1. Nature Commun.: 表面氣泡的電暈促進電化學反應
氣體產物的析出是幾種電化學過程的共同特征，通常會導致氣泡粘附到電極表面。粘附的氣泡會減小電極的有效面積，因此通常被視為電化學惰性實體。有鑒于此，澳大利亞科廷大學Simone Ciampi教授、西澳大利亞大學K. Swaminathan Iyer和澳大利亞國立大學的Michelle L. Coote教授等人，研究發現在水中運行的陽極上，表面的靜態氣泡不是惰性的空腔，而是高反應活性氧化還原位點。1）通過對電化學發光系統的成像，以及對氣泡周圍聚合物生長各向異性的研究，證明了附著在電極表面的氣體腔比無氣泡的電極區域更能有效地引發水溶性物質的氧化。2）附著氣泡的電化學反應性源自其電暈累積不平衡過量氫氧根陰離子的能力。在電極表面附近，不平衡的陰離子被氧化為高反應性羥基自由基。3）氣泡的電暈會累積氫氧根陰離子，而陽離子不平衡，這種現象會導致氫氧根離子氧化為羥基自由基，且電勢至少比氧化還原表所列值低0.7V。總之，氣泡電暈處氫氧根氧化的下移可能是引發水中非均相電化學反應的一般機理，并且可以用于化學合成中。
Yan B. Vogel et al. The corona of a surface bubble promotes electrochemical reactions. Nat Commun, 2020.DOI: 10.1038/s41467-020-20186-0https://doi.org/10.1038/s41467-020-20186-0
2. Chem. Soc. Rev.: 水分解光催化劑的表征研究
由于不斷增長的能源消耗和燃燒化石燃料造成的全球變暖威脅，光驅動催化的研究已變得極為重要。在模仿大自然利用太陽能將H2O分解為H2和O2的人工光合作用方面，人們付出了大量的努力。目前正在開發新穎的半導體和分子光催化劑，其集中于通過單組分光催化劑的一步激發過程或模仿自然光合作用的Z-方案的兩步激發過程。分析和物理化學方法可提供不同時間和長度范圍的信息，用于對導致催化活性的所有過程進行基本了解，例如光吸收，電荷分離，電荷向反應中心的轉移和催化轉化，以及了解光催化活性材料的降解過程。特別是分子型光催化劑由于反應性中間體的形成而導致降解，長期穩定性仍然有限。有鑒于此，德國耶拿光子技術研究院Maria W?chtler等人，重點介紹了光譜、光譜電化學和電化學方法在研究半導體和(超)分子光催化劑過程中的潛力。1）特別強調的是光譜方法，以研究順序電子轉移鏈中間產物的光誘導過程。此外，對主要用于半導體和雜化光催化材料的微觀表征方法進行了綜述，因為表面積，結構，晶面，缺陷以及諸如結晶度和晶體尺寸的本體性質是電荷分離，轉移過程和抑制電荷重組的關鍵參數。掃描探針顯微鏡的最新發展也將被重點介紹，因為這種技術非常適合研究光催化活性材料。2）目前在理解多電子過程和光催化的基本機制方面已經取得了實質性的進展。為了使光驅動光催化在經濟上具有競爭力，仍然需要解決諸如效率、穩定性/降解、器件集成等重大挑戰。迄今為止，關于光催化劑的降解途徑、反應性變化的信息仍然很少，特別是當與異質載體（例如金屬氧化物或聚合物）進行界面結合以進行器件開發時。這需要原位和操作光譜，散射和顯微技術的進一步發展。盡管光束時間和成本仍然限制了催化研究中更廣泛的應用，但同步加速器輻射源的使用改善了空間和時間分辨率。3）合成化學家、材料科學家、高級分析和物理化學表征方法專家以及理論化學家/物理學家之間的密切協同合作必將使未來的發展受益。特別是，諸如DFT建模和多尺度建模之類的計算研究描述了催化反應并理解了潛在的機理，并深入了解了分子水平以外的分子-材料相互作用，這對于材料的合理設計以及對實驗的驗證非常重要。量子力學建模必須從很少的原子擴展到嵌入復雜環境中的大型超分子聚集體。例如，連續溶劑化模型可用于預測溶劑化分子的性質和過程。此外，在混合QM/MM方法中，基于分子力學(MM)耦合量子力學方法可替代經典描述被用來模擬光誘導過程。
光催化學術QQ群：927909706Christine Kranz et al. Characterizing photocatalysts for water splitting: from atoms to bulk and from slow to ultrafast processes. Chem. Soc. Rev., 2020.https://doi.org/10.1039/D0CS00526F
3. Chem. Rev.: 高壓掃描隧道顯微鏡
表面結構不僅是材料的特性，而且還取決于其周圍的環境。在環境條件下，表面結構會動態地適應其環境，往往會形成全新的結構。有鑒于此，美國勞倫斯伯克力國家實驗室Miquel Salmeron和魏茨曼科學研究院Baran Eren等人，綜述了由一種新的表征工具:高壓掃描隧道顯微鏡，帶來的表面結構研究的新進展，包括過渡金屬，氧化物，和合金。1）綜述了對在mTorr到大氣壓范圍內存在氣體的情況下對晶體材料表面結構的最新研究進展，將表面科學引入一個全新的方向。強調了高/環境壓力與環境溫度密切相關，因為只有在足夠高的氣體壓力下達到平衡時，弱相互作用的物質才能在室溫下密集地覆蓋表面。同時，環境溫度有助于克服阻礙擴散和反應的活化障礙。即使是具有弱結合能的物質也可以在表面停留，從而允許它們觸發原子結構的重建。2）可以將HPSTM的研究分為兩大類:吸附研究和反應研究。在環境壓力下對低米勒指數單晶表面的吸附研究顯示了四種不同的結果:(1)吸附層具有與低壓-低溫狀態相同的結構。金屬的結構保持不變。(2)在表面形成了致密的被吸附物層，這是以前沒有觀察到的。金屬的結構保持不變。(3)襯底表面通過分解成簇進行重構。當在易于重構的表面上觀察到這種現象時，該現象并不令人驚訝，因為初始表面已經很容易發生變化。(4)一個令人意外和有趣的情況是未重構表面分解成簇，在Cu和臺階Pt表面上可以觀察到這種現象。3）該綜述中總結的其他吸附研究主要是在相鄰表面、金屬上的氧化膜和雙金屬表面進行的。發現CO比低密勒指數表面更容易重組Pt和Ni的鄰接表面。類似地，O2氧化并因此改變Pt和Ag上臺階邊緣的形態，而臺階則保持金屬性。在雙金屬表面，在存在氣體的情況下觀察到脫合金和表面分離現象。這兩種現象在納米催化劑的光譜實驗中已經被多次觀察到。有趣的是，在雙金屬表面，觀察到多個CO分子可以吸附在Ni和Co原子上，類似于羰基分子。HPSTM領域未來應該關注其他工業上重要的反應，如乙烯氧化、甲醇氧化、甲烷重整等。
Miquel Salmeron et al. High-Pressure Scanning Tunneling Microscopy. Chem. Rev.. 2020.DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00429https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00429
4. Matter: 苯肼與鹵素離子協同調控高效錫基鈣鈦礦太陽能電池
憑借其合適的禁帶寬度和環境友好特性，有機-無機雜化錫（Sn）基鈣鈦礦而受到廣泛關注，但是Sn2+的自然氧化，使其對應的太陽能電池的光照穩定性和效率仍大幅度落后于鉛基鈣鈦礦太陽能電池。鑒于此，北京大學Zhiwei Liu和Zuqiang Bian等人通過實驗和理論計算，成功地證明了通過組合引入苯肼陽離子（PhNHNH3+）和鹵素陰離子（Cl-和Br-）可以顯著提高FASnI3（FA代表NH2CH = NH2+）的光照穩定性。1）首先，通過配位調控薄膜，抑制相分離，薄膜顯示出光滑而大的晶粒，減少了缺陷，器件裝置具有出色的放置和光照穩定性。2）最終的器件實現了13.4％（經認證的12.4％）的功率轉換效率；這是迄今為止報道的非鉛鈣鈦礦太陽能電池中的最高效率。同時，經過優化的器件在AM1.5G光照下，在330小時內可保持原始效率的82％。該方法為提高錫基鈣鈦礦的光照穩定性和效率提供了一種通用的方法。
光電器件學術QQ群：474948391Chengbo Wang et al. Illumination Durability and High-Efficiency Sn-Based Perovskite Solar Cell under Coordinated Control of Phenylhydrazine and Halogen Ions, Matter, 2020.DOI: 10.1016/j.matt.2020.11.012https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(20)30629-9
5. Matter: 分子工程助力高效二維鈣鈦礦太陽能電池
具有出色的穩定性和光電性能的二維（2D）鈣鈦礦引起了人們對于鈣鈦礦太陽能電池（PSC）使用的極大興趣。迄今為止，由于2D量子阱中較高的復合損失，二維鈣鈦礦中的有機間隔物陽離子不僅充當光生電荷載流子的絕緣勢壘，而且還充當電子-空穴對之間靜電相互作用的介電減速劑。鑒于此，北京航空航天大學Yuan Zhang，國家納米科學中心Huiqiong Zhou和陜西師范大學Kui Zhao等人提出了一種有效的策略，即通過間隔陽離子（乙胺到己胺）之間的范德華相互作用來實現修飾的結晶和量子受限行為，以提高二維Ruddlesden-Popper（2DRP）PSC的光伏效率。1）首先，提出了一種新的二維Ruddlesden-Popper鈣鈦礦（AA）2MA3Pb4I13。戊胺表現出最適合二維鈣鈦礦的離子半徑。通過使用最佳的戊胺（AA）間隔基，已經實現了具有良好對齊的相位排列，具有更少的不利n值種類和減少的激子結合能的高質量2D鈣鈦礦，從而導致通過不同n值組分的足夠電荷轉移。2）基于最佳的戊胺間隔基，對應的器件可以實現18.42％的最佳PCE（n = 4），顯示開路電壓為1.25 V，填充因子超過0.8。除了對2DRP鈣鈦礦材料的基本原理有深入的了解之外，所展示的高效器件性能和穩定性指標還有助于推動這一新興光伏技術的實際應用。
光電器件學術QQ群：474948391Guangbao Wu et al. Molecular Engineering for Two-Dimensional Perovskites with Photovoltaic Efficiency Exceeding 18%, Matter, 2020.https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.11.011https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520306287#!
6. EES綜述：電化學氮還原合成氨的研究進展：提高催化活性和選擇性的策略
Haber-Bosch于1913年創立的現代合成氨工業成功地改變了食品生產的歷史，滿足了爆炸性的人口增長，也為多相催化和化學工程奠定了基礎。然而，其依靠化石燃料生產H2的反應物消耗了全球1-3％的電能和2-5％的全球天然氣，并且每年排放超過4億噸的CO2。利用水作為質子源和電能驅動合成氨反應，可以減少化石燃料消耗和CO2排放，被認為是傳統Haber-Bosch工藝的綠色可持續替代方案。迄今為止，研究人員已經發表了一些關于電化學合成氨（NRR）的出色綜述，但其中大多數是根據催化劑的類型進行總結，很少有對用于NRR的電催化劑性能改進的策略進行系統總結。有鑒于此，中科院過程工程研究所張鎖江院士綜述和討論了電化學NRR的最新進展以及提高其活性和選擇性的策略。1）作者首先簡要概述了氮氣還原反應機理和最新理論進展。然后，系統地總結了提高催化劑和催化體系反應活性和選擇性的策略。迄今為止，人們已經提出了各種策略來解決NRR的活性和選擇性問題，大致可以分為以下兩類：i）精心設計電催化劑，以改善其對NRR的固有催化性能（結構優化、雜原子摻雜、空位工程、表/界面工程和協同效應）；ii）綜合開發電催化系統，以提高NRR的整體性能（電解液開發和其他策略）。2）作者最后總結了電化學NRR反應的標準，NH3的定量方法，同時，為了實現NRR的實用化，進一步提出了電化學氨合成研究的流程圖：i）首先精準設計NRR實驗，將氮污染降至最低，并確保數據的可靠性；ii）對于NRR催化劑的設計，著重考慮其對N2的吸附和活化能力；iii）關于NRR催化體系的設計，以及；iv）利用原位實驗技術捕捉和鑒定反應中間產物以及NRR催化劑的微觀變化至關重要；v）最后，在報道優異性能結果時，基于極低的NH3產量，以及氮污染物的無處不在，在研究所獲得的出色實驗數據時，應格外注意。
電催化學術QQ群：740997841
Bing Yang, et al, Recent progress on electrochemical synthesis of ammonia from nitrogen: Strategies to improve the catalytic activity and selectivity, Energy Environ. Sci., 2020https://doi.org/10.1039/D0EE02263B
7. Angew：銅陽極上大面積二維金屬有機骨架膜的電化學合成
具有良好超分子結構的金屬有機骨架（MOF）材料由于其優異的物理和電學性能，受到了廣泛的研究關注。然而，大面積二維MOF薄膜的制備仍然是一個巨大的挑戰。電化學（EC）合成是制備MOF的一種有效方法，目前已經通過極化或電沉積的方法合成了HKUST-1、ZIF-8、MIL-100(Fe)和MIL-53(Al)等幾種典型的MOFs。盡管電化學法具有環境友好、效率高、操作簡單等優點，但MOF微晶的低電學性能并沒有引起人們的廣泛關注。近日，中科院化學所劉云圻院士，陳建毅研究員報道了通過EC合成技術，在單晶Cu(100)陽極上原位生長了大面積的2D Cu3(HHTP)2（HHTP：2,3,6,7,10,11-六羥基三苯基）MOF薄膜。1）HTTP粉末溶解在去離子水中，并通過滴入氨水進行去質子處理。將兩片銅箔用作陽極和陰極，并浸入上述溶液中以構建EC反應池。通過施加適當的電壓，Cu2+離子可以從Cu陽極釋放，然后與HHTP陰離子發生反應，從而在Cu陽極上形成Cu3(HHTP)2 MOF膜。2）所合成的MOF薄膜具有較高的結晶質量，其電導率約為0.087 S cm-1，比以往報道的界面法制備的相同材料的電導率高出約1000倍。重要的是，該MOF膜可以通過聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）轉移技術轉移到任意基材上，而不會受到損壞。3）采用相同的策略在Cu箔上合成了Cu2(MTCP)，Cu3(BTPA)2和Cu3(TPTC)2 MOF薄膜，證實了該方法的通用性。這種可控的EC方法可以有效地應用于銅箔上2D MOF膜的工業規模生產。
多孔材料學術QQ群：813094255Youxing Liu, et al, Electrochemical Synthesis of Large Area Two-Dimensional Metal–Organic Framework Films on Copper Anodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI: 10.1002/anie.202012971https://doi.org/10.1002/anie.202012971
8. Angew：人工異質界面的精細反應動力學用于析氫和肼氧化催化
電化學水分解制氫受到陽極析氧反應（OER）動力學遲緩的限制，因此采用肼氧化反應（HZOR）以替代OER受到了廣泛關注。近日，中科大謝毅院士，章根強教授，肖翀教授報道了在泡沫鎳上原位生長具有豐富的Ni3N-Co3N異質界面的分級多孔納米片陣列（Ni3N-Co3N PNAS/NF），其在堿性電解液中對HER和HZOR催化都表現出優異的雙功能性。1）實驗結果顯示，1.0 M KOH中，在43 mV的低過電位（η）下獲得10 mA cm-2的電流密度和35.1 mV dec-1的低塔菲爾斜率。同時，在1 M KOH/0.1 M N2H4電解液中，HZOR只需要-88 mV（vs.RHE）的超低工作電位，電流密度可以達到10 mA cm-2，更令人印象深刻的是，在200 mV（vs.RHE）的小工作電位下，可以達到1000 mA cm-2的超高工業級電流密度。此外，在采用Ni3N-Co3NPNAS/NF電極作為雙功能電催化劑的雙電極電解槽中，0.071和0.76V的低槽電壓分別可產生10和400 mA cm-2的電流密度，這表明與OWS相比，其具有很大的節能潛力。2）研究人員利用自制的Ni3N-Co3N PNAS/NF陽極直接肼燃料電池（DHzFC）作為動力源，集成了一套概念驗證的OHzS，在較低肼濃度的堿性電解液中可以獲得較高的產氫速率（0.65 mmol h-1）。此外，當使用開路電壓為1.0 V的商用太陽能電池進行供電時，其具有出色的OHzS性能，電流密度可達214 mA cm-2。3）密度泛函理論（DFT）計算表明，與純Ni3N或Co3N相比，Ni3N和Co3N異質界面之間的界面電子轉移可以同時產生更高的熱中性氫吸附自由能(?GH*)，并促進肼的脫氫動力學。該研究工作提供了利用精細的納米結構工程技術開發實用的過渡金屬氮化物基電催化劑的可能性，并有望促進節能制氫應用的發展。
電催化學術QQ群：740997841
Qizhu Qian, et al, Artificial Heterointerfaces Achieve Delicate Reaction Kinetics towards Hydrogen Evolution and Hydrazine Oxidation Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202014362https://doi.org/10.1002/anie.202014362
9. Nano Lett.：納米組裝體為模板的超薄多孔碳氫化合物膜
多孔聚合物膜被廣泛用作催化劑載體，傳感器和用于分離膜的活性層。近日，芝加哥大學Grayson L. Jackson等報道了一種用于制備具有垂直連續納米孔的2D和3D碳氫化合物膜的模塊化方法。1）對自由懸浮的金或Fe3O4納米粒子（NP）單層片進行電子束輻照，然后進行濕法化學刻蝕是模板化二維（2D）多孔交聯碳氫化合物膜的高保真策略。這種依靠NP核產生的二次電子的方法，可以進一步用于將三維（3D）階梯狀金NP超晶轉變為3D多孔碳氫化合物膜。2）作者通過電子斷層掃描來研究了NP層（單層到五層）的數量如何控制主要電子束的衰減和散射，進而決定配體的交聯密度和3D孔結構。電子斷層掃描還顯示，由于納米粒子的優先燒結，許多納米孔在垂直方向上是連續的。該工作報道了一種構建功能納米多孔材料的新途徑，對多孔聚合物膜材料的應用具有重要意義。
多孔材料學術QQ群：813094255
Grayson L. Jackson, et al. Ultrathin Porous Hydrocarbon Membranes Templated by Nanoparticle Assemblies. Nano Lett., 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03450https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c03450
10. ACS Energy Lett.: InP膠體量子點衍生催化劑將CO2電還原為甲酸鹽
使用可再生電力驅動的電化學還原CO2（CO2RR）能夠使工業煙氣中的二氧化碳(最終是大氣中的二氧化碳)穩定下來。在CO2RR生產的日用化學品中，甲酸鹽在CO2還原時僅需要兩個電子，作為專用液體產品生產時很容易分離，并且可以有利地轉化為甲酸，而甲酸是氫的運輸載體。InP膠體量子點（CQDs）作為形成CO2RR電催化劑的前催化劑具有重要的研究意義。有鑒于此，加拿大多倫多大學Edward H. Sargent教授等人，報告了法拉第效率（FE）為93％的CO2電還原生產甲酸鹽，部分電流密度為930 mA cm-2，根據先前的技術經濟分析，達到了潛在的工業應用水平。1）設計了一種使用InP膠體量子點（CQDs）合成的催化劑：封端配體交換引入了表面硫，而XPS揭示了具有硫保護的氧化銦和銦金屬的活性催化劑的生成。2）為了使CQD可溶于陰極前體墨水中，用6-巰基己醇(6-MPE)交換了覆蓋CQD表面的天然疏水性油酸配體。3）表面金屬銦位點吸附并還原CO2分子，硫位點裂解水并提供質子。每個量子點的大量暴露的表面銦位點能夠在低催化劑負載下實現較高的甲酸生產率。納米層在負電位下的高導電性使其具有較大的電流密度。
電催化學術QQ群：740997841
Ivan Grigioni et al. CO2 Electroreduction to Formate at a Partial Current Density of 930 mA cm–2 with InP Colloidal Quantum Dot Derived Catalysts. ACS Energy Lett., 2020.DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02165https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02165
11. Biomaterials綜述：AIE分子用于微生物檢測和抗菌治療
香港科技大學唐本忠院士和Ryan T. K. Kwok對AIE分子在微生物檢測和抗菌治療等領域中的應用進行了綜述。1）致病性微生物會在宿主體內引起感染或疾病，從而對人類健康產生持續威脅。在20世紀40年代，抗生素被首次用于治療各種感染和疾病。然而，由于耐抗生素微生物的出現，使得這些原本有效的藥物不再具有顯著的治療效果。因此，研究人員也在加快研究和開發新的抗菌系統和策略。近年來，具有聚集誘導發光特性的分子（AIEgens）被證明可作為檢測微生物和抗菌治療的重要熒光工具。2）作者在文中著重介紹了基于AIEgens的生物功能材料和系統在微生物檢測和抗菌治療領域中的最新研究進展。AIE熒光探針具有靈敏度高、響應快等優點，可用于細菌超快成像、細菌分類和病原鑒別。對微生物進行早期檢測和鑒定有助于更科學地研究其對抗生素的耐藥機制。此外，基于AIEgens的光敏劑(AIE-PSs)也具有較強的光敏性，因此其對耐多藥細菌和細胞內的細菌也有良好的殺滅效果。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Haotian Bai. et al. AIEgens for microbial detection and antimicrobial therapy. Biomaterials. 2020https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220308449
12. ACS Catalysis：揭示Cr2O3/ZSM?5催化劑上沸石形態對合成氣選擇性轉化為輕芳烴的關鍵因素
利用氧化物-沸石雙功能催化劑將合成氣一步轉化為芳烴（STA），是一條很有前途的芳烴生產途徑。然而控制芳烴分布，提高苯、甲苯和二甲苯（BTX）的選擇性仍然是一個很大的挑戰。有鑒于此，中石化集團謝在庫院士，Yangdong Wang，復旦大學賀鶴勇教授報道了在Cr2O3/ZSM-5催化合成氣制芳烴反應中，芳烴分布或BTX選擇性與ZSM-5的晶粒大小密切相關，其中b軸方向的大小是最直接的影響因素。通過對芳構化反應和烷基化反應的解耦，研究人員揭示了催化體系中烷基化反應和芳構化反應之間的半定量關系。1）芳環SC9+/A的取代率反映了烷基化與芳構化的相對速率，并且用于半定量評估雙官能催化劑。研究人員揭示了SC9+/A對Cr2O3/ZSM-5中的形態參數（1/b）的線性關系。通過沿b軸改變ZSM-5沿b軸的晶體尺寸，可以容易地調節芳烴分布。2）研究人員通過Zn與ZSM-5的離子交換，進一步提高了催化劑的芳構化活性，并開發出一種雙功能催化劑，其時空產率（BTX）高達2.47 mmol g-1 h-1（基于碳），BTX選擇性達到49.1％。該研究對于未來工業應用中調整芳烴分布，以應對不同STA的市場需求波動具有一定的指導意義。
納米催化學術QQ群：256363607
Chang Liu, et al, Insights into the Key Factor of Zeolite Morphology on the Selective Conversion of Syngas to Light Aromatics over a Cr2O3/ZSM?5 Catalyst, ACS Catal. 2020DOI: 10.1021/acscatal.0c03658https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c03658
