1. Nature：光驅(qū)動(dòng)厭氧微生物產(chǎn)生錳氧化物
產(chǎn)氧光合作用向現(xiàn)代生物圈提供有機(jī)碳，但這種代謝何時(shí)開始尚不確定。先前已經(jīng)提出，在太古代沉積巖中錳氧化物的存在的基礎(chǔ)上，能夠分裂水的光合反應(yīng)中心大約在30億年前出現(xiàn)。然而，這假定錳氧化物只能在分子氧、活性氧或高電位光合反應(yīng)中心的存在下產(chǎn)生。近日，美國麻省理工學(xué)院TanjaBosak、MirnaDaye的研究團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)光驅(qū)動(dòng)厭氧微生物氧化錳。
研究人員發(fā)現(xiàn)在沒有分子氧和高電位光合反應(yīng)中心的情況下，產(chǎn)氧光合微生物群落可生物礦化錳氧化物。在古細(xì)菌時(shí)代，嚴(yán)格厭氧條件下Mn（II）的微生物氧化產(chǎn)生的地球化學(xué)信號(hào)與在大氧化事件之前確定氧光合作用演變的信號(hào)相同。這種光依賴過程還可能在現(xiàn)代缺氧水體和沉積物的光化帶中產(chǎn)生錳氧化物。
Mirna Daye, Vanja Klepac-Ceraj, MihkelPajusalu, et al. Light-driven anaerobic microbial oxidation of manganese.Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1804-0
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1804-0
2. Nat. Commun.: 彈性凝膠聚合物電解質(zhì)為硅基負(fù)極提供穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)
硅基材料因其高比容量而成為下一代鋰離子電池有希望的負(fù)極。然而，循環(huán)期間巨大的體積膨脹和收縮導(dǎo)致硅顆粒的嚴(yán)重移位和電極結(jié)構(gòu)的崩塌。賓夕法尼亞大學(xué)州立大學(xué)王東海等人使用一種極具彈性的凝膠聚合物電解質(zhì)來解決此問題，并實(shí)現(xiàn)SiO負(fù)極高的長期循環(huán)穩(wěn)定性。
凝膠聚合物電解質(zhì)的高彈性歸因于使用由軟醚結(jié)構(gòu)域和硬環(huán)結(jié)構(gòu)域組成的獨(dú)特共聚物。因此，有效地減少了SiO顆粒的移位和電極的體積膨脹，并減輕了由電極破裂引起的損壞。SiO | LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2全電池在350個(gè)循環(huán)中顯示70.0％的容量保持率，商業(yè)水平的可逆容量為3.0 mAh cm-2，平均庫侖效率為99.9％。
QingquanHuang, Jiangxuan Song, Yue Gao, Daiwei Wang, Shuai Liu, Shufu Peng, CourtneyUsher, Alan Goliaszewski, Donghai Wang, Supremely elastic gel polymerelectrolyte enables a reliable electrode structure for silicon-based anodes,Nat. Commun.,2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-13434-5
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13434-5
3. Nat. Commun.: 海綿狀多孔碳納米纖維制成的高電導(dǎo)率多功能柔性膜
導(dǎo)電多孔碳納米纖維有望用于環(huán)境，能源和催化應(yīng)用。然而，同時(shí)增加其孔隙率和電導(dǎo)率仍然具有挑戰(zhàn)性。東華大學(xué)紡織學(xué)院丁彬等人通過化學(xué)交聯(lián)靜電紡絲（這是一種宏觀-微觀的雙相分離方法）合成連續(xù)的多孔碳納米纖維，其超高孔隙率>80％，電導(dǎo)率為980 S cm-1。具體是用硼酸作為交聯(lián)劑，聚四氟乙烯和聚乙烯醇交聯(lián)在一起形成水溶膠網(wǎng)，然后將其電紡成纖維膜。
經(jīng)過氧化和熱解后，初生纖維轉(zhuǎn)變?yōu)锽-F-N三重?fù)诫s的多孔碳納米纖維，其具有良好的宏觀-中觀-微孔控制，大表面積約為750 m2 g-1。具有大大降低傳質(zhì)阻力的海綿狀多孔碳納米纖維在氣體吸附，污水處理，液體儲(chǔ)存，超級(jí)電容器和電池方面表現(xiàn)出多功能性。
JianhuaYan, Keqi Dong, Yuanyuan Zhang, Xiao Wang, Ahmed Abdulqawy Aboalhassan,Jianyong Yu, Bin Ding, Multifunctional flexible membranes from sponge-likeporous carbon nanofibers with high conductivity, Nat. Commun., 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-13430-9
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13430-9
4. Nat. Commun.: 鎳和氧化鐵異質(zhì)界面實(shí)現(xiàn)高效的電化學(xué)水分解
水分解高效產(chǎn)氫是實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)化學(xué)。低成本的過渡金屬，例如鎳和鐵基氧化物/氫氧化物，其過電勢低至?200 mV，可達(dá)到10 mA cm-2，被認(rèn)為是堿性介質(zhì)中氧釋放反應(yīng)有前途的催化劑，但是通常它們是不適合析氫反應(yīng)。新南威爾士大學(xué)趙川等人合成了JanusNi-Fe納米粒子催化劑（Ni-Fe NP），其鎳金屬域與γ-Fe2O3互連，形成異質(zhì)結(jié)/界面。
DFT計(jì)算表明，Ni-γ- Fe2O3界面處的Ni-O-Fe橋修飾了中間H原子吸附的吉布斯自由能（ΔGH*），從而進(jìn)一步提高了HER催化性能。該催化劑可實(shí)現(xiàn)高效的HER催化活性，其性能可與基準(zhǔn) 鉑/碳催化劑相媲美。此外，該催化劑還表現(xiàn)出非凡的OER活性，通過物理和電化學(xué)表征方法的結(jié)合，證明了Ni-Fe NPs在HER和OER過程中均顯示出優(yōu)異的物理和電化學(xué)穩(wěn)定性。
BryanH. R. Suryanto, Yun Wang, Rosalie K. Hocking, William Adamson, Chuan Zhao,Overall electrochemical splitting of water at the heterogeneous interface ofnickel and iron oxide, Nat. Commun., 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-13415-8
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13415-8
5. JACS：含多金屬氧酸鹽的原子精確超穩(wěn)定銀納米簇的受控組裝合成
銀納米團(tuán)簇因其獨(dú)特的性質(zhì)和應(yīng)用而引起了廣泛的研究興趣。但是，獲得這些材料的實(shí)用合成方法仍然比較少，主要是因?yàn)槠浞€(wěn)定性低。近日，東京大學(xué)Kosuke Suzuki，Kazuya Yamaguchi等報(bào)道了一種使用多金屬氧酸鹽（POMs）作為結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)和功能化單元來制造原子精確的銀納米簇的受控組裝策略。
作者通過組裝由開放道森型POMs [Si2W18O66]16–支撐的反應(yīng)性納米團(tuán)簇，合成了三葉螺旋槳狀的{Ag27}17+納米團(tuán)簇。研究發(fā)現(xiàn)，{Ag27}17+納米簇具有10個(gè)離域價(jià)電子，在溶液中顯示出前所未有的超穩(wěn)定性。此外，該團(tuán)簇在可見光區(qū)域顯示出獨(dú)特的{Ag27}-POM電荷轉(zhuǎn)移帶。
KentaroYonesato, Kazuya Yamaguchi*, Kosuke Suzuki*, et al. Controlled AssemblySynthesis of Atomically Precise Ultrastable Silver Nanoclusters withPolyoxometalates. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI:10.1021/jacs.9b10569
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10569
6. Angew：熒光二氫可待因酮衍生物實(shí)現(xiàn)mu-ORs單分子成像
mu-阿片受體(mu-ORs)在痛覺調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用，并介導(dǎo)最有效的鎮(zhèn)痛藥物的作用。盡管已進(jìn)行了廣泛的研究，但人們對(duì)mu-ORs如何在活細(xì)胞中產(chǎn)生特定作用仍缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。為此，德國維爾茨堡大學(xué)Michael Decker研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于mu-ORs拮抗劑E‐對(duì)硝基肉桂酰胺基二氫可待因酮(CACO)的新型熒光配體，其具有高親和力、長停留時(shí)間和顯著的選擇性。
利用這些配體，在生理表達(dá)水平上實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞表面mu-ORs的單分子成像。研究結(jié)果表明，mu-ORs的擴(kuò)散具有高度的異質(zhì)性，其中包括一個(gè)相關(guān)的固定組分。通過使用一對(duì)不同顏色的熒光配體，對(duì)此提供了證據(jù)，表明mu-ORs的相互作用在質(zhì)膜上形成了短壽命的同型二聚體。此方法為單分子水平的分子藥理學(xué)研究提供了新思路。
ChristianGentzsch, Kerstin Seier, Antonios Drakopoulos, et al. Selective and Wash‐Resistant Fluorescent Dihydrocodeinone‐DerivativesAllow Single‐Molecule Imaging of mu‐Opioid Receptor Dimerisation. Angew. Chem. Int. Ed.,2019.
https://doi.org/10.1002/anie.201912683
7. AM: 高壓、無枝晶且耐用的鋅石墨電池
金屬Zn具有高理論容量（820 mAh g-1），高豐度，低毒性和高安全性的固有優(yōu)勢，能夠推動(dòng)了可再充電Zn電池的蓬勃發(fā)展。但是，缺少高壓電解質(zhì)和正極材料將電池電壓大部分限制在2 V以下。此外，Zn枝晶的形成和Zn負(fù)極較差的可充電性阻礙了Zn電池的長期運(yùn)行。德累斯頓工業(yè)大學(xué)馮新亮等人設(shè)計(jì)了一種高壓耐用的鋅石墨電池，該電池的電解質(zhì)是含LiPF6的混合電解質(zhì)。
LiPF6的存在可有效抑制鋅電解質(zhì)的負(fù)極氧化，并致使具有4V（vs Zn / Zn2+）的超寬電化學(xué)穩(wěn)定性窗口。在混合電解質(zhì)中，可實(shí)現(xiàn)無枝晶狀電鍍/剝離鋅和可逆的雙陰離子嵌入石墨正極。所得的Zn-石墨電池可以在2.8 V的高電壓下穩(wěn)定工作，其中點(diǎn)放電電壓為2.2 V。在高充放電倍率下經(jīng)過2000次循環(huán)后，庫倫效率達(dá)到了100％，實(shí)現(xiàn)了97.5％的高容量保持率。
GangWang, Benjamin Kohn, Ulrich Scheler, Faxing Wang, Steffen Oswald, MarkusL?ffler, Deming Tan, Panpan Zhang, Jian Zhang, Xinliang Feng, A High‐Voltage, Dendrite‐Free, and Durable Zn–Graphite Battery, Adv.Mater., 2019.
DOI: 10.1002/adma.201905681
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905681
8. AM：低Ir含量IrNiTa無定型合金膜高效催化析氫反應(yīng)
近年來，研究人員已經(jīng)研制了各種用于析氫反應(yīng)（HER）的催化材料，但開發(fā)本征活性高、并盡量減少使用貴金屬的有效催化劑仍然至關(guān)重要。金屬玻璃（MGs）或非晶態(tài)合金是一類極具吸引力的HER催化材料。然而限于該類材料的形式與組成，目前使用的主要仍為高貴金屬含量的催化材料，大大限制了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用。近日，來自中國科學(xué)院物理研究所柳延輝研究員課題組合成了一種低Ir含量的Ir25Ni33Ta42納米膜催化劑，該材料在0.5m H2SO4，Ir負(fù)載量為8.14 μg cm?2的條件下，顯示了極高的本征活性和穩(wěn)定性，在電流密度為10 mA cm?2時(shí)，其過電位僅為99mV，Tafel斜率為35 mVdec?1，在50和100mV過電位下，其轉(zhuǎn)化頻率分別為1.76和19.3 H2s?1。
該玻璃態(tài)的膜催化劑性能高于已報(bào)道的所有的金屬玻璃態(tài)催化劑、典型的硫化物、磷化物，并與貴金屬催化劑性能相當(dāng)。研究表明該催化劑優(yōu)異的性能來源于其新型合金系統(tǒng)的協(xié)同機(jī)制與無定型結(jié)構(gòu)特征。這些發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步開發(fā)多組分合金用于多相催化等領(lǐng)域提供了新思路。
Zi‐Jian Wang, Ming‐Xing Li, Ji‐Hao Yu, Xing‐Bo Ge, Yan‐Hui Liu*, Wei‐Hua Wang, Low‐Iridium‐Content IrNiTa Metallic Glass Films as Intrinsically ActiveCatalysts for Hydrogen Evolution Reaction, Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201906384
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906384?af=R
9. Nano Energy: 3.6％記錄效率！無鉛鉍基鈣鈦礦太陽能電池
由于鉛基有機(jī)-無機(jī)雜化電池的鉛毒性，鉍基無鉛鈣鈦礦太陽能電池是其有希望的替代材料之一，但是基于單組分三鹵化鉍的器件的效率較差。中科大的楊上峰，國家納米中心的丁黎明和吉林大學(xué)的Lijun Zhang團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了原位相分離的Cs3Bi2I9和Ag3Bi2I9組分組成的體異質(zhì)結(jié)（BHJ）鉍基鈣鈦礦太陽能電池，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的3.6％的效率和高開路電壓達(dá)到0.89 V。
BHJ結(jié)構(gòu)的形成導(dǎo)致Cs3Bi2I9的晶粒尺寸增加，并且Ag3Bi2I9的晶粒取向最佳化，并且實(shí)現(xiàn)了II型能帶對(duì)準(zhǔn)，從而有利于激子分離和電荷載流子傳輸。Cs3Bi2I9-Ag3Bi2I9 BHJ器件表現(xiàn)出極好的熱穩(wěn)定性，在85 oC下加熱450 h后，仍保持約90％的初始效率。在概念驗(yàn)證方面的突破為高效無鉛鈣鈦礦太陽能電池鋪平了道路。
Bulk Heterojunction Gifts Bismuth-Based Lead-Free Perovskite SolarCells with Record Efficiency, Nano Energy, 2019
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104362.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519310766
