1. Nature Commun.：量化和理解無機非金屬材料的摩擦電系列
接觸帶電(CE)是所有現有材料普遍存在的現象，但目前還缺乏定量的材料數據庫來系統地了解其科學機理。有鑒于此，佐治亞理工學院王中林等人利用標準的測量方法，對近30種無機非金屬材料的摩擦電電荷密度(TECD)進行了定量研究。
本文要點：
1）研究人員利用一個標準的方法來量化一系列的無機非金屬材料的摩擦電（TE）系列。測量了近30種常見的無機材料，并按TECDs排序列出了摩擦電系列。通過比較這些材料的功函數，發現摩擦電荷的極性和電荷轉移量與它們的功函數密切相關。
2）無機材料與金屬之間的摩擦電效應主要是由表面態之間的電子量子力學躍遷引起的，接觸帶電的基本驅動力是當兩種材料被迫達到原子距離時，電子試圖填充最低的可用態，以便通過強烈重疊的電子波函數實現電子躍遷。此外，通過功函數的計算，可以對TE的輸出進行粗略的估計和比較，并通過多種方法對材料的功函數進行修正以調整TE的輸出。
這項工作為研究CE的相關機制提供了一個基本的數據來源，并為許多實際應用如能量獲取和自供電傳感提供了一個教科書標準。
Haiyang Zou, et al. Quantifying and understanding the triboelectric series of inorganic non-metallic materials. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 2093.
DOI: 10.1038/s41467-020-15926-1.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15926-1
2. Nature Commun.：X射線納米計算機斷層掃描和建模輔助鋰離子電池電極的3D微結構設計
電動汽車的行駛里程和快速充電能力在很大程度上依賴于鋰離子電池(LiBs)的三維微結構，優化特定運行條件下的電極設計需要大量的基礎研究。有鑒于此，英國倫敦大學學院Paul R. Shearing等人通過一種新型的X射線納米計算機斷層掃描(CT)雙掃描疊加(DSS)技術建立了一個完整的微觀結構解析三維模型，該技術可以捕獲碳粘合劑區域(CBD)的特征。
本文要點：
1）借助新穎的雙掃描疊加（DSS）技術，該技術對低衰減CBD和高衰減LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極（NMC111）成像進行了結合，可重建完整的3D微觀結構，對其進行計量表征和建模。通過三維微結構解析的高保真物理電池模型，闡明了微結構與電化學性能之間的相互作用，以強調非均質性對整體和局部電化學狀態變量（如SoL、電荷轉移、電解質濃度和電化學勢）的影響。
2）闡明了LiBs的性能，特別是在高倍率條件下的性能是如何明顯地受到微觀結構非均質性的影響。活性顆粒的長條形和寬尺寸分布不僅影響了鋰離子的輸運，而且導致了粒子間的非均勻電流分布和沿穿透厚度方向的非均勻鋰化。
3）基于這些見解，研究人員提出并比較了下一代電池電極潛在的分級微結構設計。最后，還進行了原位X射線計算機斷層掃描，以研究在增量壓延步驟中的微觀結構的演變，孔隙率和曲折度的變化，以指導電極體系的制造過程。
Xuekun Lu, et al. 3D microstructure design of lithium-ion battery electrodes assisted by X-ray nano-computed tomography and modelling. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 2079
DOI: 10.1038/s41467-020-15811-x.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15811-x
3. Chem. Rev.：晶體快速離子導體中離子傳輸機理的經典和新興表征技術
晶體快速離子導體中的離子傳輸是一種復雜的物理現象。某些離子種類（如，Ag+、Cu+、Li+、F-、O2-、H+）在固態晶體框架中可以像在液體中一樣快速移動。由于離子在固體中復雜的遷移過程中涉及的長度和時間范圍很廣，離子在快速離子導體晶格中的傳輸機制仍然沒有得到充分的理解。沒有對這些離子傳輸機制的全面了解，就不可能設計出合理的新型快速離子導體。有鑒于此，上海交通大學薄首行、陳倩櫟與馬里蘭大學莫一飛等人綜述了經典的和新興的表征技術(包括實驗和計算)，這些技術可用于研究離子在塊狀晶體無機材料中的傳輸過程。
本文要點：
1）研究人員詳細解釋了離子傳導過程中涉及的各種物理參數，以及影響這些物理參數的結構參數，這些物理參數對于理解離子在固體中的輸運機制至關重要。首先在不相關的離子傳輸機制的背景下討論這些物理參數，并將討論擴展到相關的離子傳輸，并提出了幾個具體的離子輸運模型。
2）離子在晶格中的輸運涉及多個長度尺度，可分為微觀和宏觀兩個層次。研究人員還討論了探測微觀和宏觀離子輸運過程的實驗技術，如核磁共振、準彈性中子散射和介子自旋弛豫等。強調了利用互補實驗技術來研究微觀離子運輸過程的關鍵需求，這些過程涵蓋了大范圍的時間尺度。
3）研究人員還回顧用于研究離子在晶體結構中的擴散和傳輸的計算方法，討論了缺陷和摻雜的計算、擴散機制以及結構穩定性。而后，還比較當前計算技術的優勢和局限性。
Yirong Gao et al. Classical and Emerging Characterization Techniques for Investigation of Ion Transport Mechanisms in Crystalline Fast Ionic Conductors. Chem. Rev. 2020.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00747.
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00747
4. Chem：NaCl基固溶體制備高活性金屬氧化物催化劑的機理
通常使用犧牲性有機模板，過量的溶劑，通過復雜的浸漬和干燥等步驟以制備工業金屬氧化物催化劑。基于先前關于固體研磨方法對多孔金屬氧化物的研究，并受NaCl優異固溶性的啟發，近日，上海交通大學張鵬飛研究員報道了開發出一鍋法通用策略，可以通過基于NaCl的固溶方法制備具有精細分散的貴金屬NPs的多孔金屬氧化物。得到的多孔金屬氧化物（Co3O4，FexOy和Cr2O3）的表面積（例如Cr2O3：224 m2g-1）超出了記錄值。
文章要點：
1）研究人員首先將NaCl（0.5-2 g）和CoCl2（0.475 g）進行球磨混合。在Co2+陽離子均勻分散后，將NaOH作為供氧體添加到混合物中。由于Co2+與OH-之間的強烈庫侖相互作用(Ksp-α-Co(OH)2= 1.09*10-15)，發生了Co2+向相應氫氧化物的選擇性轉化，最后，去除NaCl模板并通過水洗，同時釋放出孔隙。
2）研究發現金屬氯化物在NaCl上的良好分散，即MClx-NaCl固溶的機械化學形成，是控制金屬氧化物的孔隙率和貴金屬種類分散的關鍵步驟。并成功制備出具有高達224 m2g-1的高SSA的一系列多孔金屬氧化物和相關的催化劑（FexOy，C r2O3，Co3O4，Pd-FexOy，Pt-Cr2O3和Rh-Co3O4）。
3）通過將高SSA和高度分散的貴金屬中心相結合，通過這種新途徑獲得的催化劑在三個關鍵的氧化還原反應中具有出色的活性和穩定性，例如：CH4燃燒，硝基苯氫化與逆水煤氣變換（RWGS）反應。將三種催化劑的孔隙率和催化活性與其他方法進行比較的結果表明，這種基于NaCl的機械化學方法具有極高的效率。
總而言之，這種簡單，有效且固態的合成技術為工程化基于金屬氧化物的催化劑，特別是針對大規模應用提供一種新途徑。
Yuan Shu, et al, A Principle for Highly Active Metal Oxide Catalysts via NaCl-Based Solid Solution, Chem, 2020,
DOI：10.1016/j.chempr.2020.04.003.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929420301649
5. JACS: 首例钚（Pu）基MOF(Pu-UiO-66)的合成與表征
金屬有機框架（MOFs）是近年來的研究熱點，由于其結構的多樣性和可調性，MOFs在氣體存儲，分離，傳感，催化等領域具有重要應用。基于錒系元素的MOFs具有自發光性能，低的密度等優勢，并且是研究錒系元素電子特性的穩定平臺。目前已有釷，鈾，镎和镅等錒系元素基MOFs的報道。近日，美國圣母大學Amy E. Hixon等報道了第一個钚（Pu）基MOF(Pu-UiO-66)的合成與表征。
本文要點：
1）作者報道了第一個Pu基MOF(Pu-UiO-66)合成與表征，擴展了已建立的UiO-66系列。
2）作者通過實驗確定了Pu-UiO-66的熱穩定性和孔隙率，并使用多方面的計算方法來驗證實驗值，檢測了該MOF中的固有缺陷，理解了其光譜特征并闡明其電子結構。
3）Pu鏈副產物的結晶提供了Pu-UiO-66合成過程中調控劑和連接基之間發生競爭的直接證據。
該工作為合成具有新穎拓撲結構的Pu基MOFs奠定了基礎，同時也為Pu基MOFs化學的研究提供了可能。
Ashley M. Hastings, et al. Advancement of Actinide Metal–Organic Framework Chemistry via Synthesis of Pu-UiO-66. J. Am. Chem. Soc. 2020,
DOI: 10.1021/jacs.0c018959
https://doi.org/10.1021/jacs.0c01895
6. JACS: 對鋸齒狀鉑納米線ORR活性比Pt好50倍的原子學解釋
質子交換膜燃料電池(PEMFCs)為解決全球可再生能源供應和清潔環境問題提供了一種有效的方案。目前質子交換膜燃料電池大規模商業化的主要障礙是緩慢的氧還原反應(ORR)，這大大增加了催化劑的成本。開發具有更高的性能和更低的成本的ORR電催化劑是一項較大的挑戰。合金納米材料表現出增強的Pt性能，特別是PtNi合金。特別是，在脫合金Pt納米材料中觀察到性能有了極大的改善。盡管有人提出了一些解釋，例如表面Pt原子配位不足，機械應變和較高的電化學活性表面積（ECSA）有助于顯著提高ORR活性，但目前有關表面上哪種活性位點提高了ORR性能仍沒有明確的原子解釋。
有鑒于此，美國加州理工學院William A. Goddard III教授等人，利用多尺度原子模擬，進一步從原子學的角度解釋了這種顯著提高的ORR活性，并描述了活動位點的原子特征。
本文要點：
1）從10000多個表面活性位點中隨機選擇500個，并對表面活性位點8?內的簇進行了量子力學（QM）計算。發現反應Oads + H2Oads→ 2OHads，是Pt(111)上的速率決定步驟（RDS）。
2）OO距離（Oads與H2Oads的O之間的距離）與RDS反應的自由能壘之間有很強的相關性。實際上，Pt（111）的0.29 eV相比，采集的500個表面位點中有14.4％的活性位點在室溫下對RDS反應無能壘，從而提高了反應速率。原因是許多表面位點的凹入性質將H2Oads的OH鍵推向其附近的Oads，從而大大降低了能壘。
3）基于所有表面位點的OO距離對反應速率進行建模，并對整個J-PtNW的性能進行了評估。
總之，該工作提出的活性位點的原子結構為設計ORR高性能電催化劑提供了指導。
Yalu Chen et al. Atomistic Explanation of the Dramatically Improved Oxygen Reduction Reaction of Jagged Platinum Nanowires, 50 times better than Pt. J. Am. Chem. Soc., 2020.
DOI: 10.1021/jacs.9b13218
https://doi.org/10.1021/jacs.9b13218
7. Angew：電場輔助將有機金屬框架本體原位水解為超薄金屬羥基氧化物納米片，以有效OER
如何有效地制備低成本的電催化劑以進行有效的放氧反應（OER）仍然是一個巨大的挑戰。有鑒于此，中科院福建物構所洪茂椿院士，張林杰，陳其輝報道了一種新的策略，可將MOF塊超快轉變為超薄金屬羥基氧化物納米片以實現有效的OER。
文章要點：
1）通過H2BTTA配體分別與Fe團簇或Co摻雜的Fe團簇反應，制備了兩種化學穩定性不同的異構MOF（FJI-H25Fe和FJI-H25FeCo）。電場協助的亞穩FeCo-MOF（FJI-H25FeCo）水解將立即生成厚度為3 nm的FeCo-羥基氧化物（FeCo-MOF-EH）納米片，而更穩定的Fe-MOF（FJI-H25Fe）體積只會導致相同處理條件下的水解產物（FeMOF-EH）嵌段。
2）進一步的研究表明，納米片的形成應來自以下兩個關鍵過程：（1）堿誘導的亞穩態FeCo-MOF塊水解成水解產物塊（FeCo-MOF-H），其中Co部分取代使FeCoMOF在堿性條件下易于水解；（2）電場驅動的FeCo-MOF-H團塊重組為FeCo-MOF-EH納米片，其中團塊內部的各種帶電分子（OH-陰離子，BTTA2-分子，帶電的Co絡合物）的協同轉移將破壞團塊沿團塊電場方向和H2BTTA配體可以直接回收再利用。
3）在Ni泡沫上原位制備的FeCo-MOF-EH納米片表現出出色的OER性能，在10 mA cm-2的電流密度下顯示極低的231 mV過電勢，相對較小的Tafel斜率42 mV dec-1， Cdl值非常大，為105.8 mF cm-2，同時具有超過30 h的長期耐久性。
這項工作不僅為超快速，簡便地制備低成本高效的OER電催化劑提供了新的策略而且提供了一種制備具有良好結晶度和形態的金屬羥基氧化物納米片的新方法，以及一種從MOF材料溫和合成納米級衍生物的新途徑。
Jiayue Tian, et al, Electric-field assisted in-situ hydrolysis of metal-organic framework bulk into ultrathin metal oxyhydroxide nanosheets for efficient oxygen evolution, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202004420
https://doi.org/10.1002/anie.202004420
8. Nano Letters：納米TiO2中的空間異質結及其級聯效應對高效光催化的影響
異質結決定了半導體作為光催化和太陽能燃料技術的性能，光能轉換的高效率很大程度上取決于光生載流子在分離，轉移，收集和利用過程中級聯效應的累積效率。光合作用是一種由外而內的光收集和由內而外的直接電荷轉移的級聯光系統，因此激發了人們對半導體異質結設計的探索，以期獲得預期的光催化性能。二氧化鈦（TiO2）是廣泛使用的半導體之一，而納米碳也是促進電荷分離/轉移/利用并顯著改善半導體的光催化性能的最有效的摻雜劑之一。
有鑒于此，武漢理工大學陽曉宇教授，蘇寶連教授采用一鍋法水熱法獲得了具有核-殼結構的鈦偏轉的TiO2@CQDs@還原的氧化石墨烯（VTi@CQDs@rGO）的空間分布。
文章要點：
1）該三元異質結為產生空間內外異質結提供了理想的模型，從而產生了級聯效應，從而具有顯著的光催化和光電化學性能。空間VTi@CQDs@rGO異質結構在水和海水分解產生的H2，CO2還原反應和光電化學防腐方面優于隨機表面異質結（例如TiO2-CQDs-rGO）。
2）控制空間內外分布內的三元異質結構的能力使得所得材料具有獨特而靈活的特性。這對于例如電子分離-轉移-收集-利用級聯的發展是至關重要的，在該級聯中，VTi@CQDs@rGO空間異質結控制界面遷移的能量損失。研究人員通過研究這種機制，初步將其擴展為VTi@CQDs@rGO@Pt四元復合物。
該研究為低成本，高效率和高穩定性的高性能半導體設計提供了一條有效途徑。
Yi Lu, et al, Spatial Heterojunction in Nanostructured TiO2 and Its Cascade Effect for Efficient Photocatalysis, Nano Lett., 2020
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b05121
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b05121
9. AM：碳化鈦MXene用于高效發光二極管的柔性電極
盡管已經深入探索了幾種透明導電材料，例如碳納米管，石墨烯和導電聚合物，作為光電器件中的柔性電極，但是它們的導電性不足，功函數低以及復雜的電極制造工藝限制了它們的實際應用。首爾大學Tae‐Woo Lee和德雷塞爾大學 Yury Gogotsi等人通過組合簡單的方法即可獲得具有高導電性（≈11670 S cm-1）和高功函（≈5.1eV）的具有透明導電電極（TCE）特性的二維碳化鈦（Ti3C2）MXene膜。
本文要點：
1）該MXene膜通過簡單的溶液處理與表面成分的調制相結合來實現。導電聚合物空穴注入層的化學中和策略用于防止不利的表面氧化并防止電極膜降解。基于MXene電極的有機發光二極管具有102.0 cd A-1的電流效率和≈28.5％ph/el的外部量子效率，這與光學模擬的理論最大值非常吻合。
2）結果證明了MXene作為光電器件中可溶液處理的電極的強大潛力，并為在低成本柔性光電器件中將MXene作為TCE使用提供了指南。
Soyeong Ahn et al. A 2D Titanium Carbide MXene Flexible Electrode for High‐Efficiency Light‐Emitting Diodes，AM, 2020.
https://doi.org/10.1002/adma.202000919
10. Chem. Sci.：具有AIE性能的pH響應型金(I)-二硫化物納米粒子用于監測胃酸
具有聚集誘導發光(AIE)性能的金(I)配合物有著良好的生物相容性和高效的發光性能，是一種可用于監測生物體生理環境的優良探針。然而，其水穩定性差和對生物刺激缺乏響應等障礙也極大地限制了它們在生物系統中的實際應用。北京科技大學蘇磊教授、深圳大學王東副教授和張學記教授、香港科技大學唐本忠院士設計了一種具有AIE性能的pH響應型金(I)-二硫化物納米粒子(NPs)，并將其用于對胃酸進行監測。
本文要點：
1）實驗通過將對pH響應的半胱氨酸(Cys)整合到Au(I)-硫醇(SR)配合物中制備了該NPs，并利用二硫鍵進一步構建了Au(I)-SR-Cys結構。由于親水的Cys位于NPs的外層，因此該球形NPs在水中也具有較高的穩定性和單分散性。
2）此外，Cys的存在也使得NPs具有對 pH響應的特性。得益于這些獨特的優點，該探針也有望成為一種能夠監測胃酸的發光探針，這也是首次有研究利用具有發光性能的金(I)納米材料對生理變化進行監測。
Jianxing Wang. et al. pH-Responsive Au(I)-disulfide nanoparticles with tunable aggregation-induced emission for monitoring intragastric acidity. Chemical Science. 2020
DOI: 10.1039/d0sc01843k
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc01843k#!divAbstract
11. Biomaterials：缺陷改性的氧化鋅可增強聲動力活性氧的產生
化學穩定性差和腫瘤富集度低等缺點會使得常用的有機聲敏劑的治療效果差，嚴重阻礙了聲動力治療(SDT)的進一步臨床應用。在半導體催化和缺陷化學原理的啟發下，中科院長春應化所張洪杰院士通過缺陷工程化制備了一種具有豐富缺陷位的釓摻雜氧化鋅(D-ZnOx:Gd)半導體聲敏劑，并將其用于對深部腫瘤進行高效的聲動力治療。
本文要點：
1）研究表明，豐富的氧缺陷位可以促進D-ZnOx:Gd的電子(e-)和空穴(h+)的分離，進而顯著增強聲動力效應。
2）另外，由于D-ZnOx:Gd富含氧缺陷位，因此它也更容易吸附水分子和氧分子，進而大大提高生成ROS的能力。因此實驗利用這種缺陷豐富的ZnO納米材料中，可以實現增強的聲動力效應以治療深部乳腺癌腫瘤。綜上所述，這一研究工作不僅拓寬了氧化鋅半導體納米材料在納米醫學領域的應用，而且揭示了通過缺陷工程化增強氧化鋅聲動力效應的機理，為缺陷工程在腫瘤治療中領域的應用提供了新的思路。
Yang Liu. et al. Defect modified zinc oxide with augmenting sonodynamic reactive oxygen species generation. Biomaterials. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220303215
