1. Nature Energy：可變色的染料敏化太陽能電池
半透過的光伏太陽能能夠制備具有一定透光的太陽能電池，同時導致太陽能電池中在透光和電池效率之間存在權衡。在建筑物中構建半透明太陽能電池，需要在產生足夠的電能同時在白天能提供使用者舒適的透光。格勒諾布爾-阿爾卑斯大學Renaud Demadrille等報道了一種給體-π共軛結構-受體結構材料用于染料敏化太陽能電池（DSSC），其中的π共軛結構由二苯基萘并吡喃（diphenyl-naphthopyran）光致變色單元組成。這種DSSC太陽能電池能夠實現自適應的透光，并展現出達到4.17 %的太陽能轉化效率。作者發現這種材料組成的DSSC太陽能電池中的變色過程為可逆過程，并且電池在50天中能夠穩定工作。
本文要點：
有機染料中的π共軛結構在受光激發作用中發生異構作用，當在紫外光激發中π共軛結構發生異構化，得到有色的π共軛結構；當重新受到可見光激發，有色的π共軛結構發生異構，生成氧雜六元環結構的無色分子。這種DSSC染料敏化太陽能電池展示出對可見光的自適應作用，在較暗的情況中透光性達到59 %，在光照條件中透光性降低至27 %，同時電池的最高電流密度達到12.59 mA cm-2，同時電池效率為4.17 %。對于面積為14.08 cm2的太陽能電池具有32.5 mW輸出功率。
Quentin Huaulmé, et al. Photochromic dye-sensitized solar cells with light-driven adjustable optical transmission and power conversion efficiency, Nature Energy 2020
DOI：10.1038/s41560-020-0624-7
https://www.nature.com/articles/s41560-020-0624-7
2. Nature Commun.：雙發射金納米團簇的結構畸變和電子重新分布
光激發可以改變分子結構和電子分布。因此，理解復雜的激發態過程對開發具有可控發射的發光材料用于不同應用至關重要。近日，卡耐基梅隆大學金榮超，斯坦福大學X. Wendy Gu，浙江大學Haiming Zhu等報道了一系列金納米簇中伴隨著電子重新分布的光致結構畸變現象。
本文要點：
1）研究發現，緩慢的激發態轉換過程會導致團簇長的光致發光壽命的近紅外雙重發射，且這種雙重發射對溶劑的極性，粘度，溫度和壓力表現出高度敏感和比例響應。基于該策略作者開發了可用于多種環境參數的通用熒光納米傳感器。
2）此外，作者還充分闡明了團簇的這種激發態轉變的原子尺度的結構起源，并通過定制金納米團簇的雙四面體核心結構來證明對躍遷動力學的控制。
總的來說，該工作為發光納米團簇的激發態物理化學提供了實質性的見解，并為下一代納米探針，傳感器和開關的合理設計提供了借鑒。
Qi Li, et al. Structural distortion and electron redistribution in dual-emitting gold nanoclusters. Nat. Commun., 2020
DOI: 10.1038/s41467-020-16686-8
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16686-8
3. Nature Commun.：納米多孔銅自發分離金屬間化合物Co3Mo作為高效水分解的多功能電催化劑
開發具有優異電催化性能的非貴金屬電催化劑用以HER/OER是電化學水分解制氫廣泛應用的關鍵。有鑒于此，吉林大學蔣青教授，郎興友教授報道了金屬間化合物Co3Mo納米顆粒在化學脫合金過程中通過自發相分離無縫集成在分級納米孔Cu骨架(Co3Mo/Cu)表面，作為堿性介質中原位羥基化和電氧化的高性能HER/OER電催化劑。
本文要點：
1）研究人員采用表面可伸縮脫合金技術結合自發相分離技術制備了自支撐整體式納米多孔Co3Mo/Cu電極，該技術可推廣應用于開發各種整體式納米多孔合金/金屬雜化電極材料。其中，通過利用準共晶Cu12?x?yCoxMoyAl88（x=0和3，y=0或1 at%）合金前驅體來控制分級結構和成分。準共晶多相結構通過兩步腐蝕過程，即亞微米級α-Al相的快速溶解和金屬間化合物CuAl相中不太貴重的Al組分的緩慢脫合金，獲得了具有大通道和小納米孔的雙峰納米多孔Cu骨架。
2）研究人員在KOH電解液中通過化學脫合金化Cu8Co3Mo1Al88合金制備出納米多孔Co3Mo/Cu電極，典型橫截面SEM圖像顯示，其具有300 nm大通道和25 nm小納米孔的層次化納米孔Cu骨架。由于金屬間化合物Co3Mo與Cu基體的相容性差，在刻蝕過程中，直徑約10 nm的超細金屬間化合物Co3Mo納米粒子在Cu的表面擴散，自發地分離并原位集成在互連的Cu韌帶上。納米多孔Co3Mo/Cu電極的掃描電鏡（STEM）EDS圖譜證明，由于選擇性地去除了Co2Al9和MoAl12中的Al組分，在突起的Cu韌帶上形成了直徑為約為10 nm的Co3Mo納米顆粒，此外還有一些帶有一些*OH配體的Co和Mo原子。
3）羥基金屬間化合物Co3Mo具有最佳的氫結合能，有利于氫中間體對氫分子的吸附/脫附。與雙連續納米孔骨架的高電子/離子傳輸相結合，納米多孔Co3Mo/Cu電極表現出令人印象深刻的析氫反應催化性能，在1 M KOH中起始過電位可以忽略不計，塔菲爾斜率很低（40 mV dec-1），同時，在低至96 mV的IR校正過電位下，其電流密度達到-400 mA cm-2。當被電氧化觸發時，在納米多孔CuO/Cu骨架上原位形成Mo摻雜的Co3O4納米片，從而加速了OER。
4）研究發現，以納米孔Co3Mo/Cu為陰極，以其衍生物氧化物為陽極組裝的堿性電解槽，在1M KOH和0.5M的NaCl電解液中，僅需1.65 V即可獲得145 mA cm-2電流密度，具有良好的穩定性。表現優于以貴金屬為基礎的催化劑組裝的電解槽。
Hang Shi, Spontaneously separated intermetallic Co3Mo from nanoporous copper as versatile electrocatalysts for highly efficient water splitting, Nat Commun 11, 2940 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-16769-6
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16769-6
4. Nature Commun.：堆疊斷層-位錯相互作用增強Au-Ag納米盒的強度
自下而上的膠體合成是一種制備納米結構金屬的方法，已廣泛應用于光學、催化和電子學。固體金屬納米晶體可以合成出各種形狀（如球體、立方體、雙錐體和八面體）和尺寸為100 nm 的固體金屬納米晶體。這些納米晶體可以轉化為多孔納米結構，壁厚可達5 nm。例如，納米盒（空心內部，實心面）和納米籠（空心內部，開口面）可以由實心立方體形成。通過這種方式，這些膠體金屬將有序的結構和納米尺度的尺寸結合在一起，這在自上而下的結構中一直具有挑戰性。因此，這些納米結構的金屬中是否可以觀察到納米尺度的尺寸效應，或者是否發生了新的變形機制引起了廣泛關注。研究表明，由CdS、碳和二氧化硅制成的空心球具有很高的抗壓強度。然而，具有復雜幾何結構的膠體金屬納米結構還沒有被研究過。
有鑒于此，斯坦福大學Wendy Gu報道了合成了壁厚約15 nm的120–140 nm空心立方Au-Ag納米盒，并使用原位掃描電子顯微鏡（SEM）和原位透射電子顯微鏡（TEM）壓縮測試確定了它們的機械響應。
本文要點：
1）研究人員測試了光滑和粗糙的納米盒，以評估表面粗糙度對強度和變形的影響。結果發現，光滑的納米盒的屈服強度為130±45 MPa，而粗糙的納米盒的屈服強度為96±31 MPa。兩種類型的納米盒在屈服后均顯示出明顯的硬化，而粗糙的納米盒具有更高的硬化率。
2）研究人員使用有限元方法（FEM）分析來確定結構對納米盒變形的影響，并使用分子動力學（MD）模擬來了解導致硬化行為的原子變形機理。模擬表明，觀察到的應變硬化不是納米盒的結構和幾何形狀的結果，而是源于材料的響應，該響應涉及晶體缺陷的累積，例如位錯和納米盒壁內的堆垛層錯。
Patil, R.P., Doan, D., Aitken, Z.H. et al. Hardening in Au-Ag nanoboxes from stacking fault-dislocation interactions. Nat Commun 11, 2923 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-16760-1
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16760-1
5. Nano Letters：將液態電解質中的納米級封裝概念整合到固態鋰硫電池中
固態Li-S電池具有高能量密度和安全性，因此具有極大的吸引力。但是，目前尚不清楚液態電解質的概念是否適用于固態電解質以改善電池性能。有鑒于此，斯坦福大學崔屹教授報道了基于液體電解質中開發的Li2S@TiS2核殼顆粒的納米級封裝概念可有效用于固體聚合物電解質中。
本文要點：
1）通過原位光學電池和硫K邊緣X射線吸收，研究人員發現多硫化物形成并被納米級TiS2封裝很好地捕獲在單個顆粒內部。
2）實驗和密度泛函理論計算均證明，即使在固態電解質中，該TiS2封裝層也具有催化Li2S氧化成硫的作用。
3）研究人員通過將Li2S@TiS2正極與聚環氧乙烷基電解質和鋰金屬負極集成在一起，可實現427 W?h?kg-1的高電池級比能。
Xin Gao, et al, Incorporating the nanoscale encapsulation concept from liquid electrolytes into solid-state lithium-sulfur batteries, Nano Lett., 2020
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02033
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02033
6. Nano Letters：具有超低過電位水分解的單原子貴金屬摻雜CuO納米線陣列的陽離子交換策略
單原子中心催化劑（SACs）引起了極大的關注，并為許多應用帶來了新的機遇。近日，蘇州大學黃小青教授，南京師范大學李亞飛教授報道了一種通過簡單的陽離子交換反應來制備銠（Rh）SAC的通用策略。研究人員采用陽離子交換法，在泡沫銅(CF)電極上制備出貴金屬Rh SAC，并在CuO納米線陣列上制備了貴金屬Rh SAC。
本文要點：
1）研究人員首次采用簡易的濕化學氧化法制備了Cu(OH)2 NAs/CF。然后將Cu(OH)2 NAs/CF直接浸泡在一定濃度的Rh(III)氯化銠溶液中2 h，最后在Ar氣氛下焙燒，得到Rh SAC-CuO NAs/CF。
2）SEM圖像表明，在CF上成功地生成了NAs結構，經過與Rh前驅體的陽離子交換反應和隨后的熱處理后，在Rh-Cu(OH)2NAs/CF和Rh SAC-CuO NAs/CF上的NAs的形貌基本相同。此外，通過AC HAADF-STEM清晰地觀察到一定數量Rh單原子分散在CuO的晶格中。同時，Rh SAC-CuO Nas的元素映射分析表明，Rh、Cu和O均勻分布。與此同時，研究人員通過XANES和EXAFS獲得了Rh物種原子水平的電子和結構信息。Rh K邊XANES譜表明，負載在CuO NA上的Rh原子的化學狀態類似于具有三價態的Rh2O3。同時，在EXAFS譜中，只觀察到一個由Rh-O峰貢獻的1.5°左右的顯著峰，而在Rh-SAC-CuO-NAs中沒有檢測到RhRh峰或Rh-O-Rh峰，表明Rh原子在CuO-NAS中是原子分散的。以上表征結果表明，經過陽離子交換和煅燒處理后，Rh物種以單原子形式存在于CuO晶格中，并清楚地證實了在CuO-NAs中形成了由Rh單原子組成的雜化。
3）實驗結果顯示，單原子Rh摻雜極大地改善了低效CuO NAs的性能。與可逆氫電極（RHE）相比，Rh SAC修飾的泡沫銅表面CuO納米線陣列（Rh SAC-CuO NAs/CF）表現出前所未有的堿性析氧反應（OER）活性，電流密度為84.5 mA cm-2@1.5V，，是Ir/C/CF的9.7倍。更引人注目的是，當Rh SAC-CuO-NaS/CF作為陽極和陰極進行整體水分解時，僅在1.51 V時就可以達到10 mA cm-2的電流密度。
4）密度泛函理論計算表明，中間體在Rh SAC上的中等吸附能導致了較高的OER和HER本征催化活性。
5）研究人員展示了在CuONAs（M SAC-CuO NAs/Cf，其中M=Ru，Ir，Os和Au）上合成不同單原子金屬催化劑的通用策略。
Haitao Xu, et al, Cation exchange strategy to single-atom noble-metal doped CuO nanowire arrays with ultralow overpotential for H2O splitting, Nano Lett., 2020
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02007
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02007
7. Angew：通過逐步反應在表面合成寬帶隙的類石墨烯共價有機骨架
開發天然具有帶隙的類石墨烯二維（2D）材料引起了人們的極大興趣。研究發現，由于二維平面固有的寬帶隙和高遷移率，含有三嗪環（t-COFs）的共價有機骨架在這方面具有極大潛力，然而單層t-COFs的合成仍然具有很高的挑戰性。
有鑒于此，哈工大于淼教授，中科院上海有機所房強研究員，丹麥奧胡斯大學Flemming Besenbacher報道了首次通過在Au(111)表面的逐步反應制備了具有單層石墨烯結構的t-COF。
本文要點：
1）采用2，4，6-tris(4-(prop-2-yn-1-yloxy)phenyl)1，3，5-triazine（Ph-PET，C30H21O3N3)作為分子前驅體，其中三嗪環上帶有三個芳基炔丙基醚基。掃描隧道顯微鏡（STM）、X射線光電子能譜（XPS）和密度泛函理論（DFT）模擬結果表明，Ph-PET分子在熱激發下發生炔基環三聚、C-O鍵斷裂和C-H鍵活化，最終形成由三嗪和苯環組成的二維有序t-COF。由于炔基環三聚、C-O鍵斷裂和C-H鍵活化等不同的分步表面反應是按需觸發的，從而導致產物以受控的方式逐步演化。
2）逐步反應可以方便、精確地控制合成，有利于獲得高產率。理論研究表明，制備出的t-COF具有3.41 eV的寬帶隙。
Guoqiang Shi, et al, Graphene-like Covalent Organic Framework with Wide Bandgap Synthesized On Surface via Stepwise Reactions, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202006176
https://doi.org/10.1002/anie.202006176
8. Angew：納米釕-金屬有機骨架催化劑上氨醇中繼分子催化CO2甲烷化
將二氧化碳催化轉化為有用的碳氫燃料是C1化學中的一個關鍵過程，其中甲烷化是一個特別引人注目的催化反應。但由于CO2直接還原為甲烷需要一個八電子過程，因此需要強制條件來克服動力學限制。同時，CO2甲烷化反應是放熱反應，高溫會惡化反應的整體性能，并導致副產物CO的生成。因此，開發在較低溫度下運行的催化系統對于提高工藝效率和避免副產物的形成至關重要。最近，研究人員報道了一種間接的CO2甲烷化方法，該方法將有機碳酸鹽用作中繼分子，這是由于從CO2和環氧化物容易合成碳酸鹽。在溫和的條件下將有機碳酸鹽氫化后，選擇性生成甲烷，同時生成二醇。盡管相應的二元醇比環氧化物前體更有價值，但它們不容易轉化為有機碳酸酯，從而使工藝變得復雜，因此需要一種高級的中繼分子。
有鑒于此，洛桑聯邦理工學院Paul Dyson，Kyriakos C. Stylianou報道了一種間接甲烷化方法，通過利用氨基醇作為中繼分子，并結合催化劑，該催化劑包含固定在Lewis酸性和堅固的金屬有機骨架（MOF）上的納米釕（NPs) (Ru/SION-105)。
本文要點：
1）Ru納米顆粒均勻分散在MOF晶體表面，粒徑分布較窄。因此Ru/SiON-105催化劑具有很高的反應活性。
2）研究發現，該催化劑可有效地將氨基醇轉化為惡唑烷酮（與CO2反應），然后轉化為甲烷（與氫反應），同時再生氨基醇中繼分子。
該研究為二氧化碳甲烷化提供了一種可持續的、間接的方式，而且該過程可以重復多次。同時，為發現新的二氧化碳甲烷化高效催化劑鋪平了道路。
Xinjiang Cui, et al, CO2 Methanation via Amino-alcohol Relay Molecules Employing a Ruthenium Nanoparticle-metal-organic Framework Catalyst, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202004618
https://doi.org/10.1002/anie.202004618
9. Advanced Science：用于VR/AR應用中手勢識別的機器學習手套
物聯網（IoT）技術的飛速發展提出了對人機界面（HMI）的迫切需求，人機界面提供了人機之間的關鍵聯系。使用手套作為直觀且低成本的HMI可以方便地跟蹤人手指的運動，從而形成人機交互的直接通信媒體。當將多個摩擦紡織傳感器和適當的機器學習技術結合在一起時，利用極簡設計的手套實現復雜手勢識別的巨大潛力，可以在真實和虛擬空間中進行全面控制。但是，濕氣或汗水可能會對摩擦電輸出以及紡織品本身產生負面影響。有鑒于此，新加坡國立大學的Chengkuo Lee、中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的Ting Zhang等研究人員，詳細研究了一種簡便的碳納米管/熱塑性彈性體（CNTs/TPE）涂層方法，以實現摩擦電紡織品的超疏水性，從而提高性能。
本文要點：
1）手套具有超強的能量采集能力和人體運動感應功能，使用超疏水性織物制成的手套可實現低成本且自供電的手勢識別界面。
2）利用機器學習技術，通過手勢實時完成各種手勢識別任務，實現高精度的虛擬現實/增強現實（VR/AR）控制，包括射擊、棒球投球和插花，最大限度地減少操作過程中汗水的影響。
Feng Wen, et al. Machine Learning Glove Using Self‐Powered Conductive Superhydrophobic Triboelectric Textile for Gesture Recognition in VR/AR Applications. Advanced Science, 2020.
DOI：10.1002/advs.202000261
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202000261
10. AEM綜述: 有機和鈣鈦礦太陽能電池的無機和雜化界面材料
隨著有機太陽能電池（OSC）和鈣鈦礦太陽能電池（PVSC）越來越接近商業化，需要進一步努力來優化電池效率和穩定性。由于界面強烈影響器件性能和降解過程，因此通過采用各種材料作為空穴傳輸層（HTL）和電子傳輸層（ETL）進行界面工程一直是OSC和PVSC領域的研究熱點。其中，無機材料因其出色的電荷傳輸性能以及固有的熱化學穩定性在促進器件性能方面顯示出顯著的優勢。近日，希臘佩特雷大學Leonidas C. Palilis、希臘國家科學研究中心納米科學與納米技術研究所Maria Vasilopoulou、洛桑聯邦理工Mohammad Khaja Nazeeruddin等人對無機半導體（如銅基半導體）進行了廣泛的概述，重點是碘化銅和硫氰酸銅，過渡金屬硫屬元素化物，氮化物和碳化物，以及基于這些無機化合物的雜化材料。
本文要點：
1）簡要討論了用作HTL和ETL的界面材料應具有的主要光電和物理特性。
2）深入討論了上述材料的界面，電荷傳輸，在OSC和PVSC中的功能。
Leonidas C. Palilis, et al. Inorganic and Hybrid Interfacial Materials for Organic and Perovskite Solar Cells. AEM 2020.
DOI:10.1002/aenm.202000910
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202000910
11. ACS Catalysis：零下溫度下CO2和CH4的電化學轉化
發展和了解天然氣水化合物在低溫下的電催化反應，對于開發將CH4轉化為CO2，然后再將CO2回收為CH4來發電的技術具有重要意義。然后，實現在惡劣的環境條件下，可逆燃料電池中用作可持續的能量循環。這對于成功實現人類對火星的探索和居住具有重要意義。迄今為止，對低于水或氣體水合物中的溫度下的電催化過程知之甚少。
有鑒于此，伯明翰大學Paramaconi Rodriguez報道了通過利用低溫下CO2和CH4的高溶解度，研究了在低溫至-38°C的鹽水中，甲烷在鉑、鈀、金和銅電極上氧化和二氧化碳還原的電化學結果。
本文要點：
1）研究人員將天然氣水合物漿液中CH4濃度增加了5倍，結果表明，其在冰點以下的溫度下可有效進行電化學氧化。
2）研究人員發現，CO2在低溫下的電化學轉化，遵循反Arrhenius動力學電化學環境。
這些發現為低于冰點的鹽水中的電催化研究打開了一扇窗口。
Elizabeth Sargeant, et al, Electrochemical Conversion of CO2 and CH4 at Subzero Temperatures, ACS Catal., 2020
DOI: 10.1021/acscatal.0c01676
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01676
