1. Nature Energy: 原位觀測單個Cu2O顆粒的不同晶面光催化二氧化碳還原為甲醇的催化活性
太陽能是一種清潔、可再生、體量巨大的能源。構建高效的催化反應體系，利用太陽光能將溫室氣體CO2轉化為甲醇是一種緩解能源危機和環境污染的有效方式。在眾多催化劑材料中，Cu2O由于低毒性、高儲量和特殊的催化性能而受到了研究工作者的廣泛關注，然而其催化活性、穩定性、選擇性仍有待進一步提升。在原子水平上理解實際工作條件下的活性位點和轉化機制是合理設計高性能光催化劑的前提。
近日，阿貢國家實驗室的Tijana Rajh和Liu Yuzi等通過采用原位掃描熒光x射線顯微鏡和大氣壓下的環境透射電子顯微鏡，在操作中直接觀察到單個Cu2O光催化劑納米顆粒的(110)面對CO2還原為甲醇具有光催化活性，而(100)面是惰性的，活性位點的氧化態由于CO2和H2O的共吸附由Cu(i)向Cu(ii)轉變，而且在可見光照射下在CO2還原后重新轉變為Cu(i)，Cu2O光催化劑在還原二氧化碳的同時氧化水。另外，由于二氧化碳的吸附，Cu2O晶格會膨脹，然后在二氧化碳轉化后又會恢復。使用該Cu2O晶體進行光催化CO2還原為甲醇的內部量子產率為~72%。該工作對于在原子水平上理解Cu2O實際工作條件下的活性位點和轉化機制具有重要意義，為設計高性能光催化劑提供了新的思路。
YiminA. Wu, Ian McNulty, Cong Liu, Kah Chun Lau, Qi Liu, Arvydas P. Paulikas,Cheng-Jun Sun, Zhonghou Cai, Jeffrey R. Guest, Yang Ren, Vojislav Stamenkovic,Larry A. Curtiss, Yuzi Liu, Tijana Rajh. Facet-dependent active sites of asingle Cu2O particle photocatalyst for CO2 reductionto methanol. Nature Energy, 2019.
DOI:10.1038/s41560-019-0490-3
https://doi.org/10.1038/s41560-019-0490-3
2. Nature Energy: 探討富鋰層狀硫化物材料的陰離子氧化還原瓶頸
陰離子氧化還原被認為是實現高比能鋰離子電池正極材料的新型解決方案。然而，陰離子氧化還原又帶來了諸如電壓衰減、極化增大以及動力學遲緩等問題。為了深入地理解上述問題，法國巴黎索邦大學的Jean-MarieTarascon等從改變配體入手設計了新型的富鋰層狀材料Li1.33–2y/3Ti0.67–y/3FeyS2，其中當y=0.3時由于陽離子氧化還原（Fe2+/Fe3+）和陰離子氧化還原（S2-/Sn-）的共同作用使得該材料的可逆儲鋰容量高達245 mAh/g。
此外，該材料初始循環的不可逆性、長期循環過程中的電壓衰減、較低程度的電壓滯后以及反應動力學等均比其富鋰氧化物類似物要好得多。從氧配體轉換為硫配體盡管會對能量密度造成一定影響，但是卻緩解了陰離子氧化還原帶來的諸多問題。總的來說，這些硫化物提供了改善陰離子氧化還原電極整體性能的化學線索，可以最終指導我們利用其氧化還原產生的能量效益。
SujoySaha, Jean-Marie Tarascon et al, Exploring the bottlenecks of anionic redox inLi-rich layered sulfides, Nature Energy, 2019
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0493-0
3. Nat. Commun.: 非晶態金屬有機骨架用于包裝與傳遞酶
活細胞中的酶催化作用可以原位檢測單個細胞中的細胞代謝物，有助于疾病的早期診斷。在本研究中，清華大學戈鈞研究員課題組聯合中科院過程工程研究所魏煒研究員等人在環境條件下通過一鍋共沉淀法將酶包裹在非晶態金屬有機框架（MOF）中，與封裝在相應的晶體MOF中的酶相比，其表觀活性高出5-20倍。
通過分子模擬和低溫電子斷層掃描（cryo-ET）等技術的結合表明，在這種無序、模糊的結構中產生的介孔賦予了包裝酶較高的酶活性。由非晶態MOF納米粒子遞送的高活性葡萄糖氧化酶可實現對單個活細胞中的葡萄糖進行非侵入性和簡便的測量，這可以用于區分癌細胞和正常細胞。
Wu, X., Yue, H., Zhang, Y. et al. Packagingand delivering enzymes by amorphous metal-organic frameworks. NatCommun 10, 5165(2019)
DOI: 10.1038/s41467-019-13153-x
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13153-x
4. Nat. Commun.: 尾態限制有機太陽能電池中厚吸光層的光電流收集
帝國理工學院James R. Durrant，Kwanghee Lee, Hongkyu Kang和德國伊斯堡-埃森大學Ji-Seon Kim等人用四種不同的光敏混合物研究有機太陽能電池，這些混合物表現出短路電流對吸光層厚度的不同依賴性。對于所研究的器件系列，具有厚吸光層的光電流損耗主要與帶內尾部態中光生電荷載流子的積累有關。
這種電荷積累會屏蔽器件內部電場，從而無法有效收集電荷。觀察到一種研究的供體聚合物的純化可減少尾態分布和密度，并增加最大光敏厚度，以實現有效操作。該工作表明，選擇具有窄尾態分布的有機吸光層是制造高效，高光電流，厚有機太陽能電池的關鍵要求。
Tailstate limited photocurrent collection of thick photoactive layers in organicsolar cells，NatureCommunications (2019)
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12951-7
5. AM: 單金屬原子氧化物創造超高光催化降解速率
金屬氧化物作為一種儲量豐富、用途廣泛的材料，在環境修復與保護、能源轉化與儲存等方面得到了廣泛的研究與應用，這些不同的應用性能大多是由于金屬氧化物的電子態具有很大的多樣性。然而，許多金屬氧化物在催化領域的應用存在障礙，主要是由于缺乏具有愿望的電子態有效活性位點。鑒于此，北京工業大學韓曉東教授、重慶大學周小元研究員和倫斯勒理工大學的Shengbai Zhang等合作設計制備了單鎢原子氧化物(STAO)，其中作為一個組成單元，金屬氧化物的體積達到最小。
STAO中的催化機制由一種新的單位點物理機制決定，稱為準原子物理態。光生電子轉移過程是由自旋通道中的電子從最高占據的分子軌道激發到最低未占據的分子軌道+1狀態來實現的，這只會發生在帶有W5+的STAO中。STAO的光催化降解速率達到了創紀錄的0.24 s?1，比現有的光催化降解速率高出兩個數量級。STAO的制備及其獨特的準原子光催化機制為利用單金屬原子氧化物(SMAO)獲得新穎的物理和化學性質提供了一種新的思路。
Cong Wang, Ang Li, Chong Li,Shengbai Zhang, Hui Li, Xiaoyuan Zhou, Liming Hu, Yibo Feng, Kaiwen Wang, ZhuZhu, Ruiwen Shao, Yanhui Chen, Peng Gao, Shengcheng Mao, Jun Huang, Ze Zhang,Xiaodong Han. Ultrahigh Photocatalytic Rate at a Single-Metal-Atom-Oxide.Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201903491
https://doi.org/10.1002/adma.201903491
6. AM: 效率高達16.21％！聚合物太陽能電池
中科院化學所的李永舫院士、Lei Meng和武漢大學Jie Min以及貴州理工學院Menglan Lv 等人開發了四種低成本的聚噻吩-喹喔啉衍生物（PTQ）的共聚物供體，以研究其氟化形式對其聚合物太陽能電池的電荷分離和電壓損失（Vloss）的影響。該器件基于在喹喔啉A單元上帶有雙氟取代基的PTQ衍生物，具有高效的電荷分離和低Vloss 的優點，其效率高達16.21％。
AchievingFast Charge Separation and Low Nonradiative Recombination Loss by RationalFluorination for High‐Efficiency Polymer Solar Cells, AM, 2019
DOI: 10.1002/adma.201905480
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905480
7. Angew：線性四膦配體保護的Cu9H7和Cu16H14團簇
銅氫團簇具有精確的原子結構，可用作加氫催化劑，儲氫和電化學材料等，已引起廣泛的關注。近日，日本奈良女子大學Tomoaki Tanase等使用線性四膦，meso‐bis[(diphenyl‐phosphinomethyl)phenylphosphino]methane(dpmppm)成功合成了[Cu9H7(μ?dpmppm)3]X2(X=Cl, Br, I, PF6)和[Cu16H14(μ?dpmppm)4]X2 (X2= I2，(4/3)PF6·(2/3)OH)團簇，并對其進行了表征。
X射線單晶衍射表征表明，Cu9內核為尖頂截短的超四面體{Cu9H7}2+結構，Cu16內核為正方形面蓋著的八面體{Cu16H14}2+結構。作者通過DFT計算預測了H-的位置，發現其分散在銅骨架表面周圍。作者進一步通過動力學控制合成出了不對稱的Cu8H6簇[Cu8H6（μ-dpmppm）3]2+，該簇易于與CO2反應，生成帶有甲酸酯橋的線性Cu4配合物；研究發現，{Cu4（μ-dpmppm）2}平臺可催化CO2加氫成甲酸。該工作表明，四膦配體可以用于合成銅氫團簇，并且結構對其反應性具有至關重要的影響。
KanakoNakamae, Tomoaki Tanase*, et al. Facially Dispersed Polyhydride Cu9 andCu16 Clusters Comprising Apex‐Truncated Supertetrahedral and Square‐Face‐Capped Cuboctahedral CopperFrameworks. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201913533
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201913533
8. EES: 單原子Cu催化劑原子界面效應強化ORR
金屬-碳雜化材料導電性高、電子結構可調，被廣泛用于ORR催化劑。對碳基材料的界面調控是提高ORR性能的有效途徑之一。然而，目前尚缺乏有效的結構調控方法及納米界面處各組分間的聯系。原子界面效應能有效調變ORR催化性能。以碳材料為載體負載單原子催化劑可有效的調控局部配位環境及電子態，通過摻雜N，可進一步獲得金屬-氮-碳原子界面。近期研究表明，氮的較高的電負性使得中間產物的吸附能增加，降低了動力學活性。采用雙組分摻雜可望控制原子界面處的電子結構，進而實現ORR性能的提升。
近日，來自北京理工大學的陳文星教授、張加濤教授和清華大學的王定勝、李亞棟院士合作采用N和S共摻雜的碳為載體，負載合成了Cu單原子催化劑。該催化劑在堿性介質中的電流密度為22.9 mA cm-2時對應的半波電位為0.893V（vs RHE）,遠高于氮摻雜碳負載的Cu單原子催化劑。X射線精細結構分析與DFT計算揭示了Cu(+1)-N4-C8S2原子界面結構是ORR的活性位點，且Cu與碳在原子界面處的協同機制可調變反應中間產物在催化劑上的吸附自由能，是高效ORR性能的關鍵因素。該研究為原子界面調控提供了有效的途徑，為提高氧電極反應催化劑的理性設計提供了可能。
ZhuoliJiang, Wenming Sun, Huishan Shang, Wenxing Chen, Tingting Sun, Haijing Li, Juncai Dong, Jing Zhou, Zhi Li, Yu Wang, Rui Cao, RitimuktaSarangi, Zhengkun Yang, Dingsheng Wang*, Jiatao Zhang, Yadong Li*, AtomicInterface Effect of Single Atom Copper Catalyst for Enhanced Oxygen ReductionReaction, Energy Environmental Science, 2019.
DOI: 10.1039/C9EE02974E
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/EE/C9EE02974E#!divAbstract
9. AOM：通過微腔結構控制色度的白色有機發光二極管
精確調控白光有機發光二極管（WOLED）的色度對于其在智能光源領域的應用至關重要中。近日，韓國光州科學技術院Kwanghee Lee團隊通過調整白光發光層的厚度展示了一種新的微腔WOLED（M-WOLED）結構，該結構可調節發射光的色度。
通過引入既可充當部分反射鏡又可充當透明電極的聚合物-金屬混合電極，開發了一種非常簡單的微腔結構，且不需要附加的外部鏡，例如分布式布拉格反射器等。所得的M-WOLED在不同發光層厚度的條件下實現了紅白光，綠白光和藍白光發射。
SoyeongJeong, Suhyun Jung, Hongkyu Kang, Sang-Bae Choi, Soonil Hong, Jinho Lee, KilhoYu, Nara Kim, Seyoung Kee, Dong-Seon Lee, Kwanghee Lee. Controlling theChromaticity of White Organic Light-Emitting Diodes Using a MicrocavityArchitecture. Adv. Opt. Mater., 2019.
DOI：10.1002/adom.201901365
https://doi.org/10.1002/adom.201901365
