1. Chem. Soc. Rev.綜述：超越C3N4的π-共軛無金屬聚合物半導體用于光催化化學轉化
具有穩定、高效、廉價的無金屬催化劑的光催化是無污染能源生產的最有前途的選擇之一。近日，南京大學周勇教授，西南科技大學楊龍，四川大學Yi Dan綜述了各種具有大π-共軛單元的高效無金屬高分子光催化劑的最新研究進展，這些光催化劑可用于化學轉化，包括水裂解、CO2還原、氮還原、有機合成以及單體聚合。1）作者首先概述了無金屬光催化劑的催化機理。一般來說，其主要涉及兩種機理，即半導體機理和分子機理。然后重點總結了無金屬高分子光催化劑設計中的π-共軛擴大、電荷分離、電子結構和能帶結構的合理控制。在遵循設計原則的基礎上，作者總結了功能單元的選擇和結構，以及π-共軛聚合物光催化劑的連接鍵和尺寸。2）無金屬、高共軛聚合物催化劑的可見光誘導光催化是材料科學中一個相對較新的研究領域。作者重點介紹了無金屬聚合物在光催化能量轉換和利用方面的研究現狀，包括光催化水分解和二氧化碳還原，以及其他光輔助選擇性轉化有機物、氮還原、污染物降解和生物消毒等。3）作者最后指出了無金屬聚合物光催化劑面臨的主要挑戰，包括：i）更具選擇性和活性的光催化劑的開發；ii）優化光催化劑表面的吸附；iii）光催化機理的進一步研究，以加速篩選出適用于傳統化學反應的特定光催化劑。總而言之，這些策略為進一步開發高效無金屬聚合物光催化劑提供了解決催化劑活性、選擇性和穩定性挑戰的潛在途徑。
光催化學術QQ群：927909706Long Yang, et al, Beyond C3N4 π-conjugated metal-free polymeric semiconductors for photocatalytic chemical transformations, Chem. Soc. Rev., 2020https://doi.org/10.1039/d0cs00445f
2. Chem. Soc. Rev.綜述：光熱催化的基本原理及應用
最近，光熱催化已成為利用光作為能源驅動化學反應的另一種有效途徑。通過太陽光和熱化學貢獻的協同作用，即使在溫和的操作條件下，光熱催化也具有提高反應速率和改變選擇性的潛力。有鑒于此，阿卜杜拉國王科學技術大學Jorge Gascon全面綜述了光熱催化的研究，重點放在燃料和化學品的生產上。1）作者重點闡明了局域表面等離激元共振的基本原理，以及定義光熱效應的光化學和熱化學過程背后的潛在機制?；谶@一分析，作者提出了相關表征技術和方法，這些技術和方法有助于研究給定催化體系的主要反應途徑，從而更好的揭示反應機理。2）作者接下來詳細總結了光熱催化的反應，包括反應效率、目標選擇性和反應機理等方面最新的研究進展。3）作者最后對進一步優化光熱催化性能的設計策略提出了個人看法，并強調了未來潛在的研究方向和挑戰。
光催化學術QQ群：927909706Diego Mateo，et al, Fundamentals and applications of photo-thermal catalysis, Chem. Soc. Rev., 2020https://doi.org/10.1039/d0cs00357c
3. JACS：仿生納米酶選擇性協同清除阿爾茨海默病模型外周β淀粉樣蛋白
外周β淀粉樣蛋白（Aβ）的清除有助于克服血腦屏障（BBB）障礙，消除與阿爾茨海默病（AD）相關的腦源性Aβ。即便如此，當前開發的清除外周Aβ的治療方法仍面臨著如何避免某些生物分子的干擾以及如何防止觸發免疫反應和凝血的挑戰。在此，中科院長春應用化學研究所曲曉剛等人設計并合成了一種具有增強蛋白質吸附抗性，最小化免疫原性和增強生物相容性的仿生納米酶（CuxO@EM-K）。1）CuxO@EM-K由包裹有修飾3xTg-AD小鼠紅細胞膜和Aβ靶向五肽KLVFF的CuxO納米酶制成。2）KLVFF是Aβ特異性配體，可與紅細胞膜協同作用以選擇性捕獲血液中的Aβ。同時，紅細胞膜涂層可阻止蛋白質冠的形成，從而保持生物流體中CuxO@EM-K的Aβ靶向能力。3）更重要的是，具有多種抗氧化酶樣活性的CuxO核穩定了紅細胞外膜，同時減輕了Aβ誘導的膜氧化損傷，使吸附Aβ必不可少的系統循環得以延長。4）體內研究表明，在廣泛使用的3xTg-AD小鼠模型中，CuxO@EM-K不僅可以減少血液和大腦中的Aβ負荷，而且可以改善記憶缺陷。而且，CuxO@EM-K對3xTg-AD小鼠無明顯毒性。綜上所述，這項工作為開發與AD相關的外周Aβ的生物相容性和協同清除提供了一個范例。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Mengmeng Ma, et al. Self-Protecting Biomimetic Nanozyme for Selective and Synergistic Clearance of Peripheral Amyloid-β in an Alzheimer’ Disease Model. J. Am. Chem. Soc., 2020.DOI: 10.1021/jacs.0c08395https://doi.org/10.1021/jacs.0c08395
4. EES：硫輔助大規模合成石墨烯微球助力高性能鉀離子電池
高質量石墨烯的大規模低成本制備方法對于推進儲能及其他領域中石墨烯基的應用至關重要。有鑒于此，湖南大學魯兵安教授，中山大學王成新教授，美國克萊姆森大學Apparao M.Rao報道了一種硫輔助方法，成功將四苯基錫的苯環轉化為高純度的結晶石墨烯（三維層狀石墨烯，FLGMs）。1）研究人員將市售的硫和四苯基錫粉末以50:50 wt％的比例混合，然后在Ar氣氛下，通過650 ℃的熱退火逐漸聚合成石墨烯。從硫中釋放的單線態S2逐漸捕獲四苯基錫苯環上的H原子，生成H2S，從而生成石墨烯、H2S和SnS2。在2000 ℃的高溫退火120分鐘后，石墨烯中的結構缺陷被修復，同時去除了副產物SnS2，從而獲得了FLGMs。此外，在實驗室規模上，研究人員在一次運行中獲得了約5 g的FLGMs。2）所制備的石墨烯具有三維結構，并且表現出優異的電子遷移率和低的片間接觸電阻，在儲能應用中極具潛力。對于鉀離子電池，FLGM基負極表現出低放電平臺（平均放電平臺約為0.1 V），在50 mA g-1時具有285 mAh g-1的高初始容量以及高倍率性能（在100 mA g-1時，容量達到252 mAh g-1，在1000 mA g-1時為容量達到95 mAh g-1）。此外，FLGM基負極具有出色的循環穩定性，在200 mA g-1的1000次循環后沒有容量損失。這種工藝不需要襯底，并且可擴展用于石墨烯的連續或半連續生產，為石墨烯基能量存儲器件的應用鋪平了道路。
電池學術QQ群：924176072Qingfeng Zhang, et al, Sulfur-assisted Large-scale Synthesis of Graphene Microspheres for Superior Potassium-ion Batteries, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D0EE03203D
5. EES：共軛碳網絡氟化復分解法制備高性能鋰金屬負極
鋰金屬負極具有較高的理論比容量和較低的氧化還原電位，適合用于新一代鋰離子電池負極材料，但由于其固體電解質界面不穩定，目前仍面臨諸多挑戰。近日，韓國首爾大學Youn Sang Kim，慶北大學Jeeyoung Yoo報道了選擇石墨烯作為導電CCN材料，并通過簡單的涂布工藝將其涂覆到涂紙-芳族聚酰胺中，其中高模量的芳族聚酰胺纖維互相編織在一起。1）在所提出的體系中，石墨烯復合層中的CCN通過氟化復分解作用（一種新的F摻雜機制）誘導LiF形成穩定的SEI組分：在特定的溶劑環境（極性、致密、高介電常數）下，LiPF6電解質分解形成F-陰離子，與CCN在石墨烯中的sp2 C反應生成半離子C-F鍵，從而形成部分氟化的石墨烯涂層（F-摻雜態）。這些化學不穩定的半離子C–F鍵在鍍鋰過程中誘導形成LiF。2）實驗結果顯示，涂有石墨烯的涂紙芳族聚酰胺充當導電框架，可以形成穩定的SEI，沿其表面具有大量LiF，因此即使在快速充電/放電條件下（20 mA cm?2 和1 mAh cm?2）也能保持LMA的優異循環特性，以及高電流密度和大面積容量（20 mA cm-2和20 mAh cm-2）。此外，采用該體系的Li/LiFePO4（LFP)電池在高20C倍率下1000次循環后仍保持初始容量的82.13%，表現出低容量衰減。3）研究人員隨后將這種F摻雜機制推廣到其他CCN材料，如炭黑（CB）和活性炭（AC）。電化學測試結果和光物理分析表明，在涂紙芳族聚酰胺表面涂覆其他CCN材料也能穩定LMA表面，但不同碳物種的結果有所不同。在石墨烯作為純碳組成的完整晶格結構的情況下，F?陰離子與sp2 C反應的F摻雜機制容易發生，從而導致較高的LiF生成速率。此外，在特定的溶劑環境中，CCN材料可以誘導LiF作為穩定的SEI組分形成，并穩定LMA表面，但穩定效果與CCN材料上的負官能團和由此產生的結構完整性有關?；贑CN材料與F摻雜機制之間的廣義相關性，作者提出了一種簡單、有效、廉價的石墨鉛筆（graphite pencil）用于LMA表面穩定化的策略。
電池學術QQ群：924176072Yong Jun Gong, et al, Advanced Li Metal Anode by Fluorinated Metathesis on Conjugated Carbon Networks, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D0EE02827D
6. EES：FexCoyMg10CaO的異質結-氧化還原催化劑用于綠色高溫CO2捕集和原位轉化
整合碳捕獲和CO2利用是解決全球變暖危機的一種有前途的解決方案。近日，英國謝菲爾德大學王美宏教授，華東理工大學胡軍教授報道了將calcium-looping （CaL）和逆水煤氣變換（RWGS）反應相結合，在650 °C的固定床中成功實現了高溫CO2捕集和原位轉化技術。1）受異質結光催化機理的啟發，研究人員通過將雙金屬Fe3+/Fe2+和Co3+/Co2+氧化還原對摻雜到分級多孔CaO/MgO復合材料中，首次提出了異質結-氧化還原催化策略。不同價態的摻雜Fe和Co氧化物的存在不僅提供了額外的氧空位來促進CO2的吸附，從而增強了吸附轉化（AEC）；而且通過新形成的Fe5Co5Mg10CaO中的費米能級顯著降低了Fe3+/Fe2+的電勢差，使得電子溢出更容易提高RWGS反應中CO2轉化的催化活性。更重要的是，利用MgO的高溫耐火材料和Fe5Co5Mg10CaO中高度分散的Fe、Co氧化物，成功地解決了CaO的燒結問題。2）實驗結果顯示，CaL/RWGS集成工藝具有優良而穩定的高溫CO2捕集性能（9.0~9.2 mmol g-1），CO2原位轉化率接近90%，CO選擇性接近100%。此外，實驗和模擬放大研究進一步證明了該工藝的實際可擴展性。經濟評估表明，集成工藝比單獨的CaL和RWGS工藝更具成本效益。這種異質結-氧化還原策略提供了一種設計雙功能吸附劑/催化劑材料的獨特方法。此外， CaL/RWGS集成工藝可作為一種有前途的CO2捕集和利用技術。
納米催化學術QQ群：256363607Bin Shao, et al, Heterojunction-Redox Catalysts of FexCoyMg10CaO for High-Temperature CO2 Capture and In-situ Conversion in the Context of Green Manufacturing, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D0EE03320K
7. AM: 電磁催化劑的電磁感應直接增強電催化ORR/OER
低成本設計用于氧還原和析氧反應（ORR/OER）的穩定高效的電催化劑具有挑戰性。有鑒于此，東華大學丁彬教授和閆建華研究員等人，報道了一種碳基磁性催化納米籠雙功能催化劑，該催化劑可通過簡單地施加適度（350 mT）磁場來直接增強氧催化活性。1）提出了一種直接的磁性增強策略，設計了一種新型的磁性催化納米籠(MCN) 雙功能催化劑。MCN是通過在水中電紡聚乙烯醇(PVA)、醋酸鈷(II)、聚四氟乙烯(PTFE)和硼酸(BA)的混合物溶膠而形成的。經過高溫熱解，紡絲纖維被轉化為氮(N)、氟(F)、硼(B)摻雜的多孔碳納米纖維(PCNFs)，纖維中具有有序的大孔(>60 nm)、介孔(中心在37.1 nm)和微孔(中心在0.7 nm和1.2 nm)。同時，乙酸鈷直接被還原成平均尺寸為10 nm的鈷納米點。這些納米點大多為金屬鈷，并且其中的一部分可能會在空氣中逐漸被氧化，我們稱這些鈷為鈷納米點。2）采用靜電紡絲法將金屬鈷納米點(≈10 nm)原位摻雜到大孔碳納米纖維中，制備出具有90％的高孔隙率和905 S m-1的電導率催化劑。3）外加磁場使鈷磁化成具有高自旋極化的納米磁體，從而促進了氧中間產物的吸附和電子轉移，顯著提高了催化效率。令人印象深刻的是，對于ORR，半波電勢增加了20 mV，而對于OER，10 mA cm?2處的過電勢減少了15 mV。與商業化的Pt/C+IrO2催化劑相比，磁性催化的鋅-空氣電池的容量是普通電池的2.5倍，并在155小時內具有更長的耐久性。總之，該工作證明了利用電磁感應提高氧催化活性是一種非常有前途的策略。
電催化學術QQ群：740997841Jianhua Yan et al. Direct Magnetic Reinforcement of Electrocatalytic ORR/OER with Electromagnetic Induction of Magnetic Catalysts. Advanced Materials, 2020.DOI: 10.1002/adma.202007525https://doi.org/10.1002/adma.202007525
8. AM：3D生物打印炎癥調節聚合物支架用于軟組織修復
開發炎癥調節聚合物支架以用于軟組織修復是目前一項十分迫切的臨床需求。然而，目前用于疝修補的軟組織修復網是高度炎性的，其會引發失調的炎癥過程進而導致內臟粘連和術后并發癥。有鑒于此，美國貝勒醫學院Crystal S. Shin和Ghanashyam Acharya構建了一種可用于軟組織修復的炎癥調節型生物材料支架。1）該生物支架設計的理念是如果手術植入生物支架能夠將過量的促炎細胞因子從損傷部位隔離，那么炎癥反應就可被調節，而內臟粘連和術后并發癥的發生可能性也就最低。實驗通過對原位磷酸鹽交聯的聚乙烯醇聚合進行3D生物打印而構建了該生物支架，并在大鼠腹壁疝模型上對其體內療效進行了評價。2）體內促炎細胞因子表達分析和組織病理學研究結果表明，該生物支架可作為炎癥“陷阱”以在植入部位捕獲分泌的促炎細胞因子，進而有效地調節炎癥而無需外源抗炎試劑，因此其在抑制內臟粘連形成和減少術后并發癥方面非常有效。
3D打印學術QQ群：247384403Crystal S. Shin. et al. 3D-Bioprinted Inflammation Modulating Polymer Scaffolds for Soft Tissue Repair. Advanced Materials. 2020DOI: 10.1002/adma.202003778https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003778
9. AEM: 電催化氧還原制過氧化氫:從均相電催化到多相電催化
過氧化氫（H2O2）是一種環境友好型氧化劑，廣泛應用于化學工業、衛生設施和環境修復。當前，H2O2是通過蒽醌工藝生產的，存在許多缺點，包括非分布式生產，能耗高，有機副產品大量浪費以及需要將所獲得的H2O2運送到使用點。因此，H2O2的電化學合成作為一種可替代的，經濟高效的，小規模的，分布式的H2O2生產技術，現在引起了廣泛的關注。有鑒于此，中國科學院理化技術研究所張鐵銳研究員和尚露等人，綜述了電催化O2還原合成H2O2的均相和非均相催化劑的最新進展。1）首先介紹了ORR的基本原理，以及研究ORR轉化為H2O2的方法。然后，討論了在均相催化劑上生產H2O2的過程，重點討論了反應機理和影響活性、選擇性和反應動力學的因素。2）隨后，介紹了通過多相催化劑（非貴金屬基納米材料、碳材料和單原子催化劑）合成H2O2的最新突破。單原子催化劑由于在均相催化和多相催化之間起橋梁作用而受到特別關注，同時還提供了出色的性能。3）最后，討論了電化學ORR轉化為H2O2的挑戰和機遇。
電催化學術QQ群：740997841Yulin Wang et al. Electrocatalytic Oxygen Reduction to Hydrogen Peroxide: From Homogenous to Heterogenous Electrocatalysis. Advanced Energy Materials, 2020.DOI: 10.1002/aenm.202003323https://doi.org/10.1002/aenm.202003323
10. AFM: 納米多孔表面高熵合金作為非酸性HER的高效電催化劑
堿性和中性介質中的電催化析氫為大規模電化學生產純氫燃料提供了采用無鉑電催化劑的可能性，但目前大多數基于非貴金屬的電催化材料都具有較高的過電位。有鑒于此，吉林大學蔣青教授和郎興友教授等人，報道了一種具有電活性高熵CuNiMoFe表面的單片納米多孔多元素CuAlNiMoFe電極，可作為在堿性和中性介質中進行析氫反應(HER)的經濟高效的電催化劑。1）報道了單片納米多孔CuAlNiMoFe電極，其表面高熵CuNiMoFe合金原位形成于體心立方(BCC) CuAlNiMoFe析出物中，并無縫錨固在分層銅骨架上，從而在非酸性介質中實現高效的電催化。2）其中，由不同的Cu，Ni，Mo和Fe原子組成的BCC表面高熵合金充當雙功能位點以促進水離解并促進H*吸附/解吸，而分層的納米多孔Cu骨架充當快速電子的支架。沿相互連接的銅骨架和互穿的片狀結構的大通道分別進行離子遷移和離子/分子遷移。3）結果表明，納米多孔CuAlNiMoFe電極具有優良的非酸性HER電催化性能。在1 M KOH中的–240 mV和在1 M磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）的中性溶液中–183 mV時，其電流密度分別達到≈1840和100 mA cm?2，比具有雙金屬Cu-Ni表面合金的三元CuAlNi電極高≈46和≈14倍，優于大多數目前最先進的非貴金屬電催化材料。總之，非貴金屬多元素合金優異的電催化性能使其成為水電解中高性能非酸性HER電催化電極的候選材料。
電催化學術QQ群：740997841Rui‐Qi Yao et al. Nanoporous Surface High‐Entropy Alloys as Highly Efficient Multisite Electrocatalysts for Nonacidic Hydrogen Evolution Reaction. Advanced Functional Materials, 2020.DOI: 10.1002/adfm.202009613https://doi.org/10.1002/adfm.202009613
11. AFM：三維多孔泡沫碳基-20℃低溫高性能鈉離子電池
由于面臨著大規模能源儲存的需求，發展能夠在低溫環境中使用的高性能Na離子電池（SIB）受到廣泛關注，目前在室溫中Na離子電池能夠實現較好的循環穩定性、倍率性能，在低溫條件中電化學動力學緩慢的缺點仍在鈉離子電池中妨礙了使用。有鑒于此，廣東工業大學李成超、中國科學技術大學余彥等報道了一種三維多孔特征的多孔Na3V2(PO4)3/C (NVP/C-F)和NaTi2(PO4)3/C泡沫材料。1）通過第一性原理計算，揭示了鈉超離子導體特征的NVP/C-F、NTP材料在-20 ℃較低溫度中具有較高的Na+擴散性能，NVP、NTP的擴散分別達到3.84×10-5、2.94×10-9 cm2 s-1。這種三維互聯多孔泡沫材料結構在低溫Na+傳輸中展示了非常高的電解質吸附能力、Na+離子傳輸能力，在循環中保持接近理論的容量，能夠在20 C中進行1000次循環。2）通過以上特征，這種NTP/C||NVP/C-F電池實現了非常好的低溫動力學、循環穩定性，將促進未來低溫鈉離子電池的發展。
電池學術QQ群：924176072Xianhong Rui, et al, A Low-Temperature Sodium-Ion Full Battery: Superb Kinetics and Cycling Stability, Adv. Funct. Mater. 2020, 2009458DOI: 10.1002/adfm.202009458https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202009458
12. ACS Nano：尺寸可調的Au-Pt雜化納米粒子中熱電子熱效率的綜合控制
眾所周知，金納米顆粒具有尺寸依賴性，這是其獨特的催化，光學和電子應用的原因。電子-聲子耦合對光催化和光收集很重要，是金的稀有特性之一，但是，其在閾值以上與大小無關，例如，對于直徑大于約5 nm的納米球。近日，賓夕法尼亞州立大學Raymond E. Schaak，Kenneth L. Knappenberger, Jr.等研究表明，當與同等大小的Pt納米粒子接觸時，雜化材料的電子-聲子耦合常數取決于Au域的直徑。這是非常重要的發現，因為電子-聲子耦合常數描述了通過主電子-聲子散射熱化通道將熱電子轉換為局部熱量的效率。1）作者首先通過在Pt納米顆粒種子上生長大小可調的Au納米顆粒來合成Au-Pt雜化納米顆粒異質二聚體庫。通過系統地改變試劑濃度和反應時間，可以將Au-Pt雜化納米顆粒異二聚體的Au結構域直徑調整在4.4和16 nm之間，而Pt結構域的大小保持恒定。通過校準曲線可以精確指導Au域的大小，并且Au-Pt異二聚體的微觀分析提供了有關它們如何生長以及其形態如何演化的見解。2）飛秒時間分辨瞬態吸收光譜研究表明，對于Au域直徑為8.7至14 nm的Au-Pt異二聚體，電子-聲子偶合常數降低了80％以上，而同等大小的Au納米顆粒卻沒有觀察到。3）較小的Au域與Pt納米顆粒表面接觸會導致Au費米能級附近的態密度增加，它會通過增加電子-聲子相互作用次數導致熱化時間加速。該工作表明雜化納米粒子的精確合成與尺寸依賴的電子-聲子耦合的結合對設計用于光催化和光捕獲應用的復合金屬以及將不同功能工程化到既定材料非常重要。
光催化學術QQ群：927909706Abigail M. Fagan, et al. Synthetic Control of Hot-Electron Thermalization Efficiency in Size-Tunable Au–Pt Hybrid Nanoparticles. ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c08661https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c08661
