1. Acc. Chem. Res.：結構精確的雜原子摻雜的Nanographenes
Nanographenes，定義為納米級（1-100 nm）石墨烯切口，包括準一維石墨烯納米帶（GNR）和準零維石墨烯量子點（GQD）。由于量子限制，Nanographenes有望用于有限帶隙的下一代半導體，與無間隙二維石墨烯相比具有明顯優勢。與無機半導體中的原子摻雜策略類似，將雜原子摻雜到Nanographenes中是調節其光學，電子，催化和磁性的可行方法。
近日，南開大學Xiao-Ye Wang，馬普所Akimitsu Narita，Klaus Müllen等總結了他們團隊在過去十年中對大雜原子摻雜Nanographenes的合成和性質研究的相關進展。作者首先介紹了基于原型納米石墨烯分子的雜原子摻雜的幾個例子；然后介紹了雜原子摻雜的鋸齒形邊緣和各種包含氮，硼和氧原子的鋸齒形邊緣納米石墨烯分子；最后總結了基于分子情況成功的雜原子摻雜的GNRs。
Xiao-Ye Wang,* Xuelin Yao, Akimitsu Narita,* and Klaus Müllen*. Heteroatom-Doped Nanographeneswith Structural Precision. Acc. Chem. Res., 2019
DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00322
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.accounts.9b00322
2. Angew：大面積，胺化石墨炔薄膜用于直接甲醇燃料電池
具有均勻人造納米孔的二維（2D）碳納米膜是最終抑制質子交換膜燃料電池中的燃料滲透的理想材料。石墨炔具有很高的機械強度，高尺寸穩定性和可控的納米孔，并且具有發揮這一關鍵作用的光明前景。李玉良院士團隊發現了具有氨基和天然納米孔的石墨炔納米膜可以容易地制備并具有高完整性。
由于其之間的酸堿相互作用，胺化的石墨炔與Nafion基質具有良好的相容性。石墨炔在選擇性，尺寸穩定性和完整性方面的優異綜合性能有效地改善了燃料電池在寬溫下的動力性能和穩定性。該研究結果可以發展成為一種通用的方法，可以很容易地實現離子和小分子的選擇性分離，為綠色能源的新興應用開辟了一條新途徑。
Large‐Area Aminated‐Graphdiyne Thin Film forDirect Methanol Fuel Cells, Angew, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910588
3. Angew：鈉離子電池新進展
在調控金屬離子插層化學方面，二維（2D）超晶格提供了很有前途的技術機會。伍倫貢大學侴術雷和遼寧科技大學Zhiqiang Zhang團隊采用分子介導熱誘導方法合成了具有可調層間距的單層TiO2和碳的有序二維超晶格,并將其垂直封裝在嵌有TiO2量子點的空心碳納米球中，以形成0D-2D-3D多尺度結構。封裝了二維超晶格的多維結構展示出接近零應變的特性和豐富的電化學活性，實現了高效的Na+存儲性能，展示出優異的倍率性能和循環穩定性。
Xia, Q.; Lin, Z.; Lai, W.;Wang, Y.; Ma, C.; Yan, Z.; Gu, Q.; Wei, W.; Wang, J.-Z.; Zhang, Z.; Liu, H. K.;Dou, S. X.; Chou, S.-L., 2D Titania–Carbon Superlattices Vertically Encapsulated in 3D Hollow CarbonNanospheres Embedded with 0D TiO2 Quantum Dots for Exceptional Sodium-IonStorage. Angew. Chem. Int. Edit. 0 (0).
DOI：10.1002/anie.201907189
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201907189
4. Angew：表面電子耦合促進高效析氫
如何最大限度地提高材料堿性條件下析氫反應的活性，同時在實際工作條件下保持其結構穩定，是目前的研究難點與熱點；調控活性位點的電子結構是合理設計高效電催化劑的關鍵。近日，重慶大學Yu Wang，臥龍崗大學郭再萍等多團隊合作，報道了利用簡化的壓力輔助裝置實現了低溫下對V8C7和單層石墨烯（G）異質結構進行可控的表面N修飾。
由于N是通過與V原子電子耦合引入的，V位點可以有效地降低水吸附和解離的動力學能壘。同時，通過實驗觀察和DFT計算表明，N-修飾G/V8C7中存在多區域協同催化作用，揭示了外延石墨烯上的電子積累使其成為H *吸附位點，以及隨后與臨近H2O反應的源頭。結合這兩種方法開發的N0.08-G/V8C7具有出色的堿性析氫能力，是迄今為止報道的過渡金屬碳化物中最佳的堿性析氫催化劑。
WeiweiFu, Yanwei Wang, Zaiping Guo*, Yu Wang*, et al. Surface electroncoupling for efficient hydrogen evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201908938
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201908938
5. Angew：AIE觸發原子精確對映體銅(I)炔基團簇的圓偏振發光
原子精確的對映體金屬團簇是近年來的研究重點; 然而，至今沒有具有強烈圓偏振發光（CPL）響應的銅（I）炔基簇的報道。近日，鄭州大學臧雙全等設計了一對手性炔基配體，(R/S)-2-二苯基-2-羥甲基吡咯烷-1-丙炔(R/S-DPM)，首次成功制備了并表征了光學純對映體的原子級精確的銅（I）團簇，[Cu14(R/S-DPM)R8](PF6)6（R/S-Cu14），該團簇具有鮮紅色熒光和高的CPL熒光各向異性因子（glum）。
R/S-Cu14的稀釋溶液不發光且在室溫下無CPL活性，但是在結晶和聚集狀態下可觸發R/S-Cu14的CPL（結晶和聚集誘導發光，CIE和AIE）。R/S-Cu14的AIE行為和良好的生物相容性使得該團簇可應用于HeLa和NG108-15細胞的細胞成像。
Miao-MiaoZhang, Shuang-Quan Zang*, et al. AIE Triggers the CircularlyPolarized Luminescence of Atomically Precise Enantiomeric Copper(I) AlkynylClusters. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201908909
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201908909
6. Angew：γ-Al2O3對固體氧化物電解槽中乙烷電化學氧化脫氫制乙烯的界面增強作用
乙烷氧化脫氫（ODE）受到易深度氧化和潛在安全危害的限制。近日，中科院大連化物所汪國雄等，將電化學ODE反應與固體氧化物電解池的陽極相結合，利用在陽極處產生的氧物質來催化轉化乙烷，避免了深度氧化，提高了安全性。作者將γ-Al2O3滲透到La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Sm0.2Ce0.8O2-δ（LSCF-SDC）陽極表面，在優化的電流和乙烷流速條件下，乙烯選擇性高達92.5％，最高乙烷轉化率在600°C時達29.1％。
DFT計算和原位XPS表征表明，Al2O3/LSCF界面有效地減少了吸附氧的種類，從而提高了乙烯的選擇性和穩定性，并形成了Al-O-Fe 改變了Fe中心的電子結構，增加了費米能級附近的態密度和降低了空帶，從而提高了乙烷的轉化率。
YuefengSong, Le Lin, Guoxiong Wang*, et al. Interfacial Enhancement byγ-Al2O3 of Electrochemical Oxidative Dehydrogenation of Ethane to Ethylene in Solid OxideElectrolysis Cells. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201908388
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201908388
7. Angew：可同時監測酶活性和環境pH值的雙響應DNA探針
蛋白酶過表達和微環境的pH都是腫瘤的重要特征。然而，目前要實現對蛋白酶活性以及腫瘤微環境中pH值的精確同步檢測仍然具有很大挑戰性。中科院化學所吳海臣研究員團隊開發了一種雙響應型的DNA探針，它可以同時監測蛋白酶的活性和局部的pH值。
該DNA探針上帶有含苯丙氨酸(F)的短肽，而酶解作用會使之與葫蘆[7]脲形成復合物，進而在通過溶血素時產生電流信號，故可以用來量化蛋白酶的活性。此外，這一過程也和環境的pH相關，因此它也可以準確地反映局部的pH值。綜上所述，這一多功能DNA探針有望在未來用于對單個細胞等復雜系統的多個參數進行同時測量。
LeiLiu, Hai-Chen Wu. et al. A Dual Response DNA Probe for SimultaneouslyMonitoring Enzymatic Activity and Environmental pH by Nanopores. Angewandte ChemieInternational Edition. 2019
DOI:10.1002/anie.201907816
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201907816
8. Angew：可控暴露Pt活性面實現高效ORR
Pt基材料是氧氣還原反應（ORR）的最先進催化劑，但其高成本和稀缺性是可再生能源工業中大規模應用的主要障礙。為了制備Pt含量低且高效的ORR催化劑，中佛羅里達大學Yang Yang等結合電化學自下而上（電沉積）和自上而下（陽極氧化）工藝，合理地設計出了具有充分暴露的Pt活性位點的PtNi多孔膜（PFs）催化劑。
作者利用方波電壓控制獨特的動態氧氣泡模板（DOBT）調節催化劑形態及PtNi PFs中暴露的Pt活性面；通過施加的陽極電壓調節暴露在PtNi PFs表面結合的物質，例如羥基陰離子（OH*）等，進一步影響Pt上的動態氧（O2）氣泡的吸附。最后，作者成功得到了富含Pt（111）面（Pt3.5％Ni PF）的PtNi PF，該Pt3.5％Ni PF催化劑具有高的ORR活性，在超低Pt負載下（0.015mg cm-2）具有0.92V（相對于RHE）的起始電位。進一步研究發現，Pt3.5％Ni PF上OHads覆蓋率比其他PtNi PFs少，這表明催化劑中的Pt（111）面促進了O2吸附，利于還原O2，從而導致優異的ORR活性。
Guanzhi Wang, Yang Yang *, et al. Programmable Exposure of Pt Active Facetsfor Efficient Oxygen Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201907322
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201907322
9. Angew：電解質驅動的納米結構高選擇性催化CO2電還原制乙烯和多元醇
CO2電還原（CO2RR）制多碳產物（C2+）是儲存可再生能源和減少碳排放的有希望的途徑。近日，馬普所Beatriz Roldán Cuenya等報道了一種電化學合成方法合成對C2+產物具有高選擇性的CO2RR催化劑。
在特定陰離子存在下合成的納米結構Cu催化劑可以在0.1M KHCO3水溶液中選擇性地將CO2轉化為乙烯和多元醇，其中碘改性的催化劑對C2+產品具有最高的法拉第效率（80％），部分電流密度可達~31.2 mA cm-2（-0.9 V vs RHE）。進一步研究表明，這些納米結構Cu催化劑高的C2+選擇性可歸因于這種合成方法誘導了Cu具有高度粗糙的表面形態、次表層氧和Cu+物種的存在以及鹵化物的吸附。
Dunfeng Gao, Beatriz Roldan Cuenya*, et al. Selective CO2 Electroreductionto Ethylene and Multicarbon Alcohols via Electrolyte‐DrivenNanostructuring. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201910155
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910155
10. Angew：ZnO納米晶界面結構大揭秘
針對濕法化學合成的納米晶表面配位結構的明確表征仍是一個極具挑戰性的問題。有鑒于此，阿爾卑斯格勒諾布爾大學的Ga?l De Pa?pe和華沙理工大學的Janusz Lewinski等首先采用傳統的溶膠-凝膠法和一鍋自支撐有機金屬酸鹽(OSSOM)法分別制備了由單陰離子磷酸二苯酯(DPP)配體包覆的氧化鋅納米晶(ZnO NCs)，然后通過動態核極化(DNP‐)增強固態核磁共振(ssNMR)光譜技術進行原子尺度表界面結構表征。
研究發現，對于OSSOM法制備的納米晶，DPP配體主要以μ2和μ3配位模式存在，極大地阻止了配體交換過程的發生。而對于溶膠-凝膠法制備的納米晶，表面的DPP配位模式多樣化，導致后續DPP配體和甘油分子之間配體交換過程發生。
DanielLee，Malgorzata Wolska-Pietkiewicz，Saumya Badoni，Agnieszka Grala，Janusz Lewinski，Gael De Paepe. DisclosingInterfaces of ZnO Nanocrystals Using Dynamic Nuclear Polarization: Sol Gelversus Organometallic Approach. Angew. Chem. Int. Ed. 2019
DOI: 10.1002/anie.201906726
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201906726
11. Angew：金屬間化合物前驅物法原位電轉化制備高效Mn基水氧化催化劑
近日，柏林工業大學Matthias Driess，Prashanth W. Menezes等報道了首次在金屬間化合物前體方法中，將MnGa4通過堿性介質中的原位電轉化生成高性能和長期穩定的MnOx基電催化劑用于水氧化。
出乎意料的是，MnGa4電腐蝕（伴隨著Ga的損失）會同時生成具有不同結構和誘導缺陷的三種晶型的MnOx礦物：birnessite δ-MnO2，Feitknechtite β-MnOOH和hausmannite α-Mn3O4。形成的三個相的MnOx具有豐富且穩定的MnIII/MnIV活性位點，這是該催化劑電催化水氧化的優異效率和耐久性的原因。在導電泡沫鎳（NF）上電沉積MnGa4前驅體，在291 mV的低過電位下，可以實現10 mAcm-2的電流密度和超過5的耐久性，與貴金屬基催化劑相當。
PrashanthW. Menezes,* Carsten Walter, Matthias Driess*, et al. Boosting WaterOxidation Through In‐situ Electroconversion of Manganese Gallide: An IntermetallicPrecursor Approach. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201909904
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201909904
12. AM: 陽離子排布調控的氧原子氧化還原助力高性能福利錳基正極材料
富鋰錳基正極材料由于具有超過400Wh/kg的能量密度因而有助于構建新一代高比能鋰離子電池。然而，由于缺乏對于富鋰錳基正極材料中氧原子參與的氧化還原化學的深入了解，該材料的電壓衰減成為一個難以解決的問題。在本文中，南開大學陳軍團隊發現通過調控材料中的陽離子排布可以對氧參與的氧化還原過程進行控制。他們發現具有Li/Ni無序和Li空位的材料能夠抑制O-O二聚體的形成。
O-O二聚體具有很高的反應活性能夠加速晶格氧的析出和NiO/尖晶石相的形成。無二聚體O-O生成的材料在抑制氧的過氧化和過渡金屬離子溶解等方面都表現出優異的性能。因此，優化后的富鋰錳基正極材料在0.1C的電流密度下能夠釋放出280mAh/g的容量，在1C下循環150周后的平均放電電壓高達3.58V且電壓衰降只有1.6%。該項研究為設計具有穩定電化學性質的富鋰錳基正極材料提供了新的思路。
JichengZhang, Jun Chen et al, Tuning Oxygen Redox Chemistry in Li‐Rich Mn‐Based Layered Oxide Cathodes byModulating Cation Arrangement, Advanced Materials, 2019
DOI: 10.1002/adma.201901808
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901808?af=R
13. AM: 超過17％效率! 二維鈣鈦礦太陽能電池
層狀Ruddlesden-Popper（RP）相（2D）鹵化鈣鈦礦由于其光電特性的廣泛可調性和光伏器件的優異穩定性而引起了極大的關注。然而，2D鈣鈦礦太陽能電池（PSC）中的電荷提取/傳輸和效率（PCE）仍然受到不可消除的量子阱效應的限制。Huiqiong Zhou, Yuan Zhang和Kui Zhao等人針對BA2MA3Pb4I13（n = 4）2D PSC，提出了緩慢的后退火（SPA）工藝，通過該工藝實現了17.26％的最高PCE，同時增強了開路電壓，短路電流和填充因子。
研究表明，通過SPA處理可以獲得增強的晶體取向和多個鈣鈦礦相（從底部附近的2D相到頂部區域附近的準3D相）的有利對準，這促進了載流子傳輸/提取和抑制太陽能電池中的電荷復合。就目前所知，報道的PCE是迄今為止基于丁胺（BA）間隔物（n = 4）的RP相2D PSC中效率最高的。SPA處理的器件表現出令人滿意的穩定性，在沒有封裝的N2環境下2000小時后降解小于4.5％。所展示的工藝策略提供了一種有前途的途徑，可以將2D PSC的性能推向真實的光伏應用。
Wu,G., Li, X., Zhou, J., Zhang, J., Zhang, X., Leng, X., Wang, P., Chen, M.,Zhang, D., Zhao, K., Liu, S., Zhou, H., Zhang, Y., Fine Multi‐Phase Alignments in 2D Perovskite Solar Cells with Efficiency over17% via Slow Post‐Annealing. Adv. Mater. 2019, 1903889.
DOI: 10.1002/adma.201903889
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903889
