1. Acc. Chem. Res.綜述：鈀基電催化劑助力二氧化碳電化學轉化為合成氣
電催化還原CO2的電催化還原是CO2生產(chǎn)有價值產(chǎn)品的理想方法。其面臨的主要研究挑戰(zhàn)之一是如何避免不必要的氫氣生產(chǎn)。一種策略是不完全消除氫，而是利用水電解質中容易獲得的質子來共同產(chǎn)生CO和H2，即CO：H2比可調(diào)的合成氣，然后生成的合成氣可以用作現(xiàn)有熱催化過程（如費托合成和甲醇合成反應）的原料。自從哥倫比亞大學陳經(jīng)廣教授課題組首次報道PdH在合成氣生產(chǎn)中的潛在應用以來，該研究小組就對其在合成氣產(chǎn)品的選擇性進行了精細的控制，提高了其活性，并降低了電催化劑中Pd的負載量。有鑒于此，哥倫比亞大學陳經(jīng)廣教授綜述了近年來他們在開發(fā)生產(chǎn)合成氣的電催化劑方面所進行的研究進展。
本文要點：
1）作者通過以下途徑來實現(xiàn)這一點：了解形狀可控的Pd納米粒子的結構和功能關系，確定電解液的陽離子和同位素效應，將Pd與廉價的第二金屬合金化，將Pd負載到過渡金屬碳化物和氮化物上，以及使用單原子Pd催化劑。在每一步，作者采用基于同步輻射的原位X射線吸收和X射線衍射技術監(jiān)測了反應條件下從Pd到PdH的相變，即通過識別特征Pd?Pd鍵長和與PdH形成相關的衍射圖的起始電位來監(jiān)測反應條件下從Pd到PdH的相變。
2）通過關聯(lián)PdH在不同催化體系中穩(wěn)定性的密度泛函計算（DFT），以及PdH生成對反應中間體結合強度的影響，研究人員確定了PdH、雙金屬PdH和負載型PdH催化劑上合成氣生成的描述符。此外，所建立的研究方法不僅對Pd基制合成氣電催化劑的持續(xù)優(yōu)化是有用的，而且對提高活性的同時減少貴金屬在其他電催化應用中的負載量也是有用的。
Brian M. Tackett, et al, Electrochemical Conversion of CO2 to Syngas with Palladium-Based Electrocatalysts, Acc. Chem. Res., 2020
DOI：10.1021/acs.accounts.0c00277
https://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00277
2. Acc. Chem. Res.綜述：共晶電解質有望應用于下一代電化學儲能技術
不斷增長的全球能源需求和環(huán)境挑戰(zhàn)激發(fā)了人們對可再生能源和先進的電化學儲能（EES）的濃厚興趣，其中包括氧化還原液流電池（RFBs），金屬基可充電電池和超級電容器等。此外，在致力于設計具有高容量、穩(wěn)定電極材料的新化學和新結構的同時，不可否認的是電解質對于這些新的電極材料和化學物質的性能發(fā)揮起著至關重要的作用。因此，開發(fā)新的電解質以適應不斷發(fā)展的EES具有重要意義。
由于不同組分之間存在較強的分子間相互作用，共晶電解質具有傳統(tǒng)電解質所不具備的各種特殊性質，如高濃縮性、不可燃性、高度的結構柔韌性以及良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，從而使研究人員將其作為一類新型的離子液體電解質應用于EES領域。有鑒于此，德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授綜述了用于下一代EES的共晶電解質的最新研究進展。
本文要點：
1）作者首先概述了共晶電解質形成的不同機制，討論了共晶電解質的結構與性質之間的關系、電子傳遞和離子傳遞機制以及界面化學。通常，三種主要的分子間相互作用，即氫鍵相互作用、路易斯酸?堿相互作用和范德華相互作用，控制著共晶電解質的形成，并決定了其在電化學、熱、離子傳輸和界面性質等方面的獨特性質。通過調(diào)整有機分子的官能團或選擇合適的混合物組成，可以進一步修飾這些多種多樣的分子間相互作用。此外，無溶劑共晶電解質可以最大限度地提高氧化還原活性物質的摩爾比，從而提高RFB的能量密度。作者進一步討論了共晶參數(shù)（粘度、極性、離子電導率、表面張力和配位環(huán)境）與氧化還原活性物質的摩爾比、穩(wěn)定性、利用率、電化學可逆性、RFB功率和能量密度之間的關系。
2）作者介紹了金屬基共晶電解質和有機基共晶電解質在RFBs領域的應用，并對該領域未來的研究前景進行了展望。此外，作者總結了高濃度共晶電解質在電解質/電極界面顯示出誘人的特性，在擴展電化學窗口的同時，可有效抑制金屬基可充電電池、超級電容器及其混合體中金屬枝晶的形成。
3）盡管共晶電解質已經(jīng)取得了一些重要進展，但目前的研究仍處于初級階段。作者最后指出，今后應致力于進一步探索合適的材料，利用先進的異位和原位表征技術，結合理論計算，深入研究共晶電解質的配位幾何結構和形成機理。此外，要獲得高性能的EES，該領域還需要更多的研究工作，重點是優(yōu)化共晶電解質的物理化學性質，提高所涉及的氧化還原反應的活性和穩(wěn)定性，特別是在還原/氧化狀態(tài)下的高濃度氧化還原反應。
Changkun Zhang, et al, Eutectic Electrolytes as a Promising Platform for Next-Generation Electrochemical Energy Storage, Acc. Chem. Res., 2020
DOI：10.1021/acs.accounts.0c00360
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00360
3. Science Advances：超順磁Fe3O4用于超低磁場核磁成像
在低磁場（＜10 mT）中進行磁響應成像MRI（ultra-low Magnetic resonance imaging）掃描有助于削減花費，實現(xiàn)這種低磁場MRI的難度在于在能夠接收的時間范圍內(nèi)獲得高質量的圖像。因此，悉尼大學David E. J. Waddington等報道了一種通過高磁性的超順磁Fe2O3納米粒子，實現(xiàn)了更高的弛豫和高敏感性。本工作實現(xiàn)了在非常低的磁場中進行體內(nèi)成像，為通過超低磁場進行MRI磁響應成像提供了技術方案。
本文要點：
1）考察了在6.5 mT磁場中老鼠模型中的成像作用情況，通過Fe3O4的磁性和弛豫性，實現(xiàn)了對外源性造影劑高靈敏度成像。結果顯示，這種方法能夠在12.5 min內(nèi)實現(xiàn)高對比度的臨床前影像，這種方法可能用于急診治療等領域。
2）作用原理。這種高磁性的超順磁Fe3O4納米粒子能夠影響附近水分子中的1H，縮短1H弛豫時間，增強對拉莫進動的易感性。并且作者發(fā)現(xiàn)在6.5 mT的超低磁場中進行對老鼠檢測，展現(xiàn)了非常明顯的信噪比增強作用。
David E. J. Waddington, et al. High-sensitivity in vivo contrast for ultra-low field magnetic resonance imaging using superparamagnetic iron oxide nanoparticles, Science Advances 2020
DOI：10.1126/sciadv.abb0998
https://advances.sciencemag.org/content/6/29/eabb0998
4. Nano Letters：高性能原子薄型室溫NO2傳感器
開發(fā)用于檢測小分子濃度的室溫傳感器件對于低功率傳感器的廣泛應用具有重要意義。近日，加州大學伯克利分校Alex Zettl報道了一種基于單層過渡金屬二硫化物Re0.5Nb0.5S2的室溫、高靈敏度、選擇性、穩(wěn)定和可逆的化學傳感器。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，該傳感器件表現(xiàn)出與厚度相關的載流子類型，并且當暴露在NO2分子中時，其電阻根據(jù)層數(shù)的不同而顯著增大或減小。因此，單層膜傳感器具有最佳的整體性能。
2）研究發(fā)現(xiàn)，該傳感器對NO2具有選擇性，對NH3、CH2O和CO2等其他氣體的響應極小。除了具有高靈敏度、選擇性和可逆性外，在具有濕度空氣中，傳感性能不僅沒有惡化，而且單層傳感器在室溫下表現(xiàn)出完全可逆性和快速恢復。3）研究人員利用密度泛函理論（DFT）從理論上研究了不同氣體種類的傳感器工作原理，并分析其潛在的傳感機理。
Amin Azizi, et al, High-Performance Atomically-Thin Room-Temperature NO2 Sensor, Nano Lett., 2020
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02221
https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c02221
5. EES：N，N-二甲基乙酰胺基電解質用于提高Li-O2電池的循環(huán)穩(wěn)定性
具有超高理論能量密度的Li-O2電池已被認為是用于下一代能量存儲的鋰離子電池的有前途的替代產(chǎn)品。然而，其實際應用仍然面臨著許多關鍵問題，特別是缺乏合適的電解質，既能耐受強氧化環(huán)境，又能與鋰金屬負極相容。近日，中科院長春應化所張新波研究員報道了一種新的N，N二甲基乙酰胺（DMA）基電解質，其通過調(diào)節(jié)中等濃度下的Li+溶劑化結構來有效提高Li-O2電池的循環(huán)穩(wěn)定性。同時與高濃度電解液相比，也是一種更好的鋰金屬負極穩(wěn)定策略。
本文要點：
1）研究人員選擇中鹽濃度為3 M作為模型體系，設計了三種電解質（1.5 M LiNO3 1.5 M LiTFSi，1 M LiNO3 2 M LiTFSi和0.5 M LiNO3 2.5 M LiTFSi）。以含3 M LiNO3或3 M LiTFSi的電解質為對照組。
2）實驗結果和AIMD模擬表明，在DMA中使用1 M LiNO3 2 M LiTFSi的優(yōu)化電解質可以促進LiF和富含LiNxOy的SEI膜的形成，從而保護鋰負極避免枝晶生長和腐蝕，并實現(xiàn)更快的傳質和電極傳輸動力學，克服了高濃度電解質的缺點。
3）實驗結果顯示，Li/Li對稱電池（1800 h）和Li-O2電池（180次循環(huán)）在基于DMA的電解質中均具有最佳的循環(huán)性能。
這項研究為電解質調(diào)節(jié)策略注入了新的活力，并為堿性O2電池的開發(fā)鋪平了道路。
X. Zhang, et al, A Renaissance of N,N-Dimethylacetamide-Based Electrolyte to Promote the Cycling Stability of Li-O2BatteriesEnergy Environ. Sci., 2020
DOI：10.1039/D0EE01897J
https://doi.org/10.1039/D0EE01897J
6. Angew：0.28 nm厚的毫米級卟啉基單原子層用于電催化CO2轉化
在通過機械剝離制備石墨烯薄膜之前，人們普遍認為二維材料在熱力學上是不穩(wěn)定的，并且在單個原子厚度處是不連續(xù)的。石墨烯是一種SP2雜化碳原子的二維單分子膜，具有一系列獨特的性質，因此在光電子學、儲能、催化、傳感器和復合材料等方面顯示出巨大的潛力。石墨烯的成功和前景促使研究人員擴展了石墨烯家族，如石墨二炔、磷烯、硅烯、單烯、鍺、二維過渡金屬碳化物和氮化物(MXene)甚至過渡金屬二硫化物(TMDs)。
此外，由一兩種其他元素組成的二維單原子層在過去幾年中也取得了巨大的進步。由于單原子層的獨特性，有必要探索新的單層二維材料，這可能會進一步揭示意想不到的性質和創(chuàng)新。近日，清華大學王訓教授報道了成功地合成了卟啉基單原子層（PML），這是一種單體單位厚度（2.8 ?）的獨立的二維卟啉基材料。
本文要點：
1）溶劑熱法提供了一種自下而上的方法，可將單原子層從納米級調(diào)整為毫米級。合成了含有可精準定制的M–N4單元（M = Cu和Au）的PML，其對CO2的電催化性能與金屬活性中心有關。。
2）實驗結果顯示，具有Cu-N4中心的PML對HCOO-和CH4具有很高的法拉第效率（在-0.7 V時分別為80.9%和11.5%），而具有Au-N4中心的PML主要生成HCOO-和CO（在-0.8V時分別為40.9%和34.4%）。此外，觀察到Cu位的不可逆重構行為。
基于類石墨烯的性質和金屬中心選擇性關系， PML有望在各種應用中發(fā)揮獨特的作用。
Deren Yang, et al, Freestanding millimeter-scale porphyrin-based monoatomic layers with 0.28 nm thickness for CO2 electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202006899
https://doi.org/10.1002/anie.202006899
7. Angew：鈣鈦礦薄膜載流子分布成像表征
臺灣交通大學Eric Wei-Guang Diau等報道一種通過瞬態(tài)吸收顯微鏡TAM（transient absorption microscope）結合掃描電子顯微鏡進行圖像重合的方法對鈣鈦礦多晶薄膜進行成像分析，通過對圖像進行按像素排列，實現(xiàn)了對光生載流子在不同區(qū)域中的弛豫動力學監(jiān)測。作者發(fā)現(xiàn)，載流子弛豫過程中含有載流子復合過程產(chǎn)生的一級衰減過程，作者發(fā)現(xiàn)這種載流子復合壽命的分布遵循雙重模式，分別對應于自由載流子、限域載流子的復合過程。作者發(fā)現(xiàn)在晶界處的載流子復合速率低于在晶粒內(nèi)部的復合速率，小的晶粒中載流子壽命高于大的晶粒（＞500 nm）中載流子的壽命。以上結果展示了晶界對光生載流子復合的抑制有利的促進了鈣鈦礦太陽能電池的工作。
本文要點：
1）通過在電子顯微鏡照片上直接進行光生載流子壽命的對應，有效的監(jiān)控了不同納米結構中光生載流子的動力學。作者發(fā)現(xiàn)，在低于500 nm的鈣鈦礦晶粒中，更小的晶粒和更多的晶界，鈣鈦礦具有更高的載流子壽命；在高于500 nm同時低于900 nm的鈣鈦礦晶粒中，載流子的壽命和晶粒大小無關。
2）實驗結果說明，晶界處的表面缺陷態(tài)抑制了載流子復合動力學，這個過程有效的改善了鈣鈦礦向傳輸層之間的電荷轉移。
Amir Fathi, et al. A Direct Mapping Approach to Understand Carrier Relaxation Dynamics in Varied Regions of a Polycrystalline Perovskite Film, Angew. Chem. Int. Ed. 2020
DOI：10.1002/anie.202008305
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202008305
8. AM：具有垂直排列的容器的蜂窩結構CNTs@SiO2納米纖維氣凝膠，用于耐鹽海水淡化
新興的太陽能海水淡化技術被認為是確保水安全的最有前途的戰(zhàn)略之一。然而，隨著太陽能海水淡化的不斷進行，海水鹽度的提高會導致太陽能蒸發(fā)器表面的鹽結晶，導致蒸發(fā)率下降。因此，制造具有優(yōu)異耐鹽性的太陽能蒸發(fā)器仍然是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。
近日，武漢大學鄧紅兵教授，東華大學丁彬教授報道了通過靜電紡絲技術和纖維冷凍成型技術，將層狀電紡納米纖維膜組裝成塊狀納米纖維氣凝膠，成功構建了具有垂直排列的容器和多孔容器壁組成的多孔結構的碳納米管（CNT）@SiO2納米纖維氣凝膠（CNFAs）。
本文要點：
1）在這種獨特的多孔結構促進的對流和擴散作用下，CNFAs表現(xiàn)出從高鹽度海水到低鹽度海水沿容器或通過容器壁孔的良好的鹽分輸送性能。優(yōu)異的輸鹽性能，使得即使在高鹽度海水和強光下也能降低蒸發(fā)界面的鹽度，防止鹽結晶。
2）由于碳納米管的容器狀結構和良好的光吸收的協(xié)同作用，氣凝膠具有高達98％的高吸光度和在1陽光照射下達到1.50 kg m-2h-1的出色蒸發(fā)性能。而柔性的SiO2納米纖維和可折疊的容器壁使CNFAs具有強大的機械性能。
這項工作有望為以耐鹽和高效的方式進行海水淡化提供一條獨特的途徑。
Xiangyang Dong, et al, Cellular Structured CNT s@SiO2 Nanofibrous Aerogels with Vertically Aligned Vessels for Salt-Resistant Solar Desalination, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.201908269
https://doi.org/10.1002/adma.201908269
9. AM：海綿金屬纖維骨架與原位表面工程相結合助力高性能柔性鋰硫電池
鋰硫電池（LSBs）被認為是有前途的下一代能量存儲技術，但是，不可控的鋰枝晶生長和嚴重的多硫化物穿梭效應嚴重阻礙了其商業(yè)化進程。近日，浙江大學夏新輝教授報道了一種功能強大的3D海綿鎳（SN）骨架+原位表面工程策略，以協(xié)同解決枝晶生長和多硫化物穿梭效應等問題，并成功構建了一種高性能的柔性LSB。
本文要點：
1）研究人員將設計的SN基體（固態(tài)電解質界面(SEI)@ Li /SN）上的噴霧淬火鋰金屬作為枝晶抑制劑，結合了3D親鋰Sn骨架和噴霧淬火形成的原位形成的SEI層的優(yōu)點，從而在5 mA cm-2/10 mA h cm-2時，可以在75 mV內(nèi)，保持了1500 h的穩(wěn)定過電位。同時，與碳/硫復合材料（SC@Ni3S2/SN）雜化的Sn骨架的原位表面硫化是催化整個反應動力學的有效鋰多硫化物吸附劑。
2）研究人員進一步通過COMSOL多物理模擬和密度泛函理論計算，以探索其潛在的機制。
3）研究人員設計出的SEI@Li/Sn||Sc@Ni3S2/Sn全電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，在1 C下的機械變形容量為≈2，容量保持率為99.82%。
該研究工作為制備先進的LSB柔性電極提供了一種新的協(xié)同策略。
Bo Liu, et al, Coupling a Sponge Metal Fibers Skeleton with In Situ Surface Engineering to Achieve Advanced Electrodes for Flexible Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202003657
https://doi.org/10.1002/adma.202003657
10. AM：可同時提高析氧活性和穩(wěn)定性的鈣鈦礦型固溶體納米電催化劑
在析氧電催化反應中，通常存在無法同時提高催化活性與結構穩(wěn)定性的問題，尤其是在酸性環(huán)境中。這一難題限制了用于下一代電化學技術的高性能電催化劑的開發(fā)。近日，吉林大學鄒曉新教授報道了催化惰性SrZrO3（SZO）在SrIrO3（SIO）中的合金化，進而合成了一種新型的鈣鈦礦型SrZrO3–SrIrO3固溶體電催化劑，可有效地電催化酸性OER。
本文要點：
1）這一策略使得合金鈣鈦礦型電催化劑在酸性條件下的析氧反應中，銥的質量活性和結構穩(wěn)定性同時提高了約5倍。
2）實驗和理論結果表明，合金化策略產(chǎn)生了多方面的積極效應，主要包括減小催化劑尺寸、降低催化劑共價性和削弱表面氧結合能力。因此，整體和表面性能的協(xié)同優(yōu)化提高了表面銥位點的本征活性和可用性，同時顯著抑制了電催化過程中的表面陽離子腐蝕。
Xiao Liang, et al, Perovskite-Type Solid Solution Nano-Electrocatalysts Enable Simultaneously Enhanced Activity and Stability for Oxygen Evolution, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202001430
https://doi.org/10.1002/adma.202001430
11. ACS Nano：多區(qū)域Janus特性的磷化鈷/鈷復合材料用于高度可逆的室溫鈉硫電池
具有極強化學吸附力和對多硫化物具有催化作用的極性材料被認為是金屬硫電池的高效添加劑。然而，對于室溫下鈉硫（RT-Na/S）電池而言，與多硫化物具有親合力，滿足高導電性和強極性的極性組分的構造是一個挑戰(zhàn)。近日，澳大利亞伍侖貢大學Yunxiao Wang，侴術雷教授報道了一種通用的、可操作的異質結構誘導策略來合成具有Janus特征的異質結構CoP-Co復合材料，包括一個簡單的碳化-氧化-磷化過程。并通過X射線衍射、掃描電鏡和X射線吸收光譜分析，對異質結制備的每一步進行了表征與分析。
本文要點：
1）由于結構特點，制備的S@CoP-Co/NCNHC正極在RT-Na/S電池中兼具高電導率和強極性，具有最佳的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
2）進一步的氧化還原機理研究表明，電催化劑（CoP）和導電載體（Co）之間的異質結構不僅提供了特定的電荷轉移動力學，而且為優(yōu)化Na2Sx（4<x≤8）向Na2S4的轉化提供了較強的化學吸附，從而有效地抑制了多硫化物的穿梭。另外，密度泛函理論計算表明，CoP-Co異質結中費米能級較高的表面鍵結構極大地促進了從價帶到導帶的電荷轉移，從而改善了電催化性能。
3）設計的正極具有高活性的CoCoO異質結構和導電骨架，可以為RT-Na/S電池中NaPSs的物理限制和化學鍵合提供協(xié)同效應。
總之，異質結構支撐的多區(qū)域Janus特征復合材料的異質種子誘導概念將是開發(fā)高性能金屬硫電池電催化劑的一種普遍而有前景的策略。
Zichao Yan, et al, Multiregion Janus-Featured Cobalt Phosphide/Cobalt Composite for Highly Reversible Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c03737
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03737
12. Chem. Sci.綜述：接枝半導體聚合物兩親體用于多模態(tài)光學成像和聯(lián)合光學治療
南京郵電大學范曲立教授和新加坡南洋理工大學浦侃裔教授對用于多模態(tài)光學成像和聯(lián)合光學治療的半導體聚合物兩親體及其相關研究進展進行了綜述介紹。
本文要點：
1）半導體聚合物納米顆粒(SPNs)在生物醫(yī)學領域的應用正越來越受到研究人員的關注。然而，當有兩親性共聚物存在時，利用納米沉淀法制備SPNs往往會到遇到諸多的問題。由半導體聚合物主鏈和親水側鏈組成的接枝半導體聚合物兩親體SPAs可作為SPNs的替代品，其也具有較高的生理穩(wěn)定性和良好的光學性能。
2）作者在文中就近年來SPAs在癌癥影像學和聯(lián)合光療中的研究進展做了綜述，并介紹了SPAs在光學成像中的應用，包括熒光、光聲、多模態(tài)和可激活成像等；隨后，作者也討論了SPAs在成像指導的光學治療、聯(lián)合治療、光觸發(fā)藥物遞送和基因調(diào)控等方面的應用；最后，作者對該領域的未來發(fā)展前景進行了展望討論。
Chen Xie. et al. Grafted Semiconducting Polymer Amphiphiles for Multimodal Optical Imaging and Combination Phototherapy. Chemical Science. 2020
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc01721c#!divAbstract
