1. Nature Nanotechnology：納米材料的毒性
Nature Nanotechnology的編輯最近發表了社論，對納米材料的毒性，特別是針對碳納米管材料進行討論。SIN列表（https://chemsec.org/sin-list/）由瑞典的非營利組織ChemSec制作，其中包括了大量的有毒化學品物種，他們認為列表中的物種需要被聯合國限制使用。該列表中的物種是基于聯合國監管框架中的工業化學品中高度關注的物種，ChemSec認為這些化學品的限制應用應該盡快得以執行，并為公司、政府、規則制定者提供一些使用非毒性和安全的產品進行指導。
本文要點：
納米材料的危險性和毒性難以界定，因為納米材料的大小、形貌、化學結構、電荷等因素影響了生物學、病理學作用。其中對碳納米管的毒性研究得到了一些關注，有研究對多種不同的碳納米管在體內的短期/長期作用進行探索。對納米材料的危險性進行評估相關的表征具有較高難度，并且被人們所關注。這其中的問題可能需要學界的關心，并且這些毒性相關結果反過來能對政府、監管機構對納米材料的毒性做正確的判斷。
Editor, et al. The risks of nanomaterial risk assessment，Nature Nanotechnology 2020, 15, 163
DOI：10.1038/s41565-020-0658-9
https://www.nature.com/articles/s41565-020-0658-9
2. Matter：具有高彎曲度和硫濃度的高性能鋰硫電池電極
正極中硫相關活性物質的溶解/擴散損失以及鋰金屬負極中的枝晶生長阻礙了鋰硫電池的實際應用。有鑒于此，斯坦福大學崔屹教授報道了“高彎曲度和高硫親和性”原理，其中高電極彎曲度和高氧濃度是控制正極內可溶性硫活性物質擴散行為的關鍵參數，這對于改善電化學性能和超高負荷硫正極的循環穩定性非常重要。
文章要點：
1）高彎曲氧化石墨烯膜eGF（13.24）中水平排列的rGO片擴展了活性材料的向外擴散途徑，以將溶解的LiPS固定在多孔正極內，而rGO片中的氧官能團（濃度為16％）可以與硫鍵合以減輕LiPS溶解/擴散損失。
2）得益于高彎曲度和高硫親和性，單位面積容量為21 mAh cm-2，在快速充電速率（16 mA cm-2）下的電池容量保持率達到60％。同時，在這種超高硫負載S@eGF正極中，在160次循環后實現了98.1％的保留率和穩定的正極電阻，遠遠超過了低彎曲度（4.91），低氧濃度（0.5％）的正極。
3）循環電極和原位光學H電池的SEM表征表明，LiPS擴散和溶解的嚴重程度分別與曲折度和氧氣濃度的降低呈正相關，導致非活性硫沉積在正極上表面，內部活性物質失效，動力學變差。此外，這種多孔eGF基質還可以有效抑制鋰金屬負極中的枝晶生長，從而有助于延長電池循環壽命的達278％，并防止危險的枝晶引起電池短路。
該研究同時解決了兩個電極的電化學性能和穩定性問題。可大規模制造的eGF電極不僅為遭受液相擴散損失問題的電極提供了有效設計原理，而且還為下一代具有高密度，長循環壽命，安全性高的高能鋰電池技術鋪平了道路。
Chen et al., Electrode Design with Integration of High Tortuosity and Sulfur-Philicity for High-Performance Lithium-Sulfur Battery, Matter (2020)
DOI：10.1016/j.matt.2020.04.011
https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.04.011
3. Nature Commun.：鹵化物鈣鈦礦中的良性鐵彈性孿晶邊界
金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜的晶界可以影響電荷傳輸，復合，因此影響鈣鈦礦薄膜太陽能電池的功率轉換效率。作為一種特殊的晶界，最近發現CH3NH3PbI3薄膜和單晶中都存在鐵彈性孿晶界。然而，它們對鈣鈦礦中載流子運輸和復合的影響尚待探索。北卡羅來納大學教堂山分校的黃勁松等人對此進行了深入研究。
本文要點：
1）使用掃描光電流顯微鏡，研究發現，孿晶邊界對跨越它們的載流子傳輸的影響可以忽略不計。光致發光（PL）成像以及空間分辨的PL強度和壽命掃描證實了孿晶邊界的電子良性，這與規則的晶界形成鮮明對比，后者阻礙了載流子的傳輸并表現為非輻射復合中心。
2）孿晶邊界區的電子良性應與其獨特的缺陷結構有關，其不涉及其他點缺陷或懸空鍵的產生。最后，發現孿晶邊界區域比晶粒內部更容易退化。
Xiao, X., Li, W., Fang, Y. et al. Benign ferroelastic twin boundaries in halide perovskites for charge carrier transport and recombination. Nat. Commun. 11, 2215 (2020).
DOI: 10.1038/s41467-020-16075-1
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16075-1
4. Nature Commun.：大尺寸Cs3Bi2I9單晶，用于X射線探測器
有機-無機雜化鹵化鉛鈣鈦礦已經成為太陽能電池，激光器和探測器的一系列星形材料。然而，由于揮發性有機組分而導致的有毒鉛元素和穩定性提出的問題嚴重限制了它們的潛在應用。陜西師范大學的劉生忠等人開發了一種成核控制的溶液法來生長大尺寸高質量Cs3Bi2I9鈣鈦礦單晶（PSC）。
本文要點：
1）使用該技術，研究人員制備了幾厘米大小的單晶，并獲得了很高的器件性能。研究發現基于PSC的X射線檢測器具有1652.3 μCGyair-1 cm-2的高靈敏度和130 nGyair s-1的非常低的可檢測劑量率，這在醫學診斷中都需要。
2）此外，其出色的熱穩定性激勵研究人員開發出在高達100 度的溫度下具有穩定響應的高溫X射線探測器。此外，PSC由于其信號漂移可忽略不計且具有極高的穩定性，因此具有很高的X射線成像能力。
Zhang, Y., Liu, Y., Xu, Z. et al. Nucleation-controlled growth of superior lead-free perovskite Cs3Bi2I9 single-crystals for high-performance X-ray detection. Nat. Commun.11, 2304 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-16034-w
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16034-w
5. Nature Commun.：鹽包水電解質中醌電化學介導的二氧化碳捕獲
碳捕獲對于減少二氧化碳排放至關重要。利用氧化還原活性吸附劑（例如醌）的電化學介導碳捕獲有望成為一種通用和經濟的途徑。然而，由于有毒性，易燃的有機電解質以及昂貴的離子液體等限制了其實際應用。
有鑒于此，麻省理工學院Alan Hatton報道了合理設計的鹽包水電解質可以有效解決水性環境與醌電化學之間不相容的二氧化碳捕獲問題，從而解決了安全性，毒性以及成本問題。
文章要點：
1）水分子的數量不足以完全溶解陽離子，因此不存在游離態水，這可以有效地抑制水分子的活性以擴展電化學穩定性窗口。通過選擇適當的鹽類，可以實現所需的溶液pH，以便溶解的無機碳主要由CO2組成。
2）值得注意的是，與稀釋后的醌二價陰離子相比，由于電介質環境的改變，還原的醌二價離子在熱力學上對二氧化碳具有更高的反應性，并且在鹽包水電解質中更不容易發生競爭性反應。實驗和理論計算表明，鹽包水電解質可增強醌的碳捕獲動力學和容量。
3）研究人員發現，鹽包水電解質還具有在連續氣體鼓泡下的高保水性，以及與有機電解質相比，電極固定的醌分子的溶解減少等優勢。
Liu, Y., Ye, H., Diederichsen, K.M. et al. Electrochemically mediated carbon dioxide separation with quinone chemistry in salt-concentrated aqueous media. Nat Commun 11, 2278 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-16150-7
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16150-7
6. Nano Lett.: 藍光窄發射! CsEuCl3非鉛鈣鈦礦納米晶
APbX3 (A = CH3NH3、CH(NH2)2; X = Cl、Br、I) 鈣鈦礦納米晶因其優異的發光性能在光電領域展現出良好的應用前景，然而其穩定性及鉛的毒性問題始終是該領域面臨的兩大難題。當前，發展無鉛鈣鈦礦納米晶是解決鉛的毒性問題的主要途徑之一，如錫基（Sn2+）鈣鈦礦納米晶、雙鈣鈦礦Cs2AgBiX6納米晶及Cs3Bi2Br9鈣鈦礦納米晶等，但仍存在Sn2+容易氧化成Sn4+，而雙鈣鈦礦Cs2AgBiX6納米晶非直接帶隙發光效率較差，Cs3Bi2Br9鈣鈦礦納米晶半峰寬較寬等問題。
因此，尋求新型穩定非鉛窄發射鈣鈦礦納米晶具有重要意義。近日，加州大學伯克利分校楊培東教授等人通過熱注入方法合成了無鉛CsEuCl3鈣鈦礦納米晶，所得到納米晶粒徑分布均勻、半峰寬窄且具有較好的穩定性。
本文要點：
1）以EuCl3為前驅體，并以油酸、油胺作為配體，其中油胺可將Eu3+還原成Eu2+，解決傳統EuCl2前驅體難溶解問題；所得到的CsEuCl3鈣鈦礦納米晶發射藍光（435 nm），半峰寬為19 nm，熒光量子產率為2 ± 0.3%，通過1-丁基-4-甲基氯化吡啶進行表面鈍化，可進一步提升至5.7 ± 0.3%。
2）CsEuCl3鈣鈦礦納米晶可分散在甲苯溶液中，在惰性氣體保護下可保持良好的穩定性數月；但在空氣中滴涂時，容易被氧化成Eu3+，通過PMMA可以有效屏蔽濕度及氧氣的影響，并在激光持續照射下仍然能保持良好的穩定性。
Jianmei Huang, et al, Lead-free Cesium Europium Halide Perovskite Nanocrystals, Nano Lett, 2020
DOI：10.1021/acs.nanolett.0c00692
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c00692
7. Nano Lett.：核殼C@Sb 納米顆粒作為高性能鈉金屬負極的成核層
金屬鈉負極(SMA)具有成本低、資源豐富等優點，是下一代充電電池技術最受青睞的選擇之一。然而，由于枝晶生長和形成不穩定的固體電解質界面導致的可逆性較差，嚴重阻礙了SMAs的實際應用。
有鑒于此，上海大學吳明紅教授，Chao Wu報道了一種由具有精心設計的核殼結構的C@Sb納米粒子(NPs)組成的新型成核緩沖層，用于控制金屬鈉的電化學均勻沉積。
文章要點：
1）研究人員首先用間苯二酚甲醛(RF)樹脂通過界面聚合對直徑約200 nm的Fe3O4納米粒子進行包覆。得到的RF@Fe3O4納米粒子在Ar/H2氣氛中通過退火和還原轉化為C@Fe納米粒子，隨后與三氯化銻的置換反應產生所需的核殼C@Sb納米顆粒。TEM圖像顯示了內部Sb芯的多孔結構。XRD圖譜證實了C@Fe納米顆粒成功轉化為C@Sb納米顆粒。此外，還制備了空心碳球(HCSs)作為對照，以驗證內部Sb芯的重要性，為此，涂覆在銅箔上的HCSs被表示為HCS@Cu箔。
2）為了評價成核層在鍍鈉過程中的作用，研究人員在裸銅、HCS@Cu和C@Sb@Cu箔上進行了電流密度為1 mA cm-2的恒流電鍍。采用HCS成核層后，裸銅箔的過電位(70.1 mV)降低到34.1 mV。而C@Sb@Cu箔的過電位低至4.3 mV，遠低于上述兩種材料的過電位。過電位的降低表明C@Sb可以作為種子在空間上控制鈉的沉積。此外，C@Sb納米顆粒的電壓分布在0.55V處有一個鈉化平臺，表明在0V以上形成了NaxSb合金相。通常，與Cu和HCS相比，NaxSb合金與沉積的鈉具有更低的結合能，從而提供更低的成核勢壘。
3）多孔銻芯對金屬鈉具有很高的比表面積和很低的成核勢壘，提供了豐富的初始成核位點。外部碳殼能夠防止多孔的銻納米顆粒在循環過程中結塊，確保銻納米顆粒的高效功能，從而實現長期耐久性。以C@Sb涂層銅箔(記為C@Sb@Cu箔)為電極的電池表現出前所未有的循環穩定性，在4 mAh cm-2和6 mAh cm-2的高沉積容量下，分別可電鍍/剝離近6000 h和2600 h。
這種巧妙的合金基成核劑的結構設計為穩定具有目標性能的金屬鈉開辟了一條有前途的途徑。
Guanyao Wang, et al, Core-Shell C@Sb Nanoparticles as a Nucleation Layer for High-Performance Sodium Metal Anodes, Nano Lett., 2020
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01257
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01257
8. Angew：腫瘤外泌體/AIEgen混合納米囊泡用于增強腫瘤穿透的光動力治療
開發具有聚集誘導發光(AIE)特性的新型光敏劑大大地推動了光動力治療(PDT)的發展。深圳市人民醫院Yang Li、香港科技大學鄭正和唐本忠院士采用電穿孔法制備了一種將腫瘤外泌體和AIEgen相結合的混合型納米囊泡(DES)。
本文要點：
1）研究表明，DES具有增強的腫瘤穿透效果，實驗也將其與地塞米松聯用后發現它能夠使得腫瘤微環境（TME）內的血管功能正常化，進而緩解TME的乏氧情況，因此可以顯著提高DES納米囊泡的PDT效能，從而更為有效地抑制腫瘤生長。
2）該研究是將AIEgen與腫瘤外泌體相結合的首例，并且證明了通過腫瘤內血管功能的正?；梢詫崿F乏氧的緩解和PDT的增強。綜上所述，這一工作開發了一種新的方法來設計基于AIEgen的PDT系統，從而為實現AIEgen的臨床應用價值提供了新的策略。
Daoming Zhu. et al. Tumor-exocytosed exosome/AIEgen hybrid nano vesicles facilitate efficient tumor penetration and photodynamic therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2020
DOI: 10.1002/anie.202003672
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202003672
9. Angew：高效、穩定還原CO2的三元Sn-Ti-O電催化劑
錫（Sn）和部分氧化的SnOx基材料是CO2RR中最有希望的非貴金屬之一，能夠將CO2轉化為CO和甲酸。值得注意的是，SnOx中的氧原子在中間體的吸附中起著重要作用。然而，由于所需產物選擇性低，過電勢大（超過 0.8 V）和窄電勢窗口等降低了CO2RR的能量效率（EE）。此外，由于在陰極條件下，金屬氧化物的還原和CO2RR之間的競爭，O原子的引入也會使催化劑變得不穩定。因此，在電化學CO2轉化中同時提高能效和材料穩定性仍然是一項尚未解決的挑戰。
有鑒于此，河南師范大學白正宇副教授，加拿大滑鐵盧大學陳忠偉院士報道了用鈦(Ti)修飾Sn用于構建三維有序介孔(3DOM)結構，成功地制備了Sn-Ti-O三元電催化劑，以克服現有CO2RR結構的局限性。
文章要點：
1）在一系列三元Sn-Ti-O電催化劑中，3D有序介孔(3DOM)Sn0.3Ti0.7O2實現了活性中心暴露和結構穩定性之間的折衷，在低至430 mV的過電位下表現出高達71.5%的半電池EE和94.5%的法拉第效率。
2）密度泛函理論(DFT)和X射線吸收精細結構分析表明，Sn-Ti-O電催化劑中存在電子密度重構。Sn軌道帶中心的下移和Ti的電荷轉移共同促進了CO生成所需中間體COOH*的解離吸附。同時Ti的存在還有利于保持局部堿性環境以抑制H2和甲酸鹽的形成以及穩定氧原子來延長耐久性。
該研究為二氧化碳的高效轉化提供了一種新的材料設計策略。
Guobin Wen, et al, Ternary Sn-Ti-O Electrocatalyst Boosts the Stability and Energy Efficiency of CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202004149
https://doi.org/10.1002/anie.202004149
10. AEM綜述：無負極全電池---高比能鋰金屬電池的必由之路！
高能量密度電池的開發對于交通運輸和發電產業的低碳化運行至關重要。對于任意的含鋰正極體系來說，無負極全電池結構由于能夠消除過量鋰因而能夠實現最高的能量密度。而且，在電池組裝過程中避免使用活潑的金屬鋰也能為工業生產提供便利。然而，由于金屬鋰的沉積-剝離效率低、循環穩定性較差，因此無負極體系的發展面臨著嚴峻的挑戰。在本綜述中，德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram等對提高無負極鋰金屬全電池的各項策略進行了概括總結并對這一新興領域的發展進行了展望。
本文要點：
1) 文章首先對無負極鋰金屬全電池的結構和優勢進行了闡述。在傳統的金屬鋰電池或者鋰離子電池中，負極（金屬鋰或石墨等）都是在電池組裝之初實際存在的。而無負極電池的鋰全部來源于富鋰態的正極，負極實際上只有一個集流體，在充放電過程只能夠來自正極的鋰在負極集流體上發生沉積-剝離。因而鋰金屬沉積-剝離的效率和均勻程度對于無負極鋰金屬電池的電化學性能至關重要。從能量密度的角度來說，由于避免直接使用負極因此其體積能量密度可提高85.5%。
2) 文章揭示了無負極金屬鋰全電池容量衰減的原因。金屬鋰在集流體上的不均勻沉積會形成很多具有巨大比表面積的沉積微結構，這些沉積物與液體電解質之間發生化學/電化學反應，從而導致固態電解質界面（SEI膜）的形成。不過，由于金屬鋰沉積體積膨脹是無限的，因此很容易導致SEI膜破裂持續造成鋰的消耗。這個問題對于無負極體系十分致命，因為其電池內部的活性鋰是有限的，因而長期循環下會造成可用的活潑鋰逐漸減少，從而容量持續衰減直至電池完全不能工作。
3) 作者在文中重點介紹了改善無負極全電池電化學性能的常用策略，其中包括電解液組分的調控（促進穩定沉積和堅固SEI膜的形成）、集流體表面的修飾（調控鋰離子流并緩解體積膨脹）、優化電池化成和循環參數等。
Sanjay Nanda et al, Anode‐Free Full Cells: A Pathway to High‐Energy Density Lithium‐Metal Batteries, Advanced Energy Materials, 2020
DOI: 10.1002/aenm.202000804
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202000804
