1. Nature Materials: Pt/CeO2單原子催化劑的動(dòng)態(tài)荷電和氧化狀態(tài)
負(fù)載于氧化物上的金屬原子的催化活性很大程度上取決于其電荷態(tài)和氧化態(tài)。然而，界面上電荷轉(zhuǎn)移程度的確定仍然是個(gè)未知數(shù)。在本文中，巴塞羅那科技研究所的Nuria Lopez等結(jié)合密度泛函理論和分子動(dòng)力學(xué)第一原理對(duì)沉積在CeO2（100）表面上的鉑單原子進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，靜態(tài)金屬電荷的一般表示過(guò)于簡(jiǎn)單。因此，研究人員重新定義了幾個(gè)動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)且共存的電荷狀態(tài)。這種新型強(qiáng)金屬-載體相互作用來(lái)源于Ce（4f）能級(jí)相對(duì)于貴金屬能級(jí)的相對(duì)位置，這種相對(duì)能級(jí)允許電子轉(zhuǎn)移進(jìn)入載體或從載體中轉(zhuǎn)移回來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中質(zhì)子也能夠起到協(xié)助作用，這是因?yàn)镃e（4f）的能級(jí)可以通過(guò)表面原子的位移來(lái)調(diào)節(jié)并出現(xiàn)在其他金屬（Ni）和載體（TiO2）上。該動(dòng)態(tài)模型解釋了在Ce上發(fā)現(xiàn)的具有活性的單個(gè)鉑原子具有獨(dú)特的反應(yīng)性。
Nathan Daelman, Nuria Lopez et al, Dynamiccharge and oxidation state of Pt/CeO2 single-atomcatalysts, Nature Materials, 2019https://www.nature.com/articles/s41563-019-0444-y
2. Nature Materials: 鋰負(fù)極固態(tài)電介質(zhì)電池中的臨界剝離電流導(dǎo)致沉積過(guò)程中的枝晶生長(zhǎng)
鋰負(fù)極的臨界剝離電流密度被視為是導(dǎo)致枝晶生長(zhǎng)和電池短路的重要原因。當(dāng)剝離電流密度以超過(guò)其可補(bǔ)充速度的速度從界面上剝離鋰時(shí)，界面處的鋰中會(huì)形成空隙并在循環(huán)過(guò)程中積累，從而增加界面處的局部電流密度并最終導(dǎo)致沉積枝晶和電池短路。即使總電流密度大大低于沉積過(guò)程中形成樹(shù)枝晶的閾值，也會(huì)發(fā)生這種情況。在本文中，英國(guó)牛津大學(xué)的Bruce等發(fā)現(xiàn)對(duì)于Li/Li6PS5Cl/Li電池來(lái)說(shuō)，在2.0mA/cm2的沉積電流密度和3MPa或7MPa壓力下，其臨界剝離電流密度為0.2mA/cm2和1.0mA/cm2。這種剝離-壓力依賴(lài)性表明，蠕變而不是鋰擴(kuò)散是將鋰輸送到界面的主要機(jī)制。臨界剝離電流是限制鋰負(fù)極固態(tài)電池功率密度的主要因素。在固態(tài)電池中，要達(dá)到中等的功率密度，可能需要相當(dāng)大的壓力。
Jitti Kasemchainan, Peter G. Bruce et al, Critical stripping current leads todendrite formation on plating in lithium anode solid electrolyte cells,Nature Materials, 2019https://www.nature.com/articles/s41563-019-0438-9
3. Nature Materials: 仿生疏水性促進(jìn)CO2在Cu表面的還原
水溶液電催化將二氧化碳還原為乙醇和碳?xì)浠衔锶剂鲜且粭l通向高能量化工原料的可持續(xù)途徑。銅是唯一能夠催化多碳產(chǎn)物（C2/C3）大量形成的催化劑，但是在這個(gè)過(guò)程中質(zhì)子被還原成氫會(huì)造成催化選擇性的降低。在本文中，法蘭西學(xué)院的Marc Fontecave和Victor Mougel等以水下蜘蛛的捕氣表皮結(jié)構(gòu)為靈感，用十八烷硫醇對(duì)具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的銅枝晶進(jìn)行處理得到了一個(gè)超疏水的Cu表面。在中性pH下，疏水電極對(duì)形成乙烯和乙醇的法拉第效率分別為56%和17%；而在親水條件下該效率則分別為9%和4%。疏水條件下催化反應(yīng)選擇性的提高歸功于疏水性銅表面的捕獲氣體，這些氣體增加了電極-溶液界面處的二氧化碳濃度，從而提高了二氧化碳還原選擇性。因此，疏水性被認(rèn)為是二氧化碳還原選擇性的一個(gè)控制因素，這有助于解釋先前報(bào)道的電催化的趨勢(shì)。
David Wakerley, Marc Fontecave, Victor Mougel et al, Bio-inspired hydrophobicitypromotes CO2 reductionon a Cu surface, Nature Materials, 2019https://www.nature.com/articles/s41563-019-0445-x4.Nature Materials：金屬在多孔介質(zhì)中的電化學(xué)溶解動(dòng)力學(xué)多孔介質(zhì)中的金屬會(huì)與孔隙中的液相發(fā)生電化學(xué)作用。在多孔介質(zhì)或自然環(huán)境中，鋼的腐蝕是一種廣泛存在的形式，它對(duì)工程結(jié)構(gòu)的完整性產(chǎn)生了不利影響。雖然有充分的文獻(xiàn)證明，這種電化學(xué)溶解過(guò)程的速率可以在幾個(gè)數(shù)量級(jí)上變化，但了解其潛在機(jī)制仍然是一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，阻礙了可靠預(yù)測(cè)模型的發(fā)展。近日，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Ueli M. Angst團(tuán)隊(duì)以水泥基材料、木材和人工土壤為模型體系，研究了鋼在中、大孔隙介質(zhì)中的電化學(xué)溶解動(dòng)力學(xué)。研究結(jié)果揭示了孔隙結(jié)構(gòu)的雙重作用(通過(guò)傳輸限制和面積效應(yīng)對(duì)電化學(xué)行為產(chǎn)生影響，這是由金屬/多孔材料界面的微觀不均勻性造成的)。作者進(jìn)一步利用毛細(xì)凝聚理論對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了合理化，提出了一種與材料無(wú)關(guān)的腐蝕速率預(yù)測(cè)模型。
Matteo Stefanoni, Ueli M. Angst*, et al. Kinetics of electrochemical dissolution ofmetals in porous media. Nat. Mater., 2019DOI: 10.1038/s41563-019-0439-8https://www.nature.com/articles/s41563-019-0439-8
5. Nano Energy: 抑制離子誘導(dǎo)的降解，制備穩(wěn)定鈣鈦礦電池
工作穩(wěn)定性仍然是延遲鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）商業(yè)化的首要問(wèn)題。離子從富碘鈣鈦礦層擴(kuò)散到金屬電極是不可逆器件退化的一個(gè)主要原因。華東師范大學(xué)Junfeng Fang團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦層和鈣鈦/PCBM界面引入化學(xué)交聯(lián)的TMTA（三羥甲基丙烷三丙烯酸酯），以抑制離子向電極擴(kuò)散。鈣鈦礦層中的TMTA抑制離子沿晶界遷移，鈣鈦礦/PCBM界面處的TMTA阻止離子向電極擴(kuò)散，這是由于其連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和化學(xué)惰性。無(wú)論是在熱，光或電場(chǎng)條件下，TMTA中PSC中的離子擴(kuò)散都是可以被有效抑制的。在連續(xù)照射和60℃，最大功率點(diǎn)跟蹤1000 h后，器件保持約80％的初始效率。
Li,X. et al. Suppressing the ions-induced degradation for operationally stableperovskite solar cells. Nano Energy, 103962,DOI:10.1016/j.nanoen.2019.103962 (2019).https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551930669X
6. AFM: EQE 0.31%，2D深藍(lán)色鈣鈦礦納米片二極管
Ruddlesden-Popper鈣鈦礦（PEA）2PbBr4（PEA = C8H9NH3）是一種穩(wěn)定且廉價(jià)的材料，具有寬帶隙和窄帶發(fā)射。這些特性使其成為深藍(lán)色發(fā)光二極管（LED）的潛在候選者。然而，由于弱的激子結(jié)合能，基于鈣鈦礦薄膜的LED通常具有<0.03％的非常低的外量子效率（EQE）。近日，蘇州大學(xué)XiujuanZhang、Jiansheng Jie首次展示了基于2D（PEA）2PbBr4納米片（NP）的高性能深藍(lán)色LED的構(gòu)建。制備的（PEA）2PbBr4 NPs膜在410nm處顯示深藍(lán)色發(fā)射，在環(huán)境條件下具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。令人印象深刻的是，基于（PEA）2PbBr4 NPs薄膜的LED可提供明亮的深藍(lán)色發(fā)光，最大亮度為147.6 cd m-2，高EQE高達(dá)0.31％，這代表了最高效，最亮的深藍(lán)色鈣鈦礦LED 。此外，在≈60％相對(duì)濕度下，LED在超過(guò)1350分鐘內(nèi)保持其效率的80％以上。穩(wěn)定而明亮的深藍(lán)色LED可用作激發(fā)光源以實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射，這顯示出光通信的可能性。這項(xiàng)工作為將鈣鈦礦開(kāi)發(fā)成高效和深藍(lán)色LED用于低成本光源和光通信提供了空間。
Deng, W. Zhang, X. Jie, J. et al. 2D Ruddlesden–Popper Perovskite Nanoplate Based Deep-Blue Light-Emitting Diodesfor Light Communication. AFM 2019.DOI: 10.1002/adfm.201903861https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201903861
