1. Science Advances：用于甲醇燃料電池的Pd-Te納米板
直接甲醇燃料電池(DMFC)中的甲醇滲透問題會嚴重降低陰極氧還原反應（ORR）性能和燃料效率。因此，開發同時具有高ORR活性和優良抗甲醇中毒特性的高效催化劑仍然具有挑戰性。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Pd-Te六方納米板(HPs)可以作為ORR的高效電催化劑，具有很強的抗甲醇中毒特性。
本文要點：
1）研究人員以乙酰丙酮鈀[Pd(acac)2]和碲酸（H6TeO6）為金屬前驅體，N，N-二甲基乙酰胺（DMAC）為溶劑，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為表面活性劑，在檸檬酸（CA）和氯化（NH4Cl）存在下，基于水相條件成功制備出具有Pd20Te7相的Pd-Te HPs，以克服DMFC中活性和抗毒之間的問題，該HPs是由Pd-Te納米板中Pd原子的偏離的六邊形緊密堆積排列組成，為活性催化中心提供了橋位。
2）Pd-Te HPs/C在超過50000秒的長時間計時電位下具有良好的ORR活性和高穩定性，活性衰減可以忽略不計，結構/組成變化有限。同時，Pd-Te HPs/C在DMFC中表現出優異的耐甲醇能力和抗中毒穩定性，遠遠優于商用Pt/C。
3）DFT計算結果表明，優異性能歸功于獨特的表面排列，這種排列導致了關鍵中間體在ORR內的最佳吸附，以及對不利MOR趨勢的高阻擋。Pd-Te HPs的高活性和優異的耐甲醇性能為其作為DMFC及以后的潛在電催化劑提供了保證。
這項工作為制備和設計具有優異電催化活性和穩定性的二維Pd相關催化劑提供了一種新的策略。
Ying Zhang, et al, Atomically deviated Pd-Te nanoplates boost methanol-tolerant fuel cells, Sci. Adv. 2020
DOI: 10.1126/sciadv.aba9731
https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eaba9731
2. Joule：水分驅動的CO2吸附劑
界面上的離子水合和脫水反應無處不在，在眾多的化學、物理、生物、環境系統中起著關鍵作用。離子的水合作用不僅影響相鄰水分子的結構和動力學，還通過形成高結構的水分子影響極化和電荷轉移。通過分子模擬可以更好地理解固體表面離子、離子對和離子水合之間的相互作用。一種直接空氣捕集（DAC）吸附劑（離子交換樹脂[IER]）在干燥時強烈結合二氧化碳，在潮濕時釋放二氧化碳。而傳統的DAC熱擺動吸附技術在再生過程中需要大量的能量。
近日，哥倫比亞大學陳曦教授報道了一種包含離子交換或納米孔材料和碳酸根離子的節能系統，該系統只需控制與吸附劑接觸的水量（水分），即可從周圍空氣中捕獲二氧化碳。
本文要點：
1）當周圍環境干燥時，該系統將二氧化碳從空氣中結合起來，而當環境潮濕時，該系統會將二氧化碳解吸。
2）研究人員利用量子力學模擬研究了這種CO2吸附和解吸系統的設計，并通過實驗進行了驗證。其作用機理為碳酸鹽離子與水分子化學反應的自由能變化；自由能變化隨材料中水分子數目的減少而減小。
3）研究人員闡述了吸附劑的孔徑、陽離子間距和表面疏水性對CO2捕集效率的影響。
這項研究揭示了如何優化高效的直接空氣捕獲系統，從而有助于“負排放技術”的發展。
Shi et al., Moisture-Driven CO2 Sorbents, Joule (2020).
DOI：10.1016/j.joule.2020.07.005
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.005
3. EES：用于鋰離子電池的“鹽包水”聚合物電解質
最近利用21m“鹽包水”（WiS）將水系電解質的電化學穩定窗口擴展到3.0V的成功，為開發安全的水系鋰離子電池提出了更高的期望。然而，由于正極電壓的限制（1.9 V vs. Li/Li+），目前最兼容的Li4Ti5O12負極仍然不能在WiS電解質中使用。近日，馬里蘭大學Chongyin Yang，王春生教授報道了通過將WiSE固化到甲基丙烯酸聚合物網絡中，開發了一種固態水性聚合物電解質（SAPE）。
本文要點：
1）與傳統的固體聚合物電解質相比，所獲得的SAPE電解質具有更高的離子電導率。與以往報道的離子液體研究相比，WISE的協同作用增強了離子輸運性能。水分子的活性通過交聯的固態聚合物和高濃度鹽進一步穩定在聚合物網絡中。此外，LiF-Li2CO3 SEI在最初的充電/放電循環中形成，這抑制了后期循環中的水分流失。為了進一步防止初始循環中的水分流失，在負極和電解質之間插入了無水的薄PEO-LiTFSI-KOH SPE界面，以進一步提高庫侖效率。
2）實驗結果表明，UV交聯和局部堿性SPE對負極的綜合影響將固態水性聚合物電解質的電化學穩定性窗口擴展到?3.86 V。無隔膜水系LiMn2O4//Li4Ti5O12全電池具有實用的正極和負極容量比（1.14），在0.5 C下，具有151 Wh kg-1的穩定能量密度，初始庫侖效率為90.50％，并且超過600個循環后，平均庫侖效率為99.97％，這在先前水系LiMn2O4 // Li4Ti5O12全電池中從未有過報道。將活性物質的面積容量提高到1.5 mAh cm-1可以提高電池的能量。
3）組裝的LiMn2O4/12m SAPE@SPE/Li4Ti5O12袋式電池具有與相應紐扣電池相似的循環能力。通過以不同的角度和時間彎曲并在空氣和水中切割后，袋式電池仍然保持高性能。此外，以12m SAPE作為粘合劑的超厚LTO電極也被證明是固態電池電極。并用12m SAPE @ SPE電解質，成功組裝了一個高壓（7.4 V）固態雙極電池。具有超強耐用性的無隔板柔性SAPE LMO // LTO電池可廣泛用于低成本和高安全性的柔性電子設備。
C. Wang, et al, “Water-in-salt” Polymer Electrolyte for Li-ion Batteries Energy Environ. Sci., 2020
DOI: 10.1039/D0EE01510E
https://doi.org/10.1039/D0EE01510E
4. EES：用于CO電還原為C2+產物的Ag2Cu2O3催化劑模板材料
雖然近年來在CO2和CO電化學轉化為增值化學品領域取得了重大進展，但要將這項技術達到工業水平，還需要克服更多的挑戰。合理設計催化劑材料，使之能夠在工業相關的電流密度（4200 mA/cm-2）下選擇性地生產所需產品，這無疑是其中重要挑戰之一。近日，西門子油氣與電力集團Günter Schmid報道了一種混合金屬氧化物Ag2Cu2O3，作為CO高效電還原為C2+產物的起始模板材料。
本文要點：
1）電化學實時質譜（EC-RTMS），XRD和XPS等表征結果顯示，Ag2Cu2O3只是一種模板，而非活性催化劑。同時在電解的最初幾分鐘內原位形成了完全還原的CuAg雙金屬材料。
2）電化學篩選結果表明，以CO2（CO2RR）和CO（CORR）為原料氣體時，催化劑的產物分布有很大差異。在CORR過程中，600 mA cm-2的電流密度下，獲得了接近92%的C2+產物的法拉第效率。另一方面，在CO2RR過程中，在所有測試電流密度下，CO都是主要產物，最大法拉第效率達到68%。
3）XPS價帶測量結果表明，Ag2Cu2O3原位生成的Ag-Cu雙金屬催化劑與金屬Ag和Cu參考樣品相比具有不同的表面電子結構，這一發現與觀察到的產物分布相一致。
該混合金屬氧化物模板方法研究表明，使用Cu和其他客體金屬（本工作中為Ag）在原子水平上混合的材料，只需占據它們在晶格中的指定結晶學位置，就可以提高對增值產品的選擇性。
Nemanja Marti?, Ag2Cu2O3 – a catalyst template material for selective electroreduction of CO to C2+products, Energy Environ. Sci., 2020
DOI: 10.1039/d0ee01100b
https://doi.org/10.1039/d0ee01100b
5. Nano Letters：機械性能大幅度提高的超扁平石墨烯
由于Cu表面粗糙，可以釋放界面熱應力或石墨烯彎曲能，因此通過化學氣相沉積法在Cu表面生長的石墨烯比較粗糙。而粗糙度無法避免的會降低石墨烯的導電性和機械強度。近日，北京大學劉忠范院士，彭海琳教授報道了以相鄰的Cu(111)面和平坦的Cu(111)面為模型襯底，研究了原始表面形貌對石墨烯覆蓋的Cu表面變形的影響。
本文要點：
1）研究發現，在Cu(111)鄰近表面，如具有定向臺階的高溫退火Cu(111)箔，Cu在石墨烯下面的快速擴散會驅動臺階的分面和SB的形成，從而釋放了石墨烯彎曲能。相反，在Cu（111）光滑表面上，如在藍寶石上制造的Cu（111）膜，錯切角很小，石墨烯的生長只會引起原子臺階的富集，從而得到表面粗糙度為0.2 nm的超扁平石墨烯。
2）在Cu(111)薄膜上生長的原子平坦的石墨烯在轉移到靶襯底后保持了超平坦的特征，避免了SB衍生的納米顆粒。與波紋石墨烯相比，超扁平石墨烯的機械性能得到大大提高。
Bing Deng, et al, Growth of Ultra-Flat Graphene with Greatly Enhanced Mechanical Properties, Nano Lett., 2020
DOI：10.1021/acs.nanolett.0c02785
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02785
6. Angew：重構的Fe3O4（001）表面的電化學穩定性
金屬氧化物有望作為貴金屬電催化劑的替代物，應用于氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）等。獲得對氧化物-電解質界面的基本了解對電化學反應建模和優化催化劑設計至關重要，但是通過原位/操作技術確定原子尺度結構仍具有挑戰性，許多氧化物被認為在反應條件下不穩定。在電化學反應過程中建立金屬氧化物表面的原子尺度結構是對這一類重要的電催化劑進行建模的關鍵步驟。近日，拉普拉塔國立大學Doris Grumelli等研究發現在（001）取向的磁鐵礦單晶上形成的（√2×√2）R45°表面重構結構，在浸入0.1 M NaOH中，0.20 V（相對于Ag/AgCl）下可以保持穩定，并研究了其對電極電位的依賴性。
本文要點：
1）作者使用原位和原位操作表面X射線衍射從氫開始生成到氧釋放反應（OER）的電位來跟蹤該催化劑表面的演化。
2）實驗發現，重構結構在-0.20至0.60 V之間的數小時內保持穩定，令人驚訝的是，在高達10 mA/cm2的陽極電流密度下仍然穩定，并嚴重影響OER動力學。作者將其歸因于重構表面對Fe3O4體相的穩定作用。
3）在更負的電勢下，由于氧化物還原的開始，觀察到了逐漸且基本上不可逆的重構。
Doris Grumelli, et al. Electrochemical stability of the reconstructed Fe3O4(001) surface. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202008785
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202008785
7. Angew：鈦卟啉氣凝膠的合成及光催化性能
含光敏劑的多孔的Ti（IV）基材料由于其高的光催化活性而備受關注。近日，韓國大邱慶北科學技術院Jinhee Park報道了一種新型的鈦卟啉凝膠（TPGs）和鈦卟啉氣凝膠（TPAs），其中一個卟啉配體，四(4-羧基苯基)卟啉被配位到Ti-oxo簇上。
本文要點：
1）研究人員通過TPGs的CO2臨界點干燥制備出具有微孔，中孔和大孔以及與反應物濃度有關的BET表面積為407-738 m2 g-1的TPAs。
2）盡管TPA的Ti4+→Ti3+的光還原效率不如結晶微孔Ti-卟啉骨架（DGIST-1），但電子順磁共振波譜觀察到O2和自旋捕集劑的迅速擴散會導致TPA孔快速生成活性氧物種（ROS），例如單線態氧（1O2）和超氧化物（O2?-）。
3）當用作活性氧清除劑時，具有最佳性能的TPA對大的1，3-二苯基異苯并呋喃的降解速度是DGIST-1的10倍，這表明分子（反應物）對孔（反應中心）的可及性對光催化活性有很大的影響。
Yesub Keum, et al, Synthesis and Photocatalytic Properties of Titanium-Porphyrinic Aerogels, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202007193
https://doi.org/10.1002/anie.202007193
8. Angew：一系列具有可調的窗口尺寸和極高的乙烷吸附選擇性的介孔金屬有機骨架
由金屬離子和橋聯有機配體構成的金屬-有機骨架（MOFs）由于其高比表面積、可調孔結構和永久孔隙率等結構特性，在過去的幾十年里引起了人們的極大關注。MOFs適用于許多要求苛刻的應用，如氣體儲存和分離。迄今為止，大多數MOFs都是微孔結構，即孔徑小于2 nm，這極大地限制了其潛在應用領域。介孔MOFs的孔徑大于2 nm。同時，由于增加了比表面積，促進了底物分子在孔隙中的傳質，從而改善了催化和吸附性能，因此看起來非常有吸引力。
近日，俄羅斯科學院西伯利亞分院Vladimir P. Fedin報道了成功合成了五個介孔骨架NiIC-20，通式為[Zn12(iph)6(glyco)6(dabco)3]，其中iph2-=間苯二甲酸酯，glycol=去質子化二醇（乙二醇，EtO2，NiIC-20-Et；1，2-丙二醇，PrO2，NiIC-20-Pr；1，2-丁二醇，BuO2，NiIC-20-Et；1，2-戊二醇，PeO2，NiIC-20-Pe；丙三醇，GlO2，NiIC-20-Gl。
本文要點：
1）優化的合成條件使得NiIC-20可以從簡單的起始化學物質的反應混合物中輕松結晶，并具有定量的產率。
2）與先前報道的基于相同的十二核{Zn12}單元通過2，5-噻吩二羧酸連接的微孔NiIC-10系列相反，iph2-更尖銳的角度引導{Zn12}單元自組裝成具有直徑為2.5 nm的大籠子的介孔網絡。每個納米籠通過{Zn12}單元的接口連接到其他8個單元，這些單元的幾何結構、化學性質和氣體吸附性能可以通過改變乙二醇的性質來調節。
3）介孔NIIC-20具有更高的氣體吸附容量，具有創紀錄的C2H6/C2H4吸附選擇性和較高的乙烷吸附吸收率，優于迄今為止已報道的用于乙烯純化的多孔MOF。
Anna A. Lysova, et al, A Series of Mesoporous Metal-Organic Frameworks with Tunable Windows Sizes and Exceptionally High Ethane over Ethylene Adsorption Selectivity, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202008132
https://doi.org/10.1002/anie.202008132
9. Angew：雙卟啉稠合的并五苯異常的高穩定性
將諸如卟啉之類的芳香族大環化合物與多環芳香烴（PAHs）的外圍稠合以獲得大p-延伸的多發色體系是一個新興且有吸引力的領域。近日，北德克薩斯大學Hong Wang，Francis D’Souza等合成并表征了一系列大π擴展的多發色分子，包括交叉共軛，半交叉共軛，共軛間斷和線性共軛體系。
本文要點：
1）這些多發色分子系統揭示了有趣的結構-性質關系。交叉共軛雙卟啉稠合的并五苯醌發色團就要從350 nm到650 nm的寬UV-Vis吸收帶，而線性共軛雙卟啉稠合的并五苯發色團在800-900 nm處表現出吸收。
2）雙卟啉稠合的戊烯Pen-1b和Pen-2a顯示出豐富的氧化還原化學，分別具有7和8個可觀察到的氧化還原狀態。
3）線性共軛雙卟啉稠合的并五苯（Pen-1b和Pen-2a）與并五苯類似物相比具有更窄的HOMO-LUMO間隙（分別為1.65和1.42 eV）和更高的HOMO能級（2.23和2.01 eV），類似于不穩定的六烯和庚二烯。而Pen-1b和Pen-2a顯示出異常的穩定性。
4）雙卟啉稠合的并五苯Pen-2a的估計半衰期> 945小時，比其并五苯類似物的壽命更長（BPE-P，半衰期為33 h）。
5）使用飛秒瞬態吸收技術對Pen-1b和Pen-2a的異常穩定性進行研究表明，以卟啉鎳為中心的photo‐events導致短暫的中間電荷轉移狀態，從而阻止了光降解途徑。這種電荷轉移對Pen-1b和Pen-2a的異常穩定性起主要作用。此外，立體效應和降低的LUMO能級也有助于穩定雙卟啉稠合的并五苯。
Yi Hu, et al. Bisporphyrin‐Fused Pentacenes Exhibiting Abnormal High Stability. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202008076
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202008076
10. Angew：分子配體介導的多組分納米片超晶格用于緊湊型儲能電容器的組裝
具有原子薄納米片（NSs）的2D材料，因其特殊的固有特性（例如高比表面積和靈活的狹縫狀通道）而備受關注。絕大多數剝離的NSs具有與暴露的極性原子/官能團或表面電荷相關的豐富的表面化學，因此可以分散在極性溶劑中。尤其是，由密集堆積的NSs組成的層狀薄膜因其高度的柔韌性而在緊湊的電化學儲能方面具有很大的應用前景。然而，由于NSs的嚴重自重堆積，層壓膜通常會受到電化學動力學的影響，這會嚴重阻礙了電解質離子的擴散和吸附。
有鑒于此，復旦大學董安鋼教授報道了研究了2D材料的膠體組裝，主要目標是設計具有長程堆積有序和高堆積密度的2D/2D異質結，以實現緊湊的電容儲能。通過使用通常用于NP合成的長鏈分子配體修飾最初的親水性NSs，然后再進行溶劑蒸發誘導的自組裝。各種2D材料，包括氧化石墨烯（GO），MXene（例如Ti3C2Tx和Ti2CTx）。
本文要點：
1）過渡金屬氧化物（如MnO2）和過渡金屬二硫化物（如1T-MoS2)容易被修飾，然后分散到膠體穩定性高的非極性溶劑中。研究發現，與NPs超晶格的自組裝類似，含有配體修飾的NSs的膠體溶液的控制蒸發引發了NSs的密集堆積組裝，導致了分子配體在NSs之間排列的2D層狀超晶格。更重要的是，兩種類型的NSs的共同組裝進一步使得2D/2D異質超晶格成為可能
2）作為概念驗證，通過Ti3C2Tx和GO NSs的共同組裝和熱處理，設計了MXene-GO層壓薄膜。通過調整2D/2D超晶格的微結構，在2 mV s-1下獲得了1443 F cm-3的超高體積電容，最大體積能量密度為42.1Wh L-1，優于傳統真空過濾制備的MXene-rGO層狀薄膜。
本研究論證了在分子水平上精確控制膠體NSs的自組裝的可能性，為具有定制異質界面的2D/2D超晶格的模塊化組裝鋪平了道路。
Guanhong Wu, et al, Molecular Ligand-Mediated Assembly of Multicomponent Nanosheet Superlattices for Compact Capacitive Energy Storage, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202009086
https://doi.org/10.1002/anie.202009086
11. AM：仿生單原子銅催化劑用于腫瘤催化治療
細胞內的生物分子被活性氧(ROS)氧化是基于ROS的腫瘤治療模式的基礎。但目前的治療方式往往不能同時催化H2O2和O2以產生ROS，因此會導致治療效果不理想。中科院上海硅酸鹽研究所陳雨研究員和施劍林院士構建了一種仿生中空、單原子銅摻雜的N摻雜碳球 (Cu-HNCS)。
本文要點：
1）Cu-HNCS可以在酸性腫瘤微環境和無外部能量輸入的條件下直接催化氧氣和過氧化氫發生分解以產生ROS（超氧化物離子(O2??)和羥自由基(?OH)）,從而對腫瘤生長產生增強的抑制作用。
2）與此同時，Cu-HNCS中含有的Cu物種的芬頓反應催化效率比商業的Fe3O4納米顆粒中的Fe物種要高5000倍。實驗結果和密度泛函理論計算表明，Cu-HNCS的高催化活性來源于其中摻雜的單原子銅，這也為開發下一代高效的芬頓反應催化劑以用于腫瘤催化治療提供了一個新的重要參考。
Xiangyu Lu. et al. Bioinspired Copper Single-Atom Catalysts for Tumor Parallel Catalytic Therapy. Advanced Materials. 2020
DOI: 10.1002/adma.202002246
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002246
12. ACS Nano：表面官能團對固液界面接觸帶電電子轉移的影響
界面接觸帶電（CE）對固體表面的官能團很敏感，但其機理卻知之甚少，特別是在液固液界面下。一個核心爭議是CE中的載流子（電子和離子）在液體和固體之間的特性。近日，中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士報道了系統研究了不同液體與不同化學官能團修飾的SiO2表面的CE，并通過開爾文探針力顯微鏡（KPFM）測量了SiO2表面的表面電荷密度。
本文要點：
1）作者研究了改性SiO2表面在413 K溫度下CE電荷的衰減，根據熱電子發射理論，在CE中電子轉移的貢獻與離子轉移的貢獻是不同的。通過記錄轉移電荷密度的衰減曲線，區分了電子轉移和離子轉移的貢獻。結果表明，在改性后的SiO2與去離子水的CE中既有電子轉移，又有離子轉移。
2）作者重點研究了不同官能團對CE的影響，結果發現，由于各基團的電子親和力不同，全氟十二烷基可能會接收電子，而氨丙基則傾向于提供電子。當有機溶液（如CYH和DCM）接觸改性SiO2時，電子轉移在CE中起主要作用，因為有機溶液中沒有離子。而且，有機溶液和改性SiO2之間的電子轉移與SiO2表面上的官能團無關?；谶@些結果，作者提出了一種電子轉移能帶模型來解釋液體和固體之間的CE。
3）通過在固體表面修飾不同的官能團有望用于優化摩擦電納米發電機的輸出性能。
該研究工作對基于液固CE的應用具有重要的指導意義。
Shiquan Lin, et al, Effects of Surface Functional Groups on Electron Transfer at Liquid-Solid Interfacial Contact Electrification, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c06075
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c06075
