1. Nature Commun.：B2O3催化劑直接將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醛和CO
將甲烷直接氧化為增值的C1化學(xué)品（例如HCHO和CO）是一種在相對溫和的條件下利用天然氣資源的有前景的方法。然而，該轉(zhuǎn)化容易生成不希望得到的完全氧化產(chǎn)物CO2，因此提高其選擇性是一個重大挑戰(zhàn)。近日，廈門大學(xué)Shuai Wang，華盛頓州立大學(xué)Yong Wang等將負載型B2O3催化劑用于在相對溫和的溫度下進行選擇性甲烷氧化。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，B2O3基催化劑可高效的將甲烷直接轉(zhuǎn)化為HCHO和CO，HCHO/CO比為?1，轉(zhuǎn)化率為6％時，選擇性高達94％，并在固定床反應(yīng)器（550℃，100 kPa，空間速度4650 mL g cat-1 h-1）中顯示出高穩(wěn)定性（100h有效反應(yīng)時間）。
2）組合的催化劑表征，動力學(xué)研究和同位素標記研究表明，即使進料中O2/CH4的比例很高時，鍵合在B2O3表面上三配位BO3中心的分子O2仍可作為甲烷活化的高效氧化劑，且有效減少CO2的形成。
該工作表明設(shè)計創(chuàng)新型催化工藝將烷烴直接轉(zhuǎn)化為燃料/化學(xué)品具有巨大的應(yīng)用潛力。
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Jinshu Tian, et al. Direct conversion of methane to formaldehyde and CO on B2O3 catalysts. Nat. Commun., 2020
DOI: 10.1038/s41467-020-19517-y
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19517-y
2. JACS：高倍率二維聚芳酰亞胺共價有機骨架負極用于水系鋅離子儲能裝置
可充電水系鋅離子儲能器件是下一代儲能技術(shù)的候選材料。然而，缺乏具有低電勢窗口的高度可逆的鋅離子儲存負極材料仍然是其商業(yè)化面臨的主要的挑戰(zhàn)。有鑒于此，德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)馮新亮教授報道了一種具有高動力學(xué)鋅離子存儲能力的二維聚芳酰亞胺共價有機骨架（PI-COF）負極材料。
本文要點：
1）PI-COF井然有序的孔道使內(nèi)置氧化還原活性羰基具有很高的可及性，并以較低的能壘實現(xiàn)有效的離子擴散。
2）所構(gòu)建的PI-COF負極具有高比容量（0.7A g?1下，332 C g?1或92 mAh g?1)、高倍率(7 A g?1時，達到79.8%)和長循環(huán)壽命(4000次循環(huán)后，容量保持在85%)。
3）原位拉曼光譜研究和第一性原理計算闡明了鋅離子的兩步儲存機制，即酰亞胺羰基可逆地形成帶負電荷的烯醇酸鹽。
4）通過將PI-COF陽極與MnO2陰極耦合，研究人員制備了無枝晶全鋅離子器件，其具有優(yōu)異的能量密度（23.9 -66.5 WH kg?1）和超級電容級別的功率密度(133～4782 W kg-1)。
研究工作論證了共價有機骨架作為鋅離子儲能陽極的可行性，為構(gòu)建可靠的水相儲能裝置提供了廣闊的應(yīng)用前景。
多孔材料學(xué)術(shù)QQ群：813094255
Minghao Yu, et al, A High-Rate Two-Dimensional Polyarylimide Covalent Organic Framework Anode for Aqueous Zn-Ion Energy Storage Devices, J. Am. Chem. Soc, 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c07992
https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c07992
3. Angew：富無機固體電解質(zhì)界面用于碳酸鹽電解質(zhì)基先進鋰金屬電池
在碳酸鹽電解液中，在鋰(Li)金屬負極表面形成的有機-無機固體電解質(zhì)界面(SEI)與Li緊密結(jié)合，并經(jīng)歷與Li相同的體積變化，從而在電鍍/剝離循環(huán)過程中經(jīng)歷不斷的開裂/重整。近日，馬里蘭大學(xué)王春生教授報道了通過在二甲基亞砜(DMSO)中溶解4M濃度的硝酸鋰(LiNO3)作為碳酸氟乙烯(FEC)基電解液的添加劑，在鋰金屬表面設(shè)計了一種富含無機元素的SEI，以降低其與鋰金屬的鍵合能。
本文要點：
1）由于NO3-離子的聚集結(jié)構(gòu)和參與初級Li+溶劑化鞘層，生成的SEI中除了PF6-離子還原生成的LiF均勻分布外，還形成了豐富的Li2O、Li3N和LiNxOy顆粒。富含無機物的SEI與Li的弱結(jié)合（高界面能）可以有效地促進Li沿著SEI/Li界面擴散，并防止Li枝晶滲透到SEI中。
2）結(jié)果顯示，所設(shè)計的碳酸鹽電解液可以使鋰負極達到99.55%（1 mA cm-2，1.0 mAh cm-2）的高鋰電鍍/剝離CE，并且電解質(zhì)使Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NMC811）全電池（2.5mAh cm-2）在200次循環(huán)后仍然保持75%的初始容量，而出色的CE達到99.83%。
這種濃縮添加劑策略提供了一種實用的解決方案，可進一步優(yōu)化碳酸鹽電解質(zhì)，以用于鋰離子電池以外的應(yīng)用領(lǐng)域。
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Sufu Liu, et al, Inorganic-rich Solid Electrolyte Interphase for Advanced Lithium Metal Batteries in Carbonate Electrolytes, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202012005
https://doi.org/10.1002/anie.202012005
4. Angew：Fe-O團簇錨固在金屬有機框架的節(jié)點上用于直接甲烷氧化
在溫和條件下以高生產(chǎn)率將甲烷直接氧化成增值有機含氧化合物仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。近日，國家納米科學(xué)中心唐智勇研究員，李國棟研究員報道了在50℃下，具有可調(diào)諧電子態(tài)的金屬-有機骨架（MOFs）節(jié)點上的Fe-O團簇，可將甲烷直接氧化成C1有機氧化物。
本文要點：
1）研究人員將FeO團簇接枝到UIO-66的無機ZR6節(jié)點上，而UIO-66的有機對苯二甲酸（H2BDC）配體被乙酸（AA）或三氟乙酸（TFA）的單羧酸調(diào)節(jié)劑部分取代。
2）實驗和理論計算表明，TFA基團與UIO-66的ZR6節(jié)點配位后，由于吸電子能力增強了相鄰Fe-O團簇的氧化態(tài)，促進了甲烷C-H鍵的活化，提高了甲烷的選擇性轉(zhuǎn)化率。從而獲得了極高的C1氧合產(chǎn)率4799 μmol gcat-1 h-1，選擇性為97.9%，是AA調(diào)節(jié)下的8倍。
這項工作將為多相催化劑中各種配位結(jié)構(gòu)的分子設(shè)計開辟新的途徑，用于重要但具有挑戰(zhàn)性的反應(yīng)。
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Wenshi Zhao, et al, Fe-O Clusters Anchored on Nodes of Metal-Organic Frameworks for Direct Methane Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202013807
https://doi.org/10.1002/anie.202013807
5. Angew：通過Operando EPR光譜法定量催化丙烷氧氯化過程中的氧化還原位點
在相關(guān)條件下催化的氧化還原活性中心的鑒定和定量對于理解反應(yīng)機理至關(guān)重要，這無疑需要開發(fā)先進的Operando方法。近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Javier Pérez-Ramírez，Guido Zichittella，Yevhen Polyhach報道了在丙烷氧氯化反應(yīng)中，Operando EPR譜是一種重要的技術(shù)，可以定量測定具有代表性的CrPO4和EuOCl催化劑的氧化狀態(tài)。
本文要點：
1）丙烷氧氯化反應(yīng)是一條有吸引力的丙烯生產(chǎn)路線。研究人員首次證明了C3H6的時空產(chǎn)率與催化劑在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的Cr2+和Eu2+離子的數(shù)量有關(guān)。當(dāng)一個電子在催化氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移時，活性元素的氧化態(tài)從+n到+n-1的變化導(dǎo)致順磁性物種的形成或湮滅，這取決于初始的電子構(gòu)型。因此，EPR信號分別以與氧化狀態(tài)變化成比例的方式增加或減少，從而允許其量化。
這些結(jié)果為收集對選擇性烷烴氧化的定量理解提供了有力的策略，有望被擴展到其他官能化方法和操作條件。
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Guido Zichittella, et al, Quantification of Redox Sites during Catalytic Propane Oxychlorination by Operando EPR Spectroscopy, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202013331
https://doi.org/10.1002/anie.202013331
6. Angew：膦酸基修飾的顆粒摻鑭、摻銠鈦酸鍶光催化劑用于提高析氫動力學(xué)
基于光催化或光電化學(xué)(PEC)水分解的人工光合作用是利用太陽能以氫的形式獲得可儲存、可傳輸?shù)幕瘜W(xué)能的最有前途的方法之一。因此，人們一直致力于開發(fā)高效的光催化劑用于水分解。電化學(xué)和PEC水分解研究表明，使用磷酸鹽緩沖電解液對析氫反應(yīng)(HER)的動力學(xué)有很大影響。在典型的無緩沖電解液的情況下，由于水分子在中性pH下作為析氫的主要反應(yīng)物，降低了HER的性能，所以高酸或堿性條件往往會促進HER動力學(xué)。
近日，日本信州大學(xué)Hiromasa Nishikiori，Yosuke Kageshima報道了在可見光響應(yīng)型光催化劑Ru/La，Rh摻雜的SrTiO3（Ru/La，Rh：STO）表面，通過硅烷偶聯(lián)處理，負載了膦酸酯基團，提高了該材料在析氫反應(yīng)中的光催化活性。
本文要點：
1）烷基硅烷基膦酸酯表面修飾加速了反應(yīng)物向活性中心的供應(yīng)，比使用磷酸鹽緩沖電解液作為反應(yīng)溶液更有效地提高了光催化活性。相反，胺、磺酸鹽和丙基的引入并不能提高Ru/La，Rh：STO的活性。
2）研究人員利用電化學(xué)方法分別研究了硅烷偶聯(lián)引入的這些官能團對析氫反應(yīng)動力學(xué)的影響，并與氧化反應(yīng)進行了比較。研究還表明，即使在低光子通量的情況下，目前的烷基硅烷膦酸酯修飾也能提高光催化活性。
本研究提出了一種新的方法來提高顆粒光催化劑的反應(yīng)動力學(xué)，即通過預(yù)錨定的膦酸酯基團主動加速反應(yīng)物的傳質(zhì)，以替代光催化劑材料本身的發(fā)展。
光催化學(xué)術(shù)QQ群：927909706
Yosuke Kageshima, et al, Boosted Hydrogen Evolution Kinetics over Particulate Lanthanum and Rhodium-Doped Strontium Titanate Photocatalysts Modified with Phosphonate Groups, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202011705
https://doi.org/10.1002/anie.202011705
7. Angew：適配體修飾的紙質(zhì)電化學(xué)器件用于現(xiàn)場生物傳感
基于電化學(xué)適配體(E-AB)的傳感器為檢測復(fù)雜樣品中的分析物提供了一種強大而通用的手段，可用于各種應(yīng)用。紙基E-AB傳感器可以實現(xiàn)便攜式、低成本和快速檢測大范圍目標物的目的，但事實證明，在紙上制造合適的三電極系統(tǒng)是具有挑戰(zhàn)性的。在此，美國佛羅里達國際大學(xué)Yi Xiao等人展示了一種簡單、經(jīng)濟和環(huán)境友好的策略，通過環(huán)境真空過濾來制造適配體修飾的紙電化學(xué)器件(PEDs)。
本文要點：
1）三電極PED系統(tǒng)的電極材料、形狀、大小和厚度均可完全定制。
2）開發(fā)的適配體修飾的PED，能夠在最小處理的生物樣本中實現(xiàn)對小分子靈敏和特異性的檢測。
3）PEDs的靈敏度和穩(wěn)定性可與基于商用金電極的E-AB傳感器相媲美。
綜上所述，此策略可以促進高性能PED的開發(fā)，實現(xiàn)對各種分析物的現(xiàn)場檢測，從而簡化便攜式傳感器在現(xiàn)實中的應(yīng)用。
分析傳感學(xué)術(shù)QQ群：530727948
Haixiang Yu, et al. Fabrication of Aptamer‐Modified Paper Electrochemical Devices for On‐site Biosensing. Angew. Chem. Int. Ed., 2020.
DOI: 10.1002/anie.202008231
https://doi.org/10.1002/anie.202008231
8. Angew：固/液界面上的反應(yīng)加速：玻璃顆粒催化的Katritzky反應(yīng)
與塑料容器相比，玻璃容器的表面對室溫下大體積溶液中的Katritzky反應(yīng)有明顯的加速作用。近日，美國普渡大學(xué)R. Graham Cooks報道了通過簡單地將反應(yīng)容器從塑料瓶改為玻璃瓶，或者有意向反應(yīng)容器中加入玻璃顆粒，Katritzky反應(yīng)得到了顯著的加速。這表明，已知在空氣/溶液界面上發(fā)生的這種反應(yīng)的加速也可以在固體/溶液界面上起作用。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)加速的根本原因是玻璃界面的高反應(yīng)性，表現(xiàn)為加速程度與反應(yīng)器中玻璃顆粒數(shù)量的關(guān)系。而反應(yīng)加速的機理則歸因于玻璃表面硅酸酯基團的基本性質(zhì)，其促進了化學(xué)計量去質(zhì)子化步驟。
2）這項研究不僅對玻璃對特定化學(xué)反應(yīng)的影響機理提供了見解，而且結(jié)合早先的空氣/溶液研究，其還表明這些反應(yīng)涉及空氣/溶液界面的強堿或酸效應(yīng)。這一結(jié)果與最近關(guān)于界面上水的超酸性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)非常一致。此外，玻璃微球可以在Katritzky反應(yīng)中重復(fù)使用，這一事實使它們成為非常“綠色”的催化劑。
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Yangjie Li, et al, Reaction Acceleration at Solid/Solution Interfaces: Katritzky Reaction Catalyzed by Glass Particles, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202014613
https://doi.org/10.1002/anie.202014613
9. ACS Nano：揭示六胺基鎳基導(dǎo)電金屬有機骨架在水溶液中的高電容機理
近年來，本征導(dǎo)電金屬有機骨架材料（MOFs）在快速充電儲能方面表現(xiàn)出良好的性能，在重量和體積電容方面都優(yōu)于當(dāng)前的一些超級電容器電極材料(如多孔碳)。近日，斯坦福大學(xué)鮑哲南教授，Maria R. Lukatskaya報道了揭示了金屬氧化物Ni3(六氨基苯)2（NiHAB）所表現(xiàn)出的高電容的原因。
本文要點：
1）結(jié)合原位拉曼光譜和X射線吸收光譜，以及在一系列水溶液中的詳細電化學(xué)研究，研究人員證明了電荷儲存機制實際上主要是贗電容，并且與典型的無機體系不同，過渡金屬在充放電循環(huán)中改變氧化狀態(tài)，而六氨基苯的MOF氧化還原活性是以配體為中心。
2）研究人員證明了NiHAB的電化學(xué)響應(yīng)是pH依賴性的：使用堿性電解質(zhì)會產(chǎn)生明顯的氧化還原特性，而在中性電解質(zhì)中，CV曲線具有矩形形狀并表現(xiàn)出低得多的電容。如果在非水電解質(zhì)中使用有機堿，則還可以再現(xiàn)NiHAB的標志性氧化還原行為。
多孔材料學(xué)術(shù)QQ群：813094255
Maria R. Lukatskaya, et al, Understanding the Mechanism of High Capacitance in Nickel Hexaaminobenzene-Based Conductive Metal?Organic Frameworks in Aqueous Electrolytes, ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.0c07292
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07292
10. ACS Nano：一種多向?qū)嵯嘧儾牧贤ㄟ^真實環(huán)境太陽能?熱?電轉(zhuǎn)換實現(xiàn)高耐用電能
利用太陽光發(fā)電的太陽能熱電發(fā)電機（STEG）有望成為一種很有前途的清潔太陽能收集和轉(zhuǎn)換技術(shù)。相變材料（PCM）與STEG的集成更能使發(fā)動機在太陽輻射通量不變的情況下持久發(fā)電。但其光熱轉(zhuǎn)換和輸出電能仍受到PCM高效熱管理性能的限制（<15W/m2），即在太陽光集中輻射下導(dǎo)熱性能受限，換熱不均勻。近日，四川大學(xué)傅強教授，吳凱特聘副研究員通過復(fù)制針葉樹的精細結(jié)構(gòu)，報道了一種特殊的冰模板組裝策略，在PCM中構(gòu)建了一條多方向的聲子轉(zhuǎn)移路徑，從而解決了這錯綜復(fù)雜的問題。
本文要點：
1）與傳統(tǒng)的冰模板組裝策略只采用一個溫度梯度來構(gòu)建定向結(jié)構(gòu)不同，研究人員通過徑向冰模板組裝策略，在凍結(jié)過程中和隨后的基質(zhì)滲透過程中利用兩個正交的溫度梯度，報道了一種仿生工程相變聚乙二醇(PEG)/氮化硼(BN)材料。中心對稱和多方向排列的BN網(wǎng)絡(luò)(即垂直方向和徑向方向)可以最大限度地利用BN的六角形尺寸和各向異性導(dǎo)熱系數(shù)(TC)，并在基質(zhì)中提供微觀上直通但宏觀上均勻的聲子路徑。
2）結(jié)果顯示，與原始的聚乙二醇相比，在相對較低的BN加入量11.65 vol%的情況下，同時實現(xiàn)了13.7倍的面內(nèi)TC和7.5倍的穿透TC，從而實現(xiàn)了相對于點狀熱源的強大熱流和均勻的溫度分布。由于這種快速而均勻的熱傳遞特性，這種相變材料能夠承受能量集中的太陽光；研究人員將這種PCM與STEG器件集成，從而獲得了85.1%的有效光熱轉(zhuǎn)換效率和40.28 W/m2的實際功率密度。
這一策略基于利用光學(xué)裝置最大限度地收集太陽能光束，并在PCM內(nèi)設(shè)計導(dǎo)熱路徑，為高效利用清潔太陽能展示了一種可行的全天候太陽能?熱?電能轉(zhuǎn)換的很有前景的途徑。
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Dingyao Liu, et al, A Multidirectionally Thermoconductive Phase Change Material Enables High and Durable Electricity via Real-Environment Solar? Thermal?Electric Conversion, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c06680
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c06680
11. ACS Nano：用于可穿戴PDT和顏色可調(diào)光電子的柔性有機發(fā)光二極管
基于可變形有機發(fā)光二極管(OLED)的光電器件在包括生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)和顯示器在內(nèi)的各種可穿戴應(yīng)用中具有廣闊的前景，但目前的OLED技術(shù)需要高電壓，并且缺乏可穿戴式光動力治療(PDT)應(yīng)用和可穿戴顯示器所需的功率。在此，韓國科學(xué)技術(shù)院 Kyung Cheol Choi等人介紹了一種低電壓(<8 V)、功率大于100 mW/cm2的并聯(lián)堆積有機發(fā)光二極管(PAOLED)。
本文要點：
1）電流色散比可通過優(yōu)化堆疊的單個OLED的結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)，從而創(chuàng)建PAOLED，實現(xiàn)對PAOLED的波長形狀、電流效率和功率的控制。
2）制備的PAOLED在35 mW/cm2的高功率下穩(wěn)定工作了100 h。測試結(jié)果表明，PAOLED的單線態(tài)氧產(chǎn)率是基準OLED的3.8倍，證實了PAOLED在PDT中的潛在應(yīng)用價值。
3）高功率PAOLED在短時間(0.5 h)照射后，黑色素瘤細胞存活率降低了24%。此外，通過有機發(fā)光二極管的配色，實現(xiàn)了具有顏色調(diào)諧的白光PAOLED，在8.5 V以下，其亮度可達30?000 cd/m2以上，低于。
綜上所述，該器件適合于各種低壓、大功率穿戴式光電器件的應(yīng)用。
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Yongmin Jeon, et al. Parallel-Stacked Flexible Organic Light-Emitting Diodes for Wearable Photodynamic Therapeutics and Color-Tunable Optoelectronics. ACS Nano, 2020.
DOI: 10.1021/acsnano.0c06649
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c06649
12. AEM：可抗碘擴散和自放電的自組裝固態(tài)凝膠正極用于穩(wěn)定的柔性水性鋅碘電池
水性可充電鋅碘電池（ARZIBs）是一種很有前途的可持續(xù)能源儲存技術(shù)，具有儲量豐富和對環(huán)境有利的元素。然而由于可溶性多碘在水介質(zhì)中的擴散特性，固體碘利用率低，自放電現(xiàn)象嚴重，進而嚴重影響了器件的穩(wěn)定性和器件設(shè)計。近日，印度薩達爾帕特爾大學(xué)Saurabh S. Soni，中科院青島能源所崔光磊研究員報道了在含高活性碘的嵌段共聚物中，通過與水基凝膠包埋的I3-/I-進行固凝膠反應(yīng)，以限制碘的擴散，構(gòu)建了一種可控自放電的固態(tài)ARZIBs。
本文要點：
1）正極膠體具有兩親性，從而為碘提供了高的溶解度，同時立方微晶自組裝結(jié)構(gòu)具有更好的離子電導(dǎo)率。由于在膠束的核-殼界面和疏水核內(nèi)部自捕獲的聚碘化物，因此這種凝膠可防止正極電解液的多層自組裝體中隨后的凝膠電解質(zhì)層中的長碘離子擴散。相反，正鋅離子則很容易通過親水性聚合物（環(huán)氧乙烷）-富水通道進行擴散。
2）結(jié)果顯示，該固體基質(zhì)的放電容量為210 mAh g?1（1C倍率），循環(huán)500次后的穩(wěn)定性為94.3%，同時包括自放電保護。此外，靈活的模塊器件在變形時表現(xiàn)出極好的靈活性，并能夠以穩(wěn)定的性能為小工具供電。
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Keval K. Sonigara, et al, Self-Assembled Solid-State Gel Catholyte Combating Iodide Diffusion and Self-Discharge for a Stable Flexible Aqueous Zn–I2 Battery, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202001997
https://doi.org/10.1002/aenm.202001997
