1. Nature Commun.：氧化物離子導體CeNbO4+δ的調制結構及離子遷移機理
CeNbO4+δ是一類氧含量不同的氧超化學計量材料（CeNbO4，CeNbO4.08，CeNbO4.25，CeNbO4.33），表現出混合的電子和氧化物離子導電特性，已有40余年的研究歷史。然而，由于無法得知關于CeNbO4.08和CeNbO4.33的原子結構，其氧化物離子傳輸機制尚不清楚。近日，北京大學孫俊良教授，桂林理工大學Xiaojun Kuang報道了結合3D ED、同步X射線粉末衍射(SPD)和中子粉末衍射(NPD)等表征技術，確定了CeNbO4.08的非公度調制結構和CeNbO4.33的超結構。并用同樣的方法重新確定了CeNbO4.25的超結構。三種化合物均確定了間隙位置Oi，結構分析闡明了該結構如何適應氧的超化學計量比變化，從而加深了對復雜的CeNbO4+δ體系的理解。1）氧化時Ce的陽離子尺寸收縮不僅允許過量的氧進入CeNbO4的主晶格，而且可以使NbOn多面體松弛，并通過三維混合角/邊共享實現它們之間的互連。MD模擬表明，CeNbO4晶格中加入過量氧后，CeNbO4.08和CeNbO4.25中的氧離子以配位數可變的網絡形式發生遷移，而CeNbO4.33相中的氧離子幾乎不遷移，這是由于過剩氧離子的有序分布和具有6配位的[Nb6O26]多面體鏈狀網絡的變形和旋轉受限所致。2）研究人員在CeNbO4.08和CeNbO4.25中發現了兩種涉及間隙氧離子遷移事件：i）被Ce離子隔離的NbOn多面體之間的遷移；ii）相鄰NbOn多面體之間的遷移。這兩個過程共同形成了一個長距離的三維遷移路徑網絡，氧離子通過一個協同的碰撞機制進行遷移，該機制包括在多面體旋轉和變形的輔助下，Nb2O9單元的連續斷裂和重組。CeNbO4+δ系列化合物的結構與氧離子遷移之間的關系為優化這些化合物的性能和開發更好的氧超化學計量材料提供了手段。
Li, J., Pan, F., Geng, S. et al. Modulated structure determination and ion transport mechanism of oxide-ion conductor CeNbO4+δ. Nat Commun 11, 4751 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-18481-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-020-18481-x
2. Nature Commun.：利用端基聚合物氫鍵直接制備超分子Janus納米棒
Janus顆粒一種具有不同組成和功能的兩個面的非中心對稱物體，可用作高級功能材料的構建塊。制備這種微米尺寸的顆粒的方法多種多樣，但目前制備納米Janus顆粒，特別是非球形的Janus顆粒仍然是一個巨大的合成挑戰。此外，僅有的形成聚合物Janus納米棒的已知方法僅限于高度不相容的聚合物。近日，法國索邦大學Laurent Bouteiller，法國曼恩大學Olivier Colombani報道了一種通過在水中自組裝兩種末端官能化的聚合物來形成直徑在10納米范圍內的（微米長）Janus納米棒的強大而通用的策略。1）基于連接到不對稱三脲貼紙的一側或另一側的三硫代碳酸酯部分合成了兩種鏈轉移劑。N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAc）或N-丙烯酰嗎啉（NAM）在可逆加成-碎片轉移（RAFT）條件下聚合得到4/8-PDMAc和8/4-PNAM，其中“ 4/8”和“ 8/4”是指分開脲的CH2單元的數目，因此是指不對稱膠粘劑的相對取向。得到的聚合度（DPn）分別為32和46，分散性較窄（?~1.1）。2）Cryo-TEM 圖像顯示，4/8-PDMAc和8/4-PNAM的混合物產生數百納米長并且平均直徑約為12 nm的棒狀物體。4/8-PDMAc和8/4-PNAM傾向于共組裝而不是自排序，可能是因為混合熵和消除了空間位阻。此外，分離并重新分散顆粒對其形狀沒有明顯影響。3）Janus組織是由兩種聚合物上存在的不對稱和互補的氫鍵粘合劑形成。因此，所獲得的Janus拓撲結構與實際使用的聚合物無關，只要它們不阻止共同組裝。因此，這種方法的通用性和可擴展性使得對這種容易功能化的納米對象的豐富性質的研究成為可能。此外，研究發現，這些Janus納米棒是水包油乳狀液的優秀穩定劑。Han, S., Pensec, S., Yilmaz, D. et al. Straightforward preparation of supramolecular Janus nanorods by hydrogen bonding of end-functionalized polymers. Nat Commun 11, 4760 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-18587-2https://doi.org/10.1038/s41467-020-18587-2
3. Chem綜述：共價有機骨架基復合材料
功能多孔材料因其在催化、吸附分離、分水、可再生能源、納米醫學等方面的優異性能，引起了眾多研究者的關注。為了提高原始多孔材料的性能，常常需要將多孔材料與其他物種結合制成復合材料。作為一類多孔材料，共價有機骨架（COFs）在與其他材料結合形成功能復合材料時表現出獨特而有趣的性質。有鑒于此，天津師范大學曾永飛教授，南洋理工大學趙彥利教授綜述了COFs基復合材料的最新研究進展。與單構建塊相比，這些復合材料顯示出更好的性能。1）總結了通過將各種功能材料（例如金屬NP，金屬氧化物，二氧化硅，碳，聚合物，MOF和MXene）與COF集成在一起而獲得的多功能COF基復合材料。根據所得復合材料的特性，它們已用于各種實際應用，包括催化，氣體捕獲和分離，能量存儲和轉化，納米醫學，傳感器和純化等。2）作者最后指出了COF基復合材料的研究前景和方向，包括：i）繼續探索提供所需復合材料的創新合成策略；ii）應用導向材料的設計和構建，用于高穩定性、可回收性和堅固性的COF基復合材料；iii）繼續探索與COFs相結合的其他非常規材料。Liu et al., Covalent-Organic-Framework-Based Composite Materials, Chem (2020)DOI：10.1016/j.chempr.2020.08.021https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.08.021
4. Chem：利用表面空位工程克服化學動能勢壘實現納米晶基質中獨特的陽離子交換
表面空位工程在調整半導體納米晶（SNCs）結構和改善其性能方面發揮著重要作用。開發可控空位工程策略以克服多步反應中的動能勢壘，有望進一步探索合成機理和功能納米材料。近日，北京理工大學張加濤教授，徐萌報道了一種簡單有效的表面空位工程初始化陽離子交換（SVEICE）策略，通過在多組分CIX SNC表面順序和選擇性地引入Cu和空位，來觸發從CuInX2（CIX，X=S，Se）到Cu和雙摻雜CdX（ZnX）SNCs的動力學不利的陽離子交換過程。1）由于Cu和In摻雜能級的共存，雙摻雜CdS SNCs中的Cu2+具有從部分可見光（Vis）到近紅外（NIR）的高效光致發光（PL），并且該策略可以調節輻射復合過程。2）研究人員通過能量分析證實了這種通用的陽離子交換策略，并可推廣到其他II-VI類SNCs的成分控制，如由閃鋅礦CuInSe2（CISe）SNCs轉化而來的高結晶度摻雜CdSe和ZnSe SNCs。該策略極大地推動了拓撲化學合成和表面空位工程的進展。此外，制備的具有高效等價雙摻雜的SNCs可以實現潛在的光學和電學性質的應用。Bai et al., Unique Cation Exchange in Nanocrystal Matrix via Surface Vacancy Engineering Overcoming Chemical Kinetic Energy Barriers, Chem (2020)DOI：10.1016/j.chempr.2020.08.020https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.08.020
5. JACS：具有亞1 nm納米帶超結構的雜化MoO3-POM
當納米材料的尺寸減小到1 nm以下時，得益于尺寸誘導的機械柔性和表面原子幾乎100%的暴露，會產生一些新的物理和化學現象，如柔性、類聚合物流變等。然而，如何設計和合成具有超柔性和高性能的亞1 nm雜化超結構仍然是一個巨大的挑戰。近日，清華大學王訓教授，王宏偉教授，天津工業大學Wenxiong Shi報道了首次通過采用團簇-核共組裝策略，在氧化鉬成核階段引入四種鎢基POM團簇，成功制備了四種超柔性MoO3-POM HSNSs。1）MDS模擬不僅通過研究POMs與MoO3之間的相互作用揭示了HSNSs的形成機理，而且POMs的引入導致了HSNSs的彎曲和勢能的降低，更有利于結構的穩定。2）所獲得的HSNSs在808 nm激光下表現出高效的光熱轉化性能，同時，由于組分和特殊的超柔性亞1 nm結構的協同作用，在RT條件下對硫醚的氧化具有優異的催化活性。
研究工作將為基于團簇無機材料的一維HSNSs的合成奠定基礎，使其具有更新穎的性能，并具有更廣泛的應用前景。
Junli Liu, et al, Hybrid MoO3-POM sub-1 nm nanobelt superstructures, J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c07375https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07375
6. EES綜述：可充電鋰基電池的富鋰正極：反應機理和先進的表征技術
由于其高比容量超過250 mAh g-1，富鋰氧化物被認為是下一代動力電池的有前途的正極，縮小了傳統的層狀氧化物鋰離子電池與未來的鋰金屬電池（如鋰硫電池和鋰空氣電池）之間的容量差距。然而，富鋰氧化物的實際應用一直受到嚴峻挑戰的阻礙。為了應對這些挑戰，揭示它們的電化學行為變得至關重要，并有望為材料和電池的發展提供有效的指導。有鑒于此，廈門大學楊勇教授綜述了富鋰氧化物的反應機理、電化學挑戰和改性策略。1）作者首先概述了富鋰氧化物的研究歷史、原始結構和分類。2）作者然后總結了與富鋰氧化物電化學特性和性能密切相關的關鍵反應機理，如氧化晶格氧、氧空位、過渡金屬遷移、層狀向尖晶石轉變、“兩相機理”和晶格演化。同時與最先進的表征技術相結合進行了討論。作為對比，還討論了層狀鈉過渡金屬氧化物中的陰離子氧化還原反應。3）作者簡要概述了上述機理之間的相互關系之后，最后對具有高能量密度和長循環穩定性的富鋰氧化物的合理設計提出了展望。Wenhua Zuo, et al, Li-rich cathodes for rechargeable Li-based batteries: reaction mechanisms and advanced characterization techniques, Energy Environ. Sci., 2020https://doi.org/10.1039/D0EE01694B
7. EES：進一步耗盡鋰離子溶劑化鞘層內的溶劑分子以穩定高能量密度金屬鋰電池
電解液的有害分解，特別是溶劑的脫氫，會加速電池的降解，阻礙高能量密度鋰金屬電池（LMBs）的發展。構建經典超濃電解液的本質是降低溶劑比例，從而抑制與溶劑相關的寄生反應。然而，隨著溶劑的減少，電解質的濃縮過程在達到飽和狀態時會達到極限。近日，南京大學周豪慎教授報道了在MOF孔徑的調節下，在部分耗盡了Li+溶劑化鞘層內的溶劑分子后，開發出了一種獨特的電解質。1）除了典型的濃縮電解質外，所制備的電解質的聚集性甚至超過標準飽和狀態(超過鋰鹽的溶解度極限)，并且只由溶劑耗盡的CIP離子對組成，并利用先進的空間分辨光譜進行了驗證。2）特殊的電解質結構顯著消除了與溶劑相關的持久有害分解。通過與5.0 V級LCMO正極的物理化學/電化學分析相結合，研究人員進一步證實了電解液的電化學穩定窗口得到極大的擴展（5.4 V vs.Li/Li+以上）。此外，IR光譜顯示，在高Ni NCM-811正極表面上的溶劑脫氫產生的CEI被大大抑制。同時，XPS進一步觀察到由薄SEI覆蓋的鋰金屬負極。3）由制備的電解質通過組裝高壓正極（NCM-811和5.0 V-class LiCoMnO4（LCMO））和有限的過量鋰金屬負極，實現了具有超穩定循環性能的高能量密度LMBs全電池（630 Wh kg-1以上）。通過耗盡Li+溶劑化鞘中的溶劑分子，研究人員獲得了一種比飽和電解質更具聚集性的特殊電解質。而這種電解質設計方法將為高能量密度LMB/LIBs的各種先進液體電解質的開發與設計提供啟發性的見解。
Zhi Chang, et al, Beyond concentrated electrolyte: further depleting solvent molecules within Li+ solvation sheath to stabilize high-energy-density lithium metal batteries, Energy Environ. Sci., 2020https://doi.org/10.1039/D0EE02769C
8. AM：壓電性可調的多功能氮化硼納米管/聚（二甲基硅氧烷）復合材料
將氮化硼納米管（BNNT）均勻地分散在可拉伸材料中，例如聚二甲基硅氧烷（PDMS），有望產生具有增強的機械，熱和壓電特性的復合材料。近日，伊利諾伊大學香檳分校SungWoo Nam，美國國家航空航天局蘭利研究中心Cheol Park等報道了具有可調壓電性的多功能BNNT/PDMS可拉伸復合材料。1）該BNNT/PDMS復合材料是通過四氫呋喃（THF）共溶劑共混將BNNTs分散在PDMS中制備的，同時避免了超聲處理或功能化。2）實驗表明，所得的可拉伸BNNT/PDMS復合材料顯示出增強的楊氏模量（在9 wt％的BNNT下增加了200％）和熱導率（在9 wt％的BNNT下增加了120％），且不會失去可拉伸性。3）此外，BNNT/PDMS復合材料顯示出與BNNT wt％成線性比例的壓電響應，在不極化的情況下，9 wt％BNNT時實現了18 pmV-1的壓電常數（| d33 |），具有與商用壓電聚合物競爭的優勢。4）BNNT/PDMS可以承受高達60％的拉伸應變而不會發生塑性變形，將復合材料的壓電響應提高了大約五倍。5）作者利用該復合材料的可伸縮性和壓電性相結合的特性，生產出了一種對低頻（≈1 kHz）刺激敏感的振動傳感器。該工作報道了一種具有增強的機械強度和導熱性的可拉伸的BNNT/PDMS復合材料；通過改變BNNT的重量百分比和所施加的應變可調節其壓電響應，從而使得其可能在柔性致動器和振動傳感器中使用。
Peter Snapp, et al. Tunable Piezoelectricity of Multifunctional Boron Nitride Nanotube/Poly(dimethylsiloxane) Stretchable Composites. Adv. Mater., 2020DOI: 10.1002/adma.202004607https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202004607
9. AM：通過逐層配體交換組裝獲得高電荷轉移效率的納米顆粒電極
基于有機配體的金屬和過渡金屬氧化物（TMO）納米粒子（NPs）的溶液過程已經得到廣泛研究，以制備各種能源器件所需的具有良好電和電化學性能的電極材料。然而吸附在NPs上的配體對材料的固有性質有重大影響，進而影響了由NPs組裝的電極材料的性能。為了解決這些關鍵的缺點，人們集中在開發獨特的表面化學上，該表面化學可以將大的配體與小配體交換或在NPs沉積后從NPs中去除大的配體。尤其是，最近的研究報告指出，NPs的配體交換誘導的逐層（LE-LbL）組裝可實現具有所需顆粒間距離和界面的NPs的受控組裝，從而顯著改善電極的電/電化學性能。此外，有效的表面配體工程可以利用單個NP的獨特電化學性質，并通過提高電荷轉移效率來最大程度地提高所得NP組裝電極的電化學性能。有鑒于此，韓國高麗大學Jinhan Cho報道了通過原位LE-LbL組裝制備的基于NP的儲能電極的最新進展，以實現高電荷轉移效率。同時，證明了這種配體工程方法可應用于從金屬到TMO NPs的多種無機NPs。1）作者首先概述了基于NP的電極的原位配體交換反應及其LE-LbL組裝的機理。以及所得NP基電極的電和電化學性質。導電金屬NPs的原位LE-LbL組件可有效地用于制造集電體，具有出色的導電性，可用于各種電化學能量系統。2）作者接著將對通過配體工程制備的用于能量存儲技術（例如鋰離子電池，電化學電容器和生物燃料電池）的NP基電極進行了討論。利用原位LE-LbL組裝，作者系統地組裝了由各種成分組成的3D納米復合電極，包括具有導電特性的金屬NP，具有電荷存儲特性的TMO NP和具有催化特性的酶；納米復合電極具有可控的組成，排列和界面結構，可用于各種電化學能量存儲和轉換裝置。3）作者最后簡要概述了界面工程對未來能源設備的重要性和應用前景。
Yongmin Ko, et al, Nanoparticle-Based Electrodes with High Charge Transfer Efficiency through Ligand Exchange Layer-by-Layer Assembly, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202001924https://doi.org/10.1002/adma.202001924
10. AM：A位點摻雜精確控制鈣鈦礦的結晶動力學
兩步法制備的FAPbI3基鈣鈦礦因其優異的薄膜質量和可重復性而受到越來越多的關注。然而，其潛在的成膜機制仍具有神秘性。近日，香港中文大學路新慧教授，荷蘭埃因霍芬理工大學Shuxia Tao報道了通過原位X射線散射和第一性原理計算揭示了具有連續A位摻雜Cs+和GA+的基準FAPbI3基鈣鈦礦薄膜的結晶動力學。1）在第一步中摻入Cs+會誘導從δ-CsPbI3到鈣鈦礦α相的替代途徑，從能量上來說，它比常規的PbI2途徑更有利。但是，由于稀疏的δ-CsPbI3晶體的成核不均勻，形成了針孔。幸運的是，在第二步中加入GA+不僅可以促進從δ-CsPbI3到鈣鈦礦α相的相變，而且可以通過Ostwald熟化消除針孔并增強晶界遷移，從而將鈣鈦礦太陽能電池的效率提高23％以上。這項工作展示了兩步法比一步法具有前所未有的優勢，可以通過解耦晶體成核和生長過程來精確控制鈣鈦礦結晶動力學。
Minchao Qin, et al, Precise Control of Perovskite Crystallization Kinetics via Sequential A-Site Doping, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202004630https://doi.org/10.1002/adma.202004630
11. AM：氧缺陷TiO2-x納米晶等離激元用于高效能量回收的雙波段電致變色智能窗
具有可見光和近紅外光譜選擇性調制功能的雙波段電致變色智能窗可以調節太陽光和太陽的透熱系數，從而降低建筑能耗。然而，這些窗口的發展受到可用的雙波段電致變色材料數量的限制。近日，新加坡國立大學Jim Yang Lee報道了等離激元氧缺陷TiO2-x納米晶（NCs）是一種有效的單組分雙帶電致變色材料，而氧空位的產生比等價替代摻雜更有效地引入了TiO2 NCs的雙帶特性。1）采用改進的非水氟化物輔助一鍋法合成了膠體TiO2-x NCS，通過改變前驅體混合物中F/Ti原子比制備了一系列不同氧空位含量的TiO2-x NCs。氧空位不僅提供了良好的近紅外（NIR）選擇性調制，而且改善了Li+在TiO2-x基質中的擴散，克服了離子擴散等價替代摻雜的缺點。2）優化后的TiO2-x納米薄膜能夠在三種不同的模式下獨立有效地調制近紅外和可見光的透過率，具有高的光學調制(633 nm處95.5%和1200 nm處90.5%)、快速的開關速度、高的雙穩態和長的循環壽命。此外，在原型器件（DBEDs）中也展示了令人印象深刻的雙波段電致變色性能。同時，使用TiO2-x NCs使組裝的窗口能夠回收變色過程中消耗的大部分能量(“能量回收”)，以降低往返電致變色操作中的能量消耗。Shengliang Zhang, et al, Plasmonic Oxygen-Deficient TiO2-x Nanocrystals for Dual-Band Electrochromic Smart Windows with Efficient Energy Recycling, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202004686https://doi.org/10.1002/adma.202004686
12. Biomaterials：模仿溫泉，一種新型水凝膠用于慢性傷口愈合具有良好的血管生成特性！
慢性創面的治療是再生醫學中的一個主要挑戰，而血管生成是慢性創面愈合的關鍵。溫度在30-45℃范圍內的溫泉可以促進血液循環，包括鐵和硅在內的一些溫泉元素也被認為對促進血管生成具有積極作用。受溫泉功能的啟發，中國科學院上海硅酸鹽研究所常江等人以鐵橄欖石(FA)和N,O-羧甲基殼聚糖(NOCS)為原料，設計了一種具有“溫泉效應”的新型生物活性光熱水凝膠，它能釋放生物活性離子，并具有加熱作用，在創面創造熱離子環境。1）模擬溫泉水凝膠通過光熱效應結合釋放出的生物活性離子(Fe2+和SiO44?)，在體內表現出明顯的促進血管生成和慢性創面愈合的作用。2）進一步證實，溫熱和生物活性離子對血管生成的協同作用主要是由于激活了不同的血管生成因子和信號通路。此研究表明，模擬溫泉的方法可能是設計促進血管生成和組織再生的生物活性材料的有效策略。Lili Sheng, et al. A novel “hot spring”-mimetic hydrogel with excellent angiogenic properties for chronic wound healing, Biomaterials, 2020.https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120414
