1. JACS: 高電導性的三維四羥基醌基金屬-有機骨架
近年來，由于導電金屬-有機骨架（cMOF）在電化學能量存儲，電催化和傳感應用方面具有巨大潛力，因此已成為人們關注的熱點。迄今為止，大多數cMOFs都是二維結構，而3D cMOFs仍然很少。有鑒于此，斯坦福大學鮑哲南教授等人，報道了一種由四羥基-1,4-醌(THQ)和硫酸鐵(II)合成的（3D）三維cMOF化合物FeTHQ。1）提出了一個混合價cMOF, FeTHQ，在立方三維框架中具有高導電性。發現其電導率對化合價變化很敏感。2）FeTHQ在300 K時顯示出3.3±0.55 mS cm-1的電導率，對于3D cMOFs來說是很高的。FeTHQ的電導率與價有關。所制備的FeTHQ所測得的電導率比用空氣氧化的和萘化鈉還原的樣品高。3）FeTHQ的高導電性表明，為了實現有效的遠程電荷輸運，方平面共軛并不是必須的，并且可以通過非平面的配位幾何構造三維導電MOFs。由于具有高導電性和豐富的氧化還原化學，FeTHQ可能在電化學應用如超級電容器和電池中顯示出巨大的潛力。
多孔材料學術QQ群：813094255Gan Chen et al. Valence-Dependent Electrical Conductivity in a 3D Tetrahydroxyquinone-Based Metal–Organic Framework. J. Am. Chem. Soc., 2020.DOI: 10.1021/jacs.0c09379https://doi.org/10.1021/jacs.0c09379
2. JACS：陽離子束縛的可流動聚合物界面用于金屬鋰的穩定沉積
許多儲能裝置共同面臨的一個根本挑戰是電極?電解液界面的復雜電化學，這會影響其庫侖效率、運轉速率和壽命。具體而言，在能量密集的鋰金屬電池中，充電/放電過程導致金屬負極的結構異質性，從而由于短路和容量衰減而引發電池故障。近日，斯坦福大學鮑哲南教授，崔屹教授，Snehashis Choudhury報道了基于吡咯烷基陽離子（Py+TfSI-）的有機鹽具有比Li/Li+低的還原電位（-3.17V vs SHE），為聚合物界面提供了一種設計策略。1）研究發現，結合該有機鹽的界面可以抵抗電化學擊穿，同時促進鋰離子的傳輸并調節電極表面的電荷轉移過程。此外，研究人員在聚合物體系中加入了低Tg氟烷基側鏈，以提供電極表面的流動性，同時防止與本體電解質的界面副反應。2）聚合物的動力學和離子在這些聚合物材料中的輸運取決于超分子離子相互作用，這種相互作用可以通過系留離子含量或陰離子化學來調節。進一步研究發現，陽離子聚合物對任何外部電場刺激都有響應，進而實現了獨特的“屏蔽機制”，從而抑制鋰沉積過程中的形態不穩定性，延長電池壽命和提高庫侖效率。該機理不同于先前報道的聚合物界面，后者基于以下策略：通過鋰聚合物反應形成穩定的SEI，高Li+轉移數界面，以及SEI形成鹽添加劑的控釋。該研究工作所提供的聚合物設計策略可以與先前的策略協同發展，以開發高度穩定的電極-電解質界面，從而進一步提高鋰金屬電池的性能。
電池學術QQ群：924176072Zhuojun Huang, et al, A Cation-Tethered Flowable Polymeric Interface for Enabling Stable Deposition of Metallic Lithium, J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c09649https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c09649
3. Chem：18-冠-6-醚組裝Zr基MOF合成和手性應用
Zr-羧酸結構MOF材料具有多樣的結構變化，這是因為其配位鍵較強。目前，Zr的三維MOF材料中通過Zr-O鍵切斷、形成過程進行拓撲學轉變的相關研究很少，有鑒于此，上海交通大學崔勇、劉燕，美國西北大學Omar K. Farha等報道了一種高度柔性18-冠-6-醚官能團引入均手性Zr-MOF材料，通過拓撲應力實現了SC-SC拓撲學結構轉變。該轉變過程無需任何外部刺激，通過選擇性的對連接體消除實現拓撲學結構變化。1）在固體狀態中，18-冠-6-醚結構中含有顯著的振動，導致拓撲結構中含有應力，隨后會引發選擇性的發生連結體的形變、消除。這種拓撲結構變化是形成多孔結構、穩定螢石晶相的原因。2）作者通過單晶、X射線衍射方法對該過程變化情況進行捕捉。通過這種過程，構建了一種高度多孔化穩定3D螢石結構MOF材料，該材料作為對映選擇性固體吸附劑材料，以較高的對映選擇性進行固相分離lansoprazole。
多孔材料學術QQ群：813094255Wei Gong, et al, Topological Strain-Induced Regioselective Linker Elimination in a Chiral Zr(IV)-Based Metal-Organic Framework, Chem 2020DOI: 10.1016/j.chempr.2020.11.008https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S245192942030591X
4. Angew.: 用于電催化還原CO2和水分解的原子分散反應中心
開發替代傳統能源的電催化能量轉換技術有望解決化石燃料的枯竭和相關的環境問題。探索穩定、高效的電催化劑對于這些技術的推廣至關重要。單原子催化劑(SACs)在載體上具有原子分布的活性位點，是催化領域的新興材料，具有廣泛的應用前景。合理設計的近程配位環境、遠程電子相互作用和配位域的微環境對SACs的反應機理和相關催化性能有很大影響。有鑒于此，南洋理工大學樓雄文教授，對用于電催化還原CO2和水分解的原子分散反應中心的一些最新進展進行了綜述。基于各種原位表征研究的最新進展，闡述了催化機理和潛在的結構-活性關系。最后，通過強調單原子催化發展的挑戰和前景，有望為今后電催化能量轉換的SACs研究提供一些啟發。1）SAC具有獨特的幾何結構和電子結構，在過去十年中取得了巨大的進步，并在非均相催化方面表現出優異的性能。SAC還通過在異質載體上提供均相分散的反應中心，為橋接均相和異相催化提供了一個平臺。從催化劑的構建，表征，性能評估和機理解釋等方面，對SAC的理解已迅速發展。2）盡管取得了初步的成功，但SAC的開發和應用仍然存在許多挑戰。闡述了一些應對未來挑戰的未來觀點，研究方向和可能的解決方案。
電催化學術QQ群：740997841Xiong-Wen (David) Lou et al. Atomically Dispersed Reactive Centers for Electrocatalytic CO2 Reduction and Water Splitting. Angew., 2020.DOI: 10.1002/anie.202014112https://doi.org/10.1002/anie.202014112
5. Angew：功率和能量密度提高的水系鋅碘電池助力電催化碘還原反應
水溶液中基于碘/碘化物（I2/I-）氧化還原對的陰離子-氧化還原碘-鋅（I2//Zn）是最有前途的轉換電池化學之一。迄今為止，大多數研究都采用非活性碳基質作為I2載體，以利用其優異的導電性、孔隙率和高比表面積。盡管這些多孔碳可以將I2約束在陰極室內，但雜亂的孔結構會導致I2的利用不足和離子擴散緩慢。普魯士藍類似物（PBAs）具有足夠的孔隙率、連續有序的微孔通道，以及具有開放的過渡金屬物種的電化學催化功能，顯示出作為功能主體的應用前景。此外，PBAs的小交聯孔徑和I2與PBAs之間強烈的化學相互作用將促進電子/離子傳輸，有望提高I2的利用率，以及將I2約束在孔隙中的能力，從而獲得最大的容量。近日，香港城市大學支春義教授，香港理工大學黃海濤教授報道了首次使用Co[CoxFe1-x(CN)6]（0≤x≤1）PBAs作為I2的載體，實現了催化碘還原反應（IRR），提高了反應動力學。通過與有序的孔結構相結合，所制備的電極具有前所未有的比容量和對I/I-氧化還原的充分利用。1）具有有序的三維多孔結構的Co[CoxFe1-x(CN)6] PBAs使離子在整個充放電過程中得到充分的擴散。更重要的是，金屬Co和Fe物種起到了電催化的協同作用，提高了IRR的電化學動力學。2）實驗結果顯示，Co[CoxFe1-x(CN)6]表現出最低的IRR勢壘（0.47 kJ mol-1）和超低Tafel斜率（76.74 mV dec-1），具有超快IRR動力學。密度泛函理論（DFT）計算進一步證實了Co[Co1/4Fe3/4(CN)6]中IRR的高度自發性和快速反應速率。3）所開發的Co[Co1/4Fe3/4(CN)6]/I2//Zn電池在0.1 A g-1時的比容量為236.8 mAh g-1，Emid,d為1.27 V。即使在20 A g-1的高倍率下，仍能保持151.4 mAh g-1的容量。結果顯示，Co[Co1/4Fe3/4(CN)6]/I2//Zn電池具有較高的能量密度（305.5 Wh kg-1）和高功率密度（109.1 kW kg-1）。4）研究人員進一步研制了固態Co[Co1/4Fe3/4(CN)6]/I2//Zn電池，在0.1 A g-1時的容量為229.6 mAh g-1，并具有良好的柔韌性。在彎曲、擠壓和滾動變形下，電化學性能均保持不變。同時，電池可以很容易地縫合到服裝面料上，為電子產品供電。
電催化學術QQ群：740997841Longtao Ma, et al, Electrocatalytic Iodine Reduction Reaction Enabled by Aqueous Zinc-Iodine Battery with Improved Power and Energy Densities, Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI: 10.1002/anie.202014447https://doi.org/10.1002/anie.202014447
6. Angew：碳硼烷炔保護的金納米團簇：尺寸轉換和UV-Vis-NIR光學性質
結構演化是組裝新型單層配體保護的金屬納米分子的有效方法。但是，炔基穩定的金屬團簇的演化確很少被研究。近日，鄭州大學臧雙全，Zhao-Yang Wang等報道了碳硼烷炔保護的金納米團簇[Au28(C4B10H11)12(tht)8]3+ (Au28, tht = 四氫噻吩)向[Au23(C4B10H11)9(tht)6]2+ ( Au23 )團簇的轉化。1）Au28是通過一種簡便易行的自還原方法，以9‐HC≡C‐closo‐1,2‐C2B10H11作為還原劑和保護劑獲得的，它具有13個自由電子的開殼電子結構。2）有趣的是，Au28在甲醇中經歷了完全轉變，形成了一個穩定且尺寸較小的納米簇Au23，其帶有12個價電子和類晶體場的分裂超原子1D軌道。作者通過ESI-MS和UV-vis吸收光譜系統地監測了轉化過程。3）此外，Au28和Au23都顯示出覆蓋UV / vis / NIR范圍的吸收光譜和NIR發射，這有利于它們在生物醫學和光催化領域的潛在應用。該工作提供了一種簡便的一鍋法制備具有弱還原劑的金屬團簇材料的方法，這些材料可作為炔基保護的金團簇演化基礎研究的模型。
晶體團簇學術QQ群：530722590Jie Wang, et al. Carboranealkynyl‐Protected Gold Nanoclusters: Size Conversion and UV‐Vis‐NIR Optical Properties. Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202013027https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202013027
7. Angew：集成電極上的NiSn原子對用于協同電催化CO2還原
電化學二氧化碳還原（CO2RR）為合成增值化學品提供了一種緩解全球變暖和能源供應問題的有效途徑。然而，開發高效的CO2RR電催化劑以提高反應效率和闡明催化機理仍然是一個巨大的挑戰。近日，北京化工大學衛敏教授，邵明飛教授報道了在分級集成電極上展示了一種NiSn原子對電催化劑（NiSn-APC），其在同時提高CO2RR合成甲酸鹽的活性和選擇性方面表現出協同效應。1）研究人員采用兩步法制備了集成納米結構NiSn-APC電極：首先，以鋅基沸石咪唑骨架（ZIF-8）陣列為前驅體，通過熱解處理在柔性碳布上制備了N摻雜碳納米片陣列；然后，通過浸漬和隨后的熱解處理，將Sn和Ni原子錨定在制備的摻氮碳納米片上。2）高角度環狀暗場掃描透射電子顯微鏡和擴展X射線吸收精細結構表征結果顯示，NiSn原子對由相鄰的Ni和Sn分別與4個氮原子配位組成（N4-Ni-Sn-N4）。3）實驗結果顯示，所制備的NiSn-APC對CO2RR具有優異的甲酸催化活性，周轉頻率為4752 h-1，甲酸鹽產率為36.7 mol h-1gSn-1，活性中心利用率為57.9%，均優于已報道的單原子催化劑（SACs）。4）原位衰減全反射紅外光譜（ATR-IR）和密度泛函理論（DFT）計算結果證實了相鄰Ni對Sn的電子再分布作用，從而降低了*OCHO中間體的能壘，使得勢能決定步驟在熱力學上自發進行。NiSn對CO2RR的協同催化作用為合理設計和制備性能大幅提高的原子對電催化劑提供了成功的范例。
電催化學術QQ群：740997841Wenfu Xie, et al, NiSn Atomic Pair on Integrated Electrode for Synergistic Electrocatalytic CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202014655https://doi.org/10.1002/anie.202014655
8. Nano Lett.: 一維過渡金屬碲化物納米線的晶圓級生長
功能化納米材料的批量合成工藝的發展是基礎科學和應用科學取得進展的關鍵。過渡金屬硫族化合物(TMC)納米線是一維(1D)結構，具有三原子直徑和范德華表面，具有一維金屬性質，在電子和能源器件中具有很大的應用潛力。然而，它們的大規模生產仍然具有挑戰性。有鑒于此，東京都立大學Yasumitsu Miyata和Hong En Lim等人，通過化學氣相沉積實現了高結晶度過渡金屬碲化物納米線的晶圓級合成。1）通過化學氣相沉積（CVD），實現了具有各種聚集形式的WTe和MoTe TMC納米線的晶圓級生長。觀察到生長襯底會影響TMC納米線的結構和形態，在具有不同結晶度和晶格取向的襯底上會形成隨機或有序的網絡。2）該技術可以形成排列整齊的原子薄的二維(2D)薄片或三維(3D)束隨機網絡，兩者都是由單個納米線組成。這些納米線表現出各向異性的一維光學響應和優異的導電性能。3）本合成方法使研究這些TMC納米線網絡的光學和電子性質成為可能，這將有利于未來在電子和能量收集設備上的應用。總之，該工作不僅揭示了導電薄膜的受控和大規模合成，而且為基于納米線的2D和3D晶體的物理和器件應用研究提供了平臺。
一維材料學術QQ群：463352826Hong En Lim et al. Wafer-Scale Growth of One-Dimensional Transition-Metal Telluride Nanowires. Nano Lett., 2020.DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03456https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03456
9. Nano Energy: 基于spiro的半導體復合材料的穩定的鈣鈦礦太陽能電池
盡管具有優異的空穴提取產率和導電性，但由目前最先進高效的spiro-OMeTAD組成的摻雜分子半導體薄膜膜尚無法滿足85°C的耐用鈣鈦礦太陽能電池的要求。浙江大學Peng Wang等人將商業聚合物聚（9-乙烯基咔唑）和非揮發性有機鹽4-（叔丁基）吡啶雙（三氟甲磺酰基）酰亞胺與spiro-OMeTAD混合，得到具有高電導率和高玻璃化轉變溫度的半導體復合材料。1）由于對電荷傳輸阻力，界面復合阻力和空穴提取產率的良好控制，可以將所得有機復合物溶液法制備成空穴傳輸層，并用于鈦礦太陽能電池，效率超過21％。器件可以在85 oC高溫下工作運行。2）從氣體擴散調節的全新視角出發，通過多種實驗測量和分子動力學模型共同揭示了有機物復合層對雜化鈣鈦礦熱分解的關鍵影響。
發光材料與器件學術QQ群：529627332
Yutong Ren et al. A spiro-OMeTAD based semiconductor composite with over 100 °C glass transition temperature for durable perovskite solar cells, Nano Energy, 2020.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105655https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520312283#!
10. ACS Nano：調節多金屬氧化物納米板的電子結構助力含氧中間體的良好吸附能
具有高活性析氧反應（OER）的電催化劑對于有效地將可再生電力轉化為燃料和化學品具有重要意義。近日，南洋理工大學顏清宇教授，劉彬教授報道了在CuS上進行陽離子交換，然后進行電化學氧化，制備了從一金屬氧化物（CuO）到六金屬氧化物（CoCeNiFeZnCuOx）的一系列金屬氧化物納米板。1）多金屬氧化物納米板呈六方結構，平均橫向尺寸為160 nm，厚度約為6 nm。PH相關和四甲基氫氧化銨（TMAOH）追蹤的O22- 測量結果證實，多金屬氧化物納米板通過吸附物析出（AEM）途徑進行催化OER過程。根據熱力學模型分析，由OH*形成O*的反應是在多金屬氧化物納米板上發生OER的速率決定步驟（RDS）。2）研究人員認為，在多金屬物種之間的相互協同作用下，吸附在Co活性中心上的OH*中間體可以有效地轉化為O*中間體。同時，親核反應物OH?會攻擊具有空3d軌道的其他金屬位點。多金屬氧化物催化劑中多種金屬元素之間存在較強的相互作用，可以有效地緩解催化劑中的局部電子短缺和過剩。而多金屬氧化物的電子結構和化學配位環境隨著金屬元素數量的增加而發生了令人振奮的變化，這有利于調節含氧OER中間體的結合能。3）實驗結果顯示，在所有制備的多金屬氧化物中，CoCeNiFeZnCuOx納米板在堿性介質中表現出最高的OER活性，η10僅為211 mV，Tafel斜率低至21 mV dec-1，明顯優于商用IrO2（η10=339 mV，Tafel斜率為55 mV dec-1）。此外，CoCeNiFeZnCuOx型納米板材在電流密度為10 mA cm?2（過電位為211 mV）和100 mA cm?2（過電位為307 mV）下均能穩定地催化OER反應達100h，是一種很有前途的堿性水電解候選材料。
電催化學術QQ群：740997841Wenjing Huang, et al, Tuning the Electronic Structures of Multimetal Oxide Nanoplates to Realize Favorable Adsorption Energies of Oxygenated Intermediates, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c08571https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c08571
11. ACS Nano綜述：嵌段聚合物用于下一代超濾膜
可靠和公平地獲得安全飲用水是全世界面臨的一個重大且日益嚴峻的挑戰。目前，膜分離是用于潛在水源高效節能凈化的最有前途的策略之一。特別是，多孔膜被用于水的超濾（UF），以去除具有納米尺寸的污染物。盡管現有的超濾膜具有優異的透水性和溶液加工性，但其孔徑分布廣泛，限制了其尺寸選擇性。因此為了最大限度地發揮超濾膜的潛在效用并實現精確分離，必須提高其尺寸選擇性。嵌段聚合物是一種潛在的變革性解決方案，這些材料可以自組裝成尺寸一致、結構精準的區域。目前，研究人員已經報道了幾種不同的策略將嵌段聚合物集成到超濾膜中，每種策略都有自己的一套材料和工藝考慮因素，以確保生成均勻和連續的孔。近日，美國明尼蘇達大學Marc A. Hillmyer綜述了嵌段聚合物膜制造的最新技術水平，評估了其迄今為止的膜性能；并提出了需要進一步改進以生產商業上可行的膜研究見解。1）作者首先根據其所需性能總結了超濾膜的幾種關鍵應用，然后討論通過材料需求，從基本機械原理和加工要求的角度來制備嵌段聚合物超濾膜的常用策略。2）作者最后在水滲透性，尺寸選擇性和防污性的背景下總計了這些膜的關鍵結構-處理-性能之間的關系。通過這種關系，分析了嵌段聚合物超濾膜與現有的商用超濾膜的性能比較，并使用這些數據，提出了值得進一步的膜基礎研究和實際開發。
膜材料學術QQ群：463211614Nicholas Hampu, et al, Next-Generation Ultrafiltration Membranes Enabled by Block Polymers, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c07883https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07883
12. ACS Nano：孔壁中的非晶態合金結構：通過化學還原控制組成的介孔非晶態NiCoB合金球
非晶態雙金屬硼化物是一類新興的催化納米材料，因其類玻璃結構、豐富的不飽和活性中心和協同電子效應而表現出優異的催化性能。然而，制備金屬比例可調的介孔雙金屬硼化物仍然是一個挑戰。近日，日本早稻田大學Toru Asahi，Yusuke Yamauchi，上海師范大學Bo Jiang開發了一種復雜且可控的雙重還原劑策略，通過使用軟模板定向組裝方法來合成具有組分可調的介孔鎳鈷硼（NiCoB）非晶態合金球（AASs）（meso-NiCoB AASs）。1）選擇使用四丁基溴化膦（Bu4Pbr）有利于形成清晰的介孔，既可以通過降低M2+物種的可還原性來減緩還原速率，又可以防止肥皂泡的產生。2）所合成的介孔Ni10.0Co74.5B15.5 AASs在氨硼烷（AB）的水解脫氫中具有最高的催化性能。其周轉頻率（TOF）為6.5 min?1，分別是無孔Ni10.0Co74.5B15.5-1、meso-Ni79.0B21.0、ndmeso-Co85.0B15.0的9.8倍、3.2倍和1.4倍。3）研究發現，介孔Ni10.0Co74.5B15.5 AASs的高催化性能歸因于Ni，Co和B之間最佳的協同效應，以及由于開放的介孔而產生的高表面積和良好的質量傳輸效率。這項工作提供了一種設計和合成介孔雙金屬硼化物作為有效催化劑的系統策略。
電催化學術QQ群：740997841Yunqing Kang, et al, Amorphous Alloy Architectures in Pore Walls: Mesoporous Amorphous NiCoB Alloy Spheres with Controlled Compositions via a Chemical Reduction, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c07178https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07178
