1. Chem. Soc.Rev.：邁向高性能固態Li-S電池: 從基礎認識到工程設計
固態鋰硫電池(SSLSBs)具有高能量密度和高安全性，被認為是滿足電動汽車市場需求的最有前途的儲能設備之一。然而，鋰多硫化物的穿梭效應、界面不匹配、鋰枝晶的生長以及基礎研究與實際應用之間的差距等關鍵挑戰仍然阻礙著SSLSBs的商業化。近日，來自加拿大西安大略大學的孫學良等人的綜述，從基礎和工程的觀點出發，為實際的SSLSBs尋找合理的設計參數。
本文要點：
1）重點回顧了SSLSBs的工作原理、組成部分和實際挑戰。綜述了利用先進的表征技術和密度泛函理論(DFT)計算來理解界面挑戰的最新進展和方法。
2）系統分析了載硫量、電解液厚度、放電容量、放電電壓、正極硫含量等一系列設計參數對SSLSB袋裝電池重量能密度和體積能密度的影響。
3）討論了最近報道的SSLSBs的優缺點，并提供了解決這些缺點的潛在策略。最后，對SSLSB工程的發展方向和前景進行了展望。
Yanget al., Towards high-performance solid-state Li–S batteries:from fundamental understanding to engineering design. Chem. Soc. Rev., 2020,Advance Article.
DOI:10.1039/C9CS00635D
https://doi.org/10.1039/C9CS00635D
2. Chem. Soc.Rev.: 用于C-H鍵及相關官能化反應的新型非常規有機溶劑
在化學科學中，溶劑工程已經越來越成為一個大家共同感興趣的熱門話題。近年來，研究人員們開發出了很多在C-H鍵以及相關官能化反應中有著應用潛力的新型非常規有機溶劑。在這篇綜述文章中，西班牙加泰羅尼亞化學研究所的Mónica H. Pérez-Temprano和德國亞琛工業大學Frederic W. Patureau對這些新型有機溶劑尤其是其中的鹵代溶劑進行了歸類整理并提出了這些溶劑對于有機合成方法發展的相關觀點。
本文要點：
1) 作者在文章中對這些新型有機溶劑進行了簡短的羅列，其中包括六氟異丙醇、三氟乙醇、三氯乙醇、C2Cl4以及一種新型的非鹵代有機溶劑—異丙苯。作者對其中幾種溶劑的反應模式進行了整理：其中異丙苯是一種自由基氧化活性劑、半持久性的自由基儲存劑以及“Mukaiyama Trick”的還原劑，因而其可以在一些氧化還原限制反應中作為良好溶劑；四氯乙烯是一種廉價且穩定的π-酸，在還原消除作為速決步的反應中可以作為良好的助溶劑；而六氟異丙醇則非常適用于降低極性過渡態的一些有機反應。
2) 作者認為，在過去的數月之中，新型有機溶劑的開發已經顯著促進了C-H官能化這個有機分支的蓬勃發展。因此它們預計該領域在未來一段時間內將在數量和質量上都取得突飛猛進的成就。這些溶劑參與反應的化學機制也可以幫助人們更好地探索有機合成反應的奧秘，這真是一個令人振奮的時代！
CongjunYu et al, Emerging unconventional organic solvents for C–H bond and related functionalization reactions, Chem. Soc. Rev.,2020
DOI: 10.1039/C8CS00883C
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/c8cs00883c#!divAbstract
3. Sci. Adv.：鐵基超導體中的可擴展馬約拉納渦旋模式
鐵基超導體FeTexSe1?x是渦旋核中存在馬約拉納渦旋模式（MVM）的候選材料之一。最近的掃描隧道光譜測量發現，具有零偏壓峰（ZBP）的渦旋核的分數隨著FeTexSe1-x表面上的磁場的增加而降低。兩個馬約拉納渦旋模式的雜化不能簡單地解釋這一現象。有鑒于此，中國科學院卡弗里理論物理研究所Ching-Kai Chiu等人建立了一個三維緊束縛（TB）模型，模擬了FeTexSe1?x中一百多個馬約拉納渦旋模式的物理過程。
本文要點：
1）仿真結果表明，馬約拉納雜化和無序渦旋分布可以解釋實驗中觀測到的具有ZBPs渦旋的減少。此外，通過分析STM測量得到的能量峰值統計，發現在沒有ZBPs的渦旋核中，除了零能量外，第一個接近零能量的局域態密度（LDOS）峰的數量呈金字塔形分布。這種分布與TB模型相一致，可以與馬約拉納雜化作用相聯系，使峰遠離零能量。
2）LDOS與MVM詳細耦合之間的相互作用非常復雜，單個渦旋的輕微運動（~14 nm相干長度）就會顯著影響運動渦旋附近渦旋核的LDOS，而在強磁場中，渦旋的運動可以改變渦旋核中某些ZBPs的缺失或存在，使其遠離運動渦旋（距離小于倫敦滲透深度）。
3）由于MVMs的自旋紋理在馬約拉納雜化存在的情況下仍然存在，因此通過自旋選擇STM探測到的多個雜交MVMs的通用自旋特征將成為鐵基超導平臺中可擴展馬約拉納量子位的確鑿證據。
因此，FeTexSe1?x可能是一個很有前途的平臺，有望成為未來構建MVMs形成的可擴展量子門和讀出馬約拉納量子位的主要步驟。
Ching-KaiChiu et al. Scalable Majorana vortex modes in iron-based superconductors. Sci. Adv. 2020, 6 (9),eaay0443.
DOI:10.1126/sciadv.aay0443
https://doi.org/10.1126/sciadv.aay0443
4. Nature Commun.: 分子間級聯的π共軛通道助力電子傳輸功能的CO2光還原
將CO2光還原為燃料為通過太陽能的使用控制全球碳平衡提供了有效的策略。但是，定向光生電子的傳輸這一對于CO2電還原具有決定性的步驟卻面臨著諸多挑戰。有鑒于此，華中農業大學的Hao Chen與日本國家材料科學研究所的葉金花等發現通過修飾共軛聚合物的分子間和分子內共軛狀況可以利用分子間級聯的共軛通道來為CO2的光還原過程功能。
本文要點：
1) 研究人員發現利用Suzuki-Miyaura偶聯取代Sonogashira-Hagihara偶聯來修飾共軛聚合物的分子內與分子間相互作用能夠將分子中芘這一部分產生的電子局域在共軛聚合物的苯環部分，進而通過分子間π級聯通道將光生電子更快地傳輸到Co(Ⅱ)二聯吡啶化合物中。
2) 在目前采用Co(Ⅱ)二聯吡啶化合物作為催化劑的CO2光還原反應中，在所有報道過的共軛聚合物中，具有直接相連的網絡結構的共軛聚合物分子表現出最高的CO析出活性（高達2247 umol/g/h），表觀量子效率超過了3.39%。相比未經修飾的共軛聚合物該工作所報道的已修飾聚合物對于CO2光還原反應的增強程度超出了138倍。
3）研究人員對上述優異光還原CO2性能的深層次原因進行了進一步探究。理論計算和瞬態光譜結果均顯示，分子間級聯的π-共軛通道大大促進了光生電子向催化劑活性中心的轉移。因此該策略通過分子工程成功地解決了定向電子輸運過程中的最關鍵的挑戰。
Shengyao Wang et al, Intermolecular cascadedπ-conjugation channels for electron deliverypowering CO2 photoreduction, Nature Communications, 2020
DOI: 10.1038/s41467-020-14851-7
https://www.nature.com/articles/s41467-020-14851-7
5. JACS：靜電屏障對多孔基質的納米粒子的動力學及可及性的影響
限域擴散在物理、化學及生物過程中具有重要意義。許多天然和合成多孔材料（包括細胞內環境）內的納米顆粒和大分子傳質的基本過程都是通過狹窄的收縮部（即“孔”）從一個腔體轉移到另一個腔體，這個過程時比較復雜的，一些研究發現空腔逸出的過程可能受到遠程（例如，靜電）粒子-壁相互作用，瞬時吸附/解吸，表面擴散和流體動力學效應等因素的影響。越來越多的研究表明，納米粒子，大分子和細菌在受限條件下會遇到意想不到的阻礙和異常擴散，但仍未系統地探索這些因素對空腔逸出和易位的影響。
近日，科羅拉多大學博爾德分校的Daniel K. Schwartz等人使用三維（3D）跟蹤方法來研究可視化周期性多孔納米結構中的納米粒子擴散過程，通過離子強度介導靜電相互作用。研究發現靜電相互作用對納米顆粒傳輸具有顯著的影響。通過計算和實驗分析的結果表明，這種阻礙孔傳輸是由于孔區域內的靜電能壘引起的，使用DLVO理論對其進行了定量解釋。這些研究表明納米粒子從空穴逸出過程受到勢壘限制，并受靜電作用支配。相關內容發表在《美國化學會志》上。
文章要點：
1）在存在靜電排斥的情況下，納米顆粒緩慢逸出。對孔附近的勢能的詳細分析表明，這種趨勢是由于靜電排斥在孔的入口處產生了一個高能壘，從而大大縮小了有效孔的尺寸，并導致納米顆粒在低鹽條件下的緩慢逸出。
2）在靜電相互作用下納米粒子或大分子的受限擴散對分離和生物過程具有重要意義，通過調整靜電相互作用可以定量控制納米粒子通過毛孔。最新實驗研究發現即使在非水系統中，腔體逸出也存在強大的障礙。結合經驗觀察到（但了解得很少）的非極性溶劑與表面活性劑之間的靜電相互作用，這些結果提供了潛在的解釋，并指出了空穴逸出的靜電屏障對遷移率和孔隙空間可及性的影響，可能會擴展到各種液體填充的多孔材料。
Haichao Wu, et al,. Electrostatic Barriers to NanoparticleAccessibility of a Porous Matrix, J. Am. Chem. Soc,2020
DOI: 10.1021/jacs.9b12096
https://doi.org/10.1021/jacs.9b12096
6. JACS：具有豐富的活性邊緣和氧化基團的多功能水溶性C2N量子點
C2N作為一種新的二維（2D）分層框架，在基礎研究和潛在應用領域都有著廣闊的應用前景。將大塊C2N轉變為零維量子點（QDs）可以產生獨特的量子限制效應和邊緣效應，從而產生新的或改進的性質。盡管C2NQDs具有誘人的潛力，但人們對其有趣的性質以及對其顯著邊緣效應的基本認識仍不甚了解。有鑒于此，中山大學的余丁山等研究人員，報道了首次通過自上而下的方法合成水溶性C2NQDs，不需要任何外來穩定劑，并利用其線性/非線性光學性質和獨特的對多硫化物的邊緣優先電催化活性來實現多用途。
本文要點：
1）所制備的平均粒徑小于5nm的無分散劑C2NQDs具有豐富的載氧基團和活性邊，不僅在水中具有優異的分散性，而且還具有有趣的多功能性。
2）它們不僅可以在紫外（UV）激發下發出藍色的單光子發光（OPL），還可以在750-900 nm的寬近紅外（NIR）激發范圍內發出綠色的雙光子發光（TPL），使其成為一種新型的熒光墨水。
3）當C2NQDs被引入到商用分離器中時，它們可以作為新的無金屬催化劑來促進多硫化物氧化還原動力學，并在8.0 mg cm-2的高硫負載下賦予Li-S電池優異的循環穩定性、高倍率能力和大面積容量（7.0 mA h cm-2）。
詳細的理論和實驗結果表明，C2N的邊緣比平臺更有利于捕獲和催化多硫化物的轉化，C2NQDs中的活性邊緣與含氧基團的協同作用顯著提高了多硫化物的固定化和催化轉化率。
XuanheHu, et al. Versatile, Aqueous Soluble C2N Quantum Dots with EnrichedActive Edges and Oxygenated Groups. Journal of the American Chemical Society,2020.
DOI：10.1021/jacs.9b11169
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b11169
7. JACS：定向外加電場和離子添加劑引發氧化加成反應的催化和機制交叉
合理應用定向外加電場（OEEFs）能夠對化學反應的動力學和熱力學發揮催化作用。近日，希伯來大學的Jyothish Joy和Sason Shaik等人研究了OEEFs輔助催化劑的能力，并證明鈀催化劑與烷基/芳基親電試劑之間的氧化加成速率可以通過沿電子重組方向（即“反應軸”）施加OEEF來控制。
本文要點：
1）氧化加成的協同機理是通過具有中等電荷轉移特性的過渡態進行的，并且沿反應軸的OEEFs可以控制這種電荷轉移并產生靜電催化作用。當外加電場超過某一臨界值（～0.15V/?）時，能夠觀察到芳基親電試劑的協同型反應性與離解型CSNAr反應性之間的機制交叉。
2）烷基親電試劑在相對較低的OEEFs條件下，以較大的過渡態穩定性反應，遵循一種迄今為止尚未探索的SN2反應路徑，這些結果可以通過價鍵狀態相關圖 (VBSCD)來理解。
3）雖然鹽添加劑在氧化加成中的催化作用已為人所知，但其作用機理仍存在爭議。作者進一步證明了鹽添加劑對交叉偶聯反應速率有電場效應，并且這種協同催化效應可以通過外加電場合理再現。
4）作者提出使用添加劑(陰離子或陽離子)是一種實驗可行的策略，以實現外部電場效應在氧化加成催化中的常規應用。
JyothishJoy et al. Oriented External Electric Fields and Ionic Additives ElicitCatalysis and Mechanistic Crossover in Oxidative Addition Reactions. J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI: 10.1021/jacs.9b11507
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11507
8. AM: 具有高光敏性的全納米線紅外傳感系統
紅外（IR）光電探測器是一種重要的光電器件，因此近年來引起了相當大的研究關注。對于納米級光電探測器和圖像傳感器而言，光敏性是越來越重要的設備性能參數，因為它決定了最終的成像質量和對比度。但是，最新的基于低維納米結構的紅外探測器的光敏度非常低，限制了它們的實際應用。于此，中科院半導體所沈國震、Zheng Lou等人介紹了一種仿生IR檢測放大（IRDA）系統.
本文要點：
1) 該系統通過引入納米線場效應晶體管（FET）將光敏性提高了幾個數量級，從而在1342 nm的光照下，其峰值光敏度為7.6×104。因此，可以在柔性IRDA陣列上獲得高對比度的紅外光成像。
2) 然后可以通過人工神經網絡訓練并識別圖像信息，以提高圖像識別效率。
這項工作為開發高性能紅外成像系統提供了新的視角，并且無疑將為以后在人工智能和生物機器人系統方面的工作帶來啟發。
Ran,W., et al., An Integrated Flexible All‐Nanowire Infrared Sensing Systemwith Record Photosensitivity. Adv. Mater. 2020, 1908419.
https://doi.org/10.1002/adma.201908419
9. AM: 生物分子壓電材料
生物分子壓電材料由于其強大的壓電性、生物相容性和低介電性能，被認為是一種很有潛力的生物醫學應用材料。人們發現電場會影響組織的發育和再生，而人體內生物材料的壓電特性是通過壓力提供電場的。因此，對生物組織及其構件中壓電性的理解受到了廣泛的關注。于此，加州大學伯克利分校Seung‐Wuk Lee、韓國成均館大學Sang‐Woo Kim和韓國大邱慶北科技學院Ju‐Hyuck Lee等人對生物分子壓電材料進行綜述。
本文要點：
1） 本文的目的是描述生物材料中的壓電原理，從非常基本的構件（即氨基酸、肽、蛋白質等）到高度組織化的組織（即骨骼、皮膚等）。
2） 綜述了各種生物材料（包括氨基酸、多肽、蛋白質和組織）中壓電性的研究進展。
3） 還介紹了各種生物材料中壓電的機理和起源。
Kim,D., et al., Biomolecular Piezoelectric Materials: From Amino Acids to LivingTissues. Adv. Mater. 2020, 1906989.
https://doi.org/10.1002/adma.201906989
10. Nano Energy: 通過引入表面缺陷來恢復3d過渡金屬 富Li氧化物中可逆陰離子氧化還原能力
基于3d過渡金屬的Li層狀氧化物（LLO）中O2-/（O2）n-的可逆陰離子氧化還原性質受到了新的關注，因為它具有可以進一步提高鋰離子電池能量密度的氧化還原中心的能力。但是，研究發現過度氧化的（O2）n-在循環時極不穩定，會導致晶體發生不可逆結構轉變，從而降低電極材料長期的循環穩定性。近日，哈爾濱工業大學的甄良教授、華盛頓大學的曹國忠教授和哈爾濱工業大學的徐成彥教授課題組發現通過表面缺陷工程可以調節陰離子氧化還原的能力，從而改善循環過程中的不穩定性現象。
本文要點：
1）通過表面的原子結構重建，可獲得具有氧空位的高度缺陷的表面層，從而顯著增強了陰離子氧化還原的可逆性以及塊狀晶體結構的穩定性。該改性的LLO在100次循環后表現出較高的放電容量保持率（94.5％），氧化還原電勢（放電期間> 3.0 V）和能量密度保持率（90.2％）。準原位XPS測量證實O2-/（O2）n-氧化還原對具有較高可逆性。
2）同時，DFT計算也證實了這一結論。DFT計算結果表明LLO在完全鋰化狀態下形成的氧空位通過還原偶聯機制緩解了氧的過度氧化和不穩定超氧化物（（O2）-）的形成。
PeiY, Chen Q, Wang M, et al. Reviving Reversible Anion Redox in3d-Transition-Metal Li Rich Oxides by Introducing Surface Defects. Nano Energy,2020.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104644
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520302019
