1. Acc. Chem. Res.: 燃料電池用高級鉑基氧還原電催化劑
燃料電池是最先進的能源技術之一。用于陰極氧還原反應(ORR)的貴金屬鉑(Pt)催化劑不僅決定了燃料電池的能量轉換效率和使用壽命，而且與燃料電池的成本和廣泛應用密切相關。鑒于燃料電池廣闊的發展前景，理想的ORR催化劑應具有高效的催化活性，并同時滿足大規模應用所需的Pt成本。為了獲得低成本、高活性的鉑基催化劑，科研人員一直致力于開發更優化的鉑基納米結構和功能載體。通過提高鉑利用率和易接近活性表面，降低鉑消耗及催化劑成本，加速傳質和電子轉移，減輕載體腐蝕及鉑團聚，并輔以穩定而有效的功能載體，鉑基電催化劑的使用水平和壽命將得到顯著提高，同時燃料電池也將進入更廣泛的商業應用市場。有鑒于此，華中科技大學夏寶玉教授等人，綜述了用于燃料電池的鉑基氧還原電催化劑的最新進展，以解決燃料電池中與ORR催化劑相關的問題。1）從不同角度討論了鉑基催化劑的最新進展：(1)鉑基納米結構的多尺度發展；(2)鉑基合金組成的多元調控；(3)碳和非碳載體結構的升級；(4)集成鉑基催化劑用于燃料電池的研發。2）鉑基催化劑未來面臨的挑戰(如反應機理、動力學演化、構效關系等)，以及主要的研究方向包括：1）鉑集成催化劑的制備策略(鉑納米結構與納米碳的結合)；2）性能評估(標準測量方案、實驗室級旋轉圓盤電極(RDE)測試、應用級膜電極組裝(MEA)測試)3）先進的機理解釋技術(光譜學、電子顯微鏡和原位監測)，以及尖端的模擬/計算及人工智能(模擬、計算、機器學習、大數據篩選)等。
電池學術QQ群：924176072
Lei Huang et al. Advanced Platinum-Based Oxygen Reduction Electrocatalysts for Fuel Cells. Acc. Chem. Res., 2021.DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00488https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00488
2. Joule: 在富含缺陷部點的銅表面上高效電催化CO2還原為C2+醇
電化學還原二氧化碳（CO2）是解決可再生能源存儲和碳中性能源循環的一種有前途的方法。為了提高在應用中的經濟可行性，應實現對多碳產物具有高活性、高選擇性和高穩定性的電催化CO2還原。當考慮用于CO2電解的高選擇性電催化劑時，Cu催化劑已顯示出在催化體系中產生多種C2+產物的潛力，而不同C2+產物之間的選擇性尚未優化。精細控制催化劑的原子結構以獲得高C2+醇選擇性仍然具有挑戰性，因為在銅表面存在固有的乙烯途徑。有鑒于此，復旦大學鄭耿鋒教授和徐昕教授等人，展示了一種合理的策略，可以在富含CO的環境下合成Cu催化劑，以誘導富含缺陷的位點的生長，這些位點最適合于CO的吸附。在電化學CO2還原過程中，這些富含缺陷的位點可以實現吸附的*CO中間體具有很高的表面密度，可以調節CO2的電還原途徑，以形成C2+醇。1）利用一個富含Co的環境來構建具有階梯狀位點的Cu催化劑，這種階梯式位點使＊CO中間體具有很高的表面覆蓋率，并通過橋式結合的＊CO吸附，從而觸發了向形成醇的CO2還原途徑。2）使用這種富含缺陷點的Cu催化劑，在流通池電解槽和膜電極組件（MEA）電解槽中均獲得了部分電流密度> 100 mA·cm-2的C2+醇。3）在連續30小時的操作過程中，催化劑產生約500 mg/cm2的C2+醇，還獲得了約60％的穩定的法拉第效率。
電催化學術QQ群：740997841Zhengxiang Gu et al. Efficient Electrocatalytic CO2 Reduction to C2+ Alcohols at Defect-Site-Rich Cu Surface. Joule, 2021.DOI: 10.1016/j.joule.2020.12.011https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.12.011
3. Nature Commun.: 基于功能導向的金屬/二氧化鈦復合材料光催化析氫金屬助催化劑的設計
盡管催化劑的精確設計是催化學的終極目標之一，但實際的策略往往不盡人意，特別是對于復雜的光催化過程而言。有鑒于此，華東理工大學王棟副研究員等人，以析氫反應（HER）為例，介紹了一種采用現場庫侖校正和/或雜化泛函的密度泛函理論計算設計負載在TiO2上的穩定金屬助催化劑的理論方法。1）報告了用于光催化HER的高效金屬/TiO2催化劑的功能導向設計。與精確控制Pt納米粒子的尺寸以達到電子轉移和表面催化之間的平衡不同，通過將強電子轉移和表面反應成分以正確的組合順序合金化，在理論上實現了兩方面的優異性能(而不是妥協)。此外，一旦確定了最佳合金化模式，則可能通過原子層沉積（ALD）或欠電勢沉積技術在實驗中制造它們，這在技術上是可行的。2）該方法首先明確金屬/TiO2復合材料中各金屬層在光催化HER中的各自功能，涵蓋電子轉移和表面催化兩個方面，然后通過探索合適的候選材料進行功能化優化。通過這一方法，成功地測定和驗證了雙金屬Pt/Rh/TiO2和Pt/Cu/TiO2催化劑是常規Pt/TiO2催化劑的可靠替代品。正確的金屬類型和正確的堆垛順序被證明是提高性能的關鍵。3）此外，初步確定隧穿勢壘高度可以作為金屬/氧化物催化劑上光催化過程中重要電子轉移過程的有效描述。總之，該工作為光催化劑的設計提供了指導。
光催化學術QQ群：927909706Wang, D., Gong, XQ. Function-oriented design of robust metal cocatalyst for photocatalytic hydrogen evolution on metal/titania composites. Nat Commun 12, 158 (2021).DOI: 10.1038/s41467-020-20464-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-020-20464-x
4. Nature Commun.: 通過創建疏水性催化劑微環境來增強二氧化碳氣體擴散電解
在銅基催化劑上電還原二氧化碳（CO2）為可持續的燃料生產提供了一種有吸引力的方法。在開發催化材料的同時，了解和控制催化位點周圍的微環境也很關鍵，因為微環境可以介導反應物種的運輸并影響反應路徑。有鑒于此，中佛羅里達大學 Xiaofeng Feng和濟南大學胡勛教授等人，表明疏水微環境可以顯著增強CO2氣體擴散電解。1）為了進行概念驗證，使用市售的銅納米顆粒并將疏水性聚四氟乙烯（PTFE）納米顆粒分散在催化劑層內，使結論不依賴任何特別設計的催化劑，具有普遍適用性。2）因此，添加了PTFE的電極大大提高了二氧化碳還原的活性和法拉第效率，在中等電位下的偏電流密度為>250 mA cm?2，單程轉換率為14%，這大約是不添加PTFE的普通電極的兩倍。3）這種改進歸功于平衡的氣/液微環境，該環境減少了擴散層厚度，加速了CO2的質量傳輸，并增加了用于電解的CO2局部濃度。
電催化學術QQ群：740997841
Xing, Z., Hu, L., Ripatti, D.S. et al. Enhancing carbon dioxide gas-diffusion electrolysis by creating a hydrophobic catalyst microenvironment. Nat Commun 12, 136 (2021).DOI: 10.1038/s41467-020-20397-5https://doi.org/10.1038/s41467-020-20397-5
5. Nature Commun.: 質子穿透控制石墨烯覆蓋的非貴金屬在電化學制氫反應中的催化活性
覆蓋石墨烯是一種很有前途的方法來實現酸穩定，非貴金屬催化的析氫反應(HER)。優化石墨烯覆蓋層的數量和由化學摻雜產生的缺陷的密度對于實現耐腐蝕性和催化活性之間的平衡至關重要。有鑒于此，筑波大學Yoshikazu Ito和大阪大學Tatsuhiko Ohto等人，研究了石墨烯覆蓋層中質子穿透/電荷轉移的HER機制及其對石墨烯覆蓋非貴金屬催化劑催化活性的影響。1）研究了電荷轉移和質子穿透石墨烯層對酸性電解質中非貴金屬Ni和Cu的HER機制的影響。研究發現，增加石墨烯覆蓋層的數量會顯著改變Ni和Cu的HER性能。2）通過電化學實驗和模擬實驗研究了石墨烯覆蓋催化劑的質子穿透能力，結果表明，石墨烯覆蓋的催化劑的HER活性受質子滲透的程度控制，質子滲透的程度由覆蓋石墨烯的層數決定。3）發現質子以及分子氫（H2）通過繞過N摻雜劑誘導的缺陷位點而滲透，這使得被N摻雜石墨烯覆蓋的催化劑在電化學上比未被摻雜的石墨烯覆蓋的催化劑更具活性。結果表明，電荷轉移效應不是主要因素，而質子穿透石墨烯的能力決定了石墨烯覆蓋的非貴金屬催化劑的HER活性，而與形態和組成無關。總之，該工作通過平衡在酸性介質中的耐腐蝕性和催化活性的對比特性，為開發通過石墨烯覆蓋生產電化學氫的非貴金屬催化劑提供了新的見識。
電催化學術QQ群：740997841vHu, K., Ohto, T., Nagata, Y. et al. Catalytic activity of graphene-covered non-noble metals governed by proton penetration in electrochemical hydrogen evolution reaction. Nat Commun 12, 203 (2021).DOI: 10.1038/s41467-020-20503-7https://doi.org/10.1038/s41467-020-20503-76. Nature Commun.：通過低溫刮涂實現大面積高效鈣鈦礦發光二極管低成本平板照明需要通過批量生產技術制造的大面積發光二極管（LED）。然而，由于難以控制膜的均勻性，使用有機小分子（OLED），量子點（QLED），聚合物（PLED）和最近開發的混合鈣鈦礦（PeLED）來制造高效的大面積LED仍然具有挑戰性。中國科學技術大學肖正國等人報道了低溫刮涂法制備的甲基銨碘化鉛（MAPbI3）鈣鈦礦薄膜的溶膠-凝膠技術，用于制備大面積鈣鈦礦發光薄膜。1）添加的氟代苯基甲基碘化碘（FPMAI），可大大縮短MAPbI3的沉淀，膠凝，老化和相變階段，通過使用稀釋的MAPbI3溶液和過量的FPMAI，制備了超平坦的大面積薄膜（54 cm2），表面粗糙度僅為1 nm左右。2）刮涂法制備的PeLED的外量子效率達到16.1％，高于性能最佳的刮涂法制備的OLED，QLED和PLED的量子效率。此外，得益于刮涂工藝的生產量和廉價的材料，預計發光層成本可低至每平方厘米0.02美分，極具應用潛力。
光電器件學術QQ群：474948391Chu, S., Chen, W., Fang, Z. et al. Large-area and efficient perovskite light-emitting diodes via low-temperature blade-coating. Nat. Commun. 12, 147 (2021).https://doi.org/10.1038/s41467-020-20433-4
7. Angew：通過雙適體激活的近距離誘導液滴數字PCR追蹤腫瘤源性外體PD-L1的策略
源自腫瘤的循環外泌體是一種很有前途的腫瘤診斷生物標志物，但是大量的正常細胞來源的外泌體嚴重阻礙了定量的準確性。有鑒于此，廈門大學的楊朝勇等研究人員，開發了通過雙適體激活的近距離誘導液滴數字PCR追蹤腫瘤源性外體PD-L1的策略。1）研究人員開發了一種雙靶點特異性適體識別激活的外體膜原位連接系統結合液滴數字PCR（ddPCR）的TRACER策略對腫瘤來源的外體PD‐L1（Exo‐PD‐L1）進行精確定量分析。2）利用適配子的高結合親和力、雙適配子識別的優良選擇性和ddPCR的高靈敏度，該方法在以非水洗方式追蹤腫瘤來源的Exo-PD-L1方面表現出顯著的靈敏度和選擇性。3）由于具有良好的敏感性，TRACER策略檢測的腫瘤源性Exo-PD-L1水平能夠有效區分癌癥患者和健康獻血者，并首次被確定為比總Exo-PD-L1更可靠的腫瘤診斷標志物。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Bingqian Lin, et al. Tracing Tumor‐derived Exosomal PD‐L1 by Dual‐aptamer Activated Proximity‐induced Droplet Digital PCR. Angewandte Chemie, 2020.DOI：10.1002/anie.202015628https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202015628
8. Nano Letters：具有高伸縮性的碳納米管/聚合物熱電纖維
熱電（TE）技術為直接采集和轉換人體持續釋放的熱量提供了一種新的途徑。目前，開發應用于可穿戴式TE發生器的TE材料面臨的最大挑戰是在提供持續穩定的功率輸出的同時，與不斷變化的人體形態相兼容。近日，南開大學馬儒軍教授報道了采用改進的濕法紡絲工藝成功制備出一種可伸縮的CNT基TE纖維。1）CNTs粉末通過探針超聲處理作為紡絲溶液很好地分散在去離子水中，同時加入十二烷基硫酸鈉（SDS）用作表面活性劑以避免CNTs聚集。采用5 wt%水性聚氨酯（WPU）和5 wt%聚乙烯醇（PVA）的混合水溶液作為凝固浴。然后，通過直徑為300 μm的注射針將CNTs紡絲溶液逐漸擠出到凝固浴中。同時，針頭沿著紡絲溶液流出的相反方向緩慢移動，將纖維留在凝固浴中原位浸泡10分鐘。在此期間，紡絲溶液中的水分被提取出來。之后，將纖維重復轉移并浸泡在去離子水中數次，以去除多余的WPU、PVA和SDS。在空氣中自然干燥后，將制成的CNT基TE纖維在真空中退火，以改善其機械性能和TE性能。2）研究發現，即使在約30％的拉伸應變下，退火后的羧基SWNT基TE纖維的穩定塞貝克系數仍然達到44 μV/ K。實驗結果表明，改變成各種形狀后，纖維可以繼續產生恒定的TE電位。與基于塞貝克效應的現有TE纖維相比，新型可伸縮TE纖維具有更大的塞貝克系數和更高的可伸縮性，從而為將該技術用于各種實際應用開辟了道路。
復合材料學術QQ群：519181225Chunyang Zhang, et al, Highly Stretchable Carbon Nanotubes/Polymer Thermoelectric Fibers, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04252http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04252
9. Nano Letters：多晶少層的石墨烯作為銅的耐用防腐膜
解決工業和日常生活中的金屬腐蝕是一項世界性難題。傳統的防腐方法，包括犧牲陽極或保護膜，都存在性能上的局限性。近日，南京大學郝玉峰教授報道了一種采用用化學氣相沉積法生長的原子薄、多晶的少層石墨烯（FLG），并作為銅（Cu）的長期保護膜。1）經FLG保護的Cu表面在暴露于空氣中至少六年后仍保持光澤。同時，詳細的材料表征沒有發現氧化跡象。2）研究發現，經FLG保護Cu表面的防腐蝕特性取決于其缺陷而不是其完美性：FLG體系中每個石墨烯層中晶界（GB）錯位在防腐方面起著至關重要的作用。3）通過理論計算，研究人員進一步發現，腐蝕性分子在通過FLG層擴散時始終會遇到極高的能壘。因此，FLG能夠防止腐蝕性分子到達下面的Cu表面。這項工作突出了多晶FLG的獨特結構，并深入研究了用于各種應用的原子薄涂層。Zhijuan Zhao, et al, Polycrystalline Few-Layer Graphene as a Durable Anticorrosion Film for Copper, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04724https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04724
10. Nano Today綜述：刺激響應型等離激元組裝體及其生物醫學應用
福州大學宋繼彬教授和楊黃浩教授、新加坡國立大學陳小元教授對刺激響應型等離激元組裝體及其生物醫學應用相關研究進行了綜述介紹。1）在各種刺激響應型組裝體中，被響應型分子功能化修飾的等離激元納米粒子(NP)組裝體是一個重要的研究對象。2）作者在文中綜述了近年來國內外有關刺激響應型等離激元NPs在體內外的組裝和分解及其在生物醫學領域中的研究進展，其中的刺激因子包括酶、光、pH、氧化還原、溫度、金屬離子、磁場或電場等。目前，這些刺激響應型組裝體已被應用于生物傳感、表面增強拉曼散射(SERS)、光聲成像(PA)、多模態成像、光激活的治療、增強型x射線治療、藥物釋放等多個生物醫學領域。隨后，作者對對刺激響應型等離激元組裝體的發展前景和面臨的科學挑戰進行了展望和討論。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Qinrui Fu. et al. Stimuli-Responsive Plasmonic Assemblies and Their Biomedical Applications. Nano Today. 2020https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013220301845
11. ACS Nano：具有電化學活性末端的鹵化Ti3C2 Mxenes助力高性能鋅離子電池
二維（2D）材料以其獨特的性質和廣泛的應用引起了人們的極大興趣。自2011年發現以來，被稱為Mxenes的2D過渡金屬碳化物和氮化物得到了迅速發展。其各種組成元素和可控的表面化學為各種性能提供了可調節空間。MXenes具有優異的電學、光學和等離子體性質，在超級電容器、電磁吸收和屏蔽涂層、催化劑和碳捕獲等領域顯示出廣闊的應用前景。近日，中科院寧波材料所黃慶研究員，香港城市大學支春義教授報道了采用Lewis酸-熔體蝕刻法合成了具有單一（-Cl，-Br和-I），二元（-ClBr，-ClI和-BrI）以及三元（-ClBrI）鹵素末端的Ti3C2 MXenes。1）將這些鹵化的MXene以及通過HF蝕刻生產的傳統MXene（表示為Ti3C2（OF））分別組裝為鋅離子電池的正極。結果顯示，具有單鹵素末端的Ti3C2Br2和Ti3C2I2在約1.6和1.1 V時表現出放電平臺，比容量分別達到了97.6和135 mAh g-1。而具有多鹵素末端的Ti3C2(BrI)和Ti3C2(ClBrI)具有雙重放電平臺，比容量分別達到了117.2和107.4 mAh g-1。相反，Ti3C2Cl2和Ti3C2（OF）僅顯示出46.5和51.7 mAh g-1的容量，而沒有放電平臺。2）進一步的研究發現，除了Ti3C2中最外的Ti層之外，-Br和-I端也具有可逆氧化還原行為，從而使得鹵化的Mxene具有出色的電化學性能。研究工作揭示了活性表面端在MXene電化學性能中的作用，這對于調節MXene的性能和擴大其應用范圍具有重要意義。
電池學術QQ群：924176072Mian Li, et al, Halogenated Ti3C2 MXenes with Electrochemically Active Terminals for High-Performance Zinc Ion Batteries, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.0c07972https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07972
12. ACS Nano：晶圓級MoS2-WS2垂直異質的低溫合成
二維（2D）過渡金屬二硫屬化物（TMDs）由于其與其他2D材料（例如，石墨烯和六方氮化硼）在TMD基異質結構中的協同作用而引起了極大的關注。因此，闡明TMD?TMD垂直異質結的物理特性對其在下一代電子器件中的應用具有重要意義。然而，傳統的TMD?TMD異質結合成工藝存在不可重復性和成品率低等問題。近日，韓國機械材料研究所Hyeong-U Kim，成均館大學Ji Won Suk，Taesung Kim報道了使用等離子體增強化學氣相沉積（PE-CVD）的單步滲透性硫化，成功合成了MoS2?WS2垂直異質結（MWVHs）。該方法可用于在低溫（300 °C）下制造均勻的大面積垂直異質結構（4 in.）。1）研究人員提出了一種基于H2S+等離子體離子轟擊可穿透SiO2/Si襯底上Mo?W金屬層的MWVHs的合成機理。并通過隨時間變化的HR-TEM截面圖像和拉曼光譜證實了這一機理。同時，MWVHs具有均勻的納米級多晶結構，并且存在垂直的MoS2和WS2層。2）研究人員進行了I型斷裂試驗，以揭示MWVHs-SiO2/Si的界面相互作用。結果表明，MWVH與SiO2/Si的分離只發生在界面處，因此，使用粘合劑（薄環氧樹脂）就可以成功地轉移整個MWVH。MWVHs-SiO2/Si界面的粘附能1.14±0.14 J m?2，這為材料與襯底的分離提供了相互作用的強度和所需的力，對于分析二維異質結的界面性質和附著能具有重要的指導意義。3）研究人員制作了晶圓級MWVHs二極管，并通過current mapping揭示了其特性。
二維材料學術QQ群：1049353403Hyunho Seok, et al, Low-Temperature Synthesis of Wafer-Scale MoS2?WS2 Vertical Heterostructures by Single-Step Penetrative Plasma Sulfurization, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.0c06989https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c06989
