1. Nature 綜述：納米功能材料的單顆粒光譜
2. Nat. Rev.Chem.展望：產烷生物的負氫離子轉移反應：從H2到有機底物
某些厭氧微生物已經進化出利用H2作為能量代謝過程中還原劑的機制。相應地，這些微生物也發展了H2活化酶，這類酶有望用于H2經濟產業。在甲烷古菌的氫營養型代謝路徑中，4H2失去8e-，將CO2轉化為CH4。在標準培養條件下，這些古菌表達出[NiFe]-氫化酶，將H2異裂解離為2H+和2e?，電子則被供應到主要的代謝途徑。在Ni有限的情況下，用于還原脫氮黃素（F420）的[NiFe]-氫化酶含量下降，其功能主要由含量增加的[Fe]-氫化酶代替。
這種[Fe]-氫化酶在生物界十分獨特，能裂解H2，將H-直接轉移到含咪唑底物。[Fe]-氫化酶在Fe輔酶處（連接2個CO分子、1個酰基、1個吡啶N、1個半胱氨酸硫醇基）活化H2。受此啟發，化學家不僅設計出了類似的Fe基催化劑用于溶液中H2的催化裂解，而且通過改性[Fe]-氫化酶蛋白設計出了半人工蛋白。最近，馬克斯·普朗克地球微生物學研究所Seigo Shima團隊總結了氫營養型產烷生物涉及以上過程的酶，特別是進行還原步驟的酶。
本文要點：
1) 分以下方面進行了歸納：基于CO2和H2的產烷作用；[Fe]-氫化酶及其FeGP輔酶；[Fe]-氫化酶的結構和機理。
2）詳細討論了[Fe]-氫化酶人工模擬的最新進展。
最后，作者指出，若想將[Fe]-氫化酶和其半人工蛋白的應用推廣到內源性底物以外，必須加深對氫化酶作用機制的理解。
GangfengHuang, et al. Methanogenesis involves direct hydride transfer from H2 toan organic substrate. Nature Reviews Chemistry, 2020.
DOI:10.1038/s41570-020-0167-2
https://www.nature.com/articles/s41570-020-0167-2
3. Nature Commun.: 原位原子尺度觀察孿晶鉑納米晶晶粒尺寸和孿晶界厚度效應極限
對于亞微米尺寸的孿晶結構多晶金屬，孿晶界厚度控制的塑性變形機制已廣為人知。然而，對于晶粒尺寸和孿晶厚度均達到納米級的納米晶金屬，這些金屬如何適應塑性變形仍不清楚。有鑒于此，北京工業大學的韓曉東課題組和浙江大學的張澤院士課題組深入研究了整體晶粒尺寸和孿晶界厚度對孿晶結構鉑納米晶的變形模式的影響。
本文要點：
1）使用自制的雙傾斜高分辨率（HR）TEM拉伸臺，在原子尺度上原位研究了孿晶結構Pt納米晶薄膜的塑性變形機理。
2）在晶粒尺寸在10 nm以上時，有一個孿晶厚度的臨界值，在該臨界值處，與孿晶平面相交的完全位錯轉換為變形模式，從而導致平行于孿晶平面的部分位錯。該臨界孿晶厚度值在約6 - 10 nm之間變化，并且取決于晶粒尺寸。對于尺寸在6 -10 nm的晶粒，僅觀察到平行于孿晶晶面的部分位錯。與以前的研究相反，當晶粒尺寸低于6 nm時，對強化和軟化變形模型的孿晶界效應就停止了，可塑性轉換為晶界介導，這表明孿晶結構納米晶金屬的可塑性受部分位錯活動支配。
3）更加深入地研究了孿晶結構納米晶金屬的變形機制，這對于使用晶界和孿晶界設計高強度且延展性好的材料非常有用。
LihuaWang et al. In situ atomic-scale observation of grain size and twinthickness effect limit in twin-structural nanocrystallineplatinum. Nat. Commun., 2020, 11, 1167.
DOI: 10.1038/s41467-020-14876-y
https://www.nature.com/articles/s41467-020-14876-y
4. Science Advances：無縫多材料三維液晶彈性體驅動器用于下一代全軟機器人
液晶彈性體（LCEs）是一種出色的軟致動器材料，適用于廣泛的應用，尤其是軟機器人技術的蓬勃發展領域。為了表現出高靈活性和復雜性能的全軟LCE機器人，通常需要將多個組件集成到一個機器人主體中。于此，清華大學吉巖和危巖教授等人展示了無縫多組分/多材料三維（3D）LCE機器人，它可以通過同時焊接和對準具有不同化學成分和物理特性的LCE材料而無需其他添加劑（例如膠帶和膠水）來創建（就像金屬焊接一樣）。
本文要點：
1）LCE材料的焊接和對準都依賴于具有反應性丙烯酸酯基團的預成型LCE膜的熱聚合。
2）該方法提供了一種簡單易行的方法，可以實現任意三維理想幾何體的穩健制造，且具有非常穩定的可逆驅動和多功能性，這極大地拓展了LCE軟機器人的應用和制造領域。
ZhangY, et al. Seamless multimaterial 3D liquid-crystalline elastomer actuators fornext-generation entirely soft robots. Science Advances. 2020;6(9):eaay8606.
DOI:10.1126/sciadv.aay8606
https://advances.sciencemag.org/content/6/9/eaay8606
5. Science Advances：一氧化氮水凝膠揭示血管生成機制
內皮細胞（ECs）中一氧化氮（NO）的產生會促進血管生成。盡管人類間充質干細胞（hMSCs）的促血管生成作用已被廣泛研究，但NO在這一作用中的機制仍不清楚。于此，韓國延世大學醫學院Hak-Joon Sung等人使用一種明膠水凝膠，通過谷氨酰胺轉胺酶反應交聯后釋放NO（NO-gel）。
本文要點：
1）在NO凝膠中監測骨髓來源的hMSCs（BMSCs）與脂肪來源的hMSCs（ADSCs）的來源特異性行為。NO抑制導致其血管生成活性顯著降低。
2）與ADSCs的內皮細胞分化相比，NO-gel誘導的BMSCs周細胞樣特征，（BMSCs對比ADSCs）特征表現為管穩定對比管形成、3D共定位對比2D共形成的EC管網絡、凝膠塞中周細胞樣傷口愈合對比EC樣血管生成、周細胞對比EC標志物生成。
這些結果為NO在調節hMSC來源特異性血管生成機制中的作用及其治療應用提供了以前未知的見解。
KangM-L, et al. Hydrogel cross-linking–programmed release of nitricoxide regulates source-dependent angiogenic behaviors of human mesenchymal stemcell. Science Advances. 2020;6(9):eaay5413.
DOI:10.1126/sciadv.aay5413
https://advances.sciencemag.org/content/6/9/eaay5413
6. Angew：光催化劑合成新策略! 具有增強光電化學性能的太陽能轉化雜結構Fe2TiO5-TiO2納米籠的制備
具有良好組成和結構的光催化劑對于實現高效的太陽能轉化為化學能具有重要意義，高級中空結構的異質結構半導體光催化劑具有有益的特征，可以促進光催化反應的活性。近日，南洋理工大學樓雄文課題組開發了一種簡便的合成策略，用于制造Fe2TiO5-TiO2納米籠（NCs）作為光電化學（PEC）水分解池中的陽極材料。
進行水熱反應以將MIL-125（Ti）納米盤（NDs）轉變為Ti-Fe-O NCs，然后進一步轉變為Fe2TiO5-TiO2通過后退火工藝的NC。由于組成和結構上的優勢，與TiO2NDs，Fe2TiO5納米顆粒（NPs）和Fe2TiO5 -TiO2 NPs 相比，異質結構的Fe2TiO5-TiO2增強了PEC水氧化性能。
文章要點：
1）通過傳統的溶劑熱方法合成MIL-125（Ti），隨后，通過水熱反應將準備好的MIL-125（Ti）ND轉化為Ti-Fe-O NCs。通過電泳沉積方法在恒壓模式下將Ti-Fe-O NCs沉積在一塊摻氟的氧化錫（FTO）玻璃上,將獲得的電極在800°C的高溫下進一步退火10分鐘，以制造Fe2TiO5 -TiO2光陽極。HRTEM測試表明通過通過Ti-Fe-O NCs的退火可以得到異質結構的Fe2TiO5 -TiO2NCs。
2）制備了由TiO2 ND，Fe2TiO5納米顆粒（NPs）和Fe2TiO5 -TiO2 構成的光陽極作為對照樣品，用于揭示用于PEC水氧化的異質結構Fe2TiO5 -TiO2 NCs 的組成和結構優勢。與TiO2 NDs和Fe2TiO5 NPs相比，異質結構的Fe2TiO5 -TiO2NPs表現出更高的性能。該結果表明，Fe2TiO5和TiO2之間的異質結構可以促進光催化活性。
總之，已經通過一種簡便的合成方法制備了新穎的異質結構的Fe2TiO5-TiO2NPs納米籠（NCs）。所開發的合成策略可能會激發進一步的能力來構建中空異質結構光催化劑，以有效利用太陽能。
Zhang,P., et al. Fabrication of Heterostructured Fe2TiO5-TiO2 Nanocageswith Enhanced Photoelectrochemical Performance for Solar Energy Conversion.Angew. Chem. Int. Ed. 2020
DOI:10.1002/anie.202000697
https://doi.org/10.1002/anie.202000697
7. EES: 通過界面工程、結構調控工程探索Au/SiO2Plasma作用在太陽能電池的應用
Plasma金屬在光作用下具有界面局域plasma作用（localized surface plasmon resonance (LSPR)），通過將Plasma金屬和半導體結合，光吸收和載流子傳輸過程得以改善和提升。佐治亞理工學院Zhiqun Lin和中南民族大學Yingkui Yang首次報道了基于Plasma金屬/絕緣體核殼納米結構的鈣鈦礦太陽能電池，并通過固定Plasma金屬大小，系統的調控了絕緣層的厚度，發展了隨厚度變化條件下太陽能電池工作情況。
本文要點：
1）利用星型結構聚合物納米反應器方法合成了單分散的Au/SiO2核殼結構Plasma體系，并將Au/SiO2夾在雙層連續TiO2電子傳輸層中。通過在合成過程中調整SiO2厚度，對plasma作用進行研究。
2）在調控SiO2厚度的過程中，發現SiO2厚度變化過程影響了電荷傳輸：只有控制SiO2厚度在一定程度內，Au核中的電荷才能傳輸至TiO2層中，傳輸的電子改善了局域電子遷移，提升了短路電流密度Jsc。提升了TiO2層的FermiLevel位置。
3）基于TiO2/Au NPs/TiO2 電子傳輸層的電池效率分別達到18.81 %（平面結構電池）和19.42 %（介孔結構電池）。
XunCui, et al. Tailoring carrier dynamics in perovskite solar cells via precisedimension and architecture control and interfacial positioning of plasmonicnanoparticles. EnergyEnviron. Sci., 2020, Advance Article，
DOI:10.1039/c9ee03937f
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee03937f#!divAbstract
8. EES綜述: 高效光電化學電池系統中吸光多級結構的設計
光電化學（Photoelectrochemical(PEC)）電池系統包括了染料敏化太陽能電池和光電化學分解水兩部分。產生電荷和光吸收是不同的過程，并且符合這兩種要求的材料難以找到限制了光電化學電池系統的發展。按照葉綠體、樹枝、樹干等自然光反應系統，將吸光系統分為多層結構：支持層（有助于電荷傳遞）、光吸收層、抗光反射層，通過這種方法能夠分別解決電荷產生和光吸收的復雜問題。北京大學深圳研究院的楊世和和中山大學Yexiang Tong總結了近段時間在設計和發展多級結構材料用于光電化學電池系統的最新發展情況。
本文要點：
1）從結構設計上總結光吸收和電荷傳遞過程中的吸光過程、電荷載流子轉移過程。
2）總結和展望光電化學電池系統的發展。
Songtao Tang; Weitao Qiu;Shuang Xiao; Yexiang Tong; Shihe Yang
Harnessinghierarchical architectures to trap light for efficient photoelectrochemicalcells. Energy Environ. Sci., 2020, Advance Article,
DOI: 10.1039/C9EE02986A
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee02986a#!divAbstract
9. EES綜述：用于全固態鋰電池的鹵化物固態電解質的進展與展望
鹵化物固態電解質具有高室溫離子電導率（＞10-3S/cm）、寬電化學穩定窗口以及與氧化物正極良好的兼容性等諸多優勢因而在全固態鋰電池領域備受矚目。近日，加拿大西安大略大學的孫學良教授對鹵化物固態電解質的發展、結構、離子電導、化學穩定性以及面臨的挑戰等問題進行了細致的總結概括。
本文要點：
1) 文章首先對鹵化物基固態電解質的歷史沿革進行了簡單梳理，然后對幾種不同類型的鹵化物固態電解質進行了介紹。作者從實用化角度總結了鹵化物基固態電解質的合成方法，尤其重點關注了可擴大生產的液相制備手段。作者對比討論了不同類型電解質的化學穩定性（包括熱穩定性、空氣/濕度穩定性、正負極穩定性）和本征的電化學穩定窗口。
2) 文章隨后列出了不同鹵化物固態電解質的應用領域。在備受關注的全固態鋰電池領域，鹵化物固態電解質不僅被用作電解質使用，還可以利用其抗氧化能力來用作高壓正極與電解質之間的緩沖層；而對于一些負極穩定性較好的電解質如Li3OCl等還被開發為液態電解質中的金屬鋰負極保護層；良好的電化學穩定性使得鹵化物固態電解質還可以被用做高壓氧化物正極材料顆粒的包覆層。此外，文章還對使用鹵化物固態電解質的鋰電池的能量密度進行了評估：使用盡可能薄的電解質片和更高的電極活性物質載量能夠顯著改善電池的能量密度水平。
3) 文章最后給出了鹵化物基固態電解質在未來的發展方向，比如進一步優化空位濃度提高電解質的離子電導率，通過調整化學組分或增加功能性夾層來提升對于金屬鋰負極的穩定性等。
XiaonaLi et al, Progress and Perspectives of Halide-based Lithium Conductors forAll-Solid-State Batteries, Energy & Environmental Science, 2020
DOI: 10.1039/C9EE03828K
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/EE/C9EE03828K#!divAbstract
10. Nano Energy：鈀修飾鈣鈦礦陰極，助力固體氧化物電解槽中的CO2電解
通過固體氧化物電解槽（SOEC）進行的CO2電解以CO為主要產物，具有過電位低、電流密度大、能量效率高等優點，被越來越多的人關注，其可以通過費托合成（FT）進一步轉化為化學和液體燃料。但由于傳統Ni-YSZ陰極在長期高溫運行過程中的不穩定性，開發高效的鈣鈦礦氧化物陰極對促進SOECs中的CO2電解仍然是一個巨大的挑戰。有鑒于此，中國科學院大連化學物理研究所包信和院士與汪國雄研究員構造了Pd單位點固定的La0.5Sr0.5FeO3-δ-Ce0.8Sm0.2O2-x（Pd-LSF(SDC)）陰極，用于在固體氧化物電解槽中進行CO2電解。
本文要點：
1）Pd修飾的LSF是通過球磨和隨后的煅燒制備而成，電化學和密度泛函理論計算結果表明，Pd在周圍氧環境下的作用下被固定在LSF相上。與LSF相比，Pd修飾的LSF極大地改善了CO2電解性能，其在1.6 V時電流密度提高了65.7％。
2） 具有氧空位的配位不飽和Pd促進了CO2的解離吸附、電子轉移和質量傳遞，從而大大降低了陰極的極化電阻并提高了CO2的電解性能。這項工作為設計用于高溫CO2電解的負載型單位點催化劑提供了有效的策略。
YingjieZhou et al. Pd single site-anchored perovskite cathode for CO2 electrolysisin solid oxide electrolysis cells. Nano Energy 2020, 71,104598
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104598
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104598
11. Nano energy：硫摻入誘導的高度無序氧化鈷納米結構電催化水分解
開發用于析氧反應（OER）和析氫反應（HER）的經濟高效的活性電催化劑對于電解水可持續產生氫氣和電能存儲具有重要意義。過渡金屬氧化物，尤其是鈷基氧化物，由于其高催化活性和良好的氧化還原能力，是有前途和有吸引力的雙功能電催化劑。但是，結晶鈷基氧化物的固有催化性能遠未達到實際應用。
近日，中科大俞書宏院士和高敏銳團隊，以及悉尼科技大學汪國秀教授通過使用簡單的室溫離子交換策略將硫摻入結晶氧化鈷中制備出一種結構無序的S-CoO x催化劑，與晶體形式相比，S-CoO x催化劑的無序性使低氧配位和富集的缺陷部位增加，這使S-CoO x對堿中的OER和HER都具有優異的催化活性。有趣的是，采用S-CoOx作為OER和HER電極催化劑的水電解槽僅需1.63 V，即可在1 M KOH中達到10mA/cm2的電流密度。
本文要點：
1）通過一種簡便的室溫硫離子交換策略合成了無序結構的S-CoOx電催化劑。
2）實驗和DFT計算結果進一步表明，無序結構的S-CoOx催化劑產生了優選的電子態。
3）這種新穎的無序結構策略使S-CoOx催化劑對堿性電解質中的OER和HER都具有優異的催化活性。采用S-CoOx作為OER和HER電極催化劑的水電解槽僅需1.63V，即可在1 M KOH中達到10 mA/cm2的電流密度。
Xingxing Yu, et al,. Highly Disordered Cobalt Oxide NanostructureInduced by Sulfur Incorporation for Efficient Overall Water Splitting, NanoEnergy,2020,
DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104652
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520302093
