【摘要】 时至今日，计算化学早已不仅仅是实验的附属品了，它随着计算水平的逐步提升和理论框架的逐步完善，现在，越来越多的纯计算可以单独发在以往的顶刊之上了。

1.Angew：基于酮类抑制剂的SARS-CoV-2主要蛋白酶抑制机制的多尺度模拟研究改进设计的见解

 

 

在此，来自西班牙瓦伦西亚大学的Iñaki Tunón等研究者，给出了羟甲基酮抑制剂PF-00835231对SARS-CoV-2 3CL蛋白酶抑制的经典模拟和QM/MM模拟结果。在非共价复合物中，弹头的羰基氧原子被放置在143至145残基形成的氧阴离子孔中，而P1-P3基团被安置在活性位点，与肽底物的相互作用类似。根据炼金术自由能计算，P1 '羟甲基也有助于结合自由能。该酶的共价抑制是由Cys145到His41的质子转移引起的。在此步骤之后，Sγ原子对抑制剂的羰基碳原子进行亲核攻击，并在P1 '羟基的介导下从His41向羰基氧原子转移质子。计算结果表明，在P1′基团上加入氯代甲基，可以降低共价抑制的激活自由能。

 

 

参考文献：

Ramos-Guzmán, C.A., Ruiz-Pernía, J.J. and Tunón, I. (2021), Inhibition Mechanism of SARS-CoV-2 Main Protease with Ketone-Based Inhibitors Unveiled by Multiscale Simulations. Insights for Improved Designs. Angew. Chem. Int. Ed.. AcceptedAuthor Manuscript. https://doi.org/10.1002/anie.202110027

 

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202110027?saml_referrer

 

2.AM：Li-S电池单原子金属嵌入三维电极的d-p轨道杂化

 

 

单原子金属催化剂(SACs)用作硫正极添加剂，以提高电池性能，尽管材料选择、机制以及控制催化活性尚不清楚。在此，来自澳大利亚科廷大学的Shiyong Zhao & 北京航空航天大学的Qianfan Zhang & 清华大学的Guangmin Zhou & Hui-Ming Cheng等研究者，研究结果表明，单原子金属与硫物种之间的d-p轨道杂化可以作为理解SACs在锂-硫电池中催化活性的描述符。研究发现，Ti等较低原子序数的过渡金属具有较少的填充反键态，能够有效地与锂多硫化物结合并催化其电化学反应。研究者采用可控氮配位法，制备了一系列三维电极包埋的单原子金属催化剂(Me = Mn, Cu, Cr, Ti)。其中，Ti单原子嵌入电极对LiPSs还原/Li2S氧化的电化学势垒最低，催化活性最高，与理论计算吻合较好。通过导电传输网络上的单原子Ti的高活性催化中心，实现了低负载(1 wt.%)和高面积硫负载(8 mg cm−2)的高硫利用率。这些3D电极具有良好的弯曲力学稳定性，适用于制备可弯曲/可折叠的可穿戴电子锂电池。

 

 

参考文献：

Han, Z. Y., Zhao, S. Y., Xiao, J. W., Zhong, X. W., Sheng, J. Z., Lv, W., Zhang, Q. F., Zhou, G. M., Cheng, H.-M., Engineering d-p Orbital Hybridization in Single-Atom Metal-Embedded Three-Dimensional Electrodes for Li-S Batteries. Adv. Mater. 2021, 2105947. 

https://doi.org/10.1002/adma.202105947

 

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105947

 

3.Nano Letters：摩擦和附着力决定无序纳米颗粒填料的屈服：多尺度粘性离散元方法研究

 

 

最近的研究表明，非晶材料，从颗粒填料到原子玻璃，有许多惊人的相似之处，包括一个通用的屈服起始应变水平。尽管在长度尺度和组成粒子的相互作用方面，存在巨大差异。然而，局部粒子重排的本质并没有得到很好的理解，局部相互作用如何影响整体性能仍然是未知的。在此，来自美国宾夕法尼亚大学的 Robert W. Carpick &麻省理工学院的李巨等研究者，介绍了一种多尺度黏附离散元方法来模拟无序纳米颗粒填料压痕和单纳米颗粒分辨率成像的新实验。仿真结果显示了与实验相匹配的多种行为。通过直接监测填料表面下的空间重排和颗粒间键合/脱键，揭示了实验中观察到的屈服和硬化现象的机制。颗粒间的摩擦和粘附协同增韧填料和延缓塑性变形。此外，塑性可以由没有粒子重排的键转换产生。这些结果为理解非晶材料中的屈服提供了一般的见解。

 

 

参考文献：

Xiaohui Liu, Joel A. Lefever, Daeyeon Lee, Jie Zhang, Robert W. Carpick, and Ju Li. Friction and Adhesion Govern Yielding of Disordered Nanoparticle Packings: A Multiscale Adhesive Discrete Element Method Study. Nano Letters Article ASAP

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01952

 

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01952

 

4.ACS Catalysis：利用可切换极化增强铁电性InSnO2N的析氧反应活性

 

 

铁电调制的表面电荷密度是一种很有前途的策略，以促进表面析氧反应(OER)在光催化水分裂。通过改变极化方向，调节OER中间体与表面的相互作用强度，可以克服Sabatier原理的局限性。新报道的不正当铁电半导体InSnO2N由于其1.61 eV的直接带隙和相当大的铁电极化，在光催化剂方面具有广阔的应用前景。

 

在此，来自瑞士伯尔尼大学的Ulrich Aschauer & 丹麦科技大学的Ivano E. Castelli等研究者，利用密度泛函理论研究其(001)表面的OER性能作为体极化方向的函数。研究发现，与向上(正)极化体结构(0.77 V)的洁净表面相比，向下(负)极化体结构(“极化体”)的洁净表面相对于标准氢电极，有更低的η = 0.58 V的理论过电位。在(光)电化学操作条件下，单分子层(ML) OH覆盖的表面对负极化体最稳定，理论过电位为0.89 V，而对于正极化体结构，2/3 ML OH覆盖的表面最稳定，过电位为0.89 V。值得注意的是，当在反应过程中切换极化方向时，过电位对清洁表面和OH覆盖表面分别减小到0.20 V和0.23 V，远低于通常的氧化物最小理论过电位(η = 0.37 V)。研究表明，铁电开关可在相应的频率范围内降低反应自由能，比极化开关的能量成本高出6-12倍。研究表明，切换不当的铁电性是提高氧氮光催化水分裂电极OER活性的一个很有前途的途径。

 

 

参考文献：

Zhenyun Lan, Didrik René Småbråten, Chengcheng Xiao, Tejs Vegge, Ulrich Aschauer, and Ivano E. Castelli. Enhancing Oxygen Evolution Reaction Activity by Using Switchable Polarization in Ferroelectric InSnO2N. ACS Catalysis 0, 11 

DOI: 10.1021/acscatal.1c03737

 

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c03737

 

5.npj Computational Materials：碳纳米管直径控制的高级机器学习决策策略

 

 

单壁碳纳米管(SWCNTs)的直径与它们的电子性能直接相关，使得直径控制在许多应用中非常理想。在此，来自美国空军实验室的Rahul Rao & 美国布法罗大学的Kristofer G. Reyes等研究者，使用了基于预期改进决策策略的机器学习规划器，映射出哪些区域可以生长，哪些区域不可以生长，并进一步优化合成条件，在窄直径范围内选择性地生长SWCNTs。研究者在265和225 cm−1左右(SWCNT直径分别在0.92和1.06 nm左右)实现了喇曼径向呼吸模式频率的两个最大范围，研究者的计划人员在100次实验中找到了最优的合成条件。与未优化生长实验相比，优化生长实验中广泛的生长后表征显示出较高的选择性。值得注意的是，研究者揭示了最大化两个直径范围的显著不同的合成条件，尽管它们相对接近。该研究显示了机器学习驱动直径优化的前景，并为手性控制SWCNT生长铺平了道路。

 

 

参考文献：

Rao, R., Carpena-Núñez, J., Nikolaev, P. et al. Advanced machine learning decision policies for diameter control of carbon nanotubes. npj Comput Mater 7, 157 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41524-021-00629-y

 

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41524-021-00629-y

 

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