Ultrafast electron diffraction (UED) has been developed to study transient structures in complex chemical reactions initiated with femtosecond laser pulses. This direct imaging of reactions was achieved using our third-generation apparatus equipped with an electron pulse (1.07 ± 0.27 picoseconds) source, a charge-coupled device camera, and a mass spectrometer. Two prototypical gas-phase reactions were studied: the nonconcerted elimination reaction of a haloethane, wherein the structure of the intermediate was determined, and the ring opening of a cyclic hydrocarbon containing no heavy atoms. These results demonstrate the vastly improved sensitivity, resolution, and versatility of UED for studying ultrafast structural dynamics in complex molecular systems.

Perovskite solar cells (PSCs) have attracted widespread attention due to their high energy conversion efficiency and low manufacturing cost. Despite their promise, the intrinsic defects in perovskite materials poses substantial challenges. To this end, we conduct an in-depth analysis on the sources and classifications of defects in PSCs, and further clarify the effects of these defects on the device performance. Subsequently, diverse defect passivation strategies that can improve the charge extraction efficiency, transport efficiency, and photovoltaic conversion efficiency are explored as well. It involves a comprehensive overview of recent advances in defect passivation strategies, such as passivation of the hole transport layer interface, surface modification of perovskite thin films, and bulk phase passivation methods. Finally, we prospect the further development of perovskite solar cells.

Soil and water environmental pollution continues to pose a substantial threat, accounting for approximately 30 % of all global environmental issues. Among the various remediation strategies, biochar, characterized by its exceptional porous structure, a specific surface area ranging from 500 to 1500 m2/g, and a diverse array of functional groups, stands as a highly effective adsorbent and catalytic material. It has been extensively applied in environmental restoration efforts. Notably, in recent years, the technology involving biochar-activated persulfate (PS) has garnered significant attention, accounting for over 20 % of all published research in this field. A detailed discussion was conducted on the preparation methods of biochar, the research progress and mechanism of activating PS to remediate organic pollutants in soil and water by summarizing and refining relevant research. Specifically, the application of Density Functional Theory (DFT) calculations in elucidating the interaction mechanisms between biochar and PS has been thoroughly investigated, uncovering the electron transfer process between the functional groups on the biochar surface and PS, thus facilitating the degradation of organic pollutants. Moreover, this article also explores the challenges and future directions of the biochar-activated PS technology in practical applications, aiming to offer new insights and methods for the restoration of soil and water environments. It provides a theoretical foundation for further exploration of its mechanism of action and the optimization of application conditions.

Currently, the treatment of bone defects in arthroplasty is a challenge in clinical practice. Nonetheless, commercially available orthopaedic scaffolds have shown limited therapeutic effects for large bone defects, especially for massiveand irregular defects. Additively manufactured porous tantalum, in particular, has emerged as a promising material for such scaffolds and is widely used in orthopaedics for its exceptional biocompatibility, osteoinduction, and mechanical properties. Porous tantalum has also exhibited unique advantages in personalised rapid manufacturing, which allows for the creation of customised scaffolds with complex geometric shapes for clinical applications at a low cost and high efficiency. However, studies on the effect of the pore structure of additively manufactured porous tantalum on bone regeneration have been rare. In this study, our group designed and fabricated a batch of precision porous tantalum scaffolds via laser powder bed fusion (LPBF) with pore sizes of 250 μm (Ta 250), 450 μm (Ta 450), 650 μm (Ta 650), and 850 μm (Ta 850). We then performed a series of in vitro experiments and observed that all four groups showed good biocompatibility. In particular, Ta 450 demonstrated the best osteogenic performance. Afterwards, our team used a rat bone defect model to determine the in vivo osteogenic effects. Based on micro-computed tomography and histology, we identified that Ta 450 exhibited the best bone ingrowth performance. Subsequently, sheep femur and hip defect models were used to further confirm the osteogenic effects of Ta 450 scaffolds. Finally, we verified the aforementioned in vitro and in vivo results via clinical application (seven patients waiting for revision total hip arthroplasty) of the Ta 450 scaffold. The clinical results confirmed that Ta 450 had satisfactory clinical outcomes up to the 12-month follow-up. In summary, our findings indicate that 450 μm is the suitable pore size for porous tantalum scaffolds. This study may provide a new therapeutic strategy for the treatment of massive, irreparable, and protracted bone defects in arthroplasty.

Diabetic infected bone defects (DIBD) with abnormal immune metabolism are cline to the hard-to-treat bacterial infections and delayed bone regeneration, which present significant challenges in clinic. Control of immune metabolism is believed to be important in regulating fundamental immunological processes. Here, we developed a macrophage metabolic reprogramming hydrogel composed of modified silk fibroin (Silk-6) and poly-l-lysine (ε-PL) and further integrated with M2 Macrophage-derived Exo (M2-Exo), named as Silk-6/ε-PL@Exo. This degradable hydrogel showed a broad-spectrum antibacterial performance towards both Gram-positive and -negative bacteria. More importantly, the release of M2-Exo from Silk-6/ε-PL@Exo could target M1 macrophages, modulating the activity of the key enzyme hexokinase II (HK2) to control the inflammation-related NF-κB pathway, alleviate lactate accumulation, and inhibit glycolysis to normalize the cycle, thereby promoting M1-to-M2 balance. Using a rat model of DIBD, Silk-6/ε-PL@Exo hydrogel promoted infection control, balanced immune responses and accelerated the bone defect healing. Overall, this study demonstrates that this Silk-6/ε-PL @Exo is a promising filler biomaterials with multi-function to treat DIBD and emphasizes the importance of metabolic reprogramming in bone regeneration.