1. Nature Energy: 高效穩定，少甲銨的錫鉛混合鈣鈦礦疊層太陽能電池
高性能鈣鈦礦/鈣鈦礦串聯太陽能電池需要高效且穩定的低帶隙鈣鈦礦子電池。低帶隙錫鉛（Sn-Pb）混合鈣鈦礦太陽能電池具有高功率轉換效率(24.8%)，但穩定性仍需要進步一提升(錫的氧化問題和甲胺的不穩定性)。鑒于此，美國托萊多大學的鄢炎發和Zhaoning Song等人報道了一種兩步雙層互擴散生長策略(BIG)，可以同時高效穩定的甲脒低帶隙錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池的制備，可以成功地將MA比例降低到10％，而不會影響晶粒尺寸和器件性能。此外，使用一維吡咯鈣鈦礦結構鈍化鈣鈦礦膜并改善結質量。
本文要點：
1）采用吡咯烷鎓硫氰酸鹽（PySCN）形成一維（1D）PySnxPb1–xI3鈣鈦礦，鈍化膜表面和晶界。PySCN還改善了鈣鈦礦/電子傳輸層（ETL）界面。
2）綜合上述的兩種方法，這使1.28 eV的鈣鈦礦薄膜的載流子壽命可達1.1 μs，相應的器件開路電壓為0.865 V。在AM 1.5G光照下，低帶隙鈣鈦礦太陽能電池的效率達到20.4％，可與基于FA/MA的最佳混合Sn-Pb器件相媲美。
3）受益于降低的MA含量和改進的鈣鈦礦薄膜質量，該混合Sn-Pb PSC顯示出優異的耐光和熱穩定性。在AM 1.5G光照下，封裝的器件連續運行450 h后，可以保留其初始效率的92％。全兩端串聯鈣鈦礦電池的效率超過23％。在MPP跟蹤下連續運行350h后，串聯電池保留了其初始PCE的85％。
該BIG工藝為混合Sn-Pb PSC最大化性能和穩定性鋪平了道路。但是，需要進一步改善器件架構的設計和材料選擇，以實現更好的PCE和串聯電池的穩定性。
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Li, C., Song, Z., Chen, C. et al. Low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskites with reduced methylammonium for simultaneous enhancement of solar cell efficiency and stability. Nat. Energy 5, 768–776 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41560-020-00692-7
2. Science Advances：受章魚啟發的吸盤可用于轉移薄而細膩的組織移植物和生物傳感器
“活”細胞片或生物電子芯片在提高診斷和治療質量方面有很大潛力。然而，處理這些薄而脆弱的材料仍然是一個巨大的挑戰，因為用于抓取和釋放的外力很容易使材料變形或損壞。鑒于此，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校Hyunjoon Kong，普渡大學Chi Hwan Lee，等人通過重現頭足類動物吸盤的工作原理，開發了一個軟機械手，它可以無縫地操縱和運輸細胞/組織薄片和超薄可穿戴生物傳感設備。
本文要點：
1）該軟機械手由具有組織狀柔軟性的超快熱響應微通道水凝膠層和電加熱器層組成。流向機械手的電流驅動凝膠的微通道收縮/膨脹，并通過微通道產生壓力變化。
2）該機械手可在10秒內提起/分離物體，可重復使用50次以上。這種軟機械手對于安全可靠地組裝和植入治療性細胞/組織片和生物傳感設備是非常有用的。
生物材料QQ群：1067866501
Byoung Soo Kim, et al., Electrothermal soft manipulator enabling safe transport and handling of thin cell/tissue sheets and bioelectronic devices. Science Advances 2020.
DOI: 10.1126/sciadv.abc5630
https://advances.sciencemag.org/content/6/42/eabc5630
3. Science Advances：范德華相互作用引起的石墨烯疲勞
研究表明，石墨烯經常通過弱的范德華（vdW）相互作用與其他材料接觸。特別令人感興趣的是石墨烯-聚合物界面，其在應用當中不斷受到動態加載，包括柔性電子產品和多功能涂層。近日，加拿大多倫多大學Tobin Filleter，Yu Sun報道了對石墨烯負載的聚合物進行了原位循環加載，并直接觀察了石墨烯-聚合物界面處的界面疲勞損傷轉移以及vdW誘導的石墨烯疲勞斷裂。
本文要點：
1）除了由于彈性應變不匹配而引起的眾所周知的石墨烯屈曲現象外，研究還發現循環載荷不僅會誘發而且還將受影響的屈曲區域從邊緣附近動態傳播到內部區域，其傳播符合修正的Paris定律。構型分析表明，石墨烯的損傷演化遵循S型行為，具有非恒定的損傷速率。
2）研究工作突出了界面對循環載荷下石墨烯力學行為的顯著影響。雖然石墨烯具有最高的固有強度和疲勞壽命，但界面處vdW相互作用的動態參與通過面內剪切和面外撕裂機制使石墨烯斷裂。這些結果為石墨烯在納米復合材料和多功能涂層中的動態力學行為提供了力學方面的見解。在這些應用中，需要對適當的疲勞行為進行評估和控制，以延長其壽命。
3）理論分析表明，襯底的外部負載通過控制撕裂傳播特性，如錐角和傳播方向，為石墨烯的自組裝和質量傳輸提供了一條更可調的途徑。
該研究工作所設計的理論框架和石墨烯斷裂行為分析也可以推廣到各種可擴展基底上的其他二維材料。
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Teng Cui, et al, Graphene fatigue through van der Waals interactions, Sci. Adv. 2020
DOI: 10.1126/sciadv.abb1335
http://advances.sciencemag.org/content/6/42/eabb1335
4. Nature Communications：雙氧化還原介質加速鋰硫電池的電化學動力學
鋰硫電池是下一代儲能技術中最有前途的候選者之一。然而，鋰硫電池中硫物種電化學動力學的遲緩嚴重阻礙了其廣泛應用。有鑒于此，美國加州大學洛杉磯分校盧云峰教授，Philippe Sautet，Bruce S. Dunn，北京科技大學王戈教授報道了所有可能的硫物種的電子和幾何結構，并構建了一個電子能量圖來揭示其在電池中的反應途徑，以及動力學遲緩的分子根源。
本文要點：
1）通過解耦加速充放電過程的矛盾，研究人員選擇了兩個贗電容氧化物（Nb2O5/LixNb2O5和MnO2/LiyMnO2）作為電子-離子源和漏極，從而可以有效地傳輸電子/Li+分別往返于硫中間體。
2）采用這種電子-離子源可以制備具有快速電化學動力學的硫電極，從而提高面容量和功率性能，并延長其循環壽命。
這種將快速電化學反應與自發化學反應相結合以避開緩慢電化學反應的策略有望推廣到其他電化學動力學較慢的電極材料，如硅和磷，為鋰電池和其他電化學器件開辟了一條新的途徑。
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Liu, F., Sun, G., Wu, H.B. et al. Dual redox mediators accelerate the electrochemical kinetics of lithium-sulfur batteries. Nat Commun 11, 5215 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-19070-8
https://doi.org/10.1038/s41467-020-19070-8
5. Nature Communications：金屬硫化物空心極性雙錐棱柱作為Na-S電池高效硫載體
Na-S電池需要高效的硫載體，能夠捕獲可溶性多硫化物并實現快速還原動力學。
近日，西南大學徐茂文教授，美國得克薩斯大學奧斯汀分校Graeme Henkelman報道了設計了具有空心，極性的以及催化等特性的硫化鈷雙錐棱柱作為Na-S電池的高效硫基質。
本文要點：
1）硫化鈷具有交織的表面，內部空間很寬，可以容納多硫化鈉，并能承受體積膨脹。此外，原位/非原位表征技術和密度泛函理論計算的結果有力證明了硫化鈷具有可溶性多硫化鈉基質的極性和催化性質，這種性質顯著降低了穿梭效應，并顯示出優異的電化學性能。
2）實驗結果顯示，極性催化雙錐柱硫@硫化鈷復合材料二次放電容量為755 mAh g?1，800次充放電循環后容量為675 mAh g?1，在0.5 C的大電流密度下，超低容量衰減率為0.0126%。此外，在9.1 mg cm?2的高硫負載量下，硫@硫化鈷在0.5 C的電流密度下表現出545 mAh g?1的高容量。
本研究展示了一種具有獨特結構的空心、極性、催化硫載體，其能捕獲多硫化鈉，加快長鏈多硫化鈉還原成固體小鏈多硫化物的反應，從而使Na-S電池具有優異的電化學性能。
電池學術QQ群：924176072
Aslam, M.K., Seymour, I.D., Katyal, N. et al. Metal chalcogenide hollow polar bipyramid prisms as efficient sulfur hosts for Na-S batteries. Nat Commun 11, 5242 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-19078-0
https://doi-org/10.1038/s41467-020-19078-0
6. Nature Communications：水氧化催化下Ni-Mn3O4納米粒子中低自旋Mn(IV)-氧物種的光譜捕獲
高價金屬氧基團被認為是各種氧化過程之前的關鍵中間體。研究人員推測KOk循環中可能產生分子氧關鍵O-O鍵形成步驟是通過水氧化配合物的高價Mn-oxo物種發生的，即光系統II中的Mn4Ca團簇。近年來，人們對過渡金屬催化劑的自旋態對催化活性的影響進行了深入的研究，但目前還沒有關于低自旋Mn(IV)-氧中間物種的詳細表征。
近日，韓國首爾大學Ki Tae Nam，韓國基礎科學研究所Sun Hee Kim，韓國科學技術院Hyungjun Kim報道了錳基多相催化劑水氧化反應中新中間體的光譜表征，并將其歸為低自旋Mn(IV)-氧物種。
本文要點：
1）在Ni-Mn3O4NPs的電化學水氧化反應中，研究人員利用原位UV-Vis、電位依賴的冷凍猝滅EPR和原位拉曼光譜實驗捕捉到了一種新的中間物種。根據拉曼實驗、EPR模擬和密度泛函理論計算的結果，研究人員將該中間體歸為具有[b2e1]電子組態的低自旋Mn(IV)-oxo。這種獨特的構型是Ni取代引起的八面體Mn(IV)-oxo物種軸向壓縮的結果，其中dxz/yz和dxy軌道之間的能隙增大。
2）S=1/2的Mn(Ⅳ)-oxo配合物的密度泛函理論計算結果完全驗證了大的各向同性EPR超精細耦合常數|A|，由EPR-g值導出的[b2e1]的電子構型，以及UV-Vis光譜的紅移等光譜數據特征。因此，理論和實驗之間的良好一致性證實了低自旋Mn(IV)-氧物種的形成。
研究發現為中間體表征和操作的多相電催化劑設計提供了新的見解。此外，這項發現有望擴展到機基于過渡金屬基多相催化劑的水氧化反應以外的其他領域，如燃料電池、CO2還原、生物質轉化和模擬酶反應等。
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Park, S., Jin, K., Lim, H.K. et al. Spectroscopic capture of a low-spin Mn(IV)-oxo species in Ni–Mn3O4nanoparticles during water oxidation catalysis. Nat Commun 11, 5230 (2020)
DOI：10.1038/s41467-020-19133-w
https://doi.org/10.1038/s41467-020-19133-w
7. Joule：雙級大氣集水裝置用于可擴展的太陽能驅動水生產
最近的研究表明，可以在干旱地區，利用基于吸附的太陽能熱驅動大氣集水（AWH）技術以生產水，但目前其日水分生產（LMD）（L/m2/天）仍然很低。近日，美國麻省理工學院Evelyn N. Wang報道了開發并測試了一種傳輸優化的雙級AWH器件。
本文要點：
1）該裝置通過在單個太陽能吸收器下使用兩個吸附層用于裝置熱輸入，在單個冷凝器下用于裝置散熱來運行。雖然吸附過程的緩慢動力學限制了太陽能熱器件的LMD，但雙級設計使用了兩個優化的層來獲得更高的LMD。盡管頂級的冷凝潛熱被回收，用來幫助底級的解吸，也可以提高熱效率，但對單個日循環設備而言，最相關的指標是日用水生產率。由于解吸速率依賴于吸附劑中水蒸氣的濃度，優化單個日循環設備的效率并不會導致最大產量，因此LMD更重要。
2）研究人員在室外實驗中，展示了一種基于商用沸石（AQSOA Z01）的兩級集水裝置，并在自然、非集中的陽光下進行再生，每天可獲得0.77 L/m2的產水量。研究模型表明，通過修改設計進一步提高頂級溫度，可以實現單級配置日生產率的大約兩倍。
這種雙級器件結構設計是實現高性能、可擴展和低成本太陽能AWH的一種很有前途的途徑。
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LaPotin et al., Dual-Stage Atmospheric Water Harvesting Device for Scalable Solar-Driven Water Production, Joule (2020)
DOI：10.1016/j.joule.2020.09.008
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.09.008
8. EES教授：降低高能鋰電池固態電解質膜的厚度
是作為下一代更安全的鋰金屬電池的有希望的候選者，全固態電池（ASSLBs）已經引起了人們對其儲能和轉換的廣泛興趣。在過去的幾十年中，人們已經進行了大量研究來改善固態電解質（SSE）的離子電導率和界面穩定性，并取得了一些重大突破。除了離子電導率和界面相，SSE的厚度在決定ASSLBs的性能和能量密度方面也起著重要作用。目前，大多數研究中普遍使用的SSE過厚會不可避免地增加內部電阻并同時抵消高能電極的優勢。
近日，華中科技大學黃云輝教授，李真教授綜述了實際SSE膜厚度對電池水平能量密度的研究，總結了用于SSE減薄的策略，并展望了基于未來商業化的高能量密度ASSLBs的應用前景。
本文要點：
1）作者首先簡要概述了SSE研究面臨的主要挑戰和最新研究發展。
2）作者系統分析了基于各種ASSLBs的SSE厚度與能量密度（質量和體積能量密度）之間的關系。重點放在最小化SSE膜厚度的策略上，并總結了適合大規模生產的解決方案。
3）作者總結了SSE與高電壓和高容量正極配對的ASSLBs的最新進展，并指出了雙極性和柔性ASSLBs的應用潛力和挑戰。
4）作者最后展望了未來商業化的高能量密度ASSLBs，并提出了個人見解。
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J. Wu, Reducing the Thickness of Solid-State Electrolyte Membranes for High-Energy Lithium Batteries, et al, Energy Environ. Sci., 2020
DOI: 10.1039/D0EE02241A
https://doi.org/10.1039/D0EE02241A
9. EES綜述：用于鋅空氣電池的雜原子摻雜碳催化劑：進展、機理和機遇
鋅空氣電池由于其低成本，安全性，生態友好性和高比能量密度而被認為是下一代清潔和可持續儲能技術的有前途的候選者之一。在鋅空氣電池中，空氣催化劑會加速緩慢的氧氣電催化作用，并在很大程度上控制整個電池的性能。在空氣催化劑中，碳基材料具有高電導率，化學穩定性，多孔結構和可調組成等優點。近日，澳大利亞新南威爾士大學Xunyu Lu，戴黎明綜述了用于鋅-空氣電池，特別是可充電和柔性電池的雙功能雜原子摻雜碳催化劑的最新進展。
本文要點：
1）作者首先簡要概述了鋅空氣電池的發展歷史，優勢和類型。然后，總結了雙功能雜原子摻雜碳催化劑在水性和固態/柔性鋅-空氣電池中的應用。
2）作者重點對反應機理的研究，以及有關非金屬和金屬摻雜劑作用的相應研究進行了總結。此外，還總結了理論計算研究，以指導未來雙功能碳基催化劑的設計和制備。
3）作者最后概述了鋅-空氣電池中雜原子摻雜碳基催化劑未來研究面臨的挑戰和機遇。
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Xiaofeng Zhu, et al, Heteroatom-doped carbon catalysts for zinc-air batteries: Progress, mechanism, and opportunities, Energy Environ. Sci., 2020
DOI: 10.1039/D0EE02800B
https://doi.org/10.1039/D0EE02800B
10. Advanced Science: 一種用于長壽命可充電鋅空氣電池的氮摻雜多孔卵黃殼空心球結構催化劑
受緩慢的四電子轉移過程的限制，設計用于析氧反應(OER)和氧還原反應(ORR)的高性能非貴金屬電催化劑是高效可充電鋅-空氣電池(ZABs)的迫切需求。有鑒于此，新加坡南洋理工大學樓雄文教授、河南師范大學高書燕等人，開發了一種有效的策略，可通過一種方便的水熱和隨后的低溫硫化方法來設計具有多孔蛋黃殼結構和氮摻雜的CoS2。
本文要點：
1）與使用高腐蝕性的NH3氣體作為常見的氮源不同，此處使用氫氧化銨作為蝕刻劑和氮源，確保了催化劑的卵黃結構在后退火過程中保持完整。得益于多孔的蛋黃殼結構的高孔隙率和氮摻雜帶來的獨特電子性能，制得的N-CoS2 YSS具有更多的暴露活性表面，從而為可逆氧電催化產生了出色的活性。
2）由于具有理想的形態和組成，制備的多孔N摻雜CoS2卵黃殼球（N-CoS2 YSSs）對OER和ORR均顯示出優異的電催化性能，并且具有小的過電勢，快速的動力學和長期的耐久性以及在可充電ZAB中出色的循環穩定性（在10 mA cm-2下超過165小時），超過了傳統的基于貴金屬的雜化催化劑（Pt/C || RuO2）。
3）此外，組裝后的ZAB可提供640 mAh gZn-1的比容量，可用于實際設備。
總之，該工作提供了一種新穎的策略，可將硫化物設計用于金屬-空氣電池的高效雙功能氧電催化劑。
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Xue Feng Lu et al. Nitrogen‐Doped Cobalt Pyrite Yolk–Shell Hollow Spheres for Long‐Life Rechargeable Zn–Air Batteries. Advanced Science, 2020.
DOI: 10.1002/advs.202001178
https://doi.org/10.1002/advs.202001178
11. Advanced Science: 具有壓縮應變的Bi@Sn核殼結構促進CO2電還原成甲酸
化石燃料的過度使用和CO2的加速排放導致了能源短缺和溫室效應。將二氧化碳電還原為有用的化學品和燃料是一種很有前途的方法，不僅能滿足不斷增長的能源需求，還能緩解二氧化碳排放造成的環境危機。甲酸(HCOOH)是電還原二氧化碳的一種增值產品，是制藥和化工行業的重要原料。同時，HCOOH是質子交換膜燃料電池的液體燃料。此外，HCOOH也是潛在的氫載體。為此，將CO2電還原成HCOOH具有重要意義。目前，已開發出各種金屬基電催化劑，例如Pd，Pb，Hg，Cd，Tl，In和Sn，以實現將CO2電還原為HCOOH的高活性和選擇性。在這些催化劑中，Sn由于無毒，儲量豐富和成本低廉的優勢，引起了相當多的關注。迄今為止，已經開發了幾種有效的策略來改善錫基催化劑的催化性能。但是，大多數先前報道的Sn基催化劑在高電流密度下仍受FEHCOOH的限制，從而阻礙了Sn基電催化劑的實際應用。因此，開發對HCOOH具有高活性和高選擇性的高效Sn基催化劑對CO2電還原具有重要意義。
有鑒于此，中國科學技術大學曾杰教授、耿志剛等人，開發了Bi@Sn核殼納米粒子（Bi核和Sn殼，表示為Bi@Sn NPs）以提高CO2電還原制HCOOH的活性和選擇性。
本文要點：
1）通過電化學衍生法制備了具有核-殼結構的Bi@Sn催化劑，結構分析表明Bi@Sn催化劑的Sn殼層中存在壓縮應力作用。在以0.5 M KHCO3為電解質的H型電池系統中，Bi@Sn NPs在-1.1 V（vs RHE）對HCOOH（FEHCOOH）的法拉第效率為91％。
2）Bi@Sn NPs的潛在應用已通過計時電位法在裝有2.0 M KHCO3電解質的流通池系統中進行了測試。在這種情況下，Bi@Sn NP在?250.0 mA cm?2的穩態j下達到92％的FEHCOOH，能量效率為56％。
3）理論研究表明，由于Sn殼內的壓縮應變降低了形成HCOOH的潛在限制步驟的能壘，從而提高了催化性能。
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Yulin Xing et al. Bi@Sn Core–Shell Structure with Compressive Strain Boosts the Electroreduction of CO2 into Formic Acid. Advanced Science, 2020.
DOI: 10.1002/advs.201902989
https://doi.org/10.1002/advs.201902989
12. Angew：支鏈反義和siRNA共組裝納米平臺用于基因沉默和腫瘤治療
化學修飾DNA已被廣泛應用于制備各種生物醫學應用的核酸納米結構。在此，國家納米科學中心丁寶全等人報道了一種簡便的構建支鏈反義DNA和小干擾RNA(siRNA)共組裝納米平臺的策略，用于體外和體內聯合基因沉默。
本文要點：
1）在此設計中，共價結合支鏈反義可以有效地捕獲3'端的siRNA，形成尺寸可控的納米顆粒。其次，生物相容性核酸納米結構可通過主客體相互作用，與靶向基團和內質逃逸組分進行功能化。最后，多功能核酸納米載體可通過內源性RNase H消化，有效地釋放核酸產物（支鏈反義和siRNA）。
2）基于腫瘤相關基因Polo-like kinase1(PLK1)的聯合基因沉默，多功能核酸納米系統能夠有效地抑制腫瘤生長。
綜上所述。這一生物相容性多功能核酸納米平臺為基因治療的發展提供了新策略。
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Jianbing Liu, et al. Branched Antisense and siRNA Co‐assembled Nanoplatform for Combined Gene Silencing and Tumor Therapy. Angew. Chem. Int. Ed., 2020.
DOI: 10.1002/anie.202011174
https://doi.org/10.1002/anie.202011174
