1. Science Advances：保留在三維集流體中的過冷液態硫，用于高性能Li-S電池
在鋰硫（Li-S）電池中，硫和Li2S的電/離子絕緣性質導致硫物質轉化的電子/離子轉移動力學比較緩慢。硫和Li2S在室溫下被認為是固體，而固-液相轉變是Li-S電池的限制步驟。
有鑒于此，斯坦福大學的崔屹教授報道了可視化了Al，碳，Ni集流體上不同的硫生長行為，并證明（i）與固體硫相比，在Ni上產生的液態硫具有更高的可逆容量，更快的動力學和更好的循環壽命；（ii）Ni促進相變（例如Li2S分解）。
本文要點：
1）研究人員建立了一個用于實時成像和監測硫釋放過程的光學單元，以研究反應機理。通過結合原位光學顯微鏡研究，異位形態和結構表征，電化學性能測試以及理論計算，系統地研究了硫在不同集流體上的生長行為，并將結果與其電化學性能相關聯。
2）研究發現，在室溫下充電過程中碳表面上出現的固態硫晶體和在鎳襯底上生長的液態硫滴。液態硫可實現高遷移率和快速的相變，從而加速氧化還原化學反應并改善電池循環期間的動力學。因此，與固態硫相比，液態硫的可逆容量，反應動力學和循環壽命大大提高。
3）研究人員闡明了Ni可催化Li2S分解而失活，而Li2S是極化增加和循環后容量降低的主要原因。最后，設計了輕質的，三維（3D）鎳涂層三聚氰胺泡沫塑料，作為高倍率和長壽命Li-S電池的高級電極。
這項工作提供了有關集流體在闡明不同物理狀態中硫的關鍵作用的見解，并闡明了硫狀態與電池性能之間的相關性，這將促進高能Li-S電池的電極設計。
Guangmin Zhou, et al, Supercooled liquid sulfur maintained in three-dimensional current collector for high-performance Li-S batteries, Sci. Adv., 2020
DOI：10.1126/sciadv.aay5098
https://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaay5098
2. Science Advances：組合篩選法為提高關節軟骨質量開辟了道路
盡管在替代受損關節軟骨的生物材料設計策略方面取得了很大進展，但預防干細胞源性軟骨細胞肥大以及導致劣等組織形成仍然是一項嚴峻的挑戰。于此，通過使用工程生物材料和高通量系統篩選軟骨微環境中的組合線索，加州大學洛杉磯分校Ali Khademhosseini院士和凱斯西儲大學Eben Alsberg等人證明生物材料交聯密度調節基質降解和剛度，以及生長因子、機械刺激和RGD肽的明確表達，可引導人骨髓間充質干細胞（hMSC）分化為關節軟骨或肥大軟骨表型。
本文要點：
1）快速降解的軟基質通過誘導hMSCs的增殖和成熟促進其關節軟骨組織的形成，而緩慢降解的硬基質通過Yes相關蛋白（YAP）依賴的機械誘導促進細胞分化為肥大的軟骨細胞。
2）體外和體內軟骨生成研究也表明，為獲得更高質量的關節軟骨樣組織生產，需要降低Wingless和INT-1（WNT）信號通路的表達。
Lee J, et al. Combinatorial screening of biochemical and physical signals for phenotypic regulation of stem cell–based cartilage tissue engineering. Science Advances. 2020;6(21):eaaz5913.
DOI: 10.1126/sciadv.aaz5913
https://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaaz5913
3. Science Advances綜述：先進水系電池路線圖：從材料設計到應用
有機介質電池存在的安全隱患是公眾反對其廣泛使用的主要原因。水系電池(ABs)以環境友好的水為基礎，具有高功率密度和抗誤操作等優點，為安全、經濟、可擴展的儲能提供了一種有前途的替代方案。在過去的5年里，全球對ABs的研究興趣和成果激增。然而，其大規模應用受到輸出電壓有限和能量密度不足等限制。
有鑒于此，阿德萊德大學喬世璋教授總結了ABs基礎研究面臨的挑戰，重點是先進材料的設計和整個設備的實際應用。同時，建立了不同ABs體系應對挑戰的潛在交互作用。然后，總結了關于ABs的最新研究進展，以解決關鍵問題，特別強調先進材料與新興電化學之間的關系。最后，提供了從材料設計開始，到下一代可靠ABs的商業化的路線圖。
本文要點：
1）安全性，原材料和制造的低成本以及環境友好性等優勢，使ABs成為用于儲能解決方案的領先儲能設備。迄今為止，基于ABs已經取得了巨大的研究進展，尤其是在最近5年中。但是仍有一些問題需要解決。與水性電解質兼容的電極材料的設計和應用對于實現高性能和可生產的能量存儲系統至關重要。作者總結了ABs面臨的主要挑戰包括：（1）不同電荷載體的性質；（2）水分解的風險和有限的輸出電壓；（3）枝晶生長具有刺穿隔膜和從電極上脫落的潛在危險，這會降低ABs的CE和循環穩定性；（4）腐蝕，鈍化和其他副反應（充電/放電過程中的腐蝕，鈍化和其他副反應與CE和循環穩定性密切相關）。
2）尋找具有大電化學穩定窗口（ESW）的電化學可逆性以及對酸性/堿性/近中性水性介質具有化學穩定性的材料，對于改善ABs的綜合性能至關重要。基于對AB中上述挑戰和策略，作者總結了包括：鋰/鈉/鉀離子ABs，鈉基ABs，鉀基ABs，鋅基ABs，堿性鋅基ABs，中性ZIBs，Mg/Al/Ca離子ABs，非金屬離子ABs等先進電極材料的ABs的研究進展。
3）ABs作為間歇性能源利用和可持續大規模應用的有前途的儲能系統具有廣闊的應用前景。先進的ABs得益于其低成本，豐富的資源，易于組裝和回收利用，環境友好性以及最重要的安全性，最有可能取代傳統的鋰離子，鎳氫和鉛酸電池，以用于未來的汽車，航空以及可擴展的應用領域。近年來，具有卓越的電化學性能和新的電化學機理的電極材料正飛速發展。盡管在該領域已經取得了重大進展，但仍需要不懈的努力，包括在滿足實際應用要求之前推動能源/功率密度和長期穩定性。作者最后總結了典型ABs體系的優缺點，以及ABs商業化應用需要滿足的三個要素：安全，低成本供應，高性能輸出。
Dongliang Chao, et al, Roadmap for advanced aqueous batteries: From design of materials to applications, Science Advances, 2020
DOI：10.1126/sciadv.aba4098
https://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaba4098
4. Science Advances: 用于高性能脈沖型能量轉換的無鉛（Ag，K）NbO3材料
具有極快響應時間的脈沖性能量轉換材料在能源，醫療，國防和采礦領域具有廣泛且不斷增長的應用。對這一機理的研究以及在該領域尋找新的候選材料的研究是非常有限，以至于半個世紀以后，對環境不利的Pb(Zr，Ti)O3仍然占主導地位。中國科學院上海陶瓷研究所Genshui Wang和澳大利亞國立大學Yun Liu等人發現了一種以前未被發現的無鉛（Ag0.935K0.065）NbO3材料。
本文要點：
1）該材料的儲能密度達到了創紀錄的5.401 J/g，使脈沖電流在1.8微秒內達到?22A。它還在高達150°C的溫度下展示出出色的溫度穩定性。
2）原位實驗和理論研究表明，這種爆炸性能量轉換的潛在機理可歸因于壓力引起的八面體傾斜度從a-c +到a-a-c- / a-a-c +的變化，不可逆壓力驅動的鐵電-反鐵電相變。
Zhen Liu, et al. Lead-free (Ag,K)NbO3 materials for high-performance explosive energy conversion, Science Advances, 2020.
DOI: 10.1126/sciadv.aba0367
https://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaba0367
5. Chem綜述：如何實現30％效率的鈣鈦礦太陽能電池？
盡管鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的開發超過了眾所周知的薄膜太陽能電池技術的功率轉換效率（PCE），但將其理論PCE超過30％仍然是有吸引力的，盡管具有挑戰性。韓國成均館大學Nam-Gyu Park等人研究了實現25.2％的創紀錄PCE的當前挑戰，并概述了理論PCE的發展方向。
本文要點：
1）對當前認證的PCE增量的一項調查可以比較光伏參數，并建議提高填充因子（FF）值是達到25.2％的決定性因素，以找到可重現，更高效率的研究策略。了解界面和鈣鈦礦體相非輻射復合的基本原理，以進一步改善光伏參數，尤其是電壓和填充系數。通過設計材料，界面和設備結構，以達到30％以上的光電轉換效率。
2）然后根據PSC與其他光伏技術之間的性能比較，闡明了達到30％的參數限制。最后，結合了Si和GaAs太陽能電池的經驗教訓，以提供提高PSC的PCE的策略。
Chunqing Ma et al. A Realistic Methodology for 30% Efficient Perovskite Solar Cells，Chem, 2020.
DOI：10.1016/j.chempr.2020.04.013
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.04.013
6. Chem. Soc. Rev.：活細胞驅動的生物混合型機器人研究進展
南京大學孫凌云教授、中科院物理研究所葉方富研究員和東南大學趙遠錦教授對活細胞驅動的生物混合型機器人及其應用進展進行了綜述介紹。
本文要點：
1）軟機器人可以模擬自然界生物，其在過去的幾十年里取得了很大的進展。特別是將活細胞與軟材料相結合而構建的生物混合機器人，它可以模擬人體組織或器官的構造和功能，因此也引起了研究人員廣泛的關注和研究興趣。
2）作者在文章中介紹了有關生物混合機器人與各種生物驅動器相關的研究進展，并對控制生物混合機器人的方法和其運動方式進行了闡述和總結；隨后介紹了生物混合機器人的應用，特別是在生物醫學領域的應用，包括藥物遞送、生物成像和組織工程等，并對生物混合機器人的未來發展進行了展望。
Lingyu Sun. et al. Biohybrid robotics with living cell actuation. Chemical Society Reviews. 2020
DOI: 10.1039/d0cs00120a
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/d0cs00120a#!divAbstract
7. Acc. Chem. Res.: 使用多功能配位聚合物涂層設計生物納米界面
在過去的三十年中，使用納米顆粒作為診斷工具來探索各種生物系統的興趣顯著增長。這些進步為理解生物學中的基本問題，醫學創新和疾病治療提供了新的機會。但是，在生物學中使用納米顆粒仍然面臨著一些障礙，問題主要由所用的表面穩定涂層控制。佛羅里達州立大學Hedi Mattoussi等人總結了實驗室關于開發多功能聚合物作為配位體以定制納米顆粒的表面性質的最新進展。
本文要點：
1）首先詳細介紹了涂層策略的優勢，討論了配體設計中的關鍵參數。
2）描述了一系列多配位聚合物作為配體的合成和用途，這些配體最適合涂覆量子點（QD），金納米顆粒（AuNPs）和磁性納米顆粒（MNPs）。重點是（i）如何提高膠體穩定性材料在生物條件下的防污性能；（ii）如何設計高度致密的涂層而又不損害膠體穩定性；（iii）如何調整表面功能以實現與目標生物分子的結合。
3）強調了通過紫外線輻射介導的相轉移策略能夠促進快速的配體交換，同時保留關鍵官能團的完整性。
4）總結了聚合物包覆納米粒子的生物共軛方法，重點是金屬-組氨酸自組裝和點擊化學的能力，以控制最終的納米粒子生物共軛物。
Wentao Wang, et al. Engineering the Bio-Nano Interface Using a Multifunctional Coordinating Polymer Coating, Acc. Chem. Res. 2020
DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00641
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.9b00641
8. Chem. Mater.綜述：用于組織再生的導電聚合物
美國西北大學Jonathan Rivnay對用于體內組織再生的導電聚合物相關研究進展進行了綜述介紹。
本文要點：
1）導電聚合物(CPs)具有獨特的電學性能，因此人們也將其作為生物材料(CP-BMs)以用于組織再生工程。這類多功能生物材料可以影響細胞響應或藥物遞送行為，進而積極地影響組織再生過程。雖然目前已有研究在體外對這類材料的生物效應進行了報道，但將其用于體內模型的研究還較少。
2）作者在文章中綜述了CP-BM在神經、脊髓、骨骼和皮膚再生方面的應用，并對其體內研究進行了全面的介紹，并對這一領域的發展進行了展望。
Anthony J. Petty, II. et al. Conducting Polymers for Tissue Regeneration in Vivo. Chemistry of Materials. 2020
DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c00767
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c00767
9. Angew：PtAl2在電催化OER中的催化活性和電催化劑表征
通過分解水制備氫氣的過程的同時會生成氧氣，馬克斯·普朗克研究所Yuri Grin、Iryna Antonyshyn等合成了金屬間催化劑，并對其晶體結構和電子結構進行詳細的表征，結果顯示Al2Pt材料展現出反螢石（anti-fluorite）結構，金屬間催化劑中的化學鍵具有強極性，催化劑中的Pt組分改善了OER反應中的穩定性。作者發現催化劑的表面結構在催化反應過程中發生結構變化。
本文要點：
1）催化劑合成。Pt顆粒（1~6 mm）、Al棒以原子比32:68的組成電弧融化處理，隨后在氧化鋁坩堝中于Ar氣氛的鉭容器（防止高溫氧化），在1000 ℃中煅燒。催化劑的表面在持續100 h的OER反應后，近表面（near-surface region）結構發生重組，重組后的結構為富Pt晶相、Pt氧化物、Al2O3混合。Al2Pt材料的體相結構在90 mA cm-2電流密度持續工作456 h后結構保持不變。長期工作后催化活性降低（電流密度衰減）的原因在于，長時間工作后催化劑界面上生成氧化物。
2）對材料的主族元素摻雜能夠對Pt的電子結構進行調控。由于Pt和Pt的金屬間催化劑是已知的HER電催化劑，因此本文中發現的OER催化作用有利的促進了其作為雙功能電催化劑的應用前景。
Iryna Antonyshyn, et al. Al2Pt for Oxygen Evolution in Water Splitting: a Strategy for Creating Multi‐functionality in Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2020
DOI：10.1002/anie.202005445
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202005445
10. Angew：近似FeN4位點之間的橋鍵氧配體使得催化劑具有高ORR性能
Fe-N-C催化劑因其固有活性有限而限制了其應用。通過錨定吸電子配體來控制Fe能級，可以有效地提高催化劑的催化性能。然而，由于配體的能量不穩定性導致不可控地引入，因此這種調節作用仍然難以預測。因此，以穩定可控地引入氧對于提高以Fe為中心的ORR催化劑的固有活性至關重要。
有鑒于此，中科院長春應化所葛君杰研究員，劉長鵬研究員，邢巍研究員，中科院上海高等研究院姜政研究員報道了一種合理的操作策略，通過將Fe與前驅體中的含氧官能團進行六配位，將軸向鍵合的O引入到Fe位上。通過增加Fe位點密度，借助于Zn來防止Fe原子進一步聚集，可以通過近似兩個FeN4位點形成Fe-O-Fe橋鍵。
本文要點：
1）研究人員提出了一種基于間苯二酚-甲醛(RF)樹脂的技術，在高分子樹脂復合物的原位形成過程中，RF樹脂通過其含氧官能團(CH2O-CH2，-OH)錨定Fe。EXAFS表征發現，Fe被成功地錨定在RF樹脂中的含氧物種上。在獲得原子分散的Fe-RFs后，將樹脂進一步與氯化鋅和尿素混合，然后在900oC下煅燒（最終催化劑記為Fe(Zn)-N-C），其中Zn起到防止Fe原子聚集的作用。
2）SEM和TEM圖像表明，催化劑很好地保持了樹脂的球形狀結構（直徑約400 nm）。在Fe(Zn)-N-C體系中，Zn有助于Fe原子的穩定，阻止Fe原子的遷移和聚集，有助于保持催化劑的原始形貌。HAADF-STEM圖像顯示，孤立的Fe單原子錨定在碳基質中。研究人員借助于EXAFS小波變換(WT)分析，通過k空間獲得與協調環境有關的信息。結果表明，Fe(Zn)-N-C在約3.2 μ-1處只有一個主要強度極大值A，可歸屬于Fe-N/Fe-O配位。此外，Fe(Zn)-N-C中原子分散的Fe位的比例幾乎為100%，其中40%的FeN4在OFeN4-OFeN4O結構中相互鍵合
3）研究發現，就周轉頻率（TOF）而言，O橋鍵合的Fe位點（3.2 e s-1位點-1）的活性比單原子FeN4位點（0.32 e s-1位點-1）高約10倍。
4）研究人員通過理論密度泛函理論(DFT)計算研究了FeO-Fe結構的優點，發現通過剪裁Fe的d軌道電子結構，其ORR的熱力學勢壘顯著降低。進一步，密度泛函計算揭示了橋O物種更穩定的性質，即兩個Fe-O鍵的形成。
該工作為設計高效的Fe-N-C催化劑開辟了一條新的途徑，同時也啟發了理解潛在的結構-活性關系。
Liyuan Gong, et al, Bridge Bonded Oxygen Ligands between Approximated FeN4 Sites Confer the Catalysts with High ORR Performance, Angew. Chem. Int. Ed.
DOI：10.1002/anie.202004534
https://doi.org/10.1002/anie.202004534
11. Nano Energy：基于織物的高性價比強集成可穿戴壓電能量采集器
基于織物的可穿戴電子產品由于其連接性、耐磨性、舒適性和耐用性，在第四次工業革命（4IR）時代變得越來越重要。傳統的基于織物的可穿戴電子產品已經被一些研究人員證明，但是仍然需要復雜的方法或額外的支撐來制造和縫制在衣服中。有鑒于此，韓國高等科學技術研究院(KAIST)的Seungbum Hong等研究人員，介紹了一種高性價比、高通量、強集成的基于織物的可穿戴壓電能量采集器（織物-WPEH）。
本文要點：
1）該織物-WPEH具有鐵電聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P（VDF-TrFE））和兩種導電織物通過簡單的流延成型和熱壓成型的異質結構。
2）該制造工藝將使該單元設備能夠直接應用于使用熱壓的普通服裝上，因為圖形補丁可以通過熱壓貼在服裝上。
3）模擬和實驗分析表明，P(VDF-TrFE)層具有完全可彎曲、致密、凹陷的界面和較高的壓電D33系數(?32.0pCN?1)。
4）織物-WPEH可從人體運動(按壓、彎曲)和定量測力試驗機按壓產生壓電輸出信號。
此外，在基于織物的可穿戴壓電電子學領域，利用表面和界面切割分析系統首次測量到了P(VDF-TrFE)層與織物層之間創紀錄的高界面結合強度(22Ncm?1)。
Jaegyu Kim, et al. Cost-effective and strongly integrated fabric-based wearable piezoelectric energy harvester. Nano Energy, 2020.
DOI：10.1016/j.nanoen.2020.104992
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520305693
