1. Nature Energy：水熱沉積的硒硫化銻薄膜助力太陽能電池的效率提高10％
金屬硫系化合物作為太陽能電池的捕光材料已經取得了顯著的成功。特別是，基于Cu2(In,Ga)Se2（CIGS）和CdTe的硫系太陽電池已經達到了超過22%的功率轉換效率（PCE），并且具有良好的操作穩定性。CIGS和CdTe光伏技術的巨大成功激發了人們對探索新的金屬硫化物捕光材料的濃厚興趣，為此，一系列非常規半導體材料，例如Sb2(S，Se)3（包括Sb2S3和Sb2Se3），SnS，AgBiS2和GeSe在太陽能電池中的應用得到研究。值得注意的是，Sb2(S,Se)3具有一維（1D）晶體結構，并且在可見光波長處的峰值吸收系數> 105 cm-1。
然而，由于缺乏合適的材料加工方法以獲得具有最佳光電性能和形態的Sb2(S,Se)3薄膜，進而嚴重阻礙了其PCE的提高。有鑒于此，中科大朱長飛教授，陳濤教授，新南威爾士大學郝曉靜副教授報道了一種水熱方法來沉積高質量的Sb2(S,Se)3薄膜。
本文要點：
1）通過改變硒/硫比和沉積后退火的溫度，進而改善了Sb2(S,Se)3薄膜的形貌，增加了晶粒尺寸并減少了缺陷數量。
2）研究發現隨著Se/S比的增加，(Sb4S(e)6)n薄帶(S(e)代表S或Se)的擇優取向增加。通過優化水熱沉積參數和隨后的退火，成功實現了PCE為10.0%的Sb2(S,Se)3太陽能電池。這一研究結果突出了Sb2(S,Se)3作為一種新興光伏材料的應用潛力。
Tang, R., Wang, X., Lian, W. et al. Hydrothermal deposition of antimony selenosulfide thin films enables solar cells with 10% efficiency. Nat Energy (2020).
DOI：10.1038/s41560-020-0652-3
https://doi.org/10.1038/s41560-020-0652-3
2. Nature Energy：界面穩定策略助力高效鈣鈦礦太陽能電池組件，并具有超過2000小時的運行穩定性
鈣鈦礦太陽能電池組件規模的升級和長期穩定性已被公認為這種新興光伏技術商業化的最重要挑戰。在鈣鈦礦型太陽能組件中，器件內的每個接口都有助于提高組件的效率和穩定性。有鑒于此，為了提高鈣鈦礦太陽電池組件的效率和穩定性，日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）戚亞冰教授報道了采用了整體界面穩定策略（HIS），通過對鈣鈦礦層、電荷傳輸層（ETL）、空穴傳輸層（HTL）和器件封裝等相關層和界面的修飾來提高鈣鈦礦型太陽電池組件的效率和穩定性。
本文要點：
1）研究人員用乙二胺四乙酸二鉀鹽（EDTAK）穩定了SnO2 ETL，通過乙基碘化銨/甲基碘化銨（EAI/MAI）處理減少了鈣鈦礦表面的缺陷，抑制了水分進入和Au向2,2',7,7'-四[N，N-二(對甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（spiro-OMeTAD）HTL的遷移。
2）HIS策略不僅提高了PSM的效率，而且增強了穩定性。制造出未封裝鈣鈦礦太陽能電池，在反向掃描條件下，大面積器件（22.4 cm2）的認證效率為16.6%。封裝的鈣鈦礦太陽能組件的效率與未封裝的相似，在AM1.5G光照下連續工作2,000h后，保持了約86%的初始性能，即T90壽命（器件效率降低到初始值90%的時間）為1570h，估計的T80壽命（器件效率降低到初始值80%的時間）為2680h。
Liu, Z., Qiu, L., Ono, L.K. et al. A holistic approach to interface stabilization for efficient perovskite solar modules with over 2,000-hour operational stability. Nat Energy (2020)
DOI：10.1038/s41560-020-0653-2
https://doi.org/10.1038/s41560-020-0653-2
3. Nature Mater.：等離激元處理的石墨烯在晶界的優先自愈
位于晶粒或晶界的缺陷工程對功能材料的開發至關重要。盡管在體相材料的離子和等離子體輻射過程中缺陷的形成，遷移和湮滅引起了人們的關注，但由于實驗的局限性，這些過程很少在低尺寸材料中進行評估，在微米范圍內也仍未進行光譜學研究。近日，加拿大蒙特利爾大學L. Stafford等報道了使用具有高選擇性和衍射受限空間分辨率的高光譜拉曼成像方案來檢查等離激元誘導的多晶石墨烯薄膜中的損傷。
本文要點：
1）研究發現，在極低能量（11-13 eV）離子轟擊之前和之后進行的測量顯示，石墨烯晶粒中的缺陷產生遵循零維缺陷曲線，而疇邊界傾向于發展為一維缺陷。
2）晶粒邊界處的損傷要比晶粒內部慢，這歸因于其優先自我修復的行為。石墨烯中局部缺陷遷移和結構恢復的這一證據揭示了二維材料晶界處化學和物理過程的復雜性。
該工作提供了對2D材料未來設計和工程的見識，并要求更好地考慮多晶材料的一個重要但經常被邊緣化的特征：晶界。
P. Vinchon, et al. Preferential self-healing at grain boundaries in plasma-treated graphene. Nat. Mater., 2020
DOI: 1038/s41563-020-0738-0
https://www.nature.com/articles/s41563-020-0738-0
4. Nature Mater.：原子尺度上消除鉑基電催化劑的溶解
聚合物電解質膜燃料電池（PEMFC）可以高效地將氫燃料中儲存的化學能轉化為電能，因而成為各種交通運輸系統中極具吸引力的能源技術。經過30年的不斷發展，如今基于質子交換膜燃料電池的汽車已經實現了商業化，然而，其通往大眾市場的道路仍面臨很大挑戰。除了氫基礎設施的不完善以外，目前最先進的鉑（Pt）基電催化劑仍需要大幅提高性能，以降低電堆成本和延長器件壽命。其主要問題在于，陰極氧還原反應期間，Pt納米電催化劑的有限耐久性。目前研究催化劑的降解主要是在加速應力測試期間或之后觀察金屬溶解、粒度變化和碳載體腐蝕。
近日，阿貢國家實驗室Vojislav R. Stamenkovic報道了基于原子尺度上結構精準的單晶、薄膜和納米Pt表面的研究，揭示了具有持久耐久性電催化劑材料設計和合成的Pt溶解趨勢。
本文要點：
1）研究人員定義了一個新的度量，即本征溶解度（Γ0 (ng cm-2 Pt)），對于理解Pt溶解、表面結構、大小和碳（C）載體中Pt納米粒子的比例之間的關系具有重要意義。
2）研究發現，金（Au）底層的利用促進了Pt表面原子向（111）結構的有序化，而表面Au則選擇性地保護了低配位的Pt位。研究人員將這種緩解策略應用于3nm Pt3Au/C納米顆粒催化劑，從而在高達1.2V的擴展電位范圍內，消除了Pt在液體電解質中的溶解。與3nm Pt/C電催化劑相比，其耐久性提高了30倍。
Lopes, P.P., Li, D., Lv, H. et al. Eliminating dissolution of platinum-based electrocatalysts at the atomic scale. Nat. Mater. (2020)
DOI：10.1038/s41563-020-0735-3
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0735-3
5. Nature Chem.：C-C鍵斷裂中同時經過均裂/異裂/協同過程
化學反應通常能夠經過自由基過程、協同過程、離子反應過程進行，但是一種反應中同時有這三種過程極為罕見。在聚合物的力學化學領域中，機械作用力會通過沿著聚合物的鏈進行傳導，通常能激發其中對力變化敏感響應組分中的共價鍵。通常C-C鍵的斷裂過程遵循者均裂過程，但是同時一些官能團通過協同過程甚至通過異裂過程進行切斷。曼徹斯特大學Guillaume De Bo等通過1H-和19F-NMR結合氘同位素進行標記，展示了在N雜環卡賓組分附近位點上的C-C鍵斷裂過程能夠通過異裂，協同，均裂等過程同時進行。同時，產物的分布可能和后過渡態分裂產生的不同反應路徑有關，并且不同反應過程的組分由C-C鍵的極性情況控制。
本文要點：
1）作者對1,3-雙氮雜五元環卡賓結構的聚合物通過超聲作用力進行測試，對生成咪唑陽離子、卡賓、碳自由基的反應情況進行測試，結果顯示~70 %的反應通過異裂反應過程生成咪唑的機理進行反應、~24 %的反應通過協同反應過程形成卡賓機理進行反應、~6 %的反應通過均裂反應生成碳自由基機理進行反應。
2）作者發現這種多種產物的反應中通過力作用于勢能面的過程進行，并且作者發現通過取代反應、同位素標記實驗對反應可調節性進行研究。
Robert Nixon, et al. Three concomitant C–C dissociation pathways during the mechanical activation of an N-heterocyclic carbene precursor, Nature Chem. 2020
DOI：10.1038/s41557-020-0509-1
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0509-1
6. Nature Nanotech.：工程合成呼吸生物標志物用于呼吸系統疾病
人的呼吸中含有許多揮發性代謝物。然而，由于生物標志物鑒定中的瓶頸，目前臨床上很少使用呼氣測試來監測疾病。于此，麻省理工學院Sangeeta N. Bhatia等人通過將蛋白酶敏感納米顆粒局部遞送至肺部，設計了呼吸道疾病的呼吸生物標記物。
本文要點：
1）納米傳感器在中性粒細胞彈性蛋白酶切割后釋放出揮發性的報告物，中性粒細胞彈性蛋白酶是一種與炎癥相關的蛋白酶，在諸如細菌感染和α-1抗胰蛋白酶缺乏癥等肺部疾病中具有增強的活性。肺內遞送到患有急性肺部炎癥的小鼠模型中后，揮發性報告分子被釋放并以質譜檢測到的水平在呼吸中排出。
2）這些呼吸信號可以在納米傳感器給藥后的10分鐘之內以高靈敏度識別出患病小鼠。使用這些納米傳感器，研究人員進行了連續呼氣試驗，以監測肺部感染期間嗜中性粒細胞彈性蛋白酶活性的動態變化，并評估靶向嗜中性粒細胞彈性蛋白酶的蛋白酶抑制劑治療α-1抗胰蛋白酶缺乏癥的療效。
Chan, L.W., et al. Engineering synthetic breath biomarkers for respiratory disease. Nat. Nanotechnol. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41565-020-0723-4
7. Nature Nanotech.：通過基因刷模式和2D隔室幾何結構編程多蛋白組裝
蛋白質機器在細胞中的組裝是精確、快速的，并與蛋白質合成相結合，并在空間和時間上進行調節。天然和合成納米機器的組裝同樣可以通過細胞外的基因編程來控制。于此，以色列魏茨曼科學研究院Roy H. Bar-Ziv、Shirley S. Daube等人提出了準二維（2D）硅室，它能夠通過從表面固定的DNA刷進行局部合成來對蛋白質裝配線進行編程。
本文要點：
1）利用該平臺，研究人員研究了從噬菌體和細菌RNA合成機自動合成和組裝結構復合物的過程。配合物的局部合成和表面捕獲提供了高的組裝產率和對空間分辨的組裝中間體的敏感檢測，而隔室的3D幾何結構和2D刷子圖案決定了組裝步驟的產量和模式。
2）蛋白質在單個基因刷中的局部合成增強了它們之間的相互作用，它們的基因在分離刷中的位移導致了逐步的表面組裝。這種方法使蛋白質合成的空間調控，以及生物機器裝配線的破譯、重建和設計成為可能。
Vonshak, O., et al. Programming multi-protein assembly by gene-brush patterns and two-dimensional compartment geometry. Nat. Nanotechnol. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41565-020-0720-7
8. Nature Commun.：全固態反應器中CO2RR以制備高濃度純甲酸溶液
使用不同的催化材料可以從二氧化碳電還原反應（CO2RR）生產從碳氫化合物到含氧物和從C1到C3的各種增值化學品。與氣相CO2RR增值化學品相比，液體產品，如甲酸鹽，由于其高能量密度和易于儲存和運輸而顯示出顯著的優勢。更重要的是，隨著脫氫催化劑的快速發展，基于常溫下呈液相，高體積氫密度以及低毒性等優點的甲酸正成為一種有吸引力的氫載體。然而，通過CO2RR用于可再生甲酸合成中的實際應用一直面臨著一個挑戰：生成的甲酸產品通常會與液體電解質混合，因此必須進一步純化才能夠使用。
近日，萊斯大學汪淏田教授，浙江大學陸盈盈教授報道了一種在全固態反應器中通過電催化CO2RR直接合成甲酸蒸汽的策略。生成的甲酸蒸氣既可以作為高濃度液體燃料冷凝，也可以直接送入氣相反應器進行后續應用。
本文要點：
1）為提高Bi催化劑的CO2RR活性，研究人員報道了一種化學鋰（Li）調節方法來生成豐富的活性GBs。首先選擇商品化的Bi2O3微粉，然后將Bi2O3浸入正丁基鋰（nBuLi）中，并在80 °C下反應24 h。在此過程中，鋰離子化學嵌入到Bi2O3晶格中，從而將Bi2O3還原為嵌入Li2O基質中的超小金屬Bi納米顆粒。
2）陰極和陽極由多孔固體電解質(PSE)層隔開，在電極上生成的甲酸鹽和質子重組形成甲酸分子。與傳統的混合產生液體燃料的液體電解質不同，該PSE層有助于快速離子傳導，同時不會引入任何雜質離子。更重要的是，生成的甲酸可以通過流經PSE層的惰性氣流以蒸汽的形式有效地去除。
3）結合高活性（甲酸鹽部分電流密度~450 mA cm-2）、選擇性（最大法拉第效率~97%）和穩定性（10 0 h）的晶界富集Bi催化劑，研究人員成功實現了從產生的蒸汽中凝聚超高濃度純甲酸溶液（接近100wt.%）。
Lei Fan, et al, Electrochemical CO2 reduction to high-concentration pure formic acid solutions in an all-solid-state reactor, Nat Commun 11, 3633 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-17403-1
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17403-1
9. Chem. Soc. Rev.綜述：用于多功能分子基材料的八氰基金屬鹽
八氰基金屬配合物已成功地應用于異金屬配位體系的設計，提供了一系列令人驚喜的所需物理性質，具有巨大的技術應用潛力。[M(CN)8]n-離子由一系列處于高氧化態的過渡金屬配合物組成，包括NbIV，M oIV/V，WIV/V和ReV。自2000年發現具有開創性的雙金屬{MnII 4 [MIV(CN)8]2}和{MnII 9 [MV(CN)8] 6}（M = Mo，W）分子以來，八氰基金屬鹽已被成功地用作前驅體可以在溫和的合成條件下以結晶形式構建各種d-d或d-f配位簇和骨架。基于[M(CN)8]n-網絡的主要研究集中在應用上，即基于分子的磁體表現出由氰基橋介導的有效金屬間交換耦合而產生的長程有序磁性。然而，在過去的幾年里，基于八氰基金屬酸鹽的材料被證明具有多種顯著的功能，成為構建分子納米磁體、磁冷卻器、自旋轉換材料、光磁體、溶劑-磁性材料(包括分子磁海綿、發光磁體、手性磁體和光磁體)、倍頻活性磁性材料、熱釋電和鐵電材料、離子導體以及電化學容器的有效構件。其中一些材料可以加工成納米尺度，為磁、光和電子器件的發展開辟了新方向。
有鑒于此，波蘭雅蓋隆大學Szymon Chorazy，Barbara Sieklucka綜述了基于八氰基金屬鹽的功能材料領域的所有重要成就，特別是最新研究進展，并對[M(CN)8]n-離子的獨特結構和電子特性進行了深入的討論，旨在為先進的多功能材料引入所需的物理性質及其組合。
本文要點：
1）作者從十個方面總結了八氰基金屬鹽的物理功能，包括磁性有序相、分子納米磁體、磁冷卻器、自旋轉變材料、光磁體、溶劑磁性材料、發光磁體、手性和非中心對稱磁系統、離子導體和電化學容器，以及關于這些材料的納米級加工技術的研究進展。同時，在每方面，作者概述了最令人印象深刻的研究成就，總結了了[M(CN)8]n-離子的功能應用潛力以及獨特結構和電子特性的重要性。這對于獲得所需特性具有重要意義。
2）作者最后指出了了該領域中最有前途的研究方向，重點是關于新型多功能八氰基金屬化物的材料設計的未來前景。
Szymon Chorazy, et al, Octacyanidometallates for multifunctionalmolecule-based materials, Chem. Soc. Rev., 2020
DOI: 10.1039/d0cs00067a
https://doi.org/10.1039/D0CS00067A
10. Angew：尺寸依賴的鎳基電催化劑用于選擇性CO2還原
通過將CO2轉化為可重復使用的化學物質來結束人為碳循環被認為是緩解大氣中CO2濃度升高的有吸引力的解決方案。近日，東北石油大學Hongjun Wu，美國圣地亞哥州立大學Jing Gu等一系列尺寸的Ni基金屬催化劑，并研究了它們的電催化CO2還原性能。
本文要點：
1）作者制備了大小從單原子到100 nm以上的Ni基金屬催化劑，并將它們分布在從沸石咪唑酸鹽骨架（ZIF）轉化獲得的N摻雜的碳基質上。
2）研究發現，該催化劑的CO2還原性能隨鎳金屬尺寸的變化而變化。Ni單原子在-0.8 V（相對于RHE）時，生成CO法拉第效率（FE）可達97％，而4.1 nm Ni納米粒子的效果則稍低（?93％）。
3）進一步將Ni的粒徑增加到37.2 nm，使H2析出反應（HER）與CO2還原反應（CO2RR）競爭，則產生CO的FE降低至<30％，HER效率提高至>70％。這些結果揭示了各種尺寸的Ni基金屬催化劑的尺寸依賴性的CO2還原趨勢。
該工作成功證明了金屬尺寸對CO2RR的影響，不僅有益于CO2的可再生利用，而且對尺寸控制電催化劑的未來設計，以將CO2有效轉化為更有用的化學物質具有重要借鑒意義。
Zhida Li, et al. Size‐dependent Ni‐based electrocatalysts for selective CO2 reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202000318
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000318
11. Photonics Research：激光刻蝕rGO/CsPbBr3打造自驅動、柔性、超寬譜光電探測器
高性能，自驅動且具備柔性特性的超寬譜光電探測器在生物成像、光通信、導彈制導、遙感等諸多光電子系統中起著重要的作用。但是，由于現有的材料和技術手段的缺乏，實現這些需求仍然是一個巨大的挑戰。近年來，隨著新型半導體材料的發展，基于塞貝克效應的光熱電(PTE) PD由于具有在零電壓下超寬帶檢測的能力，重新引起人們的興趣。
近年來，部分科研小組利用激光刻蝕法成功地制造出了氧化還原石墨。激光刻蝕還原氧化石墨烯(LSG)具有可以實現任意尺寸氧化石墨烯的生長，制備周期從幾小時縮短到幾分鐘且不需要特殊的化學試劑和高溫度等的優點，是一種非常有潛力的三維泡沫石墨烯的制備方法。同時，鈣鈦礦材料被證實不僅具有優異的光電特性，還是一種極具潛力的熱電材料，具有較大的賽貝克系數和較低的熱導。近期，天津大學姚建銓院士和張雅婷副教授等人提出利用LSG/CsPbBr3復合材料制備了自驅動柔性的光電器件，實現了紫外-太赫茲超寬光譜探測。
本文要點：
1） 研究結果表明：LSG/CsPbBr3器件展示出超寬譜探測性能探測波段包括紫外線(UV)太赫茲(THz)。在零偏壓下表現出高的響應度為100 mA /W@405 nm和10 mA /W @118 μm以及18 ms快速響應時間。
2）此外，作者充分討論了LSG/CsPbBr3器件光熱電效應。這項工作表明，LSG/CsPbBr3器件是室溫下構建高性能、柔性、自驅動超寬帶探測器有潛力的候選材料，為未來自驅動柔性的超寬帶、高靈敏度新型光電探測器研究提供理論基礎和技術支撐。
圖1. LSG/CsPbBr3 光電器件制備過程。
圖2. 器件在多波長照射下的光開關特性曲線以及器件在405 nm ~ 2.52THz波長范圍內的超寬帶R和NEP曲線。
Yifan Li, et al, Self-powered, flexible, and ultrabroadband ultraviolet-terahertz photodetector based on a laser-reduced graphene oxide/CsPbBr3 composite. Photonics Research, 2020
DOI: 10.1364/PRJ.395090
https://doi.org/10.1364/PRJ.395090
