1. Nature Communications：高效合成具有獨特自組裝行為和乙烯/乙炔捕獲性能的非平面大環的高效合成
設計和合成具有獨特自組裝行為和優良主客體性質的共價大環一直是超分子化學中一個具有挑戰性的課題和永恒的任務。近日，華東師范大學史學亮青年研究員報道了通過一個簡單的一鍋合成策略，成功合成了由甲基二苯胺單元組成，具有亞甲基和氮橋的大環二苯胺[n]芳烴家族（DPA[n]s，n=3-7）。并對其結構和性能進行了研究。1）與許多其他已報道的大環芳烴不同，合成的非平面DPA[n]s具有固有的π-π堆積相互作用、獨特的自組裝行為和乙烯/乙炔捕獲特性。具體地說，由于其強大的π-π堆積相互作用，DPA[3]和DPA[4]可以自組裝成具有明確通道的柱。2）研究人員系統地研究了DPA[3]在固體和溶液中強烈的多個分子間邊到面的芳香族相互作用。此外，邊-面芳香族相互作用可能是大環自組裝的主要驅動力。3）得益于三維空腔、固有的分子間邊到面芳香相互作用和柱狀自組裝行為，設計的DPA[3]表現出對乙烯和乙炔分子的包封性，從而暗示了其在氣體分離和吸附方面的潛在應用。本研究為功能性非平面大環芳烴的設計和自組裝提供了方向，同時還揭示了大環中多個分子間邊對面π-π堆積的基本機制，這有助于更好地理解π-π堆積相互作用在超分子自組裝中的重要性。
Lijun Mao, et al, Highly efficient synthesis of non-planar macrocycles possessing intriguing self-assembling behaviors and ethene/ethyne capture properties, Nat Commun 11, 5806 (2020)DOI: 10.1038/s41467-020-19677-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-020-19677-x
2. Nature Communications：硅氧協同效應用于新型高性能非富勒烯受體
在有機電子學中，芳香稠環是構成半導體和控制器件性能的基本單元，提供π-電子。而開發用于調節材料性質的新π骨架的主要挑戰是現有化學方法的局限性。近日，南開大學趙東兵教授，南方科技大學何鳳副教授，北京化工大學Zhi-Guo Zhang報道了成功設計了兩種具有不同硅原子位置的6元SiO橋聯梯形π骨架的異構體。1）在SiO5T-5中，硅原子連接到兩個噻吩基上，而在SiO5T-10中，硅原子連接到中心苯上。該設計可以為進一步開發高性能有機/聚合物半導體生產新的供體單元。2）這兩種骨架引起了研究人員的關注。首先，由于Si-π-O鍵的平均解離能大得多，因此，甲硅烷氧基橋接梯形π骨架的熱穩定性更高。此外，根據基于Gauss09在B3LYP/6-31G(D)能級上對分子軌道進行的密度泛函理論(DFT)計算結果顯示，Si?O橋顯著改變了它們的C?O類似物的電子結構。與CO橋聯的類似物相比，6元SiO橋聯結構顯著提高了π系統的平面度（10.9°vs.0°；8.5°vs.3.8°）。增強的平面構型將有利于電荷傳輸特性。此外，通過密度泛函理論計算預測的能級表明，SiO橋聯的SiO5T-5和SiO5T-10比碳類似物具有更大的禁帶寬度和更低的HOMO能級（EHOMO）。3）對于SiO5T-5和SiO5T-10的兩個甲氧基橋連的π骨架，計算得出的SiO5T-5的ELUMO/EHOMO為-1.52/-5.07 eV，顯著低于異構體SiO5T-10（ELUMO/EHOMO = -1.34/-4.98 eV），表明SiO5T-5中Si原子的σ*軌道與π骨架的π*軌道之間更強的相互作用。4）在嘗試使用兩個甲硅烷氧基橋梯形π系統時，可能會面臨一些巨大的挑戰：1）如果起始材料中含有甲硅烷氧基橋，則可能會經常發生逆布魯克重排；2）預計苯酚的不穩定性會導致難以制備甲硅烷氧基橋連的噻吩。研究人員解決了化學合成中的這些問題，并首次成功地獲得了兩個五環甲硅烷氧基橋接的π-共軛異構體SiO5Ts。此外，研究人員證明了將SiO橋結合到π共軛框架中，可以精確地調節π系統的光電性能和分子堆積，從而使聚合物太陽能電池（PSC）的器件效率達到了10％。為此，開發了兩個新型的異構甲氧基硅烷橋連的A–D–A受體，其中包括我們開發的6元階梯狀SiO5T骨架作為中心供體單元和二氰基亞甲基衍生物作為受體端基。
光電器件學術QQ群：474948391Qin, Y., Chen, H., Yao, J. et al. Silicon and oxygen synergistic effects for the discovery of new high-performance nonfullerene acceptors. Nat Commun 11, 5814 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-19605-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-020-19605-z
3. Nature Communications：添加鹽以擴大濕離子液體的電壓窗口
濕疏水性離子液體（廣泛用作電解質）由于在電解過程中吸收了吸收在電極表面的水而縮小了電化學窗口。近日，華中科技大學馮光教授報道了在類似于“鹽包水”電解液中進行了分子動力學模擬，以研究在潮濕的離子液體中添加鋰鹽對吸附在電極表面的水的影響。1）模擬系統由限制在兩個石墨電極之間的一塊潮濕的ILs組成。兩種類型的疏水性IL（1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓雙（三氟甲基磺?；啺?，[Pyr13] [TFSI]和1-丁基-3甲基咪唑鎓TFSI，[Bmim] [TFSI]）與Li [TFSI]的鹽一起使用。2）結果表明，隨著鹽的加入，大部分水分子被推離正極和負極。電極上殘留的水幾乎與Li+結合，大大降低了活性。表面吸附的水的Li+鍵和重排都有利于抑制水的電解，從而阻止了潮濕疏水離子液體電化學窗口的縮小。循環伏安測量證實了這一發現，在濕鹽離子液體中表現出更大的電化學窗口。研究工作為防止潮濕離子液體的電化學性能退化提供了一種潛在的機理和一種簡單而實用的方法。
電池學術QQ群：924176072Chen, M., Wu, J., Ye, T. et al. Adding salt to expand voltage window of humid ionic liquids. Nat Commun 11, 5809 (2020).DOI：10.1038/s41467-020-19469-3https://doi.org/10.1038/s41467-020-19469-3
4. JACS：強還原(二芳胺)苯基共價有機骨架用于無金屬可見光催化制過氧化氫
共價有機骨架（COF）是由共價連接的有機分子構成的一類新興的結晶型多孔有機材料。通過調節網狀化學結構，可以合成結晶性、光活性、多孔和高度穩定的COF材料，并為光催化提供了一個最佳的平臺。過氧化氫（H2O2）是一種用途廣泛的化學物質，在合成過程中用作防腐劑、消毒劑、漂白劑和氧化劑。光催化還原分子氧是實現可持續生產過氧化氫（H2O2）的有前途的途徑。這一具有挑戰性的過程需要光敏半導體，該半導體必須以太陽能為驅動，以高電荷轉移動力學來生成和分離光生電子和空穴。近日，受Wurster-type體系的啟發，德國柏林工業大學Arne Thomas，比利時根特大學Pascal Van Der Voort報道了合成了兩種由(二芳胺)苯單元組成的高結晶度的亞胺類COFs（TAPD-(Me)2和TAPD-(OME)2 ），這兩種COFs在化學和熱學上都高度穩定，并且由于C4+C2鍵的作用形成了Kagome晶格。1）研究人員通過13C?1H和1H?1H核磁共振實驗證實了COF的局部化學環境。COFs在各種熱化學條件下保持穩定。對COFs結構的分子動力學模擬進一步證實了AA堆積結晶的性質。2）兩種COFs均表現出較高的比表面積，在可見光區域有較強的吸收，具有理想的光催化帶隙。在斬波照射下，用線性掃描伏安法測定了導帶和價帶的絕對位置。3）在可見光照射下，氧飽和水光催化反應顯示出較高的H2O2產率。同時，催化劑穩定，可重復使用幾次。這項研究是利用COFs光催化產生H2O2的第一個案例，并為太陽能驅動的無金屬光催化開辟了一條新的途徑。
光催化學術QQ群：927909706Chidharth Krishnaraj, et al, Strongly Reducing (Diarylamino)benzene-Based Covalent Organic Framework for Metal-Free Visible Light Photocatalytic H2O2 Generation, J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c09684https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c09684
5. JACS：全氟取代誘導的二維雜化鈣鈦礦鐵電體
二維（2D）雜化有機-無機鈣鈦礦（HOIPs）具有良好的材料穩定性，結構多樣性和易于制備等優點，是廣泛應用于鐵電，太陽能電池和電致發光器件的理想之選。盡管人們已經提出了一些針對鐵電體的分子設計策略，但是，在2D HOIPs中精確誘導和優化鐵電性仍然是一個巨大的挑戰。近日，東南大學熊仁根等報道了通過全氟取代策略成功設計了一種高性能2D HOIPs鐵電體(perfluorobenzylammonium)2PbBr4。1）研究表明，(perfluorobenzylammonium)2PbBr4具有比 (benzylammonium)2PbBr4更明顯的二次諧波產生強度，更大的壓電響應，更多的極軸，更大的自發極化4.2 μC cm–2，更高的居里溫度（440K）。2）(3-fluorobenzylammonium)2PbBr4 和 (4-fluorobenzylammonium)2PbBr4不是鐵電體，表明與苯環不同位置被選擇性取代的單氟取代物相比，全氟取代是更具通用性和有效性的獲得芳香族鐵電體的方法。該工作為精確設計高性能2D HOIPs鐵電體提供了有效的策略。
光電器件學術QQ群：474948391
Han-Yue Zhang, et al. Two-Dimensional Hybrid Perovskite Ferroelectric Induced by Perfluorinated Substitution. J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c10686https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10686
6. JACS：Cs7(H4PO4)(H2PO4)8的結構和性質：一種具有聚陽離子(H4PO4)+ 的新型超質子固體酸
超質子固體酸是一種結晶相，其特征是取向無序的酸性氧陰離子基團圍繞固定的中心原子進行快速重新定向。近日，美國西北大學Sossina M. Haile等報道發現了一種新的超質子化合物Cs7(H4PO4)(H2PO4)8。1）該化合物是在高溫下由CsH2PO4和CsH5(PO4)2的反應獲得的。作者通過高溫單晶X射線衍射解析了該化合物的結構，并通過高溫31P NMR光譜進行了確認；該化合物結晶于空間群Pm3?n，在130°C下的晶格常數為20.1994（9）?。2）其晶胞類似于超質子CsH2PO4的4×4×4超結構，但具有旋轉無序的H4PO4+陽離子，該陽離子周期性地占據每八個陽離子位點之一。3）作者研究了這種陽離子對Cs7(H4PO4)(H2PO4)8相的結構，熱力學和質子輸運性質的影響。4）Cs7(H4PO4)(H2PO4)8在90°C的溫度下形成，比CsH2PO4的228°C的超質子轉變溫度低得多，并且該化合物似乎沒有有序的低溫形式。5）該材料在干燥脫水的條件下可穩定至151°C，因此在沒有主動加濕的情況下，超質子材料的穩定性特別寬泛。6）Cs7(H4PO4)(H2PO4)8的電導率在140°C時為5.8×10–4 S cm-1，但聚陰離子（H2PO4–）基團的重新取向卻很容易。
晶體團簇學術QQ群：530722590Louis S. Wang, et al. Structure and Properties of Cs7(H4PO4)(H2PO4)8: A New Superprotonic Solid Acid Featuring the Unusual Polycation (H4PO4)+. J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c08870https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08870
7. AM綜述：銅襯底上生長大尺寸2D單晶的研究進展
大規模、高質量的2D材料因其獨特的性質而成為現代化學和物理學中一個新興的、有前途的選擇。在過去的幾年里，大尺寸單晶2D材料的可控制備技術取得了令人矚目的進展。在眾多的制備方法中，化學氣相沉積法(CVD)因其通過調節生長條件對2D材料的尺寸和質量進行精細控制而備受關注。同時，銅因其在化學氣相沉積過程中生長單層2D材料的顯著優點而被廣泛接受為最受歡迎的催化劑。有鑒于此，天津大學胡文平教授，耿德超教授綜述了利用化學氣相沉積（CVD）法在銅襯底上制備大尺寸2D單晶的最新進展。1）作者首先從超低前驅體溶解度和可行的表面工程兩個方面闡明了銅的獨特性質。2）作者研究了石墨烯和六方氮化硼(h-BN)晶體在銅襯底上的規模化生長，其中采用了不同的銅表面。此外，還揭示了二維單晶的生長機理，為深入研究單晶生長的動力學和動力學提供了指導。3）作者最后對二維單晶工業化大規模生產的相關問題進行了討論，并對其應用前景進行了展望。
晶體團簇學術QQ群：530722590Yixuan Fan, et al, Recent Advances in Growth of Large-Sized 2D Single Crystals on Cu Substrates, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202003956https://doi.org/10.1002/adma.202003956.
8. Angew：優化氮的吸附和活化助力凝膠衍生的非晶態BiNi合金電催化NRR
為了實現高效，可持續地生產NH3的電化學氮還原反應（NRR），所設計的電催化劑應表現出高選擇性和高活性，并具有最佳的吸附能。有鑒于此，美國德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授報道了一種具有3D互連納米孔骨架的非晶態BiNi合金（a-BiNi），與晶體和純金屬相比，其顯著增強了NRR。1）研究人員在BiNi合金中應用了非晶化工程。在室溫下，Bi-Ni-CCP凝膠與NaBH4在二甘醇（DEG）中反應，然后通過NaBH4誘導的非晶化合成非晶BiNi（a-BiNi）合金。2）由于Ni取代后氮的化學吸附和較低的ΔG*NNH以及合金骨架的無定形特征，a-BiNi電催化劑對于合成氨顯示出高催化活性，產率為17.5 μg h-1 mgcat-1，法拉第效率為13.8％。3）進一步的電化學表征顯示3D納米多孔合金骨架的增強的電子轉移和增加的電化學表面積也有助于提高NRR活性。此外，互連的多孔骨架對于長期的NRR具有很高的結構穩定性，使其具有足夠的穩定性和有效的活性，可用于潛在的實際應用。這項工作為優化反應物和中間體的吸附能以及調節結晶度以活化分子N2提供了新途徑。
電催化學術QQ群：740997841Zhiwei Fang, et al, Gel-Derived Amorphous BiNi Alloy Promotes Electrocatalytic Nitrogen Fixation via Optimizing Nitrogen Adsorption and Activation, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202014302https://doi.org/10.1002/anie.202014302
9. AEM：低溫添加劑浸出法用于高效無機鈣鈦礦太陽能電池
無機CsPbI3鈣鈦礦的光學帶隙范圍為1.67至1.75 eV，是一種有前途的光收集材料，可作為串聯太陽能電池中的頂層電池，但其高制造溫度會損壞中間層或底層子電池。有鑒于此，中科院青島能源所Shuping Pang，崔光磊研究員報道了一種涉及添加劑的浸出策略，成功將無機鈣鈦礦薄膜的制造溫度降低至100 °C。1）與傳統的兩步浸漬方法不同，有機-無機鈣鈦礦薄膜的浸漬溶液中只有一種反應物，所有反應物都在原始薄膜中混合，然后浸入異丙醇（IPA）溶液中。2）研究發現，過量的CsI和DMAI的添加劑有利于形成高質量的CsPbI 3鈣鈦礦膜。3）經過優化后，基于這種低溫添加劑浸出法（LTAL）的PSCs的PCE超過16％，并且在相對濕度為10％的空氣中放置30天后，初始效率保持在93％以上。此外，該策略甚至可以直接在空氣中進行，在Voc為1.18 V的情況下，效率可達10%以上。
光電器件學術QQ群：474948391Xiuhong Sun, et al, A Low-Temperature Additive-Involved Leaching Method for Highly Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202002754https://doi.org/10.1002/aenm.202002754
10. AEM：釩氧化物超晶格中的電子離域和溶解抑制用于提高水系鋅離子電池的電化學性能
水性鋅離子電池（ZIBs）由于具有體積能量密度高，鋅資源豐富，生態友好和安全的獨特優點，已引發了大量科學研究，并成為大規模儲能應用的有希望的替代技術。然而，活性物質在水溶液中溶解以及Zn2+與正極晶格之間強靜電相互作用，嚴重阻礙了ZIBs實用化進程。近日，澳大利亞伍倫貢大學侴術雷教授，Chao Han，Weijie Li報道了以氧化釩(V2O5-x)/聚苯胺（PANI-V）超晶格結構作為超晶格結構工程模型，克服了上述ZIBs的不足。1）在這個超晶格中，PANI層不僅起到了擴大V2O5-x層間間距的隔離層的作用，而且還起到了導電容量貢獻的作用。此外，PANI層還可以用作結構穩定劑以限制V2O5-x活性材料在水系電解質中的溶解。另外，其引入了界面效應以調節V2O5-x單層的電荷分布，從而促進Zn離子擴散到結構中。相應地，弱化靜電相互作用和抑制活性物質溶解協同地增強了用于鋅離子存儲的電化學性能。這項工作為水系鋅離子電池正極的開發/改進鋪平了道路。
電池學術QQ群：924176072Weijie Li, et al, Electron Delocalization and Dissolution-Restraint in Vanadium Oxide Superlattices to Boost Electrochemical Performance of Aqueous Zinc-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202001852https://doi.org/10.1002/aenm.202001852
11. ACS Nano：過渡尺寸原子精確金納米團簇的不均質量化單電子充電和電化學-光學研究
電子結構的細微差異（例如出現新的能帶隙或簡并軌道分裂）很難清楚的解析，但對納米材料的性能很重要。近日，佐治亞州立大學Gangli Wang，卡耐基梅隆大學金榮超等研究了原子精確的Au133(TBBT)52, Au144(BM)60和Au279(TBBT)84 團簇（TBBT=4-叔丁基苯硫醇， BM=芐硫醇）的電化學雙層充電特征，即“連續”單電子轉移（1e，ETs），來揭露非金屬態到金屬態的過渡。1）循環和差分脈沖伏安法實驗表明，在298 K時，Au133的能隙為0.15 eV，Au144的能隙為0.17eV。Au279被證實是金屬態的，顯示出“大容量連續”充電響應而沒有能隙。2）Au133和Au144的能隙和雙層電容隨溫度降低而增加。充電能量與Au133和Au144的HOMO-LUMO間隙的溫度依賴性歸因于抗衡離子滲透和配體的位阻以及它們的分子組成。3）解決了細微的能量差異后，作者將Au133和Au144的光譜電化學特征與超快光譜進行了比較，發展了一種可以將能量輸入過程的穩態和瞬態能量圖關聯起來的通用分析方法。4）作者研究了這三個樣品的電化學發光（ECL，電荷轉移反應后的能量耗盡過程之一），發現Au279的ECL強度可以忽略不計，而Au133和Au144的ECL則相對較強且可觀察到（但比最近報道的雙金屬Au12Ag13弱幾個數量級）。該工作表明，伏安和光譜分析相結合，再加上溫度變化，是揭示細微差異并獲得其它納米材料無法獲得的見解的有力工具。
晶體團簇學術QQ群：530722590Shuang Chen, et al. Inhomogeneous Quantized Single-Electron Charging and Electrochemical–Optical Insights on Transition-Sized Atomically Precise Gold Nanoclusters. ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c04914https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04914
12. ACS Nano：軟膠體二元混合物晶體到晶體的轉變
膠體通常用作模型系統，以研究凝聚態物理中的各種現象。尤其是相互作用勢對膠體的相行為的影響，以及諸如結晶的過程，或液相-晶體和晶體-晶體轉變的機理和動力學途徑等。近日，瑞典隆德大學Jasper N. Immink等報道了報道了一種誘導軟膠體顆粒二元混合物可逆的晶體-晶體轉換的方法。1）研究發現，通過控制鹽度的降低和逐漸增加的靜電相互作用，單個樣品可可逆地組成熵晶體，以靜電引力為主的晶體或聚集的凝膠。作者使用顯微鏡和圖像分析對其進行了量化。并進一步通過鍵序分析來分析晶體結構，以區分兩個晶體相。2）作者使用樣品holder geometry觀察不同的相，該holder geometry既可以原位控制鹽度，又可以通過共聚焦激光掃描顯微鏡成像，并應用合成方法在顯微鏡下產生具有高可分辨性的顆粒，并且可以控制粒徑。與硬球系統相比，顆粒柔軟度可提高結晶速度，同時改變凹角熔化行為。該工作提供了用于可重復制造和分析二元膠體晶體的多種工具，具有重要意義。
晶體團簇學術QQ群：530722590Jasper N. Immink, et al. Crystal-to-Crystal Transitions in Binary Mixtures of Soft Colloids. ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c03966https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03966
