1. Nature：硫的液-液轉變和臨界點
液-液轉變（LLT）是一種奇特的現象，其中單組分液體通過一級相變轉變為另一種液體，這改變了對液態的基本認識。研究人員基于計算機模擬已經從水、硅、二氧化碳、碳、氫和氮中成功預測了LLT。實驗發現LLT主要存在于過冷（即亞穩態）液體中，如Y2O3-Al2O3混合物、水和其他分子液體。然而，過冷液體中的LLT往往與結晶同時發生，因此很難將彼此分開。在某些情況下分離低密度和高密度液體的液液臨界點（LLCP）被認為類似于氣液臨界點，但尚未對任何材料進行實驗觀察LLCP。
近日，歐洲同步輻射光源（ESRF）Mohamed Mezouar報道了結合的原位密度，X射線衍射和拉曼散射測量結果，為硫中的一級LLT和LLCP提供了直接證據。
本文要點：
1）這種LLT轉變表現為低密度液體和高密度液體之間的急劇密度跳躍，并且在對分布函數中具有明顯的特征。
2）研究人員觀察到密度躍遷隨溫度的非單調變化：當遠離臨界點時，密度躍遷先增大后減小。這種行為與密度和熵在推動轉變過程中的競爭效應有關。
硫中一階LLT和臨界點的存在有望用于揭示水等重要液體的異常現象。
Henry, L., Mezouar, M., Garbarino, G. et al. Liquid–liquid transition and critical point in sulfur. Nature 584, 382–386 (2020)
DOI：10.1038/s41586-020-2593-1
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2593-1
2. Nature Reviews Materials：有機聚集體的室溫磷光
有機分子中的三重態激子具有長壽命和自旋多重性，三重態激子所引起的有機磷光在開發新一代有機光電材料和生物醫學試劑中獨具潛力。問題在于，通常僅在溫和的惰性條件下，才能在溶液中觀察到有機磷光，嚴重限制了其實際應用。近年來，分子結構設計和聚集行為調節的快速發展使得該領域已經取得了實質性進展，但是由于三重態激子行為的高靈敏度和復雜性，其機理仍未被完全理解。有鑒于此，香港科技大學唐本忠院士，哈爾濱工業大學Zikai He等人對室溫磷光有機聚集體領域進行了綜述。
本文要點：
1）作者分析了與三重態激子有關的關鍵光物理過程，包括系統間交叉，輻射和非輻射衰變以及淬滅過程，以說明內在的結構-性質關系，并勾勒出清晰而完整的設計原理。
2）然后，作者討論了開發高效持久的室溫磷光系統的策略，并重點介紹了基于這些材料的新興應用。
Weijun Zhao, et al. Room-temperature phosphorescence from organic aggregates. Nat. Rev. Mater., 2020
DOI: 10.1038/s41578-020-0223-z
https://www.nature.com/articles/s41578-020-0223-z
3. Nature Photonics：柔性鈣鈦礦X射線陣列探測器
柔性X射線探測器相較于傳統剛性X射線探測器具有較小的X射線輻射劑量，以及更優的成像質量（特別是對于非平面及狹小檢測對象），因此在醫療、工業等領域具有廣泛的應用。當前，基于有機半導體及非晶硅和硒柔性X射線探測器仍然存在靈敏度不高及彎折耐受性較差等問題，且難以制備大面積檢測器。因此，開發高靈敏、穩定的大面積柔性X射線探測器具有重要意義。
鑒于此，北卡羅來納大學教堂山分校的黃勁松等人將鉛鹵鈣鈦礦低的生成能、良好的X射線檢測靈敏度及高的楊氏模量（2.51-20GPa）與多孔尼龍膜良好的孔道分布與優異的柔性穩定性相結合，通過真空輔助澆筑、退火及層壓工藝（如圖1所示），可制備面積達400 cm2無氣泡鈣鈦礦填充膜（PFM），該PFM具有優異的機械強度和柔韌性。
本文要點：
1）作者進一步探討了基于PFM的X射線柔性檢測器性能。結果表明，基于PFM所制備的的X射線柔性檢測器具有良好的膜均一性及良好的穩定性，且具有高靈敏度，其成像分辨率達到3.5 lp mm-1。
2）此外，作者發現通過條件優化，基于PFM檢測器所制備的柔性檢測器可以較易彎曲以適合非平面待測物，如中空管或管的內部。隨后，作者對比了PFM檢測器與傳統檢測器檢測性能，發現PFM檢測器相較于傳統檢測器在較低能量的X射線輻照下，就可以得到更高分辨率的成像（如下圖所示），顯示出良好的應用前景。
Jingjing Zhao, et al. Perovskite-filled membranes for flexible and large-area direct-conversion X-ray detector arrays, Nature Photonics, 2020
DOI: 10.1038/s41566-020-0678-x
https://www.nature.com/articles/s41566-020-0678-x
4. Nature Sustainability：無全氟化碳疏油紡織品的合理設計
疏水疏油織物在紡織工業和技術服裝中具有全球應用。已知利用全氟化合物（PFC）的織物整理劑可以使紡織品具有獨特的疏水疏油性能。然而，基于PFC的整理劑不可持續，其損害了環境和人類健康，因此服裝廠已經開始逐步淘汰PFC的使用。然而，先前對織物整理劑的研究都表明，沒有全氟化就不能實現織物的疏油。近日，加拿大不列顛哥倫比亞大學Kevin Golovin報道了一種使用不含PFC的表面化學材料制造疏油紡織品整理劑的設計參數。
本文要點：
1）通過在給定組織的每個纖維上添加二次較小長度的織構，當織構的大小、間距和表面化學得到適當控制時，可以實現強大的疏油性。
2）研究人員制造了一種不含PFC的防油夾克面料，除了合成汗水外，它還對菜籽油，橄欖油和蓖麻油等具有疏油性。此外，對于表面張力低至23.9 mN m-1的液體，紡織品仍保持不潤濕性。
基于該研究建立的方程式，可以合理設計無PFC的疏油紡織品整理劑。
Shabanian, S., Khatir, B., Nisar, A. et al. Rational design of perfluorocarbon-free oleophobic textiles. Nat Sustain (2020)
DOI：10.1038/s41893-020-0591-9
https://doi.org/10.1038/s41893-020-0591-9
5. Nature Commun.：氧配位酞菁鐵誘導電子定域促進氧還原反應
氧氣還原反應（ORR）直接決定燃料電池和金屬空氣電池的能源效率，因此氧氣（O2）催化活化以加快ORR動力學對于這些設備至關重要。酞菁鐵（FePc）是用于ORR有希望的非貴金屬催化劑。然而，具有平面對稱的FeN4位點的FePc通常表現出不令人滿意的ORR活性，這是由于其對O2的吸附和活化較差。近日，中南大學Min Liu等報道了一種軸向Fe–O配位誘導的電子定域策略，以改善其對O2的吸附，活化以及ORR性能。
本文要點：
1）理論計算表明，Fe-O配位極大地破壞了Fe的電子分布對稱性，可引起電子向O-FeN4位點軸向定域，從而可增強其O2的吸附和活化性能。
2）為了實現這種推測，作者將FePc與氧化的碳配位。作者通過同步輻射X射線吸收和M?ssbauer譜驗證了FePc和碳之間的Fe–O配位。
3）實驗發現，所獲得的催化劑具有27.5 mV dec-1的超低Tafel斜率和0.90 V（相對于RHE）的半波電勢，比負載在乙炔黑（AB）上的沒有軸向O配位FePc催化劑和Pt/C催化劑分別高30和50 mV，顯示出快的O2吸附和活化動力學。
該工作提供了一種新的策略來調節催化位點以獲得更好的性能。
Kejun Chen, et al. Iron phthalocyanine with coordination induced electronic localization to boost oxygen reduction reaction. Nat. Commun., 2020
DOI: 10.1038/s41467-020-18062-y
https://www.nature.com/articles/s41467-020-18062-y
6. Joule綜述：邁向高壓水電池：超濃還是低濃電解質？
近年來發生的有機介質鋰離子電池（LIBs）安全事件，如2013年的波音787鋰電池起火事件，2016年的三星Note 7爆炸事件，以及2019年的特斯拉Model S燃燒事件，都對人類健康和生命造成了嚴重威脅。這是一個警告，安全是消費電子和電動汽車應用下一代可充電電池的重要先決條件。在這方面，水系電池（ABs）在安全工作、低成本、易于制造和回收、高功率密度和抗誤用方面具有極大的競爭力。然而，與主流LIBs相比，由于ABs的能量密度不足，市場份額一直在不斷縮小。
近日，阿德萊德大學喬世璋教授，Dongliang Chao從不同電池組件的不同角度綜述了高壓ABs的策略。
本文要點：
1）作者首次提出了解決電壓問題時采用超濃或低濃電解質的臨界評價。
2）作者強調了在考慮大規模實際應用時，應該對高壓ABs的超濃電解質（SCE）或低濃電解質（LCE）的可承受性，穩定性以及重量/體積能量和功率密度進行折衷。
3）作者最后針對高壓AB的未來發展提出了個人見解。包括：1）探索與OER/HER相比，穩定、可逆性強、反應動力學更快的競爭氧化還原對；2）開發低成本、比能量高的新型超臨界流體電極材料；3）開發具有抑制水活性和密度的新型低成本電解質；4）操縱正極，負極，集流體和隔膜上的界面反應，從根本上揭示電壓擴展機制；5）構建低成本、高離子選擇性的ABs膜；6）以更實用的指標來評估ABs的性能。
Chao and Qiao, Toward High-Voltage Aqueous Batteries: Super- or Low-Concentrated Electrolyte?, Joule(2020)
DOI：10.1016/j.joule.2020.07.023
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.023
7. Chem. Soc. Rev.: MOF的光譜學，顯微鏡，衍射和散射：合成，催化中的金屬位點和薄膜
金屬有機骨架材料是一種具有廣泛應用前景的多孔晶體材料，在催化、氣體儲存、分子分離、能量儲存和藥物輸送等領域具有廣闊的應用前景。其優異的特性來自其結構（例如形態，孔隙率或金屬配位和幾何形狀）。因此，要想對MOFs有更深入的了解，就必須充分利用先進的表征工具，這些工具可以在真實的合成和催化(或吸附)條件下研究MOFs。
有鑒于此，荷蘭烏德勒支大學 Bert M. Weckhuysen等人，概述了適用于研究三種原型MOFs(即MIL-100、ZIF-8和HKUST-1)的形成機理和吸附特性的各種表征技術。此外，討論了納米光譜表征在MOF薄膜上的應用的最新進展，并探討了MOF作為催化模型系統的潛力。
本文要點：
1）對各種先進的光譜學，散射和顯微鏡工具進行了全面的概述，這些工具可以以最先進的方式應用于表征最常研究的MOF。該方法旨在建立一個思維框架，以便為理解MOFs的合成、吸附和催化建立一套更完整的表征技術；通過擴展可用的表征工具的數量，并舉例說明它們當前和未來的可能性。
2）此外，需要更多的空間分辨研究來揭示原子組成異質性，粒子間/粒子內梯度及其對MOF化學的潛在影響。它們本質上是復雜的材料，具有可以以不同形式（即幾何形狀，構型和氧化態）存在的多種組分。
3）涉及晶體異質性的幾個基本問題(例如原子尺度混合的直接成像、缺陷的化學性質、金屬交換機制的普遍性、孔隙網絡的滲透性、表面能)仍然懸而未決。這些問題對于表征界仍然是一個挑戰，在該領域中，只有少數選定的電子顯微鏡研究以及針對特定SURMOFS的AFM（主要與MOF薄膜的合成有關）的使用能夠提供一些見解。
Miguel Rivera-Torrente et al. Spectroscopy, microscopy, diffraction and scattering of archetypal MOFs: formation, metal sites in catalysis and thin films. Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/D0CS00635A
https://doi.org/10.1039/D0CS00635A
8. Matter：Cu嵌入Bi2Te3加熱過程中的原位動力學
層狀材料的特征是每一層內都有很強的共價鍵，而每一層都通過弱的范德華力(vdW)與相鄰的層結合。層狀材料中范德華隙的存在可以插入客體物種，可用于調諧其屬性。插層物種的引入也可能導致不同溫度和使用條件下的結構轉變，然而，目前對插層層狀材料的高溫演化了解有限。
近日，佐治亞理工學院Matthew T. McDowell報道了使用原位透射電子顯微鏡(TEM)和掃描透射電子顯微鏡(STEM)，以及其他輔助技術，以揭示插層Cu是如何影響Bi2Te3納米片在高溫下發生的動態轉變。
本文要點：
1）對于嵌入Cu的晶體，測得其升華溫度基本降低了50至150 ℃。在200 ℃和300 ℃之間，Cu插層晶體具有與純Bi2Te3晶體相似的各向異性升華動力學。這一過程與vdW帶隙內的Cu有序化同時發生。400 ℃以上，Cu插層晶體轉變為與主體Bi2Te3晶格有很強取向關系的層狀Cu2Te。同時，在此溫度下，一些Cu插層晶體發生了高遷移率的邊界運動和多晶生長。
2）由于嵌入劑的存在而顯示出的豐富的動力學特性突出了原位研究對于理解此類體系在高溫和其他相關環境下的轉變的重要性。
Shetty et al., In Situ Dynamics during Heating of Copper-Intercalated Bismuth Telluride, Matter (2020),
DOI：10.1016/j.matt.2020.07.028
https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.07.028
9. EES: 設計用于下一代可充電電池的堿金屬離子（Li，Na和K）過渡金屬無機化合物的多尺度因素
對“更多能源和更少碳”的需求是人類面臨的最重要的挑戰之一。探索更高效的可再生能源系統，以及先進的能源轉換和儲存材料是實現這一任務的必要條件。自從堿離子可充電電池出現以來，陰極材料的發展一直被認為是提高電池整體性能的關鍵因素。了解影響陰極材料性質和性能的因素的基礎科學以及如何改善性質和性能的研究已經取得了顯著的進展。
有鑒于此，韓國成均館大學Won-Sub Yoon和勞倫斯伯克利國家實驗室的Haegyeom Kim等人，從各種堿-離子過渡金屬化合物的角度，對影響陰極材料性質和性能的關鍵因素進行了綜述。它涵蓋了從原子層次到微觀層次的廣泛因素，如:原子、電子、晶體和粒子結構。
該工作通過比較和整理材料之間的共性和差異，提供材料的內在控制因素。
本文要點：
1）首先從堿離子、過渡金屬離子和陰離子的角度討論了這些因素。在此之后，討論了影響晶體結構、離子通道、無序、相變等諸多因素以及上述變化所帶來的各種結果。最后，對從晶體學到微觀尺度所對應的各種因素，如表面、晶界、粒徑、形貌等進行討論。
2）得益于堿離子可充電電池的先驅，能源消費模式已經發生了實質性的變化，對更多能源和更少碳的需求導致了節能環保技術的進步。從能源、動力、安全、壽命、成本這五個要求來看，陰極是可充電電池最重要的部分。合成和分析技術的進步使人們能夠更全面地了解陰極材料的性質和性能。從納米級到微米級的各種方法提供的基本理解有助于縮小工業和學術研究領域之間的差距，以改進最新的陰極材料并使其商業化。
3）這些因素在各自的層次上不是獨立的，而是相互密切聯系的。例如，組成元素不僅決定了陰極材料的氧化還原電勢和可用電子數，而且根據晶體結構中的電子結構和原子構型影響離子通道和結構無序，循環過程中不希望有的相變會通過形成裂紋甚至顆粒之間失去接觸而導致電化學性能下降。除了對可再生能源在全球能源系統中迅速增長的預期外，電動汽車的巨大市場潛力也在鼓勵儲能技術在可預見的未來共同取得共同發展。
Wontae Lee et al. Multiscale factors in designing alkali-ion (Li, Na, and K) transition metal inorganic compounds for next-generation rechargeable batteries. Energy Environ. Sci., 2020.
DOI: 10.1039/D0EE01277G
https://doi.org/10.1039/D0EE01277G
10. Angew：B位與鍺共合金化提高全無機錫基鈣鈦礦納米晶太陽電池的效率和穩定性
膠體無鉛鈣鈦礦納米晶由于其合成簡單、尺寸可調、具有良好的光電性能以及對商業應用毒性小或無毒性等優點，近年來受到廣泛關注。迄今為止，具有最高效率的無鉛鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的鈣鈦礦成分中始終包含錫（Sn）。然而，由于其高度的不穩定性，將Sn整合到空間受限的納米晶體（NCs）中的研究很少。Sn2+（鈣鈦礦結構中的B位）在環境條件下會迅速氧化為Sn4+，此外，表面空位的高密度導致錫基PNC的光致發光量子產率（PLQY）低。鍺（Ge）作為另一種很有前途的無鉛候選材料，是一種耐缺陷、無毒的半導體，然而目前研究還很有限。
近日，芬蘭坦佩雷大學Paola Vivo報道了率先通過一種簡便且低成本的解決方法來合成全無機Ge合金的CsSnI3鈣鈦礦納米晶體（Sn-PNCs）。
本文要點：
1）在以往熱注射法制備Sn-PNCs的基礎上，研究人員開發了一條合成CsSnxGe1-xI3 NCs的改進反應路線。利用等摩爾比的SnI2和GeI2，在預期的化學計量比（即x=0.5）中用Ge原子取代Sn原子的一半。在純化過程之前，注入溫度對形成穩定的SnGe-PNC至關重要，溫度應在240 ℃以上。在Sn/Ge鹵化物源的前驅體中注入油酸Cs后，SnGe-PNCs的顏色突然從透明橙色變為深棕色，反應時間3s后沒有觀察到進一步的顏色變化，表明SnGe-PNCs的形成具有極快的反應動力學特征，與傳統的Pb-PNCs相似。
2）EDS分析闡明了SnGe-PNCs的化學計量比。研究發現，Sn和Ge的元素比例變為2：1，這意味著，Ge原子實際取代Sn原子的比例接近40%。因此，研究人員在化學計量中指定x=0.6，將CsSn0.6Ge0.4I3作為最終組成。
3）新型的CsSn0.6Ge0.4I3鈣鈦礦納米晶（SnGe-PNCs）與對比的Sn-PNCs相比，具有顯著的光學和光物理性能。Ge的引入也有效地提高了CsSn0.6Ge0.4I3的穩定性。此外，納米結構中的Ge原子部分取代Sn原子，可以有效地填補Sn空位密度高的缺陷，減少表面陷阱，從而延長激子壽命，改善PLQY。
4）使用CsSn0.6Ge0.4I3納米晶的PSCs的PCE(4.9%)比使用CsSnI3納米晶的PSCs(3.1%)提高了近60%。
Maning Liu, et al, B-Site Co-Alloying with Germanium Improves the Efficiency and Stability of All-Inorganic Tin-Based Perovskite Nanocrystal Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed.
DOI：10.1002/anie.202008724
https://doi.org/10.1002/anie.202008724
11. AM：促進高能鋰離子電池正極材料的反應均質性
傳統的富鎳（NCM）正極材料由于其多晶性質和次級顆粒形態，特別是在高溫下，其電化學循環過程中會發生反應異質性。盡管人們已經對多晶富鎳材料的形貌演化進行了深入的研究，但在電極和電池水平上的實際研究還很少。有鑒于此，為了延長具有高反應均質性的實際電池中NCM正極材料的壽命，國立蔚山科學技術院Jaephil Cho報道了常規NCM電極中不均勻反應行為的現狀，并著重于機械穩固結構的形態工程學。
本文要點：
1）由于其高度不穩定的化學機械性能，即使在第一個循環之后，NCM正極材料也會在高能電極上縱向降解。NCM在電極水平的這種不均勻降解行為源于表面活性物質的過度利用，導致長期循環過程中電位分布嚴重不均勻。這種現象導致了鋰離子電池可逆性不斷降低。
2）考慮到多晶富鎳材料的降解，研究人員建議采用穩固的單晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作為一種可行的替代材料，以有效地抑制活性材料的局部過度使用。
3）研究人員在高能全電池中對常規NCM樣品和先進的單晶NCM樣品進行了一對一的比較。結果顯示，單晶NCM全電池在苛刻的電極條件下表現出極高的電化學性能和均勻的反應。其中在45 °C下1000次循環后容量保持率超過≈80%。
該研究工作為使用NCM材料設計可長期循環的高能全電池提供了新的見解。
Hyungyeon Cha, et al, Boosting Reaction Homogeneity in High-Energy Lithium-Ion Battery Cathode Materials, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202003040
https://doi.org/10.1002/adma.202003040
