择性地将硝酸盐污染减少成增值的氨具有重要意义。在这里，异质结构的Co/CoO纳米片阵列（Co/CoO NSAs）表现出出色的法拉第效率（93.8％）和硝酸盐电解还原为氨的选择性（91.2％），大大优于Co NSAs。¹⁵N同位素标记实验和1H核磁共振（NMR）定量测试方法确定了产生的氨的来源。电化学原位傅里叶变换红外（FTIR）光谱，在线差分电化学质谱（DEMS）数据和密度泛函理论（DFT）结果表明，优异的性能归因于Co/CoO异质结构。在界面上从Co到CoO的电子转移不仅可以抑制竞争性的析氢反应，而且可以增加副产物的能垒，从而提高了法拉第效率和氨的选择性。

文献链接：

Promoting selective electroreduction of nitrates to ammonia over electron-deficient Co modulated by rectifying Schottky contacts

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1402-1415

15.厦门大学朱志：用于高通量单分子蛋白质分析的无串扰胶体

液滴微流控技术是用于高通量单分子蛋白质分析的强大平台。然而，液滴的聚结和串扰的问题损害了检测的准确性，并阻碍了其广泛的应用。为了解决这些局限性，厦门大学朱志提出了一种新颖的基于胶体的方法，该方法通过将Pickering乳液与液滴微流控技术相结合来进行单分子蛋白质分析。利用易于合成的胶体表面活性剂F-SiO₂NPs在水/油界面处的自组装，胶体被刚性稳定，可以有效避免荧光分子的泄漏。无串扰的胶体使高通量的单分子蛋白质分析成为可能，包括异源动力学研究和数字检测。作为一种稳健而准确的方法，基于胶体的微流体有望作为强大的工具用于多种应用，例如定向酶进化，数字酶联免疫吸附测定（ELISA）和抗生素筛选。

文献链接：

Crosstalk-free colloidosomes for high throughput single-molecule protein analysis

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1507-1514

16.中南大学邹应萍：高性能有机太阳能电池用A-DA'D-A非富勒烯受体

由于2019年有机太阳能电池（OSC）的功率转换效率达到了创纪录的15.7％，因此新开发的具有A-DA'DA结构的非富勒烯受体（NFA）Y6（A表示电子接受部分，D表示给电子部分）已引起越来越多的关注。随后，许多新的A-DA'D-A NFA被设计和合成，并且A-DA'D-A NFA在高性能非富勒烯有机太阳能电池（NF-OSC）的开发中起着重要作用。与经典的ADA型受体相比，A-DA'DA NFA在梯型稠合环中包含一个缺电子的核以微调能级，扩大光吸收并实现NFA更高的电子迁移率。这篇评论强调了这些新兴的A-DA'D-A（包括Y系列）NFA的最新进展。介绍了DA'D稠合环的合成方法。总结和讨论了A-DA'D-A NFA的化学结构与相应OSC的光伏性能之间的关系。最后，还提出了进一步改善OSC光伏性能的问题和前景。

文献链接：

A-DA’D-A non-fullerene acceptors for high-performance organic solar cells

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1352-1366

17.四川大学余达刚：CO₂不对称合成的最新进展

二氧化碳（CO₂）由于其无毒，丰富，可利用性和可持续性，在化学合成中是重要且引人注目的C1构建基块。在将二氧化碳化学转化为高附加值有机化学品方面取得了巨大进展。然而，与CO₂的不对称合成以形成对映体富集的分子，特别是催化过程，已经远远落后。将CO₂对映选择性地引入有机化合物是非常需要的，因为相应的手性产物，例如羧酸和氨基酸，是大量天然产物和生物活性化合物中的常见结构单元。四川大学余达刚讨论了将CO₂对映选择性结合到有机分子中的最新进展，这主要依赖于以下三种策略：1）用CO₂动力学拆分或环氧化物脱对称形成手性环状碳酸酯和聚碳酸酯；2）O-或N-亲核试剂对CO₂的亲核攻击，并形成不对称的C-O键，以制备手性环状碳酸酯和氨基甲酸酯；3）有机金属试剂对CO₂的不对称C–C键直接对映选择性亲核攻击。最后，还介绍了该领域的挑战和未来前景。

文献链接：

Recent advances in asymmetric synthesis with CO₂

Science China Chemistry, 2020, 63(10): 1336-1351

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