Cell出版社旗下的Chem期刊公布了其2019年的十大最激動人心的化學研究，包括能源研究、有機合成、碳基材料、廢物儲存、催化等領域。接下來，小編為大家詳細介紹具體的研究論文。
一
Molecular Design of Stable Sulfamide-and Sulfonamide-Based Electrolytes for Aprotic Li-O2 Batteries
電解質不穩定性是鋰氧（Li-O2）電池投入實際使用的最具挑戰性的障礙之一。使用物理有機化學原理合理設計新的分子成分可以發現現有配方無法實現的穩定電解質。MITJeremiah A. Johnson發展了室溫下為液態，能夠溶解相當高濃度的Li鹽基於磺醯胺和磺醯胺的小分子，它在非質子Li-O2電池的苛刻化學和電化學條件下非常穩定。特別地，N， N-二甲基-三氟甲磺醯胺對過氧化物和超氧化物的化學降解具有高度抵抗力，穩定應對高達4.5 V Li的電化學氧化，並且在Li-O2電池中穩定循環超過90次。這項研究為開發基於磺醯胺和磺醯胺的下一代電解質組件提供了指導原則。
二
Synthesis of Armchair and Chiral Carbon Nanobelts
由完全稠合的苯環組成的碳納米帶是有機合成長期且具有挑戰性的目標，並且是實現單一手性和預定直徑的均勻碳納米管（CNT）最終合成的關鍵步驟。香港中文大學繆謙教授報告了前所未有的扶椅碳納米帶和第一個手性碳納米帶的合成，它們分別代表扶椅和手性CNT的側壁部分，分別是（12,12）CNT和（18,12）CNT。這些碳納米帶合成自2,5-di(benzyloxy)-1,4-benzoquinone，它由六步π擴展聚芳基化碳納米環得到。STM顯示這些納米帶是大小均一的納米顆粒。理論計算發現，相比於早期從碳納米環合成碳納米帶的失敗嘗試，這裡報導的帶形成步驟伴隨著應變能的微小提升或降低。
三
Distinctive Two-Step Intercalation of Sr2+ into a Coordination Polymer with Record High 90Sr Uptake Capabilities
從酸性核廢液和受汙染的海水中修復90 Sr 2+引起了公眾的極大關注，但具有挑戰性，因為傳統的氧離子交換材料對軟Sr 2+的去除性能受限於硬陽離子H+，Na+和Ca2+。蘇州大學第五娟教授和王殳凹教授報告了一種層狀的氧化配位聚合物[（CH3）2NH2] [ZrCH2（PO3）2F](SZ-4），與現有的離子交換材料相比，有著顯著的進步。在酸性條件下具有較高的分配係數和高吸收能力的90Sr去除效率。此外，過量的硬陽離子存在對Sr 2+的去除沒有顯著影響，從而成功清除了受90Sr汙染的海水樣品。如此出色的功能可通過在加工過程中精製的單晶結構直接看到吸附過程，揭示了獨特的兩步插入機制和獨特的軟陽離子吸收選擇性，這是通過主體層和作為軟N-給體配體的層間二甲胺（DMA）的協同配合而實現的。
四
CO2 Capture via Crystalline Hydrogen-Bonded Bicarbonate Dimers
限制全球溫度上升越來越依賴於節能碳捕獲方法的發展。橡樹嶺國家實驗室Radu Custelcean報告了一個簡單的CO2分離循環，使用了一種與CO2反應並結晶為不溶性碳酸氫鹽的雙（亞氨基胍）（BIG）吸附劑。碳酸氫鹽晶體的XRD揭示了由胍陽離子和水穩定的「抗靜電」氫鍵（HCO3-）2二聚體。溫和加熱晶體會釋放CO2並定量再生BIG吸附劑，從而關閉CO2分離周期。實驗和計算研究支持CO2釋放機理：表面引發的低壁壘質子從胍基轉移至碳酸氫根陰離子並形成碳酸二聚體，然後在限速步驟中釋放CO2和H2O ，測得的活化能為102±12 kJ / mol。吸附劑再生所需的最小能量為151.5 kJ / mol CO 2，比工業基準吸附劑乙醇胺的再生能量低24％。
五
Precise Placement of Single Monomer Units in Living Ring-Opening Metathesis Polymerization
精確控制窄分散聚合物鏈中單體的位置和順序仍然是一個重大挑戰。史丹福大學Yan Xia通過選擇性和定量地添加環丙烯（CPE）衍生物，將降冰片烯（NBE）的活開環易位聚合（ROMP）過程中的功能部分精確地沿著聚合物鏈放置在所需位置。為了在單次添加CPE後完全重新引發鏈端，作者降低了反應溫度並添加了不穩定的配體。在優化的條件下，該研究展示了沿聚降冰片烯（PNBE）均聚物或嵌段共聚物沿預定位置排布的單個部分，同時保持窄的MW分布和受控的MW。一些聚合物被用來合成精確控制的支鏈結構。控制聚合物鏈中各個官能團的位置和數量為精確合成和操縱聚合物結構，體系結構，組裝件和特性提供了令人興奮的機會。
六
An Auxiliary Approach for the Stereoselective Synthesis of Topologically ChiralCatenanes
鏈環是兩個環像鏈子中的鏈節一樣彼此穿過的分子，可以形成兩個結構，就像一個物體和它的鏡像，但如果單個環缺乏雙邊對稱性，則它們是相同的。這些結構被描述為「拓撲手性」，因為與大多數手性分子不同，在數學拓撲結構的規則下不可能將一種鏡像形式轉換為另一種鏡像形式。儘管早在1961年就引起人們的興趣和討論，但迄今為止，所有獲得這種拓撲立體元素分子的方法都需要通過手性固定相高效液相色譜法分離鏡像形式，但他們的研究受到了限制。南安普敦大學Stephen M. Goldup提出了一種簡單的方法，該方法使用容易獲得的手性信息資源來立體選擇性地合成拓撲手性鏈烯。
七
Seven-Layered 2D Hybrid Lead Iodide Perovskites
二維混合滷化物鈣鈦礦具有高化學通用性，在光電子學方面具有很強的潛力。西北大學Mercouri G. Kanatzidis團隊報導了Dion-Jacobson（DJ）系列中最高層厚度的鈣鈦礦。七層DJ相(4AM)(PMA)6Pb7I22（4AMP = 4-氨基甲基吡啶鎓）顯示出比Ruddlesden-Popper (RP)相(BA)2(MA)6Pb7I22（BA =丁基銨）更少的晶體結構變形。DJ和RP鈣鈦礦的比較表明，精細結構細節仍然影響光學性質，DJ相比RP相（1.57和1.74 eV）保持較低的能量吸收邊和光致發光發射（1.53和1.70 eV）。密度泛函理論（DFT）計算表明，導帶最小和價帶最大狀態的局域密度位於層的不同部分，這意味著結構中的單獨通道是電子和空穴。理解高層厚度的層狀鈣鈦礦，為高性能光電子學提供了新型鈣鈦礦的可行性。
八
Efficient and Selective CO2 Reduction Integrated with Organic Synthesis by Solar Energy
太陽能驅動的CO2催化還原對生產有用的燃料和增值化學品具有吸引力。然而，常規策略遭受低活性和犧牲試劑費用的困擾。中科院理化所吳驪珠和李旭兵介紹了首例通過太陽能將CO2還原與氧化有機合成相結合。在可見光照射下，CdSe/CdS量子點（QDs）能夠在三乙胺存在下以412.8 mmol g -1 h -1的激發速率 和> 96％的高選擇性將CO2光催化轉化為CO 。更重要的是，當整合1-苯基乙醇的氧化偶合反應生成頻哪醇時，CO2-CO轉化平穩進行。例如，在芳基環p-位帶有給電子基團的1-苯乙醇以高達98％的優異產率轉化為相應的頻哪醇。釋放的質子和氧化半反應電子用於還原CO2。顯然，該策略為經濟高效的CO2光還原提供了準確的答案， 並為有效的太陽能轉化提供了新的視野。
九
Precisely Tuning the Number of Fe Atoms in Clusters on N-Doped Carbon toward Acidic Oxygen Reduction Reaction
固定在N摻雜C上的原子分散的過渡金屬是一類有希望替代Pt基催化劑用於氧還原反應（ORR）的催化劑，但仍受到酸性介質中的低活性和耐久性的限制。中科大熊宇傑，杭州師範大學高鵬教授、復旦大學陳萌報導了一種新的策略，用於精確調整錨定在N摻雜C上的Fe簇中的原子數。這種可調性使得O2吸附從超氧化物向過氧化物構型改變，並可在熱解催化劑合成過程中在C基質中調整N物種。實驗發現，因此，N摻雜C上的Fe2團簇顯示出優異的酸性ORR活性，相對於可逆氫電極（RHE）具有0.78V的半波電位以及在0.5M H2SO4溶液中20,000次循環後僅具有-20mV移位的顯著耐久性。該工作從活性位點和催化劑載體的角度提供了原子水平上非貴金屬電催化劑設計的見解。
十
Direct Dearomatization of Pyridines via an Energy-Transfer-Catalyzed Intramolecular [4+2] Cycloaddition
吡啶的催化脫芳香化作用，獲得醫學相關的氮-雜環，引起了人們的極大興趣。當前直接的脫芳香化策略通常依賴於還原或親核加成，從而將脫芳香化產物的結構限制為六元環。明斯特大學Frank Glorius報導了使用光誘導的能量轉移催化與吡啶的催化脫芳香環加成反應，從而推進了脫芳香化方法並增加了吡啶脫芳香化產物的拓撲結構。這種前所未有的方法具有高收率，廣泛的底物範圍（44個例子），出色的官能團耐受性和簡便的可擴展性。此外，採用了可回收且可持續的聚合物固定化光催化劑。計算和實驗研究支持一種機制，其中肉桂基部分通過可見光介導的能量轉移催化被提升為其相應的激發三重態，然後向吡啶進行區域選擇性和脫芳香性[4+2]環加成。這項工作證明了可見光催化對實現熱挑戰性有機轉化的貢獻。
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