1. Chem：均相催化與多相催化耦合用于CO2加氫合成液體燃料
CO2加氫合成液體燃料（C5+烴）一般涉及多相催化劑上逆水煤氣變換（RWGS）和費托合成（FTS）反應的級聯催化。由于級聯反應的熱力學限制，已報道的多相催化劑通常存在溫度高（300 ℃以上）和選擇性低的問題。如果用均相催化劑在低溫下有效地加速RWGS反應，則有望克服上述熱力學限制的問題。有鑒于此，中科院化學研究所韓布興院士，錢慶利副研究員報道了在間歇反應器中通過均相催化的RWGS反應和多相催化的FTS反應進行耦合，可用于高效CO2加氫合成液體燃料。1）研究發(fā)現，在1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶劑中，以LiCl為助催化劑，LiI為促進劑，由RuCl3-Ru0-LiCl-LiI和NMP組成的催化體系表現出優(yōu)異的催化性能。反應在180 ℃下進行，遠低于其他文獻報道的溫度。同時，液體烴（C5-C28 n-烷烴）的選擇性可達71.1%。此外，反應周轉頻率（TOF）高達9.5 h-1，與Ru0催化劑上FTS反應的最佳水平相當。同時，所獲得的產物均為正構烷烴，最終產物中沒有檢測到CO。2）詳細的研究表明，均相催化和多相催化的協(xié)同作用是獲得優(yōu)異催化性能的關鍵。研究工作首次實現了將均相催化和多相催化相結合，用于CO2加氫生產液體燃料。
均相催化與酶催化學術QQ群：871976131
Cui et al., Liquid fuel synthesis via CO2 hydrogenation by coupling homogeneous and heterogeneous catalysis, Chem (2020)DOI：10.1016/j.chempr.2020.12.005https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.12.005
2. Matter：類珍珠層機械堅固的異質結用于鋰離子提取
由二維材料組成的納米疊層膜由于尺寸受限的擴散和納米組裝中的電荷效應而成為用于分子篩分的有前途的候選材料，然而這些材料由于親水性而具有弱的機械性能和在水中的不穩(wěn)定性。近日，受天然珍珠層結構的啟發(fā)，中科院理化技術研究所聞利平研究員，北京航空航天大學張千帆副教授報道了一種具有相反電荷和不對稱納米通道的離子門控異質結。1）研究發(fā)現，納米纖維和納米片形成了一種典型的磚和砂漿結構，與其他所報道的材料相比，這種結構具有良好的機械強度。此外，異質結有助于抑制濃度極化和產生自發(fā)電位梯度。2）基于受限脫水和電荷排斥效應，研究人員揭示了Li+>Na+>K+>Mn2+>Ca2+的有序輸運順序，與離子價態(tài)和半徑有關。3）結果顯示，這種離子門控可用于鋰離子的萃取，Li+/Na+和Li+/K+的選擇性分別為2.52和4.78。因此，可應用于鋰離子電池和離子分離膜的設計。
復合材料學術QQ群：519181225Xin et al., Nacre-like Mechanically Robust Heterojunction for Lithium-Ion Extraction, Matter (2020)DOI：10.1016/j.matt.2020.12.003https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.12.003
3. Angew：陰離子誘導的織構助力水系可充電電池的無枝晶鋅負極
鋅（Zn）作為一種很有前途的水系可充電電池金屬負極，因其天然豐度、電化學性和環(huán)境友好等優(yōu)點，近年來受到人們的廣泛關注。然而，Zn金屬負極在弱酸性或中性鋅電解液中會形成枝晶，會導致鋅負極短路或壽命衰減，進而嚴重影響鋅離子電池（ZIBs）的電池性能。近日，新加坡南洋理工大學Madhavi Srinivasan，長沙理工大學袁度教授報道了磺酸鹽基電解質可以誘導鋅(002)織構的電沉積，從而有效解決Zn枝晶生長問題。1）研究人員提出了一種基于Zn(002)面法向與襯底法向共對齊的柱狀生長模型，并通過極圖進行了驗證。為了闡明(002)織構的形成機制，利用密度泛函理論（DFT）計算研究了Zn、OTf?和Cu襯底界面的相互作用，并與實驗結果相關聯。在此基礎上，研究人員揭示了Zn(002)織構的陰離子誘導生長，其中OTf?與Zn2+的強配位具有關鍵作用。2）通過對金屬Zn的織構控制，研究人員合理調控了Zn(002)和(101)織構的電化學行為。利用(002)鋅紙實現了高度可逆的鍍鋅/剝離過程。特別是在10 mA cm-2的高電流密度下，(002)鋅紙的壽命比(101)鋅紙的壽命長約10倍。揭示了(002)晶面電鍍過程中的無枝晶特征和模板作用。3）實驗結果顯示，所組裝的V2O5/(002)鋅紙全電池具有高循環(huán)穩(wěn)定性（在1 A g-1下2000次循環(huán)的容量保持率為64.1%，電流效率約為100%）。因此，所開發(fā)的陰離子織構策略為親鋅電解質的設計開辟了一條途徑，即通過探索廣泛的電解質，以獲得理想的穩(wěn)定鋅織構和更高性能的鋅基復合材料。4）為了證明該策略的實用性，研究人員驗證了通過非氟化磺酸鹽基電解質和在廣泛使用的導電基底上實現(002)織構的可行性。此外，除了對材料加工的適用性之外，陰離子織構有望用于合理調控Zn基儲能裝置的電化學性能。
電池學術QQ群：924176072Du Yuan, et al, Anion texturing towards dendrite-free Zn anode for aqueous rechargeable battery, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202015488https://doi.org/10.1002/anie.202015488
4. Angew：堿性陰離子離子型超微孔聚合物吸附痕量SO2
在工業(yè)領域中，高效分離痕量SO2具有非常重要的挑戰(zhàn)性，但是目前能夠實現較高選擇性、分離作用的吸附劑的可選種類較少，有鑒于此，浙江大學崔希利等報道了一種具有高濃度堿性陰離子離子型超微孔聚合物（IUPs），能夠在超低壓（0.002 bar）中實現高達1.55 mmol g-1的SO2消除、達到＞5000的SO2/CO2創(chuàng)記錄選擇性。1）這種離子型超微孔聚合物通過離子型單體聚合組成均勻的超微孔結構，從而能夠充分對陰離子位點的選擇性，這種超微孔的孔徑和表面積能夠通過調控離子型單體的枝狀結構進行精確的控制，能夠很好的區(qū)分CH4、N2，同時降低對CO2的吸附。2）通過靜態(tài)氣體吸附、動態(tài)實驗、穩(wěn)定性、結構模擬等方法驗證了聚合物材料在吸附痕量SO2中的作用。
高分子材料學術QQ群：1053468397Xian Suo, et al, Tailoring the pore size and chemistry of ionic ultramicroporous polymers for trace sulfur dioxide capture with high capacity and selectivity, Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI: 10.1002/anie.202013448https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202013448
5. Angew：鈍化氧化物層穩(wěn)定過冷態(tài)
高級復合結構、高密度、靈活/耐磨的電子學器件需要發(fā)展低溫金屬工藝，人們發(fā)現過冷金屬能夠進行低溫焊接、導電線路印刷，但是過冷處理過程需要基于提高液-固轉變受阻過程中的活化能。主要通過兩個方法：消除異相成核、受阻均相成核。有鑒于此，愛荷華州立大學Martin M. Thuo等報道了通過鈍化作用氧化物層可能通過物理屏障，將核與異相成核劑進行分離，從而提高凝固過程所需的活化能能壘。1）提高凝固過程的活化能能壘是由于化學組成的梯度變化，從而導致在0.7~5 nm較薄的氧化物層中產生急劇變化的化學勢梯度。當樣品進行合適的調控，氧化物層中形成了以往未見發(fā)現和報道的界面張力作用。
復合材料學術QQ群：519181225Andrew Martin, et al, Stabilization of Undercooled State via Passivating Layers, Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI: 10.1002/anie.202013489https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202013489
6. AM：納米晶型氧化還原電極用于可充電電池
納米多晶（NPM）作為儲能和可充電電池領域的一個新興研究領域，近年來引起了人們的廣泛關注。近日，澳大利亞國立大學殷宗友教授，昆士蘭科技大學Ziqi Sun綜述了金屬離子二次電池、金屬空氣電池和金屬硫電池中晶型的組成和形成，以及不同氧化還原電極的演變過程等方面的最新研究進展。1）作者首先概述了NPM及其對可充電電池的意義。在此基礎上，詳細總結了鋰、鈉、鉀、鋅、鋁、氧和硫等幾種典型還原正極材料的NPM處理。考慮到金屬-空氣電池氧正極的復雜條件，獨立分析了不同類型金屬-氧電池放電產物的NPM調控。以此來展示NPM如何調整材料的固有屬性，從而改善每種電池類型的電化學活性。對材料的多晶性和電化學性質的分析，有助于揭示材料設計和性能改進的“加工-結構-性能”關系。2）作者最后指出了用于可充電電池的NPM研究面臨的挑戰(zhàn)以及潛在的研究方向，為今后的NPM研究提供指導。
電池學術QQ群：924176072Jun Mei, et al, Nano Polymorphism-Enabled Redox Electrodes for Rechargeable Batteries, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202004920https://doi.org/10.1002/adma.202004920
7. Adv. Sci.綜述：基于納米材料的活性氧物種調控策略用于疾病治療
中科院高能物理研究所谷戰(zhàn)軍研究員對基于納米材料活性氧物種調控策略以用于疾病治療的相關研究進行了綜述。1）活性氧(ROS)在生理和病理過程中起著重要作用。關于調控ROS以實現疾病治療的研究也引起研究者的廣泛關注，其中主要包括通過清除ROS以實現抗氧化治療和通過產生ROS以進行由ROS誘導的毒性治療等。得益于納米技術的進步和發(fā)展，大量具有ROS調控能力的納米材料被開發(fā)出來，因此也有許多新型有效、并與ROS相關的納米治療方式或納米藥物被報道。盡管基于ROS調控的納米藥物在疾病治療方面取得了相當大的成就，但其中一些基本而關鍵的問題如材料的設計原則等卻被忽視。2）作者在文中對設計和優(yōu)化可調控ROS的納米材料的原則以及基本框架進行了介紹，并就ROS相關的納米藥物在疾病治療中的研究進展進行了綜述。然后，作者通過特別介紹目前已知的ROS相關的治療策略，提出了設計調控ROS的納米藥物的幾個基本關鍵點。最后，作者也對ROS相關的納米藥物的發(fā)展前景進行了深入的探討。
生物醫(yī)藥學術QQ群：1033214008Chenyang Zhang. et al. Reactive Oxygen Species-Regulating Strategies Based on Nanomaterials for Disease Treatment. Advanced Science. 2020DOI: 10.1002/advs.202002797https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202002797
8. AEM：原位聚合共軛聚(4，5，9，10-四酮)/碳納米管復合材料用于高性能鈉電池正極材料
鈉電池以其綜合的電化學性能、豐度高、鈉資源成本低等優(yōu)點，近年來備受關注。然而，目前鈉電池的能量密度較低，循環(huán)穩(wěn)定性較差，限制了其大規(guī)模應用。近日，南開大學陳軍院士報道了采用原位聚合的方法制備了π-共軛聚(4，5，9，10-四酮)/碳納米管（PPTO-CNTs）復合材料，并用于鈉電池正極材料。1）結果表明，PPTO與CNTs之間的π-π相互作用克服了各PPTO單元之間的相互排斥，導致PPTO具有平坦結構，并增強了PPTO-CNTs復合材料的導電性和活性位點的可及性。2）實驗結果顯示，PPTO-CNT電極具有360.2 mAh g?1的放電容量、長循環(huán)穩(wěn)定性（1300次循環(huán)后容量保持率為95.1%）和高倍率性能（10.0 A g?1時為194.5 mAh g?1）。此外，研究人員還制備了能量密度約為204.0 Wh kg?1PPTO+Na的Na//PPTO-CNT s袋式電池，100次循環(huán)后容量保持率為91.2%。3）通過實驗和理論計算相結合，研究人員闡明了每個PPTO分子單元中的四鈉離子氧化還原化學機理。這項工作有望促進共軛聚合物在高性能鈉電池中的實際應用。
電池學術QQ群：924176072Ruijuan Shi, et al, In Situ Polymerized Conjugated Poly(pyrene-4,5,9,10-tetraone)/Carbon Nanotubes Composites for High-Performance Cathode of Sodium Batteries, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202002917https://doi.org/10.1002/aenm.202002917
9. AEM：濃電解液化學法制備高性能鉀離子電池金屬磷化物負極
金屬磷化物以其較高的理論容量和較低的工作電壓被認為是開發(fā)高能量密度鉀離子電池（PIB）的理想負極候選材料。研究表明，金屬磷化物的失效機理源于循環(huán)過程中體積變化較大，導致容量迅速衰減。近日，為了解決高性能金屬磷化物的體積變化問題，澳大利亞伍倫貢大學郭再萍教授，Jun Chen報道了采用由4 M雙(氟磺酰)亞胺鉀（KFSI）在二甲氧基乙烷（DME）中組成的濃電解液來改善PIBs的循環(huán)穩(wěn)定性。1）研究人員制備了蛋黃殼結構的CuP2@碳納米球（CuP2@CNSs），并對其在不同電解液中的性能進行了研究。2）得益于組成和形貌均勻且足夠堅固的陰離子衍生的富無機SEI層，以及獨特的CuP2@Carbon蛋殼結構，可以在一定程度上適應/緩沖體積的變化。研究人員發(fā)現，與碳酸鹽基1 M KFSI在碳酸乙烯/碳酸二乙酯（EC/DEC）和稀釋1 M KFSI在DME電解液中相比，在DME電解液中高濃的4 M KFSI在K離子和K金屬電池中表現出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。3）進一步的研究表明，濃電解液能夠抑制鉀枝晶生長，避免寄生副反應，提高PIBs的安全性。這項工作為減緩金屬磷化物的降解以構建高能量密度PIBs供了一種有效策略。
電池學術QQ群：924176072Fuhua Yang, et al, Achieving High-Performance Metal Phosphide Anode for Potassium Ion Batteries via Concentrated Electrolyte Chemistry, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202003346https://doi.org/10.1002/aenm.202003346
10. AEM：具有仿生離子通道的穩(wěn)固人工固體電解質界面助力無枝晶鋰金屬負極
鋰（Li）金屬因其高理論容量（3860mAh g?1）和最低電化學電位（?3.04 V）而被認為是下一代最理想的電池技術之一。不幸的是，這種高活性的鋰金屬可以與任何有機電解液反應，導致形成易碎且不均勻的固體電解質界面（SEI）。近日，華東理工大學李永生教授，石河子大學代斌教授，南昌大學孫福根助理研究員報道了將ClO4?修飾的金屬有機骨架（UiO-66-ClO4）和柔性鋰化Nafion粘結劑（Li-Nafion）結合，合理設計并制備了一種具有仿生離子通道和高穩(wěn)定性的堅固人工固體電解質界面（SEI）膜。1）化學錨定在UIO-66通道上的ClO4?基團具有很高的電負性和親鋰活性，使SEI膜具有良好的單離子傳導途徑、高Li+遷移數和優(yōu)異的離子導電性，可以有效地阻止鋰金屬與電解液的不良反應，調節(jié)快速而均勻的Li+通量。在柔性Li-Nafion粘結劑的進一步輔助下，制備的UiO-66-ClO4/Li-Nafion（UCLN）復合膜表現出優(yōu)異的機械強度，能夠抑制鋰枝晶生長，并在循環(huán)過程中保持Li金屬負極的整體穩(wěn)定性。2）實驗結果顯示，即使在20 mA cm?2的高電流密度和30 mAh cm?2的高面容量下，UCLN涂層的鋰金屬負極（Li@UCLN）也具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性，更重要的是，采用Li@UCLN電極的全電池即使在惡劣的條件下也具有優(yōu)異的倍率容量和循環(huán)穩(wěn)定性，進一步展示了仿生人造SEI膜在高能鋰金屬電池鋰金屬負極的應用潛力。
電池學術QQ群：924176072Guangyu Jiang, et al, Robust Artificial Solid-Electrolyte Interfaces with Biomimetic Ionic Channels for Dendrite-Free Li Metal Anodes, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202003496https://doi.org/10.1002/aenm.202003496
11. ACS Nano綜述：有機鋰離子電池中可調諧有機分子的進展與展望
與無機電極相比，有機材料具有輕元素、分子級結構設計、快速的電子/離子轉移、良好的環(huán)境影響和柔性等優(yōu)點，被認為是很有前途的鋰離子電池電極材料。聚合反應、給/吸電子基團、多官能團以及導電添加劑不僅合理地調節(jié)了有機電極的比容量，而且調節(jié)了其工作電位，引起了人們的廣泛關注。此外，有機鋰（OLIBs）也面臨著容量損失、副反應、電極溶解、電子導電率低和循環(huán)壽命短等問題。在過去的幾十年里，人們進行了大量研究應對這些挑戰(zhàn)，并取得了許多重要成果。有鑒于此，中科大余彥教授，上海大學Shuangqiang Chen綜述了OLIBs的組成以及具有各種不同官能團和分子結構的有機電極。1）根據氧化還原反應機理的不同，有機電極分為三類：n型、p型和雙極型。根據官能團的不同，有機材料也可分為導電聚合物、有機硫、有機自由基、羰基化合物和其他化合物五大類。作者詳細總結了每一類有機材料，并概述了它們的典型電化學行為。2）為了更好地闡明它們的電化學行為，列出了循環(huán)中的氧化還原反應機理，并對適用于正極的有機物進行了詳細的總結，如導電聚合物、有機自由基、有機硫化合物、羰基化合物和其他有機化合物。此外，根據其具有吸引人的電化學性能的氧化還原基團對負極材料進行了分類，包括有機自由基、羰基化合物和其他有機化合物。3）作者總結了引入官能團、共軛結構、導電雜化結構、與碳結合、電解修飾、材料剝離、聚合以及納米處理等有效策略，論證了分子結構工程、輸出電壓調節(jié)、容量和循環(huán)穩(wěn)定性改善的可行性性，為優(yōu)化高能量密度、快速動力學、高庫侖效率和長循環(huán)壽命的有機電極提供了指導。因此，通過改善有機材料的缺陷和電極優(yōu)化，將最終促進OLIBs的實際應用，并將以低成本、環(huán)境友好、機械靈活和安全的特點滿足不同的能源需求。
電池學術QQ群：924176072Danying Xu, et al, The Progress and Prospect of Tunable Organic Molecules for Organic Lithium-Ion Batteries, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c05896https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c05896
12. ACS Energy Lett.：界面梯度變化層改善Li電池性能
對于高能量密度的Li離子電池，Ni富集層狀氧化物陰極（Ni-rich NMC）、Si-陽極是非常重要的材料，對于實現Ni-rich NMC而言，其中關鍵挑戰(zhàn)在于其性能的快速衰減。此外，Si-陽極的起始庫倫效率非常低，導致全電池的能量密度較低。有鑒于此，美國阿貢國家實驗室陸俊、華中科技大學孫永明等報道了整體考慮和解決陰極、陽極的問題，設計了一種Ni-rich LiNi0.65Mn0.20Co0.15O2 (LR-Ni65)材料，其中包含富含Li的~20 nm梯度變化界面層，能夠用于提供更多的電化學活性Li，彌補Li在陽極的損失，調控陰極上的Li/Ni位錯現象，改善循環(huán)性能。1）通過搭建LR-Ni65||Si/石墨結構的軟包電池，實現了3.29 Ah的容量，該容量比對比Ni-rich NMC的容量（2.95 h）更高，同時在電池循環(huán)過程中保持88 %的容量。2）通過深度XPS、HRTEM、XAS、NPD、in situ XRD等表征手段考察了LR-Ni65的電化學活性改善現象作用，電化學性能的改善和界面結構重構、控制Li/Ni位錯密切相關，其中微弱提高的位錯導致循環(huán)過程中LR-Ni65得以更加穩(wěn)定。3）本文工作能夠為設計性能更加優(yōu)異、能量密度提高的電池進行指導，能夠促進Si基電極的電池實現商業(yè)化。
電池學術QQ群：924176072Xiaoxiao Liu, et al, Prelithiated Li-Enriched Gradient Interphase toward Practical High-Energy NMC?Silicon Full Cell, ACS Energy Lett. 2021, 6, 320?328DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02487https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c02487
