1. Science: Bi2Sr2CaCu2O8+ x間隙的原子調控
摻雜相關電子系統中的單原子調控可以幫助弄清摻雜劑，結構缺陷和晶體學特征對局部電子態的影響。然而，這些材料中的高擴散阻擋層限制了常規的調控技術。巴黎第十一大學F. Massee團隊通過掃描隧道顯微鏡針尖的局部電場，可逆地操縱最佳摻雜的高溫超導體中的選擇位點的可能性。
研究表明，當單個Bi原子在表面移動時，與超導相關的光譜間隙可逆變化多達15 meV（平均占總間隙幅度的5％）。該模型捕獲了所有觀察到的特征，表明該電場在CuO2平面中引起局部配對電位的橫向運動。
2. JACS: 探究在Pd/Au雙金屬表面上的活性氧物種局部產生和擴散
活性氧（AOS）在許多與清潔能源和環境有關的重要催化反應中起著關鍵作用。然而，表征生產AOS的活性位點并成像AOS的表面性質，特別是在多組分金屬催化劑表面上，仍然具有挑戰性。廈門大學的任斌和奧登堡大學的鐘錦輝等人利用針尖增強拉曼光譜（TERS）來探測OH自由基在Pd / Au（111）雙金屬催化劑表面上的局部生成和擴散。可以從金屬表面的過氧化氫（H2O2）催化生成反應性OH自由基，然后將表面吸附的硫醇鹽（一種用作TERS探針的反應物）氧化。
通過TERS成像未反應的硫醇鹽分子的空間分布，證明了Pd表面對OH自由基的產生是有活性的，并且Pd臺階邊緣顯示的活性比Pd臺階高得多，而Au表面沒有活性。此外，研究發現在Pd臺階邊緣處局部生成的OH自由基可以擴散到Au和Pd表面位點，從而引起氧化反應，其擴散長度估計為5.4nm。該TERS成像具有幾納米的空間分辨率，不僅可以揭示活性位點，而且可以表征真實空間中OH自由基的擴散行為。該結果對于理解AOS觸發的催化反應非常有價值。
Probingthe Local Generation and Diffusion of Active Oxygen Species on a Pd/AuBimetallic Surface by Tip-Enhanced Raman Spectroscopy，J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI: 10.1021/jacs.9b10512
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b10512
3. JACS: 長程有序的異質結：C60單晶-共軛聚合物網絡
體-異質結（BHJ）共混物通常用作光電子學的活性材料。混合物中分子堆積的有序化對其電子性能至關重要。然而，在混合過程中控制共混物結晶的困難限制了其結晶度。因此，需要開發新的策略而不是傳統的混合。受生物礦化作用的啟發，浙江大學李寒瑩團隊在聚[2-甲氧基-5-（2-乙基己氧基）-1,4-苯基亞乙烯基]（MEH-PPV）的有機凝膠基質中制備C60單晶，形成MEH-PPV：C60復合材料。
本質上，MEH-PPV網絡被摻入到正在生長的C60晶體中，并滲透到整個晶體中，從而形成晶體/凝膠網絡互穿復合材料。盡管MEH-PPV共存，但C60結晶組分仍保持單晶性，并且該復合物表現為具有長程有序的BHJ。此外，與共混物相比，長程有序BHJ表現出更高的電荷解離效率和更好的光電檢測性能，充分體現了在有機電子產品中的優勢。因此，這項工作提供了一個新的平臺，用于研究具有長程有序的BHJ。
Bulk-Heterojunction with Long-Range Ordering: C60 Single-Crystal with Incorporated ConjugatedPolymer Networks，J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI: 10.1021/jacs.9b13087
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b13087
4. JACS: 納米線合金催化劑的高活性和耐久性的來源
控制合金催化劑的表面組分和形貌對于實現氧還原反應催化劑和燃料電池催化劑的高活性和耐久性至關重要。近日，湖南大學的余剛教授、中密歇根大學的ValeriPetkov和美國紐約州賓漢姆頓大學鐘傳建教授等人合作提出了一種制備具有可控雙金屬成分的納米線型鉑鐵合金催化劑的無表面活性劑合成方法。具有最優~ 24% Pt初始組分的PtFeTNWs表現出最高的質量活性(3.4 A/ mgPt，高于商業Pt催化劑20倍)和耐久性(在40000次周期后僅有< 2%的活性損失和在120000個周期后僅有<30%的活性損失)，這也是目前為止所有PtFe基納米催化劑在ORR或燃料電池操作條件下報道的最高值。
利用原位和原位同步X射線衍射耦合原子對分布函數分析和三維建模，結果表明，PtFe TNWs具有混合fcc-bcc合金結構和顯著的晶格應變。而且，在ORR或燃料電池操作條件下，活性強烈地依賴于催化劑的元素組分，盡管不同催化劑的組成及其晶格常數發生了變化，但這種依賴性仍然保持不變。值得注意的是，在燃料電池的操作條件下，脫合金從相分離的區域位置開始，最終形成具有細微表面形貌差異的fcc合金結構。由于TNWs的重新分布和形貌的改變，表面晶格應變得到了很大程度的保留。這種應變和TNWs的特殊性質被認為是催化劑具有優異活性和耐久性的原因。這些發現為納米合金催化劑的結構、活性和耐久性之間的關系提供了新的見解，并有望通過控制其合金結構和形貌，設計開發高活性、耐久、低Pt含量的納米線催化劑。
Zhijie Kong; Yazan Maswadeh;Jorge A Vargas; Shiyao Shan; Zhipeng Wu; Haval Kareem; Asher C. Leff; Dat T.Tran; Fangfang Chang; Shan Yan; Sanghyun Nam; Xingfang Zhao; Jason M. Lee; JinLuo; Sarvjit Shastri; Gang Yu; Valeri Petkov; Chuan-Jian Zhong. Origin of HighActivity and Durability of Twisty Nanowire Alloy Catalysts under OxygenReduction and Fuel Cell Operating Conditions. Journal of the American ChemicalSociety, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b10239
https://doi.org/10.1021/jacs.9b10239
5. JACS：同步監測鋰硫電池中晶體活性物質和電阻的變化
鋰硫（Li-S）電池因其較高的理論比能量（2552Wh kg?1）和豐富的硫儲量而備受關注。然而絕緣硫和硫化鋰晶體的生長會堵塞導電孔，覆蓋導電表面積，使電極的導電多孔碳基體惡化，導致反應不完全，容量降低。因此，研究該電化學體系運行過程中絕緣固體物質的溶解、沉積及其對正極孔隙結構的影響至關重要。原位X射線衍射（XRD）是研究二次電池材料的重要工具，因為它可以直觀的研究電化學行為與晶體活性材料結構變化的關系。對于鋰硫化學而言尤其如此，其中的能量存儲能力分別取決于放電和充電過程中硫化鋰（Li2S）和硫（S8）的復雜生長和溶解動力學。烏普薩拉大學的Matthew J. Lacey提出了一種新的發展，即利用間歇電流中斷（ICI）法的同步連續電阻測量與原位XRD相結合。
實驗結果表明可以通過分析每個電流的中斷來確定擴散電阻系數，該系數反映了硫/碳復合電極中的傳輸特性。其與已建立的Warburg阻抗模型的關系在理論和實驗上得到了驗證。此外還證明了對于優化的電極配方和電池結構，擴散阻力在放電終點會急劇增加，這與碳基體中的孔堵塞是一致的。原位XRD與ICI的結合不僅可以使結構變化與電化學性質直接相關，而且與非平衡狀態下的能量損失過程直接相關，因此對于研究各種儲能化學方法而言是一種有價值的技術。
Y.C. Chien, A. Sreekumar Menon, W. R. Brant, D. Brandell, M. J. Lacey.Simultaneous monitoring of crystalline active materials and resistanceevolution in lithium-sulfur batteries. J Am Chem Soc 2019.
DOI:10.1021/jacs.9b11500
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11500
6. JACS：界面水信號揭示高溫下二氧化硅表面電荷的增強
與二氧化硅相鄰的水的結構對表面硅醇的去質子化程度非常敏感。因此，可以通過研究源自這些水分子的信號，以揭示表面電荷密度。近日，維多利亞大學DennisK. Hore等研究了10–75°C的溫度范圍內水O–H伸縮帶的非線性振動光譜，以說明由于去質子化導致的二氧化硅表面電勢增加。
作者發現，二氧化硅表面的行為是表面電荷的增加和水分子通過表面電荷排列的減少之間的平衡。結合兩種不同硅醇位點的模型，作者進一步研究了每個位點去質子的焓和熵的變化。該工作實現了二氧化硅表面水合硅醇基團的熱力學參數的首次實驗測定，對廣泛的地球化學和技術應用具有重要意義。
Md.Shafiul Azam, Dennis K. Hore*, et al. Silica Surface Charge Enhancement atElevated Temperatures Revealed by Interfacial Water Signals. J. Am. Chem. Soc.,2019
DOI:10.1021/jacs.9b11710
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11710
7. JACS：2D AgBiP2Se6單層中的鐵電開關調控光催化水分解
光催化水分解是解決能源危機并提供可再生和清潔能源的有前景的技術。近年來，盡管已經提出了許多二維（2D）材料作為光催化候選物，但是仍然缺乏有效調節光催化反應和轉化效率的策略。近日，昆士蘭科技大學LiangzhiKou等基于第一原理計算，發現AgBiP2Se6單層的鐵電-順電相變可以很好地調節光催化活性和能量轉換效率。
作者發現AgBiP2Se6單層的鐵電相具有較高的電勢和較大光生空穴用于水氧化的驅動力，但在順電相中具有較高的光生電子相對值，用于氫還原反應。此外，太陽能到氫能的轉換效率也可以通過相變來調節，由于載流子利用率更高，在鐵電相上轉換效率高達10.04％，而在順電相上轉換效率僅為6.66％。而且，在順電狀態下，激子結合能總是比在鐵電態下更小，這表明鐵電開關還可以對光激發載流子的分離進行方向調節。該工作不僅揭示了鐵電極化對水分解的重要性，而且還為通過鐵電開關改變二維鐵電材料的光催化性能開辟了道路。
LinJu, Liangzhi Kou*, et al. Tunable photocatalytic Water-splitting by theFerroelectric Switch in 2D AgBiP2Se6Monolayer. J. Am.Chem. Soc., 2019
DOI:10.1021/jacs.9b11614
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11614
8. JACS : EPR光譜告訴你LDH中Fe(III)和Ni(II)在OER的作用
電解水制氫是目前最有前景的制氫路徑。而析氧反應（OER）作為電解水過程中的速率控制步驟，開發高效OER催化劑是電解水工業需要解決的一個重要問題。層狀雙金屬氫氧化物（LDH）結構在自然界中廣泛存在，且常被用來設計為析氧反應OER催化劑。近幾年，Fe(III)取代部分Ni(II)的FeNi-LDH引起了廣泛研究，Fe(III)引入在提高水氧化過程中發揮了重要作用。而且，Fe(III)引入到任意第一排過渡金屬雙金屬氫氧化物中都會提升其催化性能。
為了提升這類異質催化劑性能，詳細了解金屬配位環境是判斷反應機理的首要條件。近日，加州大學戴維斯分校的R.David Britt博士用電子順磁光譜EPR研究了ZnAl LDH中摻雜的Fe和Ni原子的配位環境。多頻EPR光譜揭示在Fe- ZnAl LDH 中存在兩中明顯不同的Fe(III)位點。材料的脫水作用改變零場分裂ZFS揭示了一種Fe(III)位點是solvent-exposed（位于邊緣、缺陷處），另一種為inset型Fe(III)位點。兩種Fe(III)位點有特定的axial ZFS。而且在Ni-ZnAl LDH 材料中Ni(II)也有類似的現象。位于邊緣處的Fe(III)和Ni(II)在溫和加熱真空條件下非常容易失去水或氫氧根，揭示了一種可能的反應機理，即產生high-valent metal-oxo活性單位。
Sayler,R. I.; Hunter, B. M.; Fu, W.; Gray, H. B.; Britt, R. D., EPR spectroscopy ofiron- and nickel-doped [ZnAl]-layered double hydroxides: modeling active sitesin heterogeneous water oxidation catalysts. J. Am. Chem.Soc. 2019.
DOI:10.1021/jacs.9b10273
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b10273
9. JACS: 熱激活延遲熒光（D–A–D–A）π共軛大環用于OLED
大阪大學Satoshi Minakata，Youhei Takeda和西里西亞技術大學Przemyslaw Data 團隊開發了一類新的熱激活延遲熒光供體-受體-供體-受體（D–A–D–A）π共軛大環，由兩個U形電子受體（二苯并[a，j]吩嗪）和兩個電子- 供體（N，N'-二苯基-對苯二胺）構成。
大環化合物顯示多晶型依賴的構象和發射特性。對具有線性替代物的大環的理化性質進行的比較研究表明，重復D–A結構的結構環化具有顯著影響，包括更有效的熱活化延遲熒光（TADF）。此外，大環化合物的有機發光二極管（OLED）器件已達到高達11.6％的高外量子效率（EQE），遠遠超過了常規熒光發光層的理論最大值（5％）。
ThermallyActivated Delayed Fluorescent Donor–Acceptor–Donor–Acceptorπ-Conjugated Macrocycle for Organic Light-EmittingDiodes，J. Am. Chem. Soc. 2020
https://doi.org/10.1021/jacs.9b11578
10. JACS：水系可充電鋅電池中具有氧化還原活性的三角形菲醌
就倍率性能、成本和安全性而言，水性可充電鋅電池（ZBs）最近在大型儲能系統中受到了廣泛關注。盡管如此，這些ZBs仍然是一個有待研究的課題，因為研究人員正在尋找高性能的正極材料。在ZBs的各種候選正極材料中，醌化合物因其高比容量、可持續性和低成本而脫穎而出。然而，醌類正極在電池循環過程中受到溶解的嚴重限制，導致電池壽命下降。為了解決這個問題，新南威爾士大學的Dong Jun Kim和J. Fraser Stoddart團隊引入了具有剛性幾何結構和分層上層結構的基于氧化還原活性的三角形菲醌基大環（PQ-Δ）。
值得注意的是，已經確認Zn2+離子和H2O分子可以插入PQ-Δ有機正極中，因此，正極和電解質之間的界面電阻會有效降低。密度泛函理論計算表明，低界面電阻主要歸因于由于在PQ-Δ正極中插入了水合Zn2+離子而降低了去溶劑化能量的損失。插入水合Zn2+離子和堅固的PQ-Δ三角結構的共同作用使電池在150mA g-1的高電流密度下實現210mAh g-1的大可逆容量以及出色的循環壽命，即500次循環后容量保持率達到99.9％。這些發現表明，利用電子活性有機大環化合物以及與二價載流子離子的溶劑化相關的低界面電阻，對于二價電池系統的整體性能至關重要。
KwanWoo Nam, Heejin Kim, Yassine Beldjoudi, Tae-woo Kwon, Dong Jun Kim, J. FraserStoddart. Redox-Active Phenanthrenequinone Triangles in Aqueous RechargeableZinc Batteries. Journal of the American Chemical Society2020.
DOI:10.1021/jacs.9b12436
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12436
11. JACS：具有出色空穴遷移率的III-V籠形半導體：Cs8In27Sb19和A8Ga27Sb19(A = Cs, Rb)
第一個Ge基晶體管的發現徹底改變了電子設備領域。近日，愛荷華州立大學Kirill Kovnir等合成了三個新穎的具有III-V半導體骨架的非傳統籠形物：Cs8In27Sb19，Cs8Ga27Sb19和Rb8Ga27Sb19。這些籠形物是完全由主族元素組成的無tetrel元素籠形物的第一個例子。所有這些化合物均結晶于Ia-3空間群（編號206；Z = 8），屬于籠形物I有序超結構。
通過高分辨單晶同步輻射和粉末X射線衍射技術，作者觀察到了籠形物框架中{Ga或In}和Sb的完整排序。DFT計算表明，三個籠形物在能量上都是穩定的，其弛豫晶格常數與實驗數據匹配。由于重元素組成的晶體結構的復雜性，這些籠形物在室溫下顯示出低于1 W/（m?K）的超低導熱率。這些籠形物都是窄帶隙p型半導體，具有高塞貝克熱功率值，其中Cs8In27Sb19在300 K時高達250μV/ K。后一化合物的載流子濃度和遷移率分別為1.42x10^15 cm^-3和880 cm^2/（V?s），與母體二元InSb（最好的電子半導體之一）的值相當。該工作為設計基于可調諧III-V籠形物半導體材料開辟了道路。
BryanOwens-Baird, Jian Wang, Kirill Kovnir*, et al. III-V Clathrate Semiconductorswith Outstanding Hole Mobility: Cs8In27Sb19 andA8Ga27Sb19 (A = Cs, Rb). J. Am. Chem.Soc., 2019
DOI:10.1021/jacs.9b12351
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12351
