1. Nature Catalysis：混合金屬氫氧化物水氧化催化劑中的相分離可逆性
開發穩定、低成本的電催化劑對實際水氧化反應來說是一個艱巨的挑戰。近日，美國弗吉尼亞理工大學林鋒教授，天津大學杜希文教授，美國阿貢國家實驗室Luxi Li報道了在催化操作條件下，通過操控可逆的相分離可以恢復降解的電催化劑。1）在析氧反應條件下，Fe在Ni-Fe氫氧化物主體晶格中發生偏析，形成FeOOH，進而在FeOOH與主體晶格之間形成界面。動態的金屬溶解-再沉積過程會加速Fe的偏析和FeOOH第二相的形成，從而導致催化劑失活。2）Operando同步加速器的光譜和顯微鏡分析表明，在水氧化電位和催化劑還原電位之間，相分離具有可逆性。因此，開發了一種間歇性還原方法，可在操控條件下恢復催化劑的活性，從而提高催化劑的耐久性。該研究突出了一種在催化劑/電解質界面處定制相分離以恢復和穩定催化活性的重要策略。Kuai, C., Xu, Z., Xi, C. et al. Phase segregation reversibility in mixed-metal hydroxide water oxidation catalysts. Nat Catal (2020)DOI：10.1038/s41929-020-0496-zhttps://doi.org/10.1038/s41929-020-0496-z
2. Nature Catalysis：鉑電氧化和溶解的原子尺度機理的結構依賴性研究
由于表面氧化而導致的鉑溶解和重組是主要的電催化劑降解機制，這些機制限制了用于電化學能量轉化的鉑基電催化劑的壽命。近日，德國基爾大學Olaf M. Magnussen報道了通過原位高能表面X射線衍射（SXRD）、聯機電感耦合等離子體質譜和密度泛函理論計算研究了Pt(100)和Pt(111)電極表面，以闡明這些過程的原子尺度機理。1）Pt(100)氧化后溶解的鉑原子的位置與Pt(111)氧化后的位置明顯不同，這解釋了不同表面穩定性的原因。在Pt(100)面上，溶解的Pt原子從其原始位置橫向移動，并驅動第二個原子的立即溶解，導致形成帶狀結構。這種特定氧化帶狀結構的演變產生了不穩定的表面原子，這些原子容易溶解和重組，導致溶解速率高出一個數量級。同時這是一個不可逆的過程。
Fuchs, T., Drnec, J., Calle-Vallejo, F. et al. Structure dependency of the atomic-scale mechanisms of platinum electro-oxidation and dissolution. Nat Catal (2020)DOI：10.1038/s41929-020-0497-yhttps://doi.org/10.1038/s41929-020-0497-y
3. Nature Materials：鋰離子電池層狀富鎳正極中表面重構引起的整體疲勞
富鎳層狀正極材料（LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA) 和LiNixMnyCo(1?x?y)O2 (NMC, x ≥ 0.5)）是用于高能量密度鋰離子電池最有前途的候選正極材料之一，但其降解機理尚不清楚。近日，英國劍橋大學Clare P. Grey?報道了利用多種表征技術來確定NMC811（LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2）正極在電化學老化后疲勞過程的起源。并進行了原位和異位測量，后者是NMR和顯微鏡測量以及更精細的電位控制所必需的。1）采用具有激光減薄X射線窗口的新型紐扣電池，實現了長時間同步輻射粉末X射線衍射(SR-PXRD)，保持了良好的堆壓，結果顯示，隨著電極材料循環次數的增加，會導致疲勞相的出現和不斷增加。在最高的充電狀態（SOCs）處，不同鋰含量的顆粒共存。2）采用固態核磁共振譜（ssNMR）研究了老化后鋰的局域結構和遷移率的變化。多晶和單晶正極的結果表明，晶間開裂、動力學限制或體鋰離子遷移率降低不會導致疲勞過程。相反，這一過程源于當NMC正極處于高SOCs時，體層狀結構與巖鹽表面重構層之間的高界面晶格應變（透射電子顯微鏡(TEM)圖像中觀察到)導致的。Xu, C., M?rker, K., Lee, J. et al. Bulk fatigue induced by surface reconstruction in layered Ni-rich cathodes for Li-ion batteries. Nat. Mater. (2020)DOI：10.1038/s41563-020-0767-8https://doi.org/10.1038/s41563-020-0767-8
4. Nature Materials：具有鑄態拉伸塑性的難熔高熵合金的自然混合導向設計
具有多種主要合金元素的金屬合金在探索金屬的性能極限和了解其潛在的物理機制方面引起了越來越多的關注。用于高溫應用的難熔高熵合金（RHEAs）因其高熔點和優異的抗軟化性而備受關注。即使考慮了成本和可回收性限制，其組分空間仍然很大，從而提供了大量的設計機會。然而，難熔高熵合金往往表現出明顯的脆性和氧化敏感性，這仍然是其加工和應用面臨的最重要挑戰。近日，麻省理工學院Cemal Cem Tasan報道了利用難熔元素之間的自然混合特性，成功設計了Ti38V15Nb23Hf24 RHEAs，該合金在鑄態下具有超過20％的拉伸延展性，并在高溫下具有優異的物理化學穩定性。1）研究發現，位錯-β′-相相互作用對于Ti38V15Nb23Hf24 RHEA的機械性能具有關鍵作用。2）通過改變這種合金系統的整體組成，例如，可以改變Ti/V比，基體相穩定性和沉淀尺寸，從而導致不同的性能組合，為在RHEAs中實現最佳沉淀強化提供了可行的途徑。3）所提出的組分篩選方法可以有效地指導發現具有優良機械和物理化學性能的多主元素難熔合金。
Wei, S., Kim, S.J., Kang, J. et al. Natural-mixing guided design of refractory high-entropy alloys with as-cast tensile ductility. Nat. Mater. (2020)DOI：10.1038/s41563-020-0750-4https://doi.org/10.1038/s41563-020-0750-4
5. Nature Protocols: 教你一招，合成介孔Au/Pd/Pt薄膜的普適性辦法
由于高比表面積的介孔材料可以暴露豐富的功能位點，從而提高相關性能，故而被廣泛應用于氣體儲存與分離、催化和傳感等領域。近年來，兩親性表面活性劑和嵌段共聚物組成的軟模板收到大家的廣泛關注，被用來在包括金屬、金屬氧化物和含碳化合物等各種材料中引入介孔。介孔金屬薄膜的多孔網絡在高指數面上暴露出大量的不飽和原子，因而在電催化中表現出很高的催化活性。近日，昆士蘭大學的Yusuke Yamauchi與Jongbeom Na等報道了一種用嵌段共聚物膠束作為模板，合成介孔Au/Pd/Pt薄膜的通用方法。1）以兩親性嵌段共聚物膠束作為犧牲模板，在電沉積金屬薄膜中形成了孔徑可調的均勻結構。2）膠束的粒徑可以通過不同溶劑混合物溶脹或使用不同分子量嵌段共聚物膠束來控制。優化沉積電位和沉積時間可以進一步達到控制介孔結構和厚度的目的。3）該方法制備的介孔金屬薄膜在葡萄糖氧化、乙醇氧化和甲醇氧化等反應中表現出良好的催化活性。
Lim, H., Kani, K., Henzie, J. et al. A universal approach for the synthesis of mesoporous gold, palladium and platinum films for applications in electrocatalysis. Nat Protoc (2020).DOI: 10.1038/s41596-020-0359-8https://doi.org/10.1038/s41596-020-0359-8
6. Nature Commun.：探測等離激元熱載流子的納米級空間分布
金屬的表面等離激元（SPs）可實現緊密聚焦和強光吸收，從而實現納米級光子的有效利用。SP生成的熱載流子已成為在溫和條件下有效驅動光化學和光電過程的一種有前途的方式，在光催化、光伏、光電器件等領域引起了廣泛的興趣。原位測量熱載流子在真實空間中的傳輸過程和空間分布對有效捕獲熱載流子至關重要。近日，廈門大學任斌，王翔等報道了使用電化學針尖增強拉曼光譜（EC-TERS）來原位監測SP驅動的脫羧反應，并以納米空間分辨率解析熱載流子的空間分布。1）作者通過調控電位開關SP熱載流子催化的反應，即在高電位觸發反應，然后在低電位不發生反應時，利用TERS高空間分辨的優勢，表征高電位下產生的反應產物的空間分布。2）該方法實現了有效熱載流子催化反應區域的納米分辨成像，使反應區域在實空間的分布可視化。3）作者從實驗上獲得了有效熱載流子的輸運距離，從而證明了能量越高的熱載流子越需要在更短的輸運距離范圍內收集捕獲。
Sheng-Chao Huang, et al. Probing nanoscale spatial distribution of plasmonically excited hot carriers. Nat. Commun., 2020DOI: 10.1038/s41467-020-18016-4https://www.nature.com/articles/s41467-020-18016-4
7. Angew：具有鹵代烷的氣致變色作用的大環共晶
有機共晶，具有兩種或更多種成分的晶體單相材料在過去的十年中受到了廣泛的關注。有機共晶體工程已經成為一種制造多功能材料的有前途的方法。近日，上海大學Chunju Li等通過大環化學與共晶工程學的結合，為構建氣致變色材料提供了一種明智的策略。1）作者由富含π電子的柱[5]芳烴（P5）和缺電子的均苯四酸二酰亞胺衍生物（PDI）制備了大環共晶體（MCCs），質量可達10克級。2）MCCs P5-PDI由于具有電荷轉移（CT）而呈紅色。除去溶劑后，生成了具有新結構（P5-PDIα）的白色結晶固體，該化合物對鹵代烷烴揮發性有機化合物（VOCs）表現出選擇性的氣致變色反應，并且顏色從白色變為紅色或橙色。3) 粉末和單晶X射線衍射分析表明，顏色的變化歸因于氣相觸發的固態結構轉變以形成CT共晶體。4）此外，涂覆在玻璃上的P5和PDI膜也顯示出可見的變色行為，具有良好的可逆性。
Bin Li, et al. Macrocycle Co‐Crystals Showing Vapochromism to Haloalkanes. Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202010802https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202010802
8. Angew: 級聯聚合反應用于調控機械應力聚合物交聯的臨界力
對于當代高分子機械力化學領域而言，如何精準控制機械力化學反應性及其臨界力一直是大家重點關注的課題。有鑒于此，廈門大學翁文桂教授和利物浦大學Roman Boulatov教授聯合報道了利用分子內級聯反應成功實現了對兩個梳狀機械應力高分子化學反應性的控制，同時該方法對眾多體系具有普適性。1） 利用分子內級聯反應成功實現了對兩個梳狀機械應力高分子化學反應性的控制。3） 將機械應力聚合物交聯聚合所需的最小濃度降低了100倍。Yifei Pan, et al. A Mechanochemical Reaction Cascade for Controlling Load-Strengthening of a Mechanochromic Polymer. Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI: 10.1002/anie.202010043https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202010043
9. AM：具有超過6 μs超長載流子壽命的多晶鹵化物鈣鈦礦
鹵化鉛鈣鈦礦型薄膜在光電子器件方面取得了長足的進步，但由于薄膜的多晶異質性和嚴重的本征缺陷，使得復合路徑不理想，進而導致對光生載流子的利用不足。近日，北京大學朱瑞研究員，趙麗宸博士報道了一種輻射增強的多晶鈣鈦礦薄膜，其具有超過6 μs的超長載流子壽命，類單晶的電子-空穴擴散長度超過5 μm。1）首先用兩步旋涂法制備了一系列含有混合陽離子碘化鉛組分（FA1-xMAxPMAyPbI3，FA和MA分別表示甲酰胺和甲銨）的鈣鈦礦薄膜。將含有微量苯甲基碘化銨（PMAI）的有機成分FAI和MAI旋涂在PbI2薄膜上，進一步退火得到鈣鈦礦型薄膜。2）研究發現，PMAI分子起到了電子供體的作用，其被靜電吸附在鈣鈦礦晶體周圍，而不是形成2D/3D異質結構。表面錨定的PMAI分子消除了晶界上的離子空位，調節了主體3D晶體的電子結構，從而減少了非理想的載流子復合通道。3）通過缺陷消除和能帶結構的調整，優化后的薄膜顯示出更高的輻射效率和更多的n型性質。在不犧牲Jsc和FF的情況下，所制備的鈣鈦礦型薄膜在太陽電池全運行時的最高功率效率為23.32%，實現了最小的0.39 V電壓差。
Xiaoyu Yang, et al, Superior Carrier Lifetimes Exceeding 6 μs in Polycrystalline Halide Perovskites, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202002585https://doi.org/10.1002/adma.202002585
10. Nano Letters：膠體合成法制備延性金屬玻璃納米粒子
延性金屬玻璃（MGs）的設計是一個長期存在的挑戰。近日，斯坦福大學X. Wendy Gu報道了膠體合成方法制備了Ni?B MGs納米顆粒，該納米顆粒在室溫和中等應變速率（0.001-0.01 s-1）下表現出均勻的變形。1）原位透射和掃描電子顯微鏡（TEM和SEM）壓縮測試用于表征直徑90-260 nm的納米粒子的機械性能。結果顯示，力?位移曲線由兩個區域組成，這兩個區域由90 nm小顆粒中緩慢傳播的剪切帶隔開。剪切帶的傾向隨著粒度的增加而降低，因此大顆粒更可能通過逐漸的形狀變化而均勻變形。2）使用質譜和XPS將這種行為與不同大小的粒子之間的組成和原子鍵的差異相聯系。研究人員認為，納米粒子的延展性與其內部結構有關，該內部結構由準金屬核和金屬殼組成的原子簇組成，這些原子簇通過金屬-金屬鍵與相鄰簇連接。
Mehrdad T. Kiani, et al, Ductile Metallic Glass Nanoparticles via Colloidal Synthesis, Nano Lett., 2020DOI：10.1021/acs.nanolett.0c02177https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c02177
11. Nano Letters：有序介孔二氧化硅復合材料的3D打印
有序介孔二氧化硅材料因其在催化、選擇性吸附、分離和藥物控制釋放等方面的潛在應用而備受關注。由于其具有可調節的、有序的納米孔的形態特征，因此可以用作受限化學反應的載體。然而，這些材料的應用受到結構設計的限制。近日，以色列希伯來大學Shlomo Magdassi，Uri Raviv報道了一種利用立體光刻技術對具有有序介孔結構的復雜幾何二氧化硅材料進行3D打印的新策略。1）該方法使用光固化液體組合物，其包含結構導向劑、二氧化硅前驅體和形成彈性體的單體，這些單體在打印和煅燒后形成多孔二氧化硅復合材料。2）復合材料具有極高的比表面積（1900 m2/g），極低的密度，并且具有熱穩定性和化學穩定性。該研究結果使得具有復雜幾何形狀的有序多孔材料的合成成為可能，這些材料可以在工業和科研界的應用中使用，克服了與傳統處理方法相關聯的結構限制。
Efrat Shukrun Farrell, et al, 3D Printing of Ordered Mesoporous Silica Complex Structures, Nano Lett., 2020DOI：10.1021/acs.nanolett.0c02364https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c02364
