1. Nature Commun.：定向層狀雜化鈣鈦礦在3D狀鈣鈦礦上的模板生長
在層狀混合鈣鈦礦膜中需要從熱力學平衡狀態操縱晶體取向，以引導電荷傳輸并增強鈣鈦礦器件的性能。中南大學的袁永波和北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松團隊報道了由3D狀鈣鈦礦形成的鈣鈦礦層狀模板化的生長機理，這可以作為一般設計規則，以使旋涂和刮涂工藝制成的膜中的鈣鈦礦層沿平面外方向對齊。
該方法包括使用額外的鹵化銨鹽抑制鈣鈦礦溶液中層狀和3D鈣鈦礦的形核，這會迫使薄膜從溶液表面開始形成。溶劑在液體表面的快速干燥留下了3D狀鈣鈦礦，這模板化了層狀鈣鈦礦的生長，這是由于3D狀鈣鈦礦表面上的周期性角共享八面體網絡所致。這一發現為基于八面體陣列的鈣鈦礦材料的成核行為提供了深刻的見解，代表了操縱層狀鈣鈦礦取向的一般策略。
Templatedgrowth of oriented layered hybrid perovskites on 3D-like perovskites, NatureCommunication, 2020
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13856-1
2. Nature Commun.: Pt-O鍵是析氫反應中優于金屬Pt的活性位點
鉑(Pt)通常被認為是最先進的析氫反應(HER)電催化劑。近幾十年來，研究人員通過調控成分、形態和晶相等策略來研究提高鉑的利用率和催化效率。這些研究大多揭示了Pt0金屬的固有催化活性，然而，有關氧化鉑的催化現象仍有待研究。例如，當金屬Pt被氧化時，其HER活性明顯好于金屬元素Pt0，其原因目前尚未明確。因此，尋找更合適、更獨特的氧化鉑模型，從而揭示氧在鉑基電催化劑中的作用，并設計開發出優于商用鉑/碳的高效電催化劑是一個較大的挑戰。
近日，蘇州大學的康振輝和東北師范大學的李陽光等人合作選擇兩個結構明確的多金屬氧酸鹽Na5[H3Pt(IV)W6O24](PtW6O24)和Na3K5[Pt(II)2(W5O18)2](Pt2(W5O18)2)作為鉑氧化物的研究模型，研究其電催化性能。電催化實驗表明，PtW6O24/C和Pt2(W5O18)2/C在77 mV時的質量活性分別為20.175 A mg?1和10.976 A mg?1，優于商業20% Pt/C催化劑(0.398A mg?1)。原位同步輻射實驗和DFT計算表明，在HER過程中，Pt-O鍵應該是HER的活性位點，其中，Pt主要是一個電子獲取中心，而O則是一個質子吸附中心。當電化學過程中注入額外的電子和質子時，延長的Pt-O位點加速了電子和質子的耦合，導致Pt-O鍵上H2的快速釋放。因此，Pt-O可以作為針對HER的一個新的活性位點。該工作揭示了O原子在鉑基電催化劑中的作用，提高了對基于Pt的HER電催化劑的進一步理解，對于設計制備高活性的Pt基電催化劑具有重要的借鑒意義。
Fei-Yang Yu; Zhong-Ling Lang;Li-Ying Yin; Kun Feng; Yu-Jian Xia; Hua-Qiao Tan; Hao-Tian Zhu; Jun Zhong;Zhen-Hui Kang; Yang-Guang Li. Pt-O bond as an active site superior to Pt 0 inhydrogen evolution reaction. Nature Communications, 2020.
DOI:10.1038/s41467-019-14274-z
https://doi.org/10.1038/s41467-019-14274-z
3. Nature Commun.:共價有機骨架納米薄片上的高效電子傳輸用于的電催化二氧化碳還原
過度使用化石燃料和持續的人類活動導致了資源的枯竭、能源危機和全球變暖，以及二氧化碳(CO2)污染。二氧化碳濃度逐年增加，導致海平面上升、氣候異常、海洋風暴、荒漠化面積增加等。為了緩解這些問題，通過諸如電化學、光化學或熱化學的方法將二氧化碳有效地轉化為高附加值的產品是一種有效的途徑。其中，電催化CO2還原反應(CO2RR)具有裝置簡單、環境相容性高、與其他可再生能源(如太陽能、風能)結合度高等優點，被認為是一種最具前景的技術方案。然而，由于CO2固有的熱力學穩定性和競爭動力學上有利于析氫反應，電催化CO2RR普遍存在反應活性低、選擇性低、導電性差等缺點，遠遠不能滿足實際應用的需要。為了克服這些問題，研究人員探索了不同的電催化劑，如金屬(如銅或鐵等)、金屬雙鹵代烷(如WSe2、Ag2S或CuS等)、金屬氧化物(如Co3O4、Cu2O或SnO2等)等CO2RR電催化。然而，他們仍面臨著CO2吸附或富集能力低、分子間電子傳遞效率低、電催化機制不清等問題。
近日，南京師范大學的蘭亞乾教授等人通過金屬卟啉與TTF的席夫堿縮合反應設計合成了一系列穩定的COFs，進而設計了一系列金屬卟啉-四硫富戊烯基共價有機骨架材料(M-TTCOFs)。在這些M-TTCOFs中，TTF與金屬卟啉的協同作用可以起到電催化CO2RR中電子供體或載體、電子遷移和電催化活性組分的共同作用。由此獲得的M-TTCOFs具有高孔隙率、優異的化學穩定性和均勻分布的金屬中心，具有優異的電催化CO2RR性能。由此得到的M-TTCOFs可以作為非常高FECO(91.3%，- 0.7 V)的電催化劑，而且具有高循環穩定性(>40h)。另外，在去角質后，Co-TTCOF納米片(~5nm)的FECO值在0.6~ 0.9 V的范圍內高于90%，最大的FECO可以達到接近100%(99.7%，- 0.8 V)。另外，通過密度泛函理論計算揭示了電催化CO2RR的機理，為設計新型高效的CO2RR電催化劑來解決二氧化碳問題開辟了廣闊的前景。
Hong-Jing Zhu; Meng Lu; Yi-Rong Wang; Su-Juan Yao; MiZhang; Yu-He Kan; Jiang Liu; Yifa Chen; Shun-Li Li; Ya-Qian Lan. Efficientelectron transmission in covalent organic framework nanosheets for highlyactive electrocatalytic carbon dioxide reduction. Nature Communications, 2020.
DOI: 10.1038/s41467-019-14237-4
https://doi.org/10.1038/s41467-019-14237-4
4. Joule：基于吸濕-解吸過程的電子器件熱管理策略
電子設備的有效熱管理至關重要，因為過熱會損害電子部件的效率和可靠性。近日，上海交通大學王如竹報道了一種新的瞬態熱管理新策略，使用固態吸附劑，可以吸收大氣中的水分，然后在較高的溫度下釋放水分。在釋放過程中，會吸收大量的熱量以防止設備過熱。循環水的載荷是篩選候選材料的關鍵指標。
實驗結果表明，該策略具有良好的效果。MIL-101（Cr）粉末涂覆在金屬基底上，在1.5 W的加熱功率下，0.288 g的涂層在25分鐘內能夠達到最高8.6℃的降溫。涂層的等效焓可以達到1950 J/g，明顯優于傳統的相變材料，并且該吸附劑涂層可以很容易地與現有的散熱結構集成在一起。該工作為瞬態熱調節開辟了一條新途徑，大規模部署所面臨的挑戰在于找到具有優異吸附性能和熱物理穩定的經濟高效的吸附劑。
ChenxiWang, Lingji Hua, Hongzhi Yan, Bangjun Li, Yaodong Tu, Ruzhu Wang. A ThermalManagement Strategy for Electronic Devices Based on MoistureSorption-Desorption Processes. Joule. 2020
DOI: 10.1016/j.joule.2019.12.005
https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.12.005
5. Joule：利用電瞬變來量化太陽能電池中的電荷損失
通過光激發和電檢測實現的電瞬變為研究太陽能電池在納秒到秒的寬時間范圍內的電荷傳輸，復合甚至光電回滯現象提供了獨特的機會。然而，關于如何利用這些研究來揭示電池電荷損失機制的爭論一直在進行。
鑒于此，孟慶波團隊提出了一種新的方法，該方法用于量化體吸收器內或界面處的電荷損耗以及太陽能電池的缺陷特性。該方法已成功應用于商業化硅，新興的Cu2ZnSn(S,Se)4和鈣鈦礦太陽能電池的研究中，也應適用于其他類似的光伏器件系統。總的來說，這項工作為全面研究太陽能電池的動態物理過程和電荷損失機理提供了有希望的途徑，并在其他光電器件中具有潛在的應用。
ExploitingElectrical Transients to Quantify Charge Loss in Solar Cells，Joule，2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119306312
6. Angew.綜述: 減少高性能鈣鈦礦太陽能電池的不利缺陷
在幾種光伏（PV）技術中，半導體帶隙內電子缺陷的存在限制了器件的效率，可重復性以及壽命。鈣鈦礦金屬鹵化物（MHP）由于其優異的光伏性能而受到了廣泛的關注，即使沒有非常嚴格的薄膜生長控制工藝也可以實現。理論上，在描述MHP中的不同點缺陷方面已做了諸多研究。
戚亞冰和劉生忠團隊討論了深入表征MHP中缺陷的實驗挑戰，例如，缺陷類型，缺陷密度和由這些缺陷引起的帶隙內的能量位置的實驗分配。同時，概述了一些鈍化策略。根據總結文獻，對需要考慮并需要最小化的各種缺陷類型進行了檢查。為了進一步改善其光電效率，需要對MHP中的缺陷性質有完整的基本了解。
ReducingDetrimental Defects for High‐Performance Metal Halide Perovskite Solar Cells，Angew., 2020.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201905521
7. Angew：具有非FCC結構的Cu53納米團簇
長期以來，non-FCC的Cu只能通過物理氣相沉積的方法獲得。有鑒于此，山西大學的張獻明教授和李歡教授等首次報道了一系列炔基保護的Cu納米團簇（Cu53），其顯著結構特征是具有41個Cu組成的ABABC排列的內核，可以看作是一個FCC和HCP結構的混合體，表明在特定配體存在時，常規條件下也可能得到non-FCC結構的納米Cu。
作者通過同步輻射和XPS，ESIMS，UV-vis等手段表征了這種結構的形成過程，結果表明Cu(II)首先和炔配體結合，當和膦配體結合時變為Cu(I)。此時引入NaBH4，并陳化后得到最終的團簇。作者還研究了這種團簇在催化苯乙炔偶聯反應中的應用。
MeiQu, Fu-Qiang Zhang, Dian-Hui Wang, Huan Li, Juan-Juan Hou, and Xian-Ming Zhang.Observation of non-FCC Copper in Alkynyl-Protected Cu53 Nanoclusters, Angew.Chem. Int. Ed., 2020
DOI:10.1002/anie.202001185
https://doi.org/10.1002/anie.202001185
8. AM: 具有強催化能力的多硫化物阻隔層中的氧空位工程
Li-S電池的實際應用受到其穿梭效應、低電子電導率、低硫載量等問題的制約。最近，武漢理工大學的麥立強教授與許絮等通過第一性原理計算發現向TiO2中引入氧空位不僅能夠增強其對于多硫化物的吸附能力，而且能夠顯著改善其催化能力和離子/電子傳導能力。他們將含有氧空位的TiO2納米片修飾在商品化聚丙烯隔膜上將其作為Li-S電池中多硫化物的阻塞層（OVs-TiO2@PP）。
這層TiO2修飾層的厚度僅為500nm，面載量約0.12mg/cm2，因此能夠在保證電池內部離子傳輸的同時不損失能量密度。在使用OVs-TiO2@PP隔膜的高載量（7.1mg/cm2）Li-S電池中，在2C的倍率下該電池能夠穩定循環500周。循環100周后的電池面容量為5.83mAh/cm2。這種氧空位工程的策略有望在Li-S電池中實現大規模應用。
ZhaohuaiLi, Xu Xu, Liqiang Mai et al, Engineering Oxygen Vacancies in a Polysulfide‐Blocking Layer with EnhancedCatalytic Ability,Advanced Materials, 2020
DOI: 10.1002/adma.201907444
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201907444?af=R
9. AM：一種離子交聯超分子水凝膠，用于從海水中快速回收鈾
海洋擁有豐富的自然資源。特別是，海水中存在超過45億噸鈾，約為陸地上鈾的1000倍。與造成嚴重環境污染和氣候變化的傳統化石燃料相反，核電是一種相對清潔的能源，在過去的幾十年中迅速發展。但是，已探明的陸地上鈾礦儲量有限，只能提供約70年的全球核能消耗量。因此，從海水中大規模提取鈾是核能發電的一個關鍵部分，但也是一個挑戰。在此，海南大學Ning Wang等人探索了一種能超高效吸附海水鈾的離子交聯超分子Zn2+-聚胺肟（PAO）水凝膠。
通過簡單地將氯化鋅和PAO兩種溶液混合，即可利用鋅陽離子與偕胺肟陰離子之間的相互作用獲得超分子Zn2+-PAO水凝膠。與現有的具有低PAO含量的偕胺肟官能化水凝膠基吸附劑和親水性較弱的纖維基吸附劑相比，PAO可以使用少量的超親水鋅離子直接交聯。因此，形成了具有高含量、分散良好PAO和良好親水性的超分子水凝膠。相對于已報道的吸附劑，這種低成本的水凝膠膜表現出了出色的鈾吸附性能，在32 ppm的含鈾水中可達到1188 mg g?1的MU/Mdry凝膠。更重要的是，在天然海水中浸泡僅4周后，Zn2+-PAO水凝膠膜的鈾提取能力達到9.23 mg g?1的MU/Mdry凝膠。這項工作為設計一種新型超分子水凝膠提供了一種通用的策略，這種超分子水凝膠由各種各樣的二價/多價陽離子交聯劑甚至許多其他超親水超分子交聯劑交聯，用于從海水中高效、大規模地提取鈾。
BingjieYan, Chunxin Ma, Jinxiang Gao, Yihui Yuan, Ning Wang. An Ion-CrosslinkedSupramolecular Hydrogel for Ultrahigh and Fast Uranium Recovery fromSeawater. Advanced Materials 2020,1906615.
DOI:10.1002/adma.201906615
https://doi.org/10.1002/adma.201906615
10. AEM：通過表面合金化實現快速充電和超高容量鋰金屬負極
鋰金屬由于其氧化還原電勢低，重量輕和理論容量大而被認為是電池負極的最終選擇。它可以直接與無鋰正極（如O2或S）配對，使下一代電池技術的理論能量密度超過目前鋰離子技術的十倍。為了實現其無枝晶和可逆循環，研究重點主要集中在以下兩個方面。一是增大電極表面積，減小電流密度；許多高比表面積的基體材料（如還原氧化石墨烯、銅納米線或三維多孔銅）被注入鋰金屬，用作復合負極。另一種方法是通過在電極或電解質中添加添加劑（如LiNO3、LiF或FEC），在其表面構建人工固體電解質界面（SEI）層。然而，一個經常被忽視的問題是，大多數報道的鋰金屬負極只能在相對低的電流密度（<5 mA cm?2）和小的面積容量（<5 mAh cm?2）下循環，這基本上限制了它們的高功率應用，導致無效的鋰利用（<1%）。
在此，阿貢國家實驗室陸俊和蘇州大學李彥光教授合作報道了表面合金鋰金屬負極具有超快的可逆循環速率和超大的面積容量。使用低成本的硅晶片，并通過化學方法將其蝕刻至20–30 μm的膜。簡單地將硅薄膜貼到鋰金屬薄片上，就可以形成熔合在鋰金屬上的LixSi合金薄膜，其具有機械魯棒性和高鋰離子導電性。對稱電池測量結果表明，即使在高達25 mA cm?2的高電流密度和高達100 mAh cm?2的空前容量下，表面合金化的Li負極也具有出色的循環穩定性。此外，表面合金鋰負極與非晶態MoS3正極配對，也獲得了顯著的全電池性能。
TianhuiXu, Peng Gao, Peirong Li, Kai Xia, Na Han, Jun Deng, Yanguang Li, Jun Lu.Fast-Charging and Ultrahigh-Capacity Lithium Metal Anode Enabled by SurfaceAlloying. Advanced Energy Materials 2020,1902343.
DOI:10.1002/aenm.201902343
https://doi.org/10.1002/aenm.201902343
11. AFM：具有自發自充電機制的混合智能光纖，用于可持續可穿戴電子產品
在輕質織物或柔性襯底上制作的可穿戴電子設備被認為是下一代和先進的便攜式電子設備系統。可穿戴設備通過為智能手表、醫療保健腕帶、電子皮膚和智能紡織品等有前途的應用提供大量信息，豐富了我們的日常生活。這種應用要求設備體積小、重量輕、靈活、耐洗；然而，一個特別的問題是要使這些設備具有自供電系統，使設備能夠持續供電，以保證其可持續性和可移植性。這單純依靠傳統的儲能設備很難實現，因為它們需要定期更換和重新充電，從而阻礙了它們在可穿戴電子設備上的實用、可持續和廣泛應用。然而，到目前為止，已開發的所有需要發電和存儲收集能量的自供電式可穿戴電子設備中，大多數都采用了使用外部電路連接的單個能量生成和存儲光纖設備。
在此，韓國金州慶南科技大學Geon‐Hyoung An與韓國成均館大學SeungNam Cha合作，首次引入了一種混合智能光纖，該光纖在不需要任何外部電路/連接的單光纖設備中即可自發產生能量并進行存儲。這是通過在超級電容器的電解液系統中使用不對稱的同軸結構來實現的，該電解液系統在產生摩擦電荷時會產生電勢差。自充電技術的發展為建立基于纖維/紡織電子的新設備平臺提供了巨大的機遇。
YuljaeCho, Sangyeon Pak, Young-Geun Lee, Jae Seok Hwang, Paul Giraud, Geon-Hyoung An,SeungNam Cha. Hybrid Smart Fiber with Spontaneous Self-Charging Mechanism forSustainable Wearable Electronics. Advanced FunctionalMaterials 2020, 1908479.
DOI:10.1002/adfm.201908479
https://doi.org/10.1002/adfm.201908479
