1. Nature Commun.：揭示NiFe和CoFe層狀雙氫氧化物在析氧過程中的原位結構及催化機理
NiFe和CoFe（MFe）層狀雙氫氧化物（LDHs）是用于堿性析氧反應（OER）的最具活性的電催化劑。有鑒于此，柏林工業大學Fabio Dionigi，Peter Strasser，普渡大學Zhenhua Zeng，馬普學會弗里茨-哈伯研究所Beatriz Roldan Cuenya報道了將電化學測量結果與操作性廣角X射線散射（WAXS）和XAS數據相結合，從頭算分子動力學模擬和協同DFT方法，以闡明和對比NiFe和CoFe LDH催化劑活性相的晶體結構，反應中心和電催化OER機理。
本文要點：
1）研究發現，在OER條件下，NiFe和CoFe LDHs都從制備的α相轉變為去質子化的γ相。氧化相變的特征是Fe和M(Ni，Co)的氧化和插層離子的陰陽離子轉換分別引起面內晶格常數和層間距的約8%的收縮。
2）研究人員采用原位識別的γ相，通過密度泛函理論計算來研究其OER機理。表面相圖表明，在OER條件下，通過形成橋OH，表面O的位點被H飽和，而配位不足的金屬位點被OH的頂基飽和。這些結構和相關的反應自由能表明，O通過Mars van Krevelen機制進行OER，從Fe-M反應中心(M=Ni或Co)的橋接OH氧化開始，形成O-橋接的Fe-M。
3）Fe中心的柔性電子結構及其通過形成O-橋接的Fe-M反應中心與最近的M中心的協同作用，從根本上解釋了MFe氫氧化物的高OER活性，這是由于OER中間體的穩定，而OER中間體不利于純M-M中心和單個Fe中心。因此，基于Operando實驗和DFT計算相結合的方法，研究人員在原子尺度上，闡明了Mfe LDHs的高OER活性的機理。
Dionigi, F., Zeng, Z., Sinev, I. et al. In-situ structure and catalytic mechanism of NiFe and CoFe layered double hydroxides during oxygen evolution. Nat Commun 11, 2522 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-16237-1
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16237-1
2. Nature Commun.：可接受空穴的碳點通過純水以近100％的選擇性高效催化CO2還原制甲醇
太陽能驅動的由水將二氧化碳還原轉化為醇類物質可提供可持續的液體燃料，并緩解全球變暖問題。然而，由于快速的電荷復合，緩慢的水氧化反應用于高效的和高選擇性的CO2轉化幾乎沒有報道。近日，英國倫敦大學學院Junwang Tang，Zhengxiao Guo等使用瞬態吸收光譜法，發現微波合成的碳點（mCD）具有獨特的空穴接受性質，可將氮化碳（CN）的電子壽命（t50％）延長六倍，有利于CO2還原反應中六電子產品的生成 。
本文要點：
1）實驗表明，mCD修飾的CN可穩定地從水和CO2中產生化學計量的氧氣和甲醇，并且對甲醇的選擇性接近100％，在可見光區域的固有量子效率為2.1％，作者通過同位素標記進行了進一步的證實。
2）進一步研究發現，mCD可以快速從CN中抽出空穴，并防止甲醇的表面吸附，有利于水在甲醇上的氧化，并提高了選擇性CO2還原為醇的能力。
該工作為無金屬催化甲醇的可持續生產鋪平了道路，提供了一種可以通過水將高效率高選擇性的將CO2還原為高價值的化學品的獨特的策略。
Yiou Wang, et al. Unique hole-accepting carbon-dots promoting selective carbon dioxide reduction nearly 100% to methanol by pure water. Nat. Commun., 2020
DOI: 10.1038/s41467-020-16227-3
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16227-3
3. Nature Commun.：紅磷浸漬碳納米纖維用于鈉離子電池和紅磷液化
紅磷具有很高的理論鈉容量，已被認為是鈉離子電池的候選負極材料。與鋰離子電池的硅負極相似，紅磷的電化學性能也受到了大體積氧化的限制。有鑒于此，南加州大學Yihang Liu，周崇武教授，克萊姆森大學Kai He，浙江大學賈錚研究員報道了通過相應的化學機械模擬對合成的紅磷浸漬的碳納米纖維進行了原位透射電子顯微鏡分析。結果表明，氧化后的紅磷變得軟化，具有“液體狀”的機械性能，并且具有優異的延展性和抗粉碎性。
本文要點：
1）為了研究Pred的形成過程和容量衰減機理，研究人員合成了Pred浸漬的碳納米纖維復合材料（Pred@CNF），其一維結構使其非常適合觀察Pred的形成過程，并且高導電率的CNF殼可以用作作為電子途徑來改善Pred的電荷轉移動力學。
2）研究人員采用原位透射電子顯微鏡（TEM）分析了Pred@CNF的成膜過程表明，在成膜過程中，Pred顆粒變軟了，具有“類液體”的機械性能，相應的化學機械模擬表明，在鋰離子化學中，Pred的體積變化和斷裂比硅負極要少得多。研究表明，易分解性降低的主要原因是在高反應性的含磷化合物形成過程中發生了副反應。
3）研究表明，合成Pred@CNF復合材料的包封設計策略可有效避免Pred負極在長期循環過程中發生不利副反應：Pred@CNF負極在500個循環中以0.1 A g-1的電流密度下，具有約1850 mAh g-1的比容量，同時，在1 A g-1速率下，進行5000次循環后，仍具有超過1000 mAh g-1的容量。
Liu, Y., Liu, Q., Jian, C. et al. Red-phosphorus-impregnated carbon nanofibers for sodium-ion batteries and liquefaction of red phosphorus. Nat Commun 11, 2520 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-16077-z
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16077-z
4. Chem：高通量機器輔助有機單晶晶體生長方法
單晶X射線衍射分析有助于理解分子的晶體結構，但是制備各種晶體的過程在實驗上極為耗時，并且分析同樣比較困難。為此，紐卡斯爾大學Michael R. Probert、Michael J. Hall等通過一種機器人輔助策略的高通量方法用于輔助有機小分子的晶化，通過這種方法每個實驗中僅僅需要幾個毫克就能分析得到有關結果。通過這種過程，實現了一種分子在多達數百個不同條件中同時進行晶化反應，同時能最小化樣品所需質量。通過有機溶劑中的納升液滴生長晶體，并將其包覆在惰性的油滴中抑制溶劑蒸發過程。此外，這種組裝的納升液滴晶化反應動力學過程能應用于尋找新型結構的晶體。
本文要點：
1）材料科學中通常需要毫克級別的晶體材料，本文中的方法顯著改善了這種缺陷。本方法能快速的對晶體生長過程合適的條件進行快速優選，作者對14中不同的分子晶化條件篩選進行測試。反應過程中，將250 nL不同的油滴加載到96孔玻璃板上，每個油滴中裝載了50 nL有機分子的溶液。隨后在室溫中進行數天晶化反應，并通過光學顯微鏡對反應過程是否生成的晶體進行監測。并且在數天的生長后，在合適條件中能夠得到對單晶分析合適的晶體。
2）具體的篩選過程：通過Fluorinert FC-40或者polydimethyl siloxane [PDMSO]作為油滴，首次通過50 nL丙酮、乙酸乙酯、乙醇、1，2-二氯乙烷、DMF、DMSO六種溶劑（有變化的沸點和極性）溶解有機分子，隨后分別在室溫條件中儲存1，3，7，14天，通過光學顯微鏡測試晶體生長現象。
3） 通過對多種小分子的晶化反應驗證了本方法對有機相小分子的晶化過程有較好的應用前景，并且本方法能夠得到品質較高的單晶材料。
Andrew R. Tyler, et al. Encapsulated Nanodroplet Crystallization of Organic-Soluble Small Molecules，Chem 2020,
DOI：10.1016/j.chempr.2020.04.009
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929420301777
5. Joule：最小化非輻射復合和局部載流子傳輸損耗的高效鈣鈦礦模組
在過去的十年中，鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的功率轉換效率得到了快速提高。但是，最新的PSC仍在遭受非均勻分布的非輻射重組和載流子運輸損失的困擾。消除非輻射復合和載流子傳輸損失在實現高性能器件方面起著重要作用。先前評估PSC中鈍化效果和動力學的研究主要集中在局部表征和分析上。因此，迫切需要開發空間分辨技術來理解PSC中的深度損失機制。鑒于此，四川大學Dewei Zhao和Xia Hao等人報道了采用過量的氯化鉛成分工程提高了鈣鈦礦薄膜均質性并抑制了非輻射復合，模組獲得了高效率。
本文要點：
1）基于過量的PbCl2策略，基于(CsPbI3)0.05((FAPbI3)1-x(MAPbBr3)x)0.95的器件外部發光效率達到1.14％（相當于0.116 V的非輻射電壓損失）。在中等照明水平下，還可以觀察到最大功率點時有利的局部和全局載流子提取特性。最后，研究人員在25.49 cm2鈣鈦礦太陽能電池組件，獲得了17.88％的認證效率，填充系數達到了78％以上，小面積器件獲得了22%效率。
2）這種定量和空間分辨的表征適用于特定的工作點，為將來對實驗室規模的設備進行實時跟蹤以及快速評估大面積模塊提供了巨大的潛力。
Aobo Ren et al. Efficient Perovskite Solar Modules with Minimized Nonradiative Recombination and Local Carrier Transport Losses，Joule, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.04.013
6. Angew：原子薄鉍制備的金屬-有機層高效電還原二氧化碳為液體燃料
電化學法將CO2還原為有價值的燃料在CO2固定和儲能方面具有廣闊的應用前景。然而，開發高活性、高選擇性、寬電位窗口的電催化劑一直是一項具有挑戰性的工作。有鑒于此，中科院福建物構所朱起龍研究員，日本產業技術研究所（AIST）徐強教授首次報道了從超薄的鉍基金屬-有機層中通過原位電化學轉化過程獲得原子薄層鉍(Bi-ene)。
本文要點：
1）研究人員采用水熱法制備了超薄Bi-MOLs。根據相應Bi-MOF的單晶結構，Bi-MOL具有二維層狀網絡，其中Bi2O2二聚體由4,5-咪唑二羧酸(H2IDC)以水鎂石相關的雙層排列連接。由于其獨特的雙層排列和弱的π·π堆積作用，這種Bi-MOF傾向于以薄層的形式生長，即Bi-MOLs。PXRD、SEM、TEM和AFM的表征表明，成功地生長出平均厚度為1.4 nm的超薄Bi-MOL薄膜。有趣的是，這樣的Bi-MOLs可以通過原位電化學轉化過程容易地轉化為少層Bi-ene。所得雙烯的PXRD圖譜表明，其具有R3c空間群的菱面體結構類型。此外， XPS譜圖證實了Bi-MOLs的完全轉變。SEM和TEM圖像表明，所獲得的雙烯呈現出石墨烯樣的超薄納米片狀形貌，在微尺度上具有褶皺和橫向尺寸。AFM測得的雙烯厚度在1.28-1.45 nm之間，相當于大約3-4層。這是迄今為止報道的最薄的Bi納米片之一。
2）所獲得的雙烯具有大量暴露的活性中心，具有很高的本征活性，在?0.83V至?1.18V的極寬電位范圍內，表現出近100%的FE，顯著提高了CO2RR性能，并且具有高達72.0 mA cm-2的局部電流密度和CO2電化學還原為甲酸鹽的持久穩定性。此外，在自行設計的流動池中，甚至可以提供超過300.0 mA cm-2的超高電流密度來生產甲酸鹽。同時，還構建了基于雙烯的CO2RR/析氧反應(OER)全電池，以擴大其應用范圍。
3）研究人員用原位衰減全反射紅外光譜(原位ATR-IR)進一步揭示了吸附的HCO3-基團和OCHO*中間體及其相互關系。結合密度泛函理論(DFT)分析，提出了一種基于HCO3-參與的CO2RR途徑的甲酸鹽生成新機理，這將對CO2RR過程有新的認識。
本研究結果為開發高效的2D金屬及金屬烯電催化劑開辟了新的途徑，為研究CO2電還原機理提供了新的思路。
Changsheng Cao, et al, Metal–organic Layers Derived Atomically Thin Bismuthene for Efficient Carbon Dioxide Electroreduction to Liquid Fuel, Angew. Chem. Int. Ed.
DOI：10.1002/anie.202005577
https://doi.org/10.1002/anie.202005577
7. AM：自下而上策略合成高硅質八面沸石結構沸石
高硅Y型沸石是煉油和石化工業中理想的催化材料。然而，在過去的60年中，由于SiO2/Al2O3骨架比（SAR）難以從5改善到9的限制，其直接合成仍然是沸石合成領域的重大挑戰。近日，中科院大連化物所劉中民院士，Peng Tian等報道了一種新穎的合作策略，合成了SAR高達15.6的高硅質Y型沸石。
本文要點：
1）該方法合成高硅質Y型沸石涉及使用FAU核，龐大的有機結構導向劑（OSDA）和低堿度的凝膠系統（命名為 NOA-co策略）。
2）基于NOA-co策略，作者發現了一系列可作為高效的OSDA的季烷基銨離子，并闡明了其相關的結晶機理。
3）實驗發現，合成高硅產品具有顯著改善的（水）熱穩定性，高濃度的強酸位點和均勻的酸分布，從而在大體積烴裂化領域體現出出色的催化性能。
該工作報道的合成策略將有助于沸石催化劑的合成和開發，并用于廣泛的反應體系中。
Dali Zhu, et al. A Bottom‐Up Strategy for the Synthesis of Highly Siliceous Faujasite‐Type Zeolite. Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202000272
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000272
8. Nano Energy: 影響鋰硫電池中不同放電過程開路電壓的原因
在液體電解質中鋰硫電池的放電過程分為經典的“固-液-固”轉換反應（放電曲線表現兩個平臺）和“固-固”反應（放電曲線表現為單一平臺）兩種。其中，后一種反應類型在微孔碳載硫、高濃電解液和人造正極保護層的鋰硫電池體系中才存在，而且一般表現出很高的循環穩定性。遺憾的是目前對于這種“固-固”反應的機理研究仍舊存在爭議，研究并不明確。近日，密歇根州立大學Yue Qi課題組和馬里蘭大學王春生課題組通過理論計算和實驗相結合的方法探究了這兩種反應過程開路電壓變化的原因，為理解硫正極不同反應路徑的原理提供了依據。
本文要點：
1) 以DFT計算和實驗相結合，探究影響硫正極放電開路電壓的原因；
2) DFT計算模型中囊括了晶態的S, Li2S和Li，以及溶解態的小分子Li2S4，并且考慮了溫度和溶劑化效應的影響；
3) 成功預測了不同溶劑化狀態的Li2S4對應的電池開路電壓；
4) 依據此模型可以推斷出放電過程不同與Li2S4溶劑化情況不同有關；
5) 雙平臺路徑和單平臺路徑的轉化可以由碳載體和電解液協同調控，并提出了可能的機理。
Yuxiao Lin, Jing Zheng et al., The origin of the two-plateaued or one-plateaued open circuit voltage in Li–S batteries, Nano Energy 2020
DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104915
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520304729?via%3Dihub
9. ACS Energy Lett.：通過緊湊且機械穩定的負極設計實現高體積容量鋰存儲
隨著對電化學儲能設備最小化的持續需求，體積性能已經變得與用于有限空間可再充電電池的重量指標同樣重要。高容量負極材料有望顯著改善鋰離子電池的體積性能，但其在循環過程中由于大的體積變化而引起的納米級尺寸化和機械不穩定性問題通常會阻止其實際使用。有鑒于此，天津大學楊全紅與中科院物理所李泓等人在此觀點性文章中強調了機械穩定性設計的重要性，并強調了內部致密化是大體積變化負極納米材料的理想解決方案，以實現良好的重量和體積性能。
本文要點：
1）研究人員基于在高密度材料結構中使用碳，精確的空隙保留和應力管理的策略，以解決在材料、電極和設備方面的機械不穩定性問題。高體積能量密度需要更致密的負極，同時具有較高的質量容量保持率和出色的機械穩定性，特別是對于體積變化較大的負極。實現這一目標的關鍵是在保持機械穩定性的同時使大容量電極材料致密化。精確控制碳網絡的毛細收縮可通過改變孔隙率和增韌機械框架來解決機械不穩定性問題。
2）最后，提出了解決這些問題的方法：（i）反應可逆性：為了同時實現在充電過程中經歷大體積變化負極的高體積容量和出色的庫侖效率，必須通過碳包封來緩沖體積膨脹和保護非碳材料的暴露表面;（ii）快速充電能力:在緊湊型負極中，由于高電極密度下的高彎曲度擴散通道，離子擴散不可避免地被阻塞，負極中密度和孔隙率的平衡對于確保高體積容量和高倍率性能都是必要的；（iii）熱安全性：隨著對當前電子設備和電動汽車安全性的要求日益嚴格，必須考慮從電極到設備的熱失控和電池爆炸。
Junwei Han, et al. Realizing High Volumetric Lithium Storage by Compact and Mechanically Stable Anode Designs. ACS Energy Lett. 2020.
DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00851.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c00851
10. Biomaterials：納米疫苗與基因介導的細胞外基質清除劑相聯合以實現腫瘤免疫
腫瘤疫苗的抗腫瘤效果往往受到T細胞響應弱和活化的T細胞浸潤差等問題的限制。中科院長春應化所田華雨研究員和陳學思院士設計了一種新的協同策略，以同時克服這兩個障礙，進而實現增強腫瘤消除。
本文要點：
1）為了誘導T細胞的強烈反應，實驗設計了一種基于逐步靜電相互作用的腫瘤納米疫苗。該雙功能遞送系統PEI/CaCO3不僅可以作為疫苗載體以吸附抗原卵白蛋白(OVA)和佐劑 (CpG),也可輔助激活骨髓來源的樹突狀細胞(BMDCs)。因此，該PEI/CaCO3/OVA/CpG疫苗(NVs)可在體內同時實現BMDCs的活化和T細胞特異性反應的顯著增強。
2）此外，為了增強活化的T細胞在腫瘤部位的浸潤，實驗構建了PEG/PEI/pSpam1 NPs， Spam1是一種能夠表達透明質酸酶(HAase)的基因。研究發現，PEG/PEI/pSpam1 NPs可在腫瘤部位實現HAase的高表達，進一步降解腫瘤細胞外基質以促進免疫細胞的浸潤。同時，細胞外基質的降解也會增加血液灌注，緩解腫瘤乏氧和調節免疫抑制微環境。實驗結果表明，NVs與pSpam1@NPs的聯合應用可顯著提高抗腫瘤效率，并有效預防腫瘤復發。
Yingying Hu. et al. Synergistic tumor immunological strategy by combining tumor nanovaccine with genemediated extracellular matrix scavenger. Biomaterials. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220303604
11. Anal. Chem：基于卟啉MOF-銀納米顆粒的葡萄糖熒光傳感策略
葡萄糖作為活細胞的能量來源和代謝的中間產物，在生物系統中發揮著重要的作用。因此，構建一種可靠、靈敏的葡萄糖特別是血液中葡萄糖檢測方法是非常重要的。西北師范大學盧小泉教授成功地開發了一種開關式熒光傳感器，可以快速、靈敏、特異性地檢測葡萄糖。
本文要點：
1）在該傳感器中，PCN-224作為識別單元，AgNPs則作為猝滅劑和H2O2識別器，它可以降低PCN-224的熒光強度。當葡萄糖發生氧化并原位生成H2O2后，AgNPs會被蝕刻成銀離子并從PCN-224中釋放出來，從而恢復PCN-224的熒光。
2）實驗結果表明，該傳感策略具有許多優點,包括高靈敏度、檢測限較低(0.078μM)和較好的選擇性等。并且實驗也證明了該傳感平臺可以被進一步用于監測人體血清樣品中的葡萄糖，并具有很好的效率，表明其在疾病診斷方面具有廣闊的應用前景。
Peiyao Du. et al. “Switch-On” Fluorescence Detection of Glucose with High Specificity and Sensitivity Based on Silver Nanoparticles Supported on Porphyrin Metal?Organic Frameworks. Analytical Chemistry. 2020
DOI: 10.1021/acs.analchem.0c01651
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c01651
