1. Nature Commun.：超薄離子間相構建高效鋰負極
為了提高鋰離子電池（LIBs）的性能，使用金屬鋰作為負極材料的可行性得到了廣泛的關注。然而傳統碳酸鹽電解質低的的庫侖效率和枝晶生長仍然是開發包含鋰金屬負極的高性能鋰離子電池亟待解決的問題。基于此，美國斯坦福大學的崔屹和國立臺灣大學的Nae-Lih Wu合作，開發了一種超薄（≤100nm）的鋰離子交聯聚合物膜作為銅或鋰上的涂層，該膜由嵌入多面體低聚硅氧烷的鋰交換磺化聚醚醚酮組成。
這可以使鋰金屬電池在以碳酸鹽為基礎的電解液中實現高效穩定的鋰電鍍-剝離循環。原位分析和理論模擬表明，離子交聯聚合物涂層具有顯著的能力，能夠在相當大的鋰電鍍表面上實現電場均勻化。膜涂層可用作人工固體電解質界面膜（SEI）過濾器，最大程度地減少電解質-電極界面處的副反應，其可在室溫和高溫（50 °C）下以優異的庫侖效率在銅上進行無枝晶的鋰電鍍-剝離循環。這表明鍍膜銅是一個有前途的集流體可用于制造高質量的預鍍鋰薄膜負極。
Yu-TingWeng, Hao-Wen Liu, Allen Pei, FeiFei Shi, Hansen Wang, Chih-Yuan Lin,Sheng-Siang Huang, Lin-Ya Su Jyh-Ping Hsu, Chia-Chen Fang, Yi Cui, Nae-Lih Wu.An ultrathin ionomer interphase for high efficiency lithium anode in carbonatebased electrolyte. Nature Communications, 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-13783-1
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13783-1
2. Nature Commun.：氫氧化物調節吸附氫促進Cu上二氧化碳電還原制乙醇
CO2轉化為液體燃料是儲存可持續能源的重要途徑。盡管二氧化碳還原反應（CO2RR）制乙烯已取得實質性進展，但是二氧化碳制乙醇則進展有限。開發高效CO2RR電催化劑依賴于調變含碳中間產物的吸附強度。近日，來自多倫多大學Edward H. Sargent教授等人報道了一種互補的方法，利用氫氧化物和氧化物摻雜催化劑表面從而調變Cu上的吸附氫。
DFT研究表明這些摻雜物種加速了水的解離并改變了Cu上氫的吸附能。研究人員考察了一些列金屬-氫氧化物-界面-摻雜的Cu催化劑，發現最高效的催化劑，即Ce(OH)x-doped-Cu顯示的乙醇法拉第效率高達43%，部分電流密度為128mA cm-2。研究人員結合析氫性能與拉曼光譜結果進行機理研究發現，表面吸附的氫會與*HCCOH中間體發生加氫反應，進而生成乙醇。其中，*HCCOH是決定生成乙醇或是乙烯的關鍵中間體。
MingchuanLuo, Ziyun Wang, Yuguang C. Li, Jun Li, Fengwang Li, Yanwei Lum, Dae-Hyun Nam,Bin Chen, Joshua Wicks, Aoni Xu, Taotao Zhuang, Wan Ru Leow, Xue Wang,Cao-Thang Dinh, Ying Wang, Yuhang Wang, David Sinton, Edward H. Sargent*, Hydroxide promotes carbon dioxide electroreduction to ethanol on coppervia tuning of adsorbed hydrogen, Nature Communications, 2019,10, 5814.
DOI: 10.1038/s41467-019-13833-8
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13833-8#citeas
3. Nature Commun.：Pt-Cu單原子合金催化劑高效甘油氫解
甘油是制取生物柴油的主要副產物，且產量巨大，對其利用具有重要意義。作為分子量最小的多元醇，甘油可通過氫解、氧化、脫水等反應合成高值化學品。其中，通過氫解制備1,2-丙二醇是前景較大的轉化路徑之一。然而，制備同時具備高活性、高選擇性、高穩定性的催化劑仍是巨大挑戰。
近日，來自北京化工大學Min Wei、Song Hong、XinZhang，中國科學院高能物理研究所Lirong Zheng等人報道了Cu納米團簇上負載單原子Pt的PtCu單原子合金催化劑，該催化劑用于甘油氫解1,2-丙二醇收率高達98.8%，且轉換頻率為2.6×103molglycerol·molPtCu–SAA?1·h?1，是目前已報道的最高性能的多相金屬催化劑。研究人員通過原位實驗和理論計算證明PtCu單原子催化劑的界面位點是其本征活性位點：界面處Pt原子促進了中間C-H鍵的斷裂，同時末端C-O鍵在鄰近的Cu原子上發生解離吸附。基于PtCu單原子合金催化劑界面協同催化改變了反應路徑的活化能，可拓展至其他貴金屬合金體系中。
XiZhang, Guoqing Cui, Haisong Feng, Lifang Chen, Hui Wang, Bin Wang, Xin Zhang*,Lirong Zheng*, Song Hong*, Min Wei*, Platinum–copper single atom alloy catalysts with highperformance towards glycerol hydrogenolysis, Nature Communications, 2019, 10,5812.
DOI: 10.1038/s41467-019-13685-2
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13685-2#citeas
4. JACS: 電解質雙電層中的電子轉移重組能
介電理論預測，在極化電極的亥姆霍茲平面內，溶劑重組能λo接近零，但這一重要預測尚未通過實驗驗證。從導電電極到雙電層EDL內固定位置上氧化還原活性分子的界面電子轉移ET的總重組能λ的值仍不可得知，近日，北卡羅來納大學Gerald J. Meyer等人報道能夠通過實驗確定λ的值。研究者用[RuII(bpy)2(4,4'-(PO3H2)2-bpy)]3+/2+（RuP）對導電銦錫氧化物介孔膜（ITO，In2O3：Sn）進行功能化，其中bpy為2,2'-聯吡啶或4- [N,N-二(對甲苯基)氨基]芐基膦酸（TPA）。
RuIII/IIP和TPA+/0小的內層重組λin使它們成為外層重組能λo的最佳探針，比如，λin<<λo，使得λ=λin+λo≈λo。連續逐層添加ZrIV橋連的亞甲基二膦酸可實現探測距ITO 4-27?的位置。通過RuP*向ITO激發態注入會生成ITO（e-）|RuIIIP。對于與TPA和RuP共官能化的ITO，亞納秒級橫向的ET能夠產生ITO（e-）| TPA+。從ITO到RuIIIP或TPA+的ET動力學在光譜上根據所施加的電勢（Eapp）和驅動力-ΔGo進行了定量。Marcus-Gerischer對此數據進行分析從而能夠提供λ值。值得注意的是，在亥姆霍茲外部平面內，λo接近于零，在?4?距離處λ=0.11 eV，這在很大程度上對Eapp不敏感。與介電連續體理論一致，當分子位于?27?距離處λ= 0.94 eV時，λ增加到在CH3CN溶液中預期到的值。這些數據揭示了靠近導電界面的電子轉移存在小的內在壁壘，可以應用于太陽能轉換以及利用透明導電氧化物接受或傳遞電子的其他應用。
RachelE. Bangle, Jenny Schneider, Eric J. Piechota, Ludovic Troian-Gautier, Gerald J.Meyer, Electron Transfer Reorganization Energies in the Electrode-ElectrolyteDouble Layer, J. Am. Chem. Soc. 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b11815
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11815
5. JACS：氮化硼納米管固氮合成氨
元素周期表p區的B作為一種低價態元素，可以提供價軌道用于占據。近年來，研究人員相繼開發了大量分子級或原子級B催化劑，在H2、N2和CO等領能源小分子的轉化領域備受關注。氮化硼作為一種工業上廣泛使用的材料，具有高穩定性的特點。將BN進行活化，以用于非金屬催化劑，是目前工業界極具挑戰，也頗為誘人的議題之一。有鑒于此，大連理工大學Jijun Zhao等人首次提供了一種操控BNNTs中B元素p態的新策略，利用BN納米管包裹過渡金屬納米線，實現了高效固氮合成氨性能。
研究人員利用第一性原理計算和微動力學模擬發現，在BN納米管中的B原子，同時存在被占據和未被占據的p態，可以有效減少過渡金屬的d態。也就是說，這起到一種電子儲存器的作用，可以用于調控軌道能量和占據，從而增強N2的吸附和加氫。由于氣體吸附熱力學和加氫反應動力學之間的競爭關系，研究人員可以通過BN納米管的尺寸和金屬填充物的種類類優化催化活性，最佳TOF可媲美目前最好的Fe催化劑。這項研究為調控B的電子結構，為BN成為一種高性能的非金屬催化劑提供了普適性的調控策略。
SiZhou et al. Boron Nitride Nanotubes for Ammonia Synthesis: Activation byFilling Transition Metals. JACS 2019.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10588
6. Angew：利用光聲成像對納米載體的藥物釋放進行定量研究
目前，對納米藥物載體進行成像的研究已經取得了顯著的進展，但是還很少有策略可以對藥物從載體上的釋放進行實時成像。加州大學圣地亞哥分校Jesse V. Jokerst教授報道了一個簡單的，通過亞甲基藍的氧化還原反應和光聲成像來監測藥物釋放的策略。當亞甲基藍從氧化態變成還原態時，其具有的亮藍色和強的光聲信號也會變成沒有光聲信號的透明狀態。
實驗將還原態的藥物-染料結合物鎖在納米顆粒內，此時它不會發出光聲信號；而當藥物從載體上釋放時，染料會被氧化，因此可以用光聲成像對釋放進行定量。實驗也進一步利用紫杉醇-亞甲基藍偶聯物(PTX-MB)對這一策略進行了證明。因此這一工作也為實現藥物釋放的監測提供了一個新的策略。
Ananthakrishnan Soundaram Jeevarathinam, Jeanne E. Lemaster, Jesse V. Jokerst. et al.Photoacoustic Imaging Quantifies Drug Release from Nanocarriers via RedoxChemistry of Dye-Labeled Cargo. Angewandte Chemie International Edition.2019
DOI:10.1002/anie.201914120
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201914120
7. Materials Today：晶面可控Pt-Ir納米晶體顯著增強氧還原反應性能
Pt基催化劑是氧還原反應（ORR）高效催化劑。考慮其低儲量與高價格，通常可采用調控其暴露催化表面結構、調變其元素組成、構建核-殼或中空納米結構，或集成這幾種方式在降低Pt用量的同時提高其催化性能。盡管這些方法大大提升了Pt催化劑的活性，但是由于在加速持久性測試過程中穩定性較差的金屬，如Ni和Pd等的電化學選擇性浸出，從而使得催化劑的穩定性不足。相比而言，Pt-Ir催化劑耐久性能優異，然而目前尚缺乏表面原子結構調控優化其催化性能的研究。近日，
來自佐治亞理工學院夏幼南、威斯康星大學麥迪遜分校Manos Mavrikakis等人首次報道了一系列高效的具有可控晶面的Pd@Pt-Ir納米晶體催化劑。該系列催化劑的殼層為平均厚度1.6原子層的Pt4Ir合金，該合金納米晶體可可控合成為立方、八面體、二十面體形貌，分別暴露Pt-Ir（100）、(111)、(111)孿晶界。相比于商業Pt/C和Pd@Pt催化劑，Pd@Pt-Ir的ORR性能不僅表現出晶面依賴性，而且顯示了顯著提高的活性與耐久性。
其中，Pd@Pt–Ir二十面體的性能最優，在0.9V下，其質量活性位1.88A·mg?1Pt，是商業Pt/C催化劑性能的15倍。DFT計算結果表明，與潔凈的Pd@Pt表面相比，Pd@Pt–Ir納米晶體的高活性及其活性的晶面依賴性主要來源于在相當的OH*覆蓋度下，其上O* and OH*更容易質子化。此外，DFT計算還表明Ir原子摻入Pt晶格會破壞表面的OH-OH相互作用，從而提高了Pt的氧化電勢，極大增加了其催化耐久性能。
JiaweiZhu, Ahmed O. Elnabawy, Zhiheng Lyu, Minghao Xie, Ellen A. Murry, Zitao Chen,Wanqin Jin, Manos Mavrikakis*, Younan Xia*, Facet-controlled Pt–Ir nanocrystals withsubstantially enhanced activity and durability towards oxygen reduction,Materials Today, 2019.
DOI: 10.1016/j.mattod.2019.11.002
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136970211930865X?dgcid=rss_sd_all#!
8. Materials Today：水凝膠框架結構超分子限域單個Cu原子提高氧還原電催化原子利用率
單原子催化是多相催化的前沿課題。研究者致力于開發合成單原子催化劑的通用方法。然而，這些研究的主要目的是結合不同的技術理解特定反應中催化劑與其性能之間錯綜復雜的關系。近日，來自德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華、四川大學肖丹等人報道了一種超分子水凝膠策略，能夠有效地隔離互聯碳纖維上的銅原子，并用于堿性氧還原反應（ORR）。
研究人員通過X射線吸收光譜和球差校正透射電子顯微鏡證實了Cu-N2配位狀態及原子分散Cu原子。此外，研究人員通過 SI掃描電化學顯微鏡考察了原子的利用率，即參與反應的Cu(I)位點占總Cu(I)位點的比例，其原子利用率高達90%，接近理論值100%。原位SI掃描電化學顯微鏡時間分辨滴定實驗與第一性原理計算結果進一步表明了孤立的Cu-N2位點顯示了顯著的ORR活性。
PanpanLi, Zhaoyu Jin, Yumin Qian, Zhiwei Fang, Dan Xiao* GuihuaYu*, Supramolecular confinement of single Cu atoms in hydrogel frameworksfor oxygen reduction electrocatalysis with high atom utilization, MaterialsToday, 2019.
DOI: 10.1016/j.mattod.2019.10.006
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702119308089?dgcid=rss_sd_all#!
9. AM：基于低帶隙無機鈣鈦礦的仿生檢測器用于選擇性NIR-I光子檢測和成像
利用光電探測器(PD)對近紅外I(NIR-I)光子(700-900 nm)（即生物體中的“光學窗口”）進行熒光成像，為追蹤活體內的生物過程提供了重要途徑。由于激發光子和熒光光子都在此窄的范圍內，為了實現有效的傳感，對熒光信號的有效區分提出了嚴格的要求，而這是具有寬帶響應的普通PD(如硅基PD)所不能滿足的。在本項工作中，南京理工大學曾海波、徐曉寶等設計了精細的光學微腔，以開發出一系列對NIR-I光子具有選擇性響應的仿生PD，具有半高全寬（FWHM）<50nm的窄帶響應的優點，并突出了覆蓋NIR-I范圍的可調諧性。
其中，選用無機鹵化物鈣鈦礦CsPb0.5Sn0.5I3作為綜合帶隙和膜工程的光活性層。這些仿生PDs的信噪比為約為106，帶寬為543kHz，并具有0.33nW的超低檢測限。同時，峰值響應率(R)和探測率(D*)分別達到270mA W?1和5.4×1014Jones。通過PDs的概念驗證證實了NIR-I成像在現實生活中具有廣闊的應用前景。
FeiCao, Jingde Chen, Dejian Yu, et al. Bionic Detectors Based on Low‐Bandgap Inorganic Perovskite for Selective NIR‐I Photon Detection and Imaging. Adv. Mater., 2019.
https://doi.org/10.1002/adma.201905362
10. EnSM：添加劑協同作用在可充電鋰金屬負極形成穩定的界面
近年來，鋰金屬負極憑借著高的能量密度引起了人們的廣泛關注。然而，眾所周知的安全問題和循環不穩定性嚴重阻礙了它們的商業化，尤其是在傳統的碳酸酯電解液中循環時。但是這種電解液具有寬的電壓窗口，并且與大多數正極材料兼容。基于此，廈門大學楊勇教授與代爾夫特理工大學Marnix Wagemaker合作，將二氟磷酸鋰（LiDFP）和碳酸亞乙酯（VC）有機結合，在鋰金屬負極上原位構建了一個機械穩定的高鋰離子導電膜。
原位中子深度剖面分析（NDP）表明，添加劑的協同作用有利于實現均勻致密的鋰沉積，并有效抑制鋰枝晶、死鋰和不可逆鋰的形成。這有望提高可充電鋰金屬負極的長期循環穩定性和庫侖效率。固態核磁共振（SSNMR）和光譜研究證明了VC能減緩LiDFP的還原，并促進P-F鍵的斷裂，誘導保護膜的形成。該膜含有豐富的LiF-Li3PO4無機化合物，均勻分布在P-O-C物質和大分子有機化合物基體中。這種組分是離子電導率得以提高以及保護膜在長周期內具有良好機械穩定性的原因。添加劑相互作用的詳細研究為實現高性能鋰金屬電池所需的合理的表面薄膜設計提供了新的可能。
GuoruiZheng, Yuxuan Xiang, Shijian Chen, Swapna Ganapathy, Tomas W. Verhallen, MingLiu, Guiming Zhong, Jianping Zhu, Xiang Han, Weiwei Wang, Weimin Zhao, MarnixWagemaker, Yong Yang. Additives Synergy for Stable Interface Formation onRechargeable Lithium Metal Anodes. Energy Storage Materials, 2019.
DOI：10.1016/j.ensm.2019.12.027
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719311055
