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真不错！2021年JACS封面文章赏析~

来源：测试GO 时间：2021-08-03 14:21:06 浏览：9980次

期刊简介

JACS（Journal of the American Chemical Society）（ISSN: 1520-5126，2021年最新影响因子为15.419）是由美国化学会创办的一个化学类顶级期刊，创办于1879年，到如今已经有一百多年的历史。JACS是周刊，致力于发表基础研究论文，每年出版约19000页的文章和通讯，其发表的文章几乎涵盖了化学领域最重要的所有突破。可以说发JACS是每个化学人的一个梦想，它是当之无愧的化学类杂志的龙头。

为此，笔者特意选取了JACS期刊2021年最新几期的封面文章进行介绍，希望与读者分享化学领域内最新动态。

封面文章赏析

1、共价有机框架膜用于蓝色能量的收集

许多自然现象的发生都涉及埃米级的功能孔，比如细胞膜上的生物孔，对于生物能量的产生和储存具有关键的作用，这些孔的共同结构特征是内壁含有带电基团。为了更好的理解和模拟生物自身复杂的特性，人们希望构建具有类似尺寸及功能的人工埃米级孔道。然而，现有的技术对于设计并制备可控的埃米级孔道十分困难。

共价有机框架(COFs)具有固有的疏水有序孔道，为模拟生物孔道的功能提供了可能性。然而，尽管在孔隙结构设计和制备方法方面具有不错的前景，但直接制备具有埃米孔径的COFs仍然是充满了挑战。因此，如何功能化COFs，简易合成具有埃米级孔径的COFs材料来模拟生物通道的特殊功能，成为了该领域的研究热点。

有鉴于此，浙江大学的Zhang等^[1]提出了一种简单且直接的策略来构建埃米级的离子通道，通过在COFs界面聚合过程中封装带电的染料分子，从而创建出了基于COFs的埃米级离子通道。所制备的COFs膜表现出优异的渗透选择性和极低的膜阻力，具有捕获盐度梯度（蓝色）能量的潜力。通过对海水和河水混合的模拟测试表明，该实验设计方法为构建新型多功能仿生系统提供了较大的参考价值。

图1 共价有机框架膜的制备示意图

2、层状氧化碘钙钛矿用于光催化水分解

碘是实现材料各种功能的关键元素之一，如高离子电导率和高效光电转换，这些性质通常是由一价碘离子的软特性引起的。低电负性导致碘基半导体的带隙比氯离子和溴化物半导体的带隙窄得多，如金属卤化物钙钛矿(MHPs)，包括CH₃NH₃PbI₃ (MAPbI₃)、HC(NH₂)2PbI₃(FAPbI₃)、和CsPbI₃等，这些材料很有希望成为下一代太阳能电池的光吸收剂。

在这些材料中，Pb-I子晶格的高极化率有助于保护载流子免受带电缺陷和光学声子的散射，从而提高载流子的寿命。此外，小的弹性模量和低的热导率诱导了强的声子瓶颈效应，使得这种长寿命的热载流子可用于光伏能量转换。即便如此，碘基半导体也很少用于光催化水分解。

有鉴于此，京都大学的Abe等人^[2]证明了层状氧化碘钙钛矿（Ba₂Bi₃Nb₂O₁₁I）具有异常高能的O 2p能级，超过了I 5p能级，从而避免了光不稳定性，实现了有效的水氧化。分析认为，Ba₂Bi₃Nb₂O₁₁I中，碘化物的高极化率影响了载流子动力学，使其载流子寿命比氯基和溴基的对应化合物物更长。作者利用Ba₂Bi₃Nb₂O₁₁I作为析氧光催化剂，首次在碘基体系中实现了可见光驱动的Z型水分解。此外，碘化物高极化率引入，为设计本质上具有高稳定性的窄带隙光催化剂提供了新的途径。

图2 卤氧化物的晶体结构

3、磁性创造：客体分子插入到顺磁性电荷柔性层状金属有机骨架

了解化学特性(如类型、氧化还原活性和分子浓度)和物理特性(如电子、磁性、介电和传感衬底的弹性特性)之间的关系，是制造下一代分子材料和器件的关键因素。从这个角度看，多孔分子材料：金属有机框架（MOFs）和多孔配位聚合物（PCPs）最近在气体储存分离和化学传感器等应用方面潜力巨大。然而，基于客体分子的磁相类型的变化，根据客体分子的类型从副磁体(非磁体)中选择铁磁体或反铁磁体磁相的研究却鲜有报道。

有鉴于此，东北大学的Miyasaka等人^[3]设计并制备了一种顺磁性电荷柔性层状MOF，在380℃下，该MOF材料经历了热驱动的晶格内电子转移，且根据所用晶格溶剂的类型，允许磁性相转变为亚铁磁性相或反铁磁性相。这种系统中电荷的微调设计策略为今后创造基于MOFs/PCPs的磁性和电子功能材料提供了潜在的可能性。

图3 所制备化合物的结果

4、荧光素的合成、光谱表征及应用

自1871年首次合成荧光素以来，这种多用途分子一直是生物、医学和化学生物学中应用最广泛的荧光团之一。其中，荧光素探针和荧光素传感器是化学生物领域的一个重要组成部分，近年来备受关注。这种探针的设计往往利用酚氧取代、螺旋环化控制或光诱导电子转移(PeT)速率的变化来调节荧光能力。例如，将钙螯合剂（BAPTA）添加到荧光素中是一种常用的策略，利用PeT调节荧光，使探测神经元和脑组织中细胞内钙动态具有高灵敏度和高分辨率。

基于此，加州大学的Miller等人^[4]设计了一种新型的3-磷基荧光素，并报道了3-磷基荧光素的合成、光谱表征及应用。与母体3-羧基荧光素相比，3-磷基荧光素的吸收和发射相对不变，且具有更强的水溶性，即使在低pH值和低介质中，3-羧基荧光素也能保持开放、可见的吸光状态，而3-羧基荧光素则倾向于内酯化。此外，3-磷基荧光素的双乙酰氧基甲基酯容易进入活细胞，表现出良好的积累（> 6×）和保留（> 11×），使细胞亮度比3-羧基荧光素提高近70倍。该工作使合成具有磷电压敏感性的荧光团成为可能，进一步推动了3-磷基荧光素在细胞内成像和膜电位传感中的应用。

图4 磷荧光素的特性

总结与展望

可以看到，能够登上JACS期刊的封面，必然是极其优秀的论文，且其封面绘图同样十分“出彩”，这说明了科研绘图与学术研究在一定程度上是相辅相成的，相信这也能给广大的科研工作者们带来一丝启发。当然，作为化学领域的顶刊，JACS封面论文几乎可以说代表了化学领域近期最重要的科研突破，值得关注！

参考文献

[1] Sifan Chen, Changjia Zhu, Weipeng Xian, et al. Imparting Ion Selectivity to Covalent Organic Framework Membranes Using de Novo Assembly for Blue Energy Harvesting. Journal of the American Chemical Society 2021 143 (25), 9415-9422. DOI: 10.1021/jacs.1c02090.

[2] Kanta Ogawa, Hajime Suzuki, Chengchao Zhong, et al. Layered Perovskite Oxyiodide with Narrow Band Gap and Long Lifetime Carriers for Water Splitting Photocatalysis. Journal of the American Chemical Society 2021 143 (22), 8446-8453. DOI: 10.1021/jacs.1c02763.

[3] Jun Zhang, Wataru Kosaka, Hiroyasu Sato, et al. Magnet Creation by Guest Insertion into a Paramagnetic Charge-Flexible Layered Metal–Organic Framework. Journal of the American Chemical Society 2021 143 (18), 7021-7031. DOI: 10.1021/jacs.1c01537.

[4] Joshua L. Turnbull, Brittany R. Benlian, Ryan P. Golden, et al. Phosphonofluoresceins: Synthesis, Spectroscopy, and Applications. Journal of the American Chemical Society 2021 143 (16), 6194-6201. DOI: 10.1021/jacs.1c01139.