1. Chem. Rev.: 基于x射線吸收光譜的電催化劑In Situ/Operando表征
在過去的幾十年中，X射線吸收光譜（XAS）已經(jīng)成為探測(cè)多相催化劑的結(jié)構(gòu)和組成，揭示活性位點(diǎn)的性質(zhì)，建立催化劑結(jié)構(gòu)基元、局部電子結(jié)構(gòu)和催化性能之間聯(lián)系的不可或缺的方法。有鑒于此，柏林馬普學(xué)會(huì)弗里茨-哈伯研究所的Beatriz Roldan Cuenya和Janis Timoshenko等人，討論了XAS方法的基本原理，描述了用于解譯x射線吸收近邊結(jié)構(gòu)(XANES)和擴(kuò)展x射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(EXAFS)光譜的儀器和數(shù)據(jù)分析方法的進(jìn)展。1）介紹了XAS在非均相催化領(lǐng)域的最新應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了電催化方面的應(yīng)用。電催化是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，具有巨大的工業(yè)應(yīng)用，但在實(shí)驗(yàn)表征限制和所需的高級(jí)建模方法方面也面臨著獨(dú)特的挑戰(zhàn)。2）重點(diǎn)介紹了XAS對(duì)復(fù)雜的實(shí)際環(huán)境中的電催化劑獲得的新見解，包括其工作機(jī)理以及在化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)生的動(dòng)態(tài)過程。更具體地說，討論了In Situ/Operando XAS在探測(cè)催化劑與環(huán)境（載體，電解質(zhì)，配體，吸附物，反應(yīng)產(chǎn)物和中間體）及其結(jié)構(gòu)，化學(xué)和電子轉(zhuǎn)化的相互作用方面的應(yīng)用，以適應(yīng)反應(yīng)條件。3）盡管取得了較大的進(jìn)步，但是HERFD-XAS和RIXS方法在催化劑研究中目前仍未被充分體現(xiàn)。再次，數(shù)據(jù)分析似乎是問題的一部分，因?yàn)镽IXS特征的解釋，甚至常規(guī)XANES光譜中特征的可靠定量分析，仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。如最近幾年所證明的，這個(gè)問題可以通過結(jié)合從頭算模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)成功地解決。總之，盡管基于XAS的原位催化劑研究已經(jīng)取得了較大進(jìn)步，但仍然存在許多挑戰(zhàn)，這使新一代的催化劑科學(xué)家和光譜學(xué)家可以投入并作出貢獻(xiàn)。該領(lǐng)域的新發(fā)展應(yīng)包括儀器的改進(jìn)以及數(shù)據(jù)分析。從XAS數(shù)據(jù)中可以提取出關(guān)于催化劑結(jié)構(gòu)、組成和反應(yīng)條件下的動(dòng)力學(xué)的豐富信息。
Janis Timoshenko et al. In Situ/Operando Electrocatalyst Characterization by X-ray Absorption Spectroscopy. Chem. Rev., 2020.DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00396https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00396
2. Chem: 理論指導(dǎo)的機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)亞表面合金化學(xué)吸附的幾何結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系
吸附劑-表面相互作用的量化是一個(gè)多世紀(jì)以來非常活躍的研究領(lǐng)域，其重要性不可低估。例如，吸附理論有助于合理的催化劑設(shè)計(jì)，理解腐蝕，并且有助于了解表面的哪些特征會(huì)影響吸附性能。然而，發(fā)展能夠?qū)⒉煌牧系慕Y(jié)構(gòu)和組成與其吸附性能聯(lián)系起來的理論仍然是一個(gè)關(guān)鍵且尚未解決的挑戰(zhàn)。建立物理上透明且定量準(zhǔn)確的模型，以將被吸附物和固體表面之間的化學(xué)相互作用（化學(xué)吸附強(qiáng)度）與吸附部位的幾何形狀相關(guān)聯(lián)，對(duì)于對(duì)催化，腐蝕和電化學(xué)的理解至關(guān)重要。有鑒于此，密歇根大學(xué)Suljo Linic、Bryan R. Goldsmith等人，開發(fā)了一種理論指導(dǎo)的機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）方法，該方法使用稱為廣義可加模型（iGAM模型）的一類可解釋的ML模型，以發(fā)現(xiàn)可以量化和解釋吸附位點(diǎn)的幾何結(jié)構(gòu)和化學(xué)吸附強(qiáng)度之間聯(lián)系的可預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)模型。1）采用一類可解釋的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，稱為廣義可加模型（iGAM），以解釋和量化合金誘導(dǎo)的對(duì)亞表面金屬合金吸附性能的變化。這些iGAM模型有助于全面了解合金局部化學(xué)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和組成變化如何影響其吸附性能。2）通過幾個(gè)案例研究來證明了這一方法，在這些案例中，分析了在不同應(yīng)變和配體誘導(dǎo)的局部幾何結(jié)構(gòu)變化下，在金屬合金亞表面上化學(xué)吸附的不同吸附物(O、OH、S和Cl)的化學(xué)吸附強(qiáng)度。3）通過將ML衍生的化學(xué)吸附模型與先前建立的電子結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行比較，闡明了控制金屬表面化學(xué)吸附過程的關(guān)鍵物理參數(shù)。
Jacques A.Esterhuizen et al. Theory-Guided Machine Learning Finds Geometric Structure-Property Relationships for Chemisorption on Subsurface Alloys. Chem, 2020.DOI: 10.1016/j.chempr.2020.09.001https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.09.001
3. Nature Communications：鎳基高溫合金中孿晶界的應(yīng)變局部化與破壞
鎳基高溫合金中的孿晶界(TBs)在苛刻的環(huán)境中是容易失效的部位，然而，由于缺乏機(jī)理的認(rèn)識(shí)，因此阻礙了這些合金可靠的壽命預(yù)測(cè)和性能優(yōu)化。近日，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Michael Preuss，Zhenbo Zhang報(bào)道了在TBs處發(fā)現(xiàn)了一種意外的γ''析出機(jī)制，其在苛刻的環(huán)境中可造成合金失效。1）利用多尺度的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)特征（從毫米到原子水平）和密度泛函理論（DFT）計(jì)算，研究人員揭示了γ“沿TBs的異常析出，解釋了TBs在機(jī)械加載過程中的過早位錯(cuò)活動(dòng)和明顯的應(yīng)變局部化，這是裂紋產(chǎn)生的先兆。2）在含氫環(huán)境下，研究人員從原子水平上闡明了γ“強(qiáng)化鎳基高溫合金和與TBs有關(guān)的裂紋的物理來源，并提供了減輕TBs對(duì)這些合金性能不利影響的實(shí)用方法。
Zhang, Z., Yang, Z., Lu, S. et al. Strain localisation and failure at twin-boundary complexions in nickel-based superalloys. Nat Commun 11, 4890 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-18641-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-020-18641-z
4. Angew：界面在雜化鈣鈦礦高靈敏機(jī)械變色發(fā)光性能中的關(guān)鍵作用
雜化鈣鈦礦（HP）材料在光伏和照明領(lǐng)域方面具有極大的應(yīng)用潛力。近日，法國(guó)昂熱大學(xué)Nicolas Mercier，意大利CNR-SCITEC的Chiara Botta報(bào)道了一種由單層<100>型鈣鈦礦(GABA)2PbBr4（2D-C4）（GABA+，HO2C(CH2)3NH3+=4-氨丁酸）和（CH3NH3)PbBr3（3D）鈣鈦礦組成的復(fù)合材料(2D-C4/3D)，表現(xiàn)出顯著的機(jī)械變色發(fā)光(MCL)性能，并證明了2D-C4/3D界面在激活可逆機(jī)械變色發(fā)光（MCL）過程中的關(guān)鍵作用。1）結(jié)果表明，在壓碎非常輕微的情況下，復(fù)合材料在2D/3D界面上產(chǎn)生少量的多層相(n>1)，能夠通過有效的能量傳遞激活3D組分的亮綠色發(fā)射。2）2D-C4和3D組分之間的緊密接觸導(dǎo)致2D-C4晶體表面發(fā)射的猝滅，并伴隨著固載GABA+陽(yáng)離子所產(chǎn)生的橙色室溫磷光(RTP)的增強(qiáng)。這些結(jié)果突出了界面在鹵化物鈣鈦礦發(fā)光過程中的關(guān)鍵作用，更重要的是，展示了HP作為智能材料在機(jī)械傳感器領(lǐng)域的潛力。
Maroua Ben Haj Salah，et al, The key role of the interface in the highly sensitive mechanochromic luminescence properties of hybrid perovskites, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI：10.1002/anie.202006184https://doi.org/10.1002/anie.202006184
5. AM綜述：利用陽(yáng)離子交換反應(yīng)設(shè)計(jì)電催化劑原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展
在過去的幾十年里，由于納米級(jí)電催化劑的合理設(shè)計(jì)，電催化技術(shù)取得了巨大的研究進(jìn)展。其進(jìn)一步的發(fā)展需要?jiǎng)t要求研究人員在原子水平上設(shè)計(jì)電催化劑，這無疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。陽(yáng)離子交換策略是通過表面刻面、雜原子摻雜、缺陷形成和應(yīng)變調(diào)制等手段微調(diào)電催化劑原子結(jié)構(gòu)的有力工具。有鑒于此，天津大學(xué)凌濤教授，澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋教授重點(diǎn)綜述了陽(yáng)離子交換策略在制備先進(jìn)電催化劑方面的最新進(jìn)展。1）作者首先從熱力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)上概述了陽(yáng)離子交換策略。而在實(shí)際應(yīng)用中，陽(yáng)離子交換反應(yīng)的進(jìn)程可能與熱力學(xué)的考慮有很大的不同，因?yàn)閯?dòng)力學(xué)因素，如活化勢(shì)壘，在決定該反應(yīng)的可行性方面起著重要作用。對(duì)于高比表面積的納米晶尤其如此。在納米尺度上，低配位、富含缺陷和應(yīng)變的表面通常是離子交換反應(yīng)的理想高能位。經(jīng)過交換反應(yīng)后，可以保留這些有利的結(jié)構(gòu)特征。這使得陽(yáng)離子交換成為一種特別吸引人的合成工具來定制電催化劑的原子/電子結(jié)構(gòu)。2）作者總結(jié)了陽(yáng)離子交換法調(diào)整納米電催化劑的原子結(jié)構(gòu)的研究，包括：1）構(gòu)建表面刻面（當(dāng)模板納米晶足夠大以保持陰離子晶格的穩(wěn)定性時(shí)，陽(yáng)離子交換可以保持形狀。這提供了定制交換改性表面的可能性）；2）雜原子摻雜還可以顯著提高電催化劑的性能；3）利用陽(yáng)離子交換可以簡(jiǎn)便的將缺陷引入到納米晶基質(zhì)中，而缺陷控制著母體和產(chǎn)物晶體之間的聯(lián)系，并為客體離子進(jìn)入主晶體提供足夠的遷移率，因此是提高電催化劑本征活性的通用策略；4）由于納米晶與體相相比可以保持很高的晶格應(yīng)變，應(yīng)變工程（原子的膨脹或壓縮排列）作為一種新的自由度出現(xiàn)，可以在原子水平上有效地操縱催化劑的電子結(jié)構(gòu)。3）催化劑的性能從根本上取決于其電子結(jié)構(gòu)，合適的電子結(jié)構(gòu)工程保證了最佳的催化活性。因此，作者總結(jié)了通過陽(yáng)離子交換調(diào)節(jié)原子結(jié)構(gòu)進(jìn)而調(diào)節(jié)納米電催化劑的電子結(jié)構(gòu)的研究，包括：促進(jìn)電子傳導(dǎo)性以及反應(yīng)中間體的能級(jí)優(yōu)化。4）陽(yáng)離子交換為優(yōu)化納米結(jié)構(gòu)電催化劑的原子和電子結(jié)構(gòu)提供了一種可控的方法。從而大大提高了電催化劑的本征活性和表觀活性。這些優(yōu)化的電催化劑在能量轉(zhuǎn)換裝置中的進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用還需要大量生產(chǎn)和控制原子/電子結(jié)構(gòu)。作者進(jìn)一步總結(jié)了基于陽(yáng)離子交換型電催化劑的應(yīng)用。5）作者最后提出了有關(guān)陽(yáng)離子交換策略的未來研究方向，包括但不限于：i）利用原位和operando技術(shù)，結(jié)合理論模擬，研究電催化劑在反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)變化；ii）隨著可控金屬氧化物和硫化物催化劑的問世，各種活性材料，如金屬磷化物、硒化物、氮化物等，都需要進(jìn)一步探索陽(yáng)離子交換策略；iii）對(duì)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行長(zhǎng)期評(píng)估測(cè)試，此外，實(shí)際應(yīng)用需要開發(fā)經(jīng)濟(jì)、安全、大規(guī)模的陽(yáng)離子交換技術(shù)。因此就需要制造設(shè)備的創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)嚴(yán)格控制電催化劑的大小、面、摻雜、缺陷和應(yīng)變等。
Tao Ling, et al, Recent Progress in Engineering the Atomic and Electronic Structure of Electrocatalysts via Cation Exchange Reactions, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202001866https://doi.org/10.1002/adma.202001866
6. AM：空氣穩(wěn)定的低對(duì)稱窄帶隙二維硫化鈮用于極化光電檢測(cè)
具有獨(dú)特的各向異性光學(xué)和光電特性的低對(duì)稱二維材料在新型光電器件的基礎(chǔ)研究和制造中引起了極大的興趣。探索新型低對(duì)稱性的窄帶隙2D材料對(duì)納米電子學(xué)和納米光電學(xué)的發(fā)展非常重要。近日，復(fù)旦大學(xué)Peng Zhou，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所Weida Hu，Zhen Wang，南通大學(xué)Man Luo等報(bào)道了將硫化鈮（NbS3，一種新型的具有低對(duì)稱結(jié)構(gòu)的過渡金屬三鹵化物半導(dǎo)體），引入到具有強(qiáng)各向異性物理特性的窄帶二維材料中。1）獲得的具有高各向異性帶結(jié)構(gòu)的NbS3的間接帶隙從0.42 eV（單層）緩慢降低到0.26 eV（體相）。2）NbS3肖特基光電探測(cè)器具有出色的光電性能，可實(shí)現(xiàn)快速的光響應(yīng)（11.6 μs），低的比噪聲電流（4.6×10-25 A2 Hz-1），光電二向色比（1.84）和高質(zhì)量的反射偏振成像（637 nm和830 nm）。在3 μm的波長(zhǎng)下可獲得超過107 Jones的室溫特定探測(cè)靈敏度。該工作為新型低對(duì)稱2D材料和高性能中紅外光電子學(xué)開辟了道路。
Yang Wang, et al. Air‐Stable Low‐Symmetry Narrow‐Bandgap 2D Sulfide Niobium for Polarization Photodetection. Adv. Mater., 2020DOI: 10.1002/adma.202005037https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202005037
7. AEM：可回收碘化物工藝合成的彎折硅納米線的微團(tuán)簇用于高性能鋰離子電池負(fù)極
硅作為鋰離子電池的高容量負(fù)極材料具有廣闊的應(yīng)用前景。納米結(jié)構(gòu)硅可最大程度地減少充電和放電過程中斷裂的影響。但是，合成納米結(jié)構(gòu)硅通常需要具有高制造成本的復(fù)雜工序。另外，由于高振實(shí)密度的要求，這些復(fù)雜的過程通常會(huì)形成較差的二次顆粒。有鑒于此，斯坦福大學(xué)崔屹教授報(bào)道了一種具有高成本效益的循環(huán)碘化工藝，該工藝不僅可以從低品位的硅微粒中制備出高質(zhì)量的納米硅，而且可以回收關(guān)鍵碘(I2)。1）I2和低品位硅微粒在操作過程中會(huì)生成碘化硅。然后將碘化硅分解成結(jié)晶硅和碘氣可以回收I2，從而在接下來的循環(huán)中幾乎完全再利用I2，因此實(shí)現(xiàn)了成本效益。2）研究人員在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)演示了SiI4的分解和形成，并對(duì)所生成的硅顆粒進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試。通過改變SiI4分解反應(yīng)溫度來發(fā)現(xiàn)硅顆粒形貌的差異。研究發(fā)現(xiàn)了900°C的臨界溫度，在這里可以產(chǎn)生球形的扭結(jié)硅納米線簇，并稱其為SiNC粒子。電子衍射圖和透射電鏡圖像證實(shí)，SiNC顆粒是由樹枝狀核心單晶硅組成，表面覆蓋著大量的扭曲的硅納米線。TEM-EDS和XPS測(cè)試結(jié)果表明，SINC中沒有碘或碘化硅雜質(zhì)，說明SiI4的高轉(zhuǎn)化率可以進(jìn)行SiI4分解反應(yīng)。即使沒有進(jìn)一步的碳涂層，SINC電極的電化學(xué)性能也表現(xiàn)出極好的循環(huán)性能，在1000次循環(huán)中容量保持率為83.6%，平均CE為99.8%。3）原始的SINC具有許多打結(jié)成簇的硅納米線。由于這種扭結(jié)作用，纏結(jié)的硅納米線不僅形成空隙，而且彼此接觸，從而分別提供了電解質(zhì)通道，以提供更好的離子電導(dǎo)率和互連。因此，在1和50個(gè)循環(huán)后，SiNC顆粒可以保持被SEI層覆蓋的原始形貌，而不會(huì)破裂。4）研究人員還進(jìn)行了SiI4的形成反應(yīng)，以確認(rèn)由低級(jí)硅微粒合成的SiI4的純度。由于SiI4的反應(yīng)性，研究人員進(jìn)行了間接材料分析，比較了合成的SiI4和通過XPS獲得的SiI4的定性和定量測(cè)量結(jié)果。結(jié)果顯示，所合成的SiI4具有與所購(gòu)買的SiI4相同的光譜和相似的硅和I原子百分比。
You Kyeong Jeong, et al, Microclusters of Kinked Silicon Nanowires Synthesized by a Recyclable Iodide Process for High-Performance Lithium-Ion Battery Anodes, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202002108https://doi.org/10.1002/aenm.202002108
8. AEM：金屬氧化物基硫正極的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)用于高效長(zhǎng)壽命的鋰硫電池
合理設(shè)計(jì)硫正極結(jié)構(gòu)以抑制多硫化鋰穿梭效應(yīng)并加快其轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)，對(duì)于鋰硫（Li–S）電池的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。近日，華南師范大學(xué)Xin Wang，Yongguang Zhang，加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉教授報(bào)道了一種具有3D有序大孔（3DOM）結(jié)構(gòu)和碳納米管（CNT s）嵌入的獨(dú)特連續(xù)且具有氧缺陷的氧化鈮（Nb2O5-x）骨架，可以用于高性能的硫固定劑和催化促進(jìn)劑多硫化物轉(zhuǎn)化。1）首先準(zhǔn)備了均勻大小約為200 nm的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）納米球模板。隨后，將PMMA模板浸入含有鈮鹽和CNTs的混合溶液中。煅燒后除去PMMA，同時(shí)將鈮鹽轉(zhuǎn)變?yōu)镹b2O5-x。最后，通過常規(guī)的熔融擴(kuò)散法制備了S-Nb2O5-x /CNTs復(fù)合材料作為正極材料。2）3DOM架構(gòu)提供了強(qiáng)大的多孔性和開放性骨架，有利于電解質(zhì)滲透，以實(shí)現(xiàn)快速的離子/質(zhì)量轉(zhuǎn)移，以及界面暴露用于大量的主客體相互作用。更重要的是，CNT被設(shè)計(jì)為嵌入Nb2O5-x骨架中的“天線”，不僅有助于形成高導(dǎo)電性的骨架，而且通過增強(qiáng)的硫固定化和反應(yīng)催化作用增強(qiáng)了氧缺陷。3）基于S-Nb2O5-x/CNTs正極的Li–S電池具有出色的循環(huán)性能，經(jīng)過500次循環(huán)可保持847 mAh g-1的高容量，在5 C時(shí)具有741 mAh g-1的超高倍率性能。此外，在6 mg cm-2的高硫負(fù)荷下，也可以實(shí)現(xiàn)6.07 mAh cm-2的高面積容量，因此在實(shí)際Li-S電池開發(fā)中具有巨大的應(yīng)用潛力。
Jiayi Wang, et al, Engineering the Conductive Network of Metal Oxide-Based Sulfur Cathode toward Efficient and Longevous Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202002076https://doi.org/10.1002/aenm.202002076
9. AEM：基于交織納米線的高集成度、面積能量和功率密度片上不對(duì)稱微型超級(jí)電容器
片上微超級(jí)電容器（MSC）具有制作工藝簡(jiǎn)單、集成度高、性能優(yōu)良等特點(diǎn)，是微電子儲(chǔ)能器件的理想選擇。近日，武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)教授，Liang He，Xuewen Wang報(bào)道了以聚(3，4-乙二氧基噻吩)包覆的氮氧化鈦(P-ION)和氮化釩(VN)納米線交織網(wǎng)絡(luò)電極分別作為陰極和陽(yáng)極，制備了一種新型不對(duì)稱微超級(jí)電容器(AMSC)。1）交織在一起的高質(zhì)量負(fù)載型納米粒子提供了足夠的電化學(xué)反應(yīng)面積和快速的電子/離子傳輸途徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了了優(yōu)越的能量和功率密度。2）研究人員采用LiCl/聚乙烯醇電解質(zhì)，組裝的P//VN AMSC可以獲得0~1.8V的寬電壓窗口，面電容為72 mF cm-2，面能量密度為32.4 mW WH cm-2（在0.9mW cm-2時(shí)），功率密度為45 mW cm-2（在21.9mW WH cm-2時(shí)），以及良好的循環(huán)性能。此外，無襯底電極具有良好的可集成性，并且在一個(gè)由兩個(gè)串聯(lián)的AMSC和一個(gè)LED組成的印刷電路板上的系統(tǒng)顯示出極好的實(shí)用性。
Wei Yang, et al, Interwoven Nanowire Based On-Chip Asymmetric Microsupercapacitor with High Integrability, Areal Energy, and Power Density, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202001873https://doi.org/10.1002/aenm.202001873
10. AEM：水合Zn2+在高面積容量Mg2+穩(wěn)定的V2O5納米帶的可逆插層(脫嵌)
可充電水系鋅離子電池（ZIBs）以其低成本、環(huán)保的特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有希望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能的候選電池之一。然而，開發(fā)一種合適的高面積容量的正極并揭示其相關(guān)的反應(yīng)機(jī)理仍然具有挑戰(zhàn)性。近日，上海大學(xué)Xionggang Lu，程紅偉教授，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室陸俊教授報(bào)道了將Mg0.26V2O5·0.73H2O（MVO）納米帶作為ZIBs正極的應(yīng)用。1）原位FT-IR顯示OH伸展方向從3350 cm?1移動(dòng)到3200 cm?1，相當(dāng)于Zn2+的水化殼層，而原位拉曼光譜表明層間電荷屏蔽效應(yīng)，這將促進(jìn)水合Zn2+的插層。密度泛函理論表明，水合的Zn2+可以降低電極-電解質(zhì)界面的庫(kù)侖排斥力，并可以避免水合的Zn2+在（脫）嵌入過程中的去溶劑化作用。此外，出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和較大的層間間距確保了水合Zn2+的高度可逆過程（脫嵌/插層）。2）結(jié)果顯示，MVO納米帶在0.05 A g-1時(shí)表現(xiàn)出2.12 mAh cm-2的高面積容量，在10 A g-1時(shí)具有2500次循環(huán)的出色循環(huán)穩(wěn)定性，質(zhì)量負(fù)荷為5 mg cm-2。
Na Wang, et al, Reversible (De)Intercalation of Hydrated Zn2+ in Mg2+-Stabilized V2O5 Nanobelts with High Areal Capacity, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202002293https://doi.org/10.1002/aenm.202002293
11. ACS Nano：用于增強(qiáng)化療/化學(xué)動(dòng)力學(xué)協(xié)同治療的智能納米顆粒遙控自毀巨噬細(xì)胞
巨噬細(xì)胞可以穿透腫瘤中心缺氧區(qū)，在腫瘤藥物遞送方面具有巨大的潛力。然而，如何防止早期藥物泄漏，和充分在腫瘤部位釋放治療藥物，是目前基于巨噬細(xì)胞的藥物遞送系統(tǒng)（MDDSs）面臨的一大挑戰(zhàn)。此外，這些MDDSs在實(shí)體瘤中會(huì)遇到耐藥性和缺氧的微環(huán)境，這進(jìn)一步影響了其治療效果。因此，通過將智能納米粒子(載阿霉素(DOX)的介孔碳納米球包裹在MnO2殼中)內(nèi)化到巨噬細(xì)胞中，中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所曲曉剛、任勁松等人開發(fā)了一種用于增強(qiáng)化療/化學(xué)動(dòng)力協(xié)同治療的巨噬細(xì)胞載體(MMDM)。1）產(chǎn)生的MMDM可以避免過早藥物泄漏導(dǎo)致的細(xì)胞功能障礙，并最大限度地維持細(xì)胞活力。2）在腫瘤組織中積聚后，MMDM可以在近紅外激光下被破壞，使納米顆粒從載體巨噬細(xì)胞中充分釋放出來。然后，釋放的納米顆粒可以分解腫瘤微環(huán)境中的H2O2產(chǎn)生O2，以緩解腫瘤缺氧。3）同時(shí)，納米顆粒的MnO2殼層被細(xì)胞內(nèi)的谷胱甘肽還原為Mn2+，引發(fā)DOX的釋放，從而增強(qiáng)Mn2+介導(dǎo)的類Fenton反應(yīng)。綜上所述，這項(xiàng)研究為基于巨噬細(xì)胞的遞送系統(tǒng)提供了一種有趣的策略，可用于增強(qiáng)化療/化學(xué)動(dòng)力協(xié)同治療。
Panpan Sun, et al. A Smart Nanoparticle-Laden and Remote-Controlled Self-Destructive Macrophage for Enhanced Chemo/Chemodynamic Synergistic Therapy. ACS Nano, 2020.DOI: 10.1021/acsnano.0c06290https://doi.org/10.1021/acsnano.0c06290
12. AFM: 能帶工程提高二維半導(dǎo)體材料熱電性能
熱電材料通過將環(huán)境中廢熱直接轉(zhuǎn)為有效可利用的電能，為當(dāng)前能源危機(jī)提供了一種可持續(xù)、綠色便捷的能源補(bǔ)給途徑，如何提高熱電材料熱電特性成為學(xué)者不斷討論和研究的話題。二維半導(dǎo)體材料作為后硅半導(dǎo)體時(shí)代重要部分，其具有較高載流子遷移率和較大的有效電子質(zhì)量，其在熱電領(lǐng)域中應(yīng)用近年來也引起了廣泛關(guān)注。近日，Advanced Functional Materials雜志在線報(bào)道了南京師范大學(xué)趙云山教授、新加坡國(guó)立大學(xué)John T L Tong教授和新加坡科技局材料與工程研究院吳靖研究員團(tuán)隊(duì)在低維半導(dǎo)體材料熱電領(lǐng)域的最新研究成果在該工作中，研究人員報(bào)道了“能帶工程”可以顯著提高新型二維半導(dǎo)體材料PdSe2的熱電特性，其功率因子可高達(dá) 1.5 mWm-1K-2。研究人員認(rèn)為此工作為當(dāng)前不斷涌現(xiàn)的二維半導(dǎo)體材料在低維熱電領(lǐng)域提供了新思路。
1）退火處理提高PdSe2的載流子遷移率和熱電功率因子。退火處理可以降低接觸電阻，同時(shí)能夠有效去除雜質(zhì)缺陷和有機(jī)物殘余。研究人員把熱電器件在480K環(huán)境中退火4個(gè)小時(shí)，發(fā)現(xiàn)PdSe2導(dǎo)電性提高了將近10倍（圖1a），同時(shí)電子載流子遷移率達(dá)到210 cm2V-1S-1（圖1b），最終熱電因子提高了將近3倍（圖1d）。
圖1. PdSe2退火前后，電導(dǎo)率、載流子遷移率、Seebeck系數(shù)和功率因子的變化。2）能帶工程提高PdSe2熱電特性。通過對(duì)比不同厚度的PdSe2樣品熱電特性，研究人員發(fā)現(xiàn)，越薄的PdSe2 呈現(xiàn)出更好的導(dǎo)電和熱電特性（圖a-d）。第一性模擬計(jì)算證實(shí)，隨著厚度降低，導(dǎo)帶中出現(xiàn)額外的能帶參與貢獻(xiàn)，從而提供更多電子態(tài)密度并且創(chuàng)造出更多電子通道。考慮PdSe2晶格低對(duì)稱性導(dǎo)致的較低熱導(dǎo)率，研究人員預(yù)測(cè)室溫下其ZT可達(dá)0.1，優(yōu)越于目前報(bào)道的所有其他二維半導(dǎo)體材料。研究人員證實(shí)，熱退火處理和“維度工程”能顯著提高材料的新型二維半導(dǎo)體PdSe2熱電特性，從而為基于各種二維材料在熱電應(yīng)用提供新方向。該工作對(duì)于探索低維材料應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)自供電領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)意義。
圖2. 不同厚度PdSe2電導(dǎo)率、載流子遷移率、Seebeck系數(shù)和功率因子。Zhao Y, et al, Low-Symmetry PdSe2 for High Performance Thermoelectric Applications, Adv. Funct. Mater., 28 September 2020, adfm.202004896;DOI: 10.1002/adfm.202004896https://www.x-mol.com/paperRedirect/1310731516094156800
