1. Sci. Adv.: 一維六方氮化硼導電通道
六方氮化硼（hBN）是具有較大帶隙的絕緣二維（2D）材料，該材料在2D電子產品中的潛在用途受到其絕緣性的限制。近日，韓國蔚山科學技術研究院Zonghoon Lee，蔚山基礎科學研究所Suklyun Hong等合作，報道了化學氣相沉積法（CVD）合成的少層hBN在AA'/ AB堆積邊界處的原子級尖銳孿晶界，并對其進行了研究。
本文要點：
1）作者采用CVD法在銅基底上合成了少層hBN膜，并將其轉移到TEM網格上。
2）研究發現，孿晶界由6'6'構型組成，顯示出帶隙為零的導電特征。基于AB堆積的hBN層邊界處延伸的Klein邊緣的觀察，通過類比AA'/ AB的堆積組合，作者提出了原子級尖銳的孿晶界的形成機理。
3）原子級尖銳的AA'/ AB堆積邊界有望作為嵌入絕緣初始hBN中的最終一維電子通道。
該工作為單hBN電子設備的制造鋪平了道路。
HyoJu Park, Janghwan Cha, et al. One-dimensional hexagonal boron nitrideconducting channel. Sci. Adv. 2020,
DOI: 10.1126/sciadv.aay4958
https://advances.sciencemag.org/content/6/10/eaay4958?rss=1
2. Nature Commun.: 12.4%記錄效率！錫基鈣鈦礦太陽能電池最高值
錫基鈣鈦礦正在成為解決鉛鈣鈦礦的毒性和理論效率限制的有前途的材料。但是，錫基鈣鈦礦太陽能電池的電壓和效率遠低于鉛基體系。上海科技大學寧志軍團隊開發了一種具有較高能級的茚-C60雙加合物被用作鈣鈦礦錫太陽能電池的電子傳輸材料。
本文要點：
1）茚-C60雙加合物抑制了由于遠程摻雜而引起的載流子濃度增加，從而大大減少了界面載流子的復合。而且，茚-C60雙加合物增加了器件的光電壓。
2）結果，使用茚-C60雙加合物帶來了迄今為止報道的0.94V最高電壓，比基于PCBM的器件的0.6 V高50％以上。該器件在經認可的獨立光伏測試實驗室中顯示出創紀錄的12.4％的效率。
XianyuanJiang et al. Ultra-high open-circuit voltage of tin perovskite solar cells viaan electron transporting layer design，Nat. Commun., 2020.
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15078-2
3. JACS：通過調節中間吸附，提高銅鎳合金上的硝酸鹽對氨的活性
將NO3?電化學轉化為氨（NH3）可以循環利用氮，并為生產NH3提供了一條比氮氣更有價值的途徑。但由于缺乏一個有關調節催化劑結構以提高催化活性的機制，NO3?電還原的發展仍然受到重重阻礙。有鑒于此，多倫多大學Edward H. Sargent證明了在Cu50Ni50合金催化劑上硝酸鹽還原反應（NO3?RR）的性能得到了增強。
本文要點：
1）這項工作提出了中間吸附能與CuNi催化劑上NO3?RR活性之間的關系，通過用Ni代替50％的Cu，能夠顯著提高了NO3?還原為NH3的性能。性能的提升包括半波電位上移了0.12 V，實現最佳NH3法拉第效率（FE）的過電位降低了0.2 V。在堿性條件下（pH = 14），與0 V（vs. RHE）的純銅相比，Cu50Ni50合金催化劑的NO3?RR活性提高了6倍。
2）電子結構研究表明，d帶中心向費米能級上移，這一特征增強了中間吸附能。通過DFT計算驗證了這種關系，由于NO3?在CuNi表面的吸附能增強，降低了過電位，發現引入Ni原子會使電位相關階躍（PDS）從NO3?吸附轉變為*NH2加氫，從而確定了NO3?RR-NH3的路徑。催化劑電子結構與NO3?RR活性之間的這種相關性為進一步開發NO3?RR催化劑提供了設計平臺。
YuhangWang et al. Enhanced nitrate-to-ammonia activity on copper-nickel alloys viatuning of intermediate adsorption. J. Am. Chem. Soc. 2020.
DOI:10.1021/jacs.9b13347
https://doi.org/10.1021/jacs.9b13347
4. JACS: 具一維納米孔的可降解鈀納米片用于缺氧腫瘤的高活性協同光熱治療
鈀納米片（Pd NSs）由于其在光熱療法中的廣闊應用前景而引起了廣泛的關注。然而，它們的光動力學性質卻很少被報道。有鑒于此，北京化工大學的劉惠玉和中國科學院北京化學研究所的黃志軍首次使用各向異性氧化蝕刻策略合成了有孔Pd NSs（H-Pd NSs），H-Pd NSs具有光動力活性，抗缺氧能力和光熱活性。
本文要點：
1）首先合成了六邊形鈀納米片（Pd NSs），然后Pd納米片在乙醇溶液中通過Br--O2的各向異性氧化刻蝕得到H-PdNSs。H-Pd NSs具有平行一維納米孔，孔壁被活性（100）平面覆蓋。
2）H-PdNSs在808 nm 激光照射下能高效催化O2生成1O2，表明它可以作為PSs用于腫瘤PDT。H-Pd NSs可以高效將H2O2分解為O2，從而調節腫瘤的缺氧環境。由于氧化蝕刻，H-Pd NSs還可以在模擬生理介質中降解。H-Pd NSs具有熱和光聲成像特性。體外和體內實驗表明，H-Pd NSs具有出色的光熱穩定性，生物相容性和腫瘤特異性積累。在近紅外激光照射下，H-Pd NSs可以作為光熱/光動力劑用于光聲成像引導的低氧腫瘤治療，并且達到了體內99.7％的腫瘤抑制率。
3）這項工作為在金屬孔壁中引入活性平面，擴大Pd NSs的應用范圍以及設計可生物降解的貴金屬納米治療劑用于癌癥治療提供了新思路。
ShanshanLi et al. Degradable holey palladium nanosheets with highly active 1Dnanoholes for synergetic phototherapy of hypoxic tumors. J. Am. Chem. Soc.,(2020).
DOI: 10.1021/jacs.9b12929
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b12929
5. JACS：先進鈉離子電池用高鈉P2型層狀氧化物正極材料
鈉離子電池（NIB）在大規模電能存儲系統（EES）中有巨大的應用前景，在學術和工業界都受到了廣泛的關注。層狀氧化物被認為是NIB最重要的正極材料之一，并且可通過在主體中引入不同元素來調整其電化學性能。各種成分會帶來了復雜的影響，這對于層狀堆疊結構，Na離子電導率和氧化還原活性都具有決定性的作用。基于此原理，中國科學院物理研究所胡勇勝和荷蘭代爾夫特理工大學Marnix Wagemaker等人探索了這些P2型層狀氧化物中的最大Na含量，并發現主體中的高含量Na增強了結構穩定性，而且還促進了低價陽離子向其高氧化態的轉變。
本文要點：
1） 可以通過增加O（2p）-TM（3d-eg）狀態的雜化來同時影響局部TM環境和NaO2和TMO2層之間的相互作用。
2） 超長循環壽命和高的可逆容量（>100 mAh g-1）說明了它具有出色的Na離子遷移率，，還防止了TMO2層的有害滑動（P2-O2結構轉變）。
3） 目前開發的高鈉含量P2型材料的優點可進一步用于探索其他高鈉電極材料。同時摻雜的元素也可以是多價元素（例如Ca2+，Mg2+，Y3+，La3+），當它們取代Na位時，它們也會促進TM離子的氧化并使結構穩定。
ChenglongZhao, et al. Revealing High Na-Content P2-Type Layered Oxides for AdvancedSodium-Ion Cathodes, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI:10.1021/jacs.9b13572
https://doi.org/10.1021/jacs.9b13572
6. JACS：低溫犧牲模板法制備氧還原非貴金屬電催化劑
質子交換膜燃料電池（PEMFC）可將存儲在氫中的化學能直接轉化為電能，十分節能且環保。阻礙PEMFC大規模商業化的主要挑戰是用于ORR的鉑金屬（PGM）催化劑成本過于高昂。因此，開發碳，氮和活性金屬元素（即Fe或Co）這類非PGM電催化劑已成為研究的重點。金屬有機骨架MOF的使用以及低濃度的Fe有助于防止金屬催化活性位點的團聚，從而制備出大量單原子催化劑。基于此原理，美國伊利諾伊大學香檳分校楊宏等人提出了使用鎘Cd而不是Zn作為犧牲金屬模板的非PGM催化劑合成策略。
本文要點：
1） 報道了使用Cd代替Zn作為犧牲的金屬來制備非PGM ORR催化劑的方法。選擇Cd是因為其沸點較低，并且能夠結合到各種MOF結構中，有助于在低溫下制備單原子活性位點。
2） 為了將Cd用作犧牲金屬模板，使用1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷（DABCO），籠狀叔二胺與對苯二甲酸（TPA）和Fe前體一起用作含N的配體，以形成ORR催化劑的MOF前驅體。
3） 這種新方法與ZIF-8作為前驅體的方法相比，可以在更低的溫度下制備高活性Fe單原子ORR催化劑。通過使用Cd可以使熱解溫度降低到750°C以下，這有助于保留單原子鐵活性位點。
TalhaAl-Zoubi, et al. Preparation of Non-precious Metal Electrocatalysts for theReduction of Oxygen Using a Low-Temperature Sacrificial Metal, J. Am.Chem. Soc. 2020
DOI:10.1021/jacs.9b11061
https://doi.org/10.1021/jacs.9b11061
7. JACS：揭示鎳單原子催化劑的活性結構：電荷容量和氫鍵的關鍵作用
嵌入石墨烯中的鎳單原子是最具代表性的單原子催化劑之一，對電化學CO2還原（CO2R）生成CO具有很高的活性和選擇性。但是，催化起源，尤其是Ni的配位結構仍然令人費解。有鑒于此，德克薩斯大學奧斯汀分校Yuanyue Liu使用從頭算分子動力學（AIMD）和“慢增長”抽樣法對反應動力學障礙進行了評估，證明了（位點的）電荷容量和（與中間體的）氫鍵作用起著至關重要的作用，并且它們的作用可以解決催化起源問題。
本文要點：
1）高電荷容量允許催化位點攜帶比電化學步驟所需的更多的電荷，從而降低了電化學勢壘。氫鍵通過穩定中間體并促進H從水中的轉移加速了生成極性中間體的反應，這解釋了CO2R在析氫反應中的高選擇性。
2）基于此，研究人員發現一個氮原子和三個碳原子的混合配位環境對CO2R是最具活性和選擇性的。這項工作揭示了電荷容量和氫鍵在水溶液電化學反應中的關鍵作用，并為增進對催化劑的理解和有效設計鋪平了道路。
XunhuaZhao et al. Unveiling the Active Structure of Single Nickel Atom Catalysis:Critical Roles of Charge Capacity and Hydrogen Bonding. J. Am. Chem.Soc. 2020.
DOI:10.1021/jacs.9b13872
https://doi.org/10.1021/jacs.9b13872
8. JACS：通過從頭算分子動力學模擬來加深鉑催化氫反應的理解
在水環境中，析氫反應（HER）和氫氧化反應（HOR）是兩個相關的電化學反應。盡管鉑族金屬是HER/HOR活性最高的電催化劑，但在堿性條件下反應緩慢的動力學阻礙了它們在堿性電解水和陰離子交換膜燃料電池中的應用。為了解決這個問題，南京大學劉春根教授等人通過求解擴散層物質傳輸和金屬/電解質界面微動力學的積分方程，對Pt（111）晶面在整個pH范圍進行多尺度模擬HER/HOR極化曲線，以探究其原因。
本文要點：
1） 利用密度泛函理論（DFT）計算得到了與電位相關的自由能曲線，Pt（111）上HER/HOR在整個pH范圍瞬態動力學模擬的極化曲線與實驗觀察結果非常吻合。
2） 通過對具有不同金屬-OH*結合能的模型進行系統的研究證實，靠近HOR起始電位的電流是通過除OH*之外的其他OH-途徑提供的，這表明OH*不太可能是HOR的有效活性指標。
3） 速率控制度（DRC）分析表明，雖然酸性電流僅由Tafel步驟控制，而堿性電流則由Tafel和Volmer步驟共同控制，因為在堿性條件下Volmer勢壘會大大增加。
LingLiu, et al. Enhancing the understanding of hydrogen evolution and oxidationreactions on Pt(111) through ab initio simulation of electrode/electrolytekinetics, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI:10.1021/jacs.9b13694
https://doi.org/10.1021/jacs.9b13694
9. JACS: 含四面體[Cu4]0內核的原子精確Cu23納米團簇
由于銅納米團簇具有不穩定性，因此其精確原子結構的解析仍然具有挑戰。近日，山東大學孫頔，堪薩斯州立大學Christine M. Aikens等合作，報告了一種對空氣和水分穩定的Cu23納米團簇（SD/Cu23a和SD/Cu23b）。
本文要點：
1）作者通過梯度還原法（GRS），用Cu（CF3COO）2，tBuC≡CH，Cu粉和Ph2SiH2反應，控制還原反應的動力學，從而避免形成純CuI絡合物或大的Cu0納米粒子，得到SD/Cu23a和SD/Cu23b。
2）結構分析發現，該Cu23團簇具有[Cu4] 0四面體內核，其外部Cu19殼被tBuC≡C-和CF3COO-配體保護，該團簇是具有1S21P2電子外殼封閉結構的四電子超原子。
3）改變溶劑，Cu23團簇可以結晶成兩種空間群（R3c和R-3），具有R-3c空間群的SD/Cu23a主要受范德華力和CH???F相互作用的支配，而具有R-3空間群的SD/Cu23b主要受分子間CH???Cl氯仿相互作用的支配。
該工作不僅體現了用于銅納米團簇合成的梯度還原策略的獨特性，而且還為以可精確調整的方式合成多態銅納米團簇提供了參考。
Bao-LiangHan, et al. Polymorphism in Atomically Precise Cu23 NanoclusterIncorporating Tetrahedral [Cu4]0 Kernel. J. Am. Chem. Soc.2020,
DOI: 10.1021/jacs.0c01053
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c01053
10. JACS：揭示鈣鈦礦前體溶液與所得器件性能之間的關系
對于使用溶液法制造鈣鈦礦太陽能電池（PSC），必須了解鈣鈦礦前體溶液的特性以實現高性能和可重復性。新南威爾士大學Anita W. Y. Ho-baillie，浦項工科大學Min Gyu Kim和蔚山科學技術大學校Sang Il Seok團隊研究了在各種條件下的鈣鈦礦型前體中的膠體（碘代鉛酸鹽）。
本文要點：
1）通過原位X射線吸收精細結構研究檢查了其的局部結構。通過透射電子顯微鏡，X射線衍射分析，空間電荷限制電流和開爾文探針力顯微鏡對具有前體溶液的基材上的鈣鈦礦薄膜進行了表征。
2）發現鈣鈦礦前體溶液的膠體性質與鈣鈦礦膜的缺陷濃度和結晶度直接相關。這項工作提供了通過改變前體溶解度來控制鈣鈦礦薄膜的指南，從而可以使用膠體工程化的鹵化鉛鈣鈦礦層來制造有效的PSC。
JincheolKim et al. Unveiling the relationship between the perovskite precursor solutionand the resulting device performance, J. Am. Chem. Soc. 2020.
https://doi.org/10.1021/jacs.0c00411
11. AM：通過計算建模塑造固態電解質的未來
在過去的十年中，已經進行了大量研究來設計和制造具有可與傳統鋰離子電池離子電導率相媲美的的固態電解質（SSEs）。通過不斷努力，已經成功地引入了新的，擴散性更高的電解質材料。但是，仍然需要更多的研究來理解鋰離子在SSE材料中的擴散機理，并設計出適合全固態電池（ASSBs）化學和物理特性的新型SSE。有鑒于此，昆士蘭大學Debra J. Searles等人概述了旨在了解和改進固態電解質的計算研究方面的進展。
本文要點：
1）全固態電池發展面臨的主要挑戰之一是設計具有高離子擴散系數的新型固態電池，以保持化學和相的穩定性，從而提供一個廣闊的電化學穩定窗口。要解決這一問題，需要深入了解SSEs的擴散機理和特性。應用強大的計算工具，如DFT、經典分子動力學模擬和AIMD模擬，可以更好地理解與溫度相關的相變、SSEs的化學和電化學穩定性等現象，使計算預測SSEs的室溫離子電導率變得可行。
2）第二個重要的挑戰是對SSE和電極之間的界面理解的發展。機器學習的進一步發展為研究ASSBs中的擴散機理和理解固體/固體界面開辟了可能性。隨著更多材料的研究，類似于電解質基因組計劃的液體電解質資源將變得有用。由于界面的復雜性和挑戰，如SSE的化學和電化學穩定性以及電子結構的挑戰，開發新的計算方法以幫助理解SSE/電極的界面及其對ASSBs性能的影響尤為重要。
對高性能SSEs的持續需求將推動該領域的研究，這需要在未來的試驗中應用不同的仿真技術以及實驗來開發新的ASSBs。
ArdeshirBaktash et al. Shaping the Future of Solid-State Electrolytes throughComputational Modeling. Adv. Mater. 2020, 1908041.
DOI:10.1002/adma.201908041
https://doi.org/10.1002/adma.201908041
