1. Nature Mater.:非均相二氧化碳還原的分子增強
利用可再生電力將二氧化碳（CO2）電化學還原為燃料和增值化學品（CO2RR），提供了一種存儲季節(jié)性能量的途徑。在CO2RR中，電催化劑促進CO2轉化為增值產(chǎn)品，例如一氧化碳（CO），甲酸酯（HCOO–）或甲酸（HCOOH），甲烷（CH4），乙烯（C2H4）和乙醇（C2H5OH）等。金屬基非均相催化劑通常在低超電勢下表現(xiàn)出較高的CO2RR活性。然而，與許多非均相催化劑相反，分子催化劑具有對活性位點附近的空間和電子性質進行調控的優(yōu)點，可以更精確地定義結構-功能關系，為催化劑的合理設計和機理的研究提供了平臺。
向非均相CO2RR催化劑引入分子方法可能會引入新的自由度，從而使增強/改變產(chǎn)物的選擇性，增加催化劑的質量活性并降低過電位。利用異質和均相方法之間的協(xié)同作用來進一步改善催化作用越來越引起人們的興趣。有鑒于此，多倫多大學Edward H. Sargent教授等人合作對非均相二氧化碳還原催化劑的分子增強研究進展進行了評述。
本文要點：
1）與多相活性位點相鄰的有機分子或金屬配合物可以提供了額外的結合作用，調節(jié)中間體的穩(wěn)定性，通過提高Faradaic效率(產(chǎn)物選擇性)和降低過電位來改善催化性能。
2）他們提出了有關CO2RR分子增強多相催化的前瞻性觀點。他們討論了四類分子增強策略：分子添加劑改性的多相催化劑，固定化的有機金屬配合物催化劑，網(wǎng)狀催化劑和無金屬的聚合物催化劑。這些策略至少在原則上可以提供對催化劑活性位點的精確控制。利用定義明確的有機分子和金屬配合物對金屬表面進行修飾，可以改變CO2RR中間產(chǎn)物的結合能，從而打破線性關系，控制產(chǎn)物的選擇性。
3）他們最后還介紹了目前在分子策略方面的挑戰(zhàn)，并描述了CO2RR電催化制備多碳產(chǎn)物的前景。分子增強的非均相CO2RR催化劑具有可調性和穩(wěn)定性方面優(yōu)勢，是CO2RR電催化劑的重要研究方向。
總之，這工作強調了應用分子策略增強非均相電化學CO2RR的潛力，對于設計制備高活性、選擇性和穩(wěn)定性的CO2RR催化劑挑戰(zhàn)提供了潛在的途徑具有重要的借鑒意義。
Nam,D., De Luna, P., Rosas-Hernández, A. et al. Molecularenhancement of heterogeneous CO2 reduction. Nat. Mater. 19, 266–276 (2020).
DOI:10.1038/s41563-020-0610-2
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0610-2
2. Nature Commun.:鉍烯用做高效二氧化碳電還原催化劑
鉍（Bi）是用于CO2還原反應的高效電催化劑之一。理論上已經(jīng)預測了穩(wěn)定的獨立二維單層Bi（鉍烯）的結構，但在實驗上從未合成出來過。因此，中國科學院長春應用化學研究所的徐維林和威斯康星大學麥迪遜分校的Manos Mavrikakis首次實現(xiàn)了鉍烯的簡單的大規(guī)模合成，其具有催化CO2還原生成甲酸（HCOO-）的高電催化效率。 密度泛函理論（DFT）計算表明，這種高催化性能可歸因于鉍烯中的較大的壓縮應變。
本文要點：
1）用氯化鉍（III）（BiCl3）作為前驅體和NaBH4作為還原劑，通過簡單還原反應得到一系列不同厚度的自支撐二維鉍納米片（BiNSs）（ 從單層鉍到多層）。所得的單層Bi烯的平均厚度為0.65 nm。
2）鉍納米片越薄，CO2RR性能越好。鉍烯表現(xiàn)出了最優(yōu)異的性能。高法拉第效率（在-580 mV vs. RHE時為99％），低的過電位（<90 mV）和高穩(wěn)定性（75 h后無性能衰減，在400 oC下空氣中退火后性能不變）。
3）密度泛函理論計算表明，在鉍烯和較厚的鉍納米片上，CO2電還原反應是對結構敏感的。由于獨特的壓縮應變，HCOO-可以很容易在鉍烯（暴露（111））上選擇性生成。而較厚的Bi納米片（暴露（011）面）與反應中間體的結合非常牢固，很可能導致它們因這些活性物種中毒。因此它們相對于單原子層的鉍具有較低的活性和穩(wěn)定性。
FaYang et al. Bismuthene for highly efficient carbondioxide electroreduction reaction. Nat. Commun., (2020)
DOI: 10.1038/s41467-020-14914-9
https://www.nature.com/articles/s41467-020-14914-9
3. Chem. Rev.: 探討新一代可充鋰電池負極材料中的反常電荷儲存
多年來，為了推動鋰離子電池的進一步的發(fā)展，研究人員逐漸開發(fā)出很多比現(xiàn)有石墨負極具有更高比容量的負極材料。然而，在這些新型負極材料中常常會出現(xiàn)一些反常的電荷存儲現(xiàn)象。近日，韓國成均館大學的Won-Sub Yoon等對新一代可充鋰電池負極材料中的反常電荷存儲現(xiàn)象及相關機理進行了總結概括。
本文要點：
1) 新型鋰電負極材料中最常出現(xiàn)的反常現(xiàn)象是儲能容量高于其理論容量。在實際的電化學測試中人們會發(fā)現(xiàn)這些負極材料所表現(xiàn)出的實際容量高于依據(jù)材料自身的嵌入、合金化以及轉化反應機理計算出的理論容量。此外，傳統(tǒng)的負極材料在電化學循環(huán)過程中會出現(xiàn)嚴重的活性物質損失造成Li的丟失使容量下降，但是有一些新型負極材料體系會隨著循環(huán)的逐漸深入而發(fā)生顯著增加。這些反常現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于電池內(nèi)部會發(fā)生復雜多變的多種化學/電化學反應造成的。
2) 作者對常見的導致額外容量的反應機制進行了梳理，這其中主要包括固態(tài)電解質界面層的形成與后期分解、在電子和離子阱之間的尖銳界面上形成附加電荷儲存的可能、含鋰物種的氧化還原反應、結構缺陷的反常活性以及金屬團簇的類鋰存儲等。作者對負極內(nèi)部的反應對容量增加的誘導效應進行了闡明。基于上述分析，文章又將對有效利用這些異常電荷儲存機制來改進材料性能的實驗策略提出新的見解。
HyunwooKim et al, Exploring Anomalous Charge Storage in Anode Materials forNext-Generation Li Rechargeable Batteries, Chem. Rev., 2020
DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00618
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.9b00618
4. Chem：有機-無機聚合物插入到層狀復合材料的水鋅離子電池
對于大規(guī)模可再生能源存儲系統(tǒng)的高需求，鋅離子電池可以滿足這一要求，因為它擁有豐富的地球總元素儲量，比堿金屬(鋰、鈉、鉀)具有更高的水穩(wěn)定性，理論容量高。在此，復旦大學的夏永姚等人開發(fā)了一種層間間距擴大的分層材料，能夠可逆地容納更多的Zn2+，同時實現(xiàn)了高循環(huán)性能的正極材料應用在鋅離子電池中。導電高分子材料已成為制備具有較大空隙或氧空位的有機-無機間插化合物的重要途徑，對基礎研究和技術應用具有重要意義。
本文要點：
1）合成了一種有機-無機間插分層復合材料；
2）采用層狀的PEDOT-NH4V3O8 (PEDOT-NVO)作為正極材料，通過有效地進行聚合物插層，可以產(chǎn)生10.8 ?的擴大層間距；
3）該正極材料在0.05 A g-1和163.6 mAh g-1的情況下表現(xiàn)出356.8 mAh g-1的改進能力，即使在最高電流密度為10 A g?1時也是如此，具有超長的壽命，超過5000個充放電周期，容量保持率為94.1%；
4）用各種方法對PEDOT-NH4V3O8進行了力學和理論分析，研究表明，氧空位和通過聚合物輔助的更大的層間距是改善電化學性能的原因；
Binet al., Organic-Inorganic-Induced Polymer Intercalation into Layered Compositesfor Aqueous Zinc-Ion Battery, Chem (2020).
DOI：10.1016/j.chempr.2020.02.001
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.02.001
5. Angew：構筑SBA-15/ZIF-8多級孔復合材料用于胰島素固定
生物酶是天然的高效催化劑，但是由于其對反應條件要求比較苛刻，因此將生物酶固定在載體上是一種有效的生物酶體外應用方法。MOF材料獨特的大比表面和孔道豐富等特點使其有希望成為生物酶的優(yōu)良載體。但是MOF孔道大多是微孔，阻礙了其作為酶載體的應用。基于此，南京工業(yè)大學孫林兵課題組報道了一種新型的構造微/介復合孔MOF復合物的方法，并用其負載胰島素，使胰島素具有較高穩(wěn)定性。
本文要點：
1) 不同于以前通過延長MOF配體和構造MOF內(nèi)部缺陷獲得介孔結構的方法，作者將具有微孔結構的ZIF-8生長在SBA-15的介孔孔道中，獲得具有微/介孔的復合物；
2) 作者使用配體蒸氣誘導結晶（ligand vapor-induced crystallization, LVIC）的方法將SBA-15孔中的ZnO定量地轉化為ZIF-8
3) SBA-15/ZIF-8復合材料表現(xiàn)出較高的胰島素吸附量可高達2037.7 mg g-1，遠高于ZIF-8（203.0 mg g-1）和SBA-15（788.6 mg g-1）;
4) 胰島素負載在SBA-15/ZIF-8復合材料中后，其熱穩(wěn)定性和長期儲存穩(wěn)定性相比于純胰島素有大幅提升。
JieLu et al., Fabrication of Microporous Metal–OrganicFrameworks in Uninterrupted Mesoporous Tunnels: Hierarchical Structure forEfficient Trypsin Immobilization and Stabilization, Angew. Chem. Int.Ed., 2020.
DOI:10.1002/anie.201915332
https://onlinelibrary.wiley.xilesou.top/doi/abs/10.1002/ange.201915332
6. Angew: 基于深度共溶劑的自修復型聚合物電解質助力安全長效鋰金屬電池
高比能鋰金屬電池的發(fā)展受到鋰枝晶生長以及由有機液態(tài)電解質誘發(fā)的安全隱患等問題的阻礙。有鑒于此，悉尼科技大學汪國秀教授與清華大學深圳研究院的李寶華教授等最近報道了一種基于深度共溶劑的自修復型聚合物電解質從而成功地實現(xiàn)了安全穩(wěn)定的高比能鋰金屬電池。
本文要點：
1）這種自修復型聚合物電解質是通過2-（3-（6-甲基-4-氧代-1,4-二氫嘧啶-2）脲基）甲基丙烯酸乙酯（UPyMA）和季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）單體在包含氟代碳酸乙烯酯（FEC）添加劑的深度共溶劑電解液中原位共聚合而制備的。這種經(jīng)過精準設計的自修復型聚合物電解質兼具不燃性、高離子電導率和優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性。共聚物UPyMA-PETEA基質能夠保持共溶劑處于安全的準固態(tài)而不會發(fā)生電解液泄露的風險，因而能夠避免高比能電池的起火爆炸等。
2）對于金屬鋰負極來說，這種共聚型的自修復聚合物電解質能夠通過調控鋰離子在電極-電解質界面上的均勻分布來實現(xiàn)無枝晶的金屬鋰沉積形貌。氟代碳酸乙烯酯的添加可以誘導負極表面形成富含LiF的穩(wěn)定SEI膜來改善電極-電解質界面穩(wěn)定性。而對于正極來說，這種聚合物電解質還能夠抑制過渡金屬離子在電解液中的溶解，從而避免在電化學工作狀況下正極材料的活性物質損失和結構畸變。
3）研究人員將這種基于深度共溶劑的自修復型聚合物電解質用在Li//LiMn2O4全電池中來對其實用性進行評估。值得注意的是，Li//LiMn2O4電池在室溫下0.1C的電流密度下循環(huán)50周后容量仍有81mAh/g而空白對照容量迅速衰減至33mAh/g。此外，在60℃的高溫下全電池也能表現(xiàn)出不錯的循環(huán)穩(wěn)定性。
PaulineJaumaux et al, Deep Eutectic Solvent-Based Self-Healing Polymer Electrolyte forSafe and Long-Life Lithium Metal Batteries, Angewandte Chemie InternationalEdtion, 2020
DOI:10.1002/anie.202001793
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.202001793
7. AM：0.33 V 電壓損失！20.63％效率的Sn–Pb鈣鈦礦太陽能電池
Shockley-Queisser模型的理論效率極限為1.5-1.6 eV帶隙的鉛基鈣鈦礦太陽能電池（PSC），其功率轉換效率（PCE）為21-24％。理想帶隙（1.3–1.4 eV）Sn–Pb PSC的最佳PCE的理論效率極限較高。但是，已報道的Sn–Pb PSC的最佳PCE在18％左右，這主要是由于它們的開路電壓（Voc）缺陷較大（> 0.4 V ）。南方科技大學徐保民團隊研究發(fā)現(xiàn)，添加溴化胍（GABr）可以改善理想帶隙（≈1.34eV）Sn–Pb鈣鈦礦薄膜的結構和光電特性。
本文要點：
1）鈣鈦礦膜中引入的GABr可以有效地降低鈣鈦礦中Sn2+氧化引起的高缺陷密度，這有利于促進空穴傳輸，減少電荷-載流子復合并減少Voc不足。
2）在1.35 eV PSC中實現(xiàn)了20.63％的最佳PCE，其認證效率為19.8％，Voc損失的創(chuàng)紀錄小值為0.33 V，這是迄今為止報道的理想帶隙Sn–Pb PSC中的最高PCE。此外，GABr改性的PSC具有改善的環(huán)境和熱穩(wěn)定性。這項工作是朝著制造高效，穩(wěn)定的理想帶隙PSC邁出的重要一步。
Zhou,X. et al. Highly Efficient and Stable GABr‐Modified Ideal‐Bandgap (1.35 eV) Sn/PbPerovskite Solar Cells Achieve 20.63% Efficiency with a Record Small VocDeficit of 0.33 V. Adv. Mater. 2020, 1908107.
DOI: 10.1002/adma.201908107.
https://doi.org/10.1002/adma.201908107
8. AM：全溶液法制備！柔性非富勒烯基太陽能電池
經(jīng)過全溶液處理的有機太陽能電池（從底部基板到頂部電極）非常適合低成本和普遍應用。然而，制造具有高性能非富勒烯（NF）活性層的高效的全溶液處理有機太陽能電池仍然是一項挑戰(zhàn)。在非富勒烯活性層和可印刷頂部電極（PEDOT：PSS）之間的界面上電荷提取和潤濕的問題一直存在。華中科技大學的周印華團隊通過在活性層和PEDOT：PSS之間采用一層氫鉬青銅（HXMoO3），報道了高效的全溶液處理NF有機太陽能電池（從底部基底到頂部電極）。
本文要點：
1）HXMoO3的雙重功能包括：其?5.44 eV的深費米能級可以有效地從有活性層中提取空穴；可以解決PEDOT：PSS在NF活性層疏水表面上的潤濕問題。
2）重要的是，在合成過程中對HXMoO3組成的精細控制對于獲得HXMoO3與PEDOT：PSS之間的加工正交性至關重要。對于面積分別為0.04和1 cm2的太陽能電池而言，柔性全溶液處理NF器件效率分別為11.9％和10.3％。
LuluSun et al. Flexible All‐Solution‐Processed Organic Solar Cells withHigh‐Performance Nonfullerene Active Layers, Adv.Mater. 2020.
DOI: 10.1002/adma.201907840.
https://doi.org/10.1002/adma.201907840
9. AM：一種納米四面體，增強衰老細胞的清除！
衰化是一種穩(wěn)定的細胞周期停滯狀態(tài)，可以逃避凋亡，導致衰老以及許多與年齡相關的疾病。在此，江南大學孫茂忠、匡華等人利用DNA雜交技術制備了以上轉換納米顆粒（UCNP）為中心的Au20-Au30納米四面體（UAuTe），該四面體可以選擇性地加速衰老細胞的清除，為臨床診斷和治療提供了一種實用的策略，特別是對于衰老和與年齡相關的疾病。
本文要點：
1）當Au納米顆粒上的β-2-微球蛋白抗體（anti‐B2MG）識別衰老細胞時，近紅外光（NIR）通過破壞硼酯鍵來誘導UAuTe的解離。隨后，暴露在UCNPs上的顆粒酶B誘導衰老細胞凋亡，然后可以通過熒光變化來追蹤這一過程。
2）與單一顆粒酶B相比，UAuTe不僅可以通過NIR響應性控制顆粒酶B的遞送，而且不需要穿孔素就可以協(xié)同靶向激活衰老細胞中的顆粒酶B。
3）此外，該工具在體內(nèi)成功應用，實驗結果表明，NIR響應四面體可以在治療30天后恢復衰老小鼠的腎功能、組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)、毛發(fā)密度和運動能力。
AihuaQu, et al. An NIR‐ResponsiveDNA‐Mediated Nanotetrahedron Enhances the Clearance ofSenescent Cells, Adv. Mater., 2020.
DOI:10.1002/adma.202000184
https://doi.org/10.1002/adma.202000184
