1. Chemical Reviews: 二維鹵化物鈣鈦礦規則手冊
二維（2D）鹵化物鈣鈦礦因其出色的穩定性和結構多樣性而成為新興的半導體材料。使用2D鈣鈦礦的光電器件研究領域不斷發展，需要系統地了解間隔物對結構，性能和器件性能的影響。到目前為止，許多研究都是基于對隨機間隔物的反復試驗而進行的，這些預測物對預測這些合成實驗的結果結構的能力有限，從而阻礙了將新型2D材料應用于高性能設備的發現。美國西北大學Mercouri G. Kanatzidis等提供了有關成功選擇間隔物并將其結合到晶體材料和光電器件中的指南。1）首先提供各種合成方法的摘要，以作為有興趣從事新型2D鈣鈦礦合成的方法的教程。隨后，作者提供了關于哪種間隔基陽離子可以穩定2D鈣鈦礦的見解，隨后對間隔基陽離子進行了廣泛的綜述，研究表明間隔基陽離子可以穩定2D鈣鈦礦，并著重于間隔基對結構和光學性能的影響。2）對用于制造薄膜的方法及其所需性能提供類似的解釋。像合成部分一樣，然后將重點關注已在器件中使用的各種二維鈣鈦礦，以及它們如何影響膜結構和器件性能。通過對這些影響的全面了解，可以合理地選擇新型二維鈣鈦礦。
光電器件學術QQ群：474948391Xiaotong Li et al, The 2D Halide Perovskite Rulebook: How the Spacer Influences Everything from the Structure to Optoelectronic Device Efficiency, Chemical Reviews , 2021DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c01006https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.0c01006
2. Acc. Chem. Res.: 活化線性二氧化碳分子的對稱破壞位點
CO2不僅是一種溫室氣體，而且是一種重要的碳源，可作為化石燃料的有前途的替代品。環境和能源危機都迫使研究人員探索如何有效地將二氧化碳轉化為液體燃料和增值化學品。作為當今的工業化方法，由熱能驅動的非均相CO2加氫代表了一種潛在的策略，有助于緩解溫室效應和減少對化石燃料的依賴。然而，由于CO2分子的熱力學穩定性和化學惰性，CO2活化是CO2加氫的先決條件。通過直接提高反應溫度活化CO2是不合適的，因為CO2加氫成液態產物是一個放熱過程，升高反應溫度會降低CO2的平衡轉化率和目標產物的平衡選擇性。因此，如何設計能夠有效活化CO2的催化劑，是進行CO2加氫的關鍵科學問題。到目前為止，為了有效地活化CO2，已經建立了各種各樣的活性位點。這些活性部位包括臺階位點，合金，界面，取代，空位等，通常是破壞對稱的，而不是完美的平坦表面。有鑒于此，中國科學技術大學曾杰教授等人，提出了一種催化劑的設計原理，即構建對稱破壞位點來活化非極性的CO2分子。1）從電子性質的角度來看，在破壞對稱的中心存在顯著的電荷密度梯度，導致非極性CO2的電子結構發生擾動，被吸附的物種發生極化。從吸附構型的角度來看，一個對稱破壞位點會產生局部力矩，與對稱位點相比，該轉矩可使原子軌道更有效地重疊，從而使線性CO2分子更容易彎曲。2）對CO2活化的方式進行了分類，并提出了構造對稱破壞位點的設計原則。此外，從局部和全局結構的角度說明了如何構建破壞對稱的位點。打破局域結構對稱性的策略包括表面取代、表面吸附原子和表面空位。打破整體結構對稱性的策略包括配體表面修飾，高折射率表面和相重構。未來還需要進一步改進，如定量描述符、C-C偶聯功能、對其他非極性分子的適用性等。
Hongliang Li et al. Symmetry-Breaking Sites for Activating Linear Carbon Dioxide Molecules. Acc. Chem. Res., 2021.DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00715https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00715
3. Nature Communications：石墨烯模板向超薄金屬有機層的便捷電子傳遞用于促進CO2光還原
金屬-有機層（MOLs）具有有序的結構和分子的可調性，由于其易于接近的活性中心，在多相催化劑中具有極大的應用潛力。合理設計具有功能基團的超薄MOLs，整合兩者在協同光催化方面的優勢，將是構建穩定高效光催化劑的一種極有前途的策略，但仍是一項具有挑戰性的任務。近日，天津理工大學張志明教授報道了一種簡便有效的策略，成功構建了具有三個金屬配位層的超薄2D MOLs，其中MOL均勻分布在2D GO模板上。1）研究人員以GO作為2D模板，接枝并穩定CoMOF的金屬配位層，構建超薄的MOL納米片。首先在GO中摻入Co2+離子，然后在2D GO模板上原位生長帶有H2L配體的Co-MOL（Co-MOL@GO）。TEM圖像顯示，Co-MOL@GO中小的納米片（15-20 nm）均勻分布在GO模板上，EDS映射圖像顯示Co-MOL@GO樣品上Co、N、C和O元素的均勻分布。2）超薄MOL和GO電子導體之間的協同作用大大提高了其固有的光催化CO2還原活性。還原的GO可以作為2D模板來負載和穩定均勻厚度約為1.5 nm的MOLs。此外，GO可以作為有效的電子介體，在多相催化劑和均相天線分子（antenna molecules）之間架起一座橋梁，從而極大地促進了高活性。3）得益于上述優點，Co-MOL@GO在可見光驅動的CO2-to-CO轉化中具有優異的光催化活性和高選擇性，在所有最先進的MOFs和MOLs催化劑中，12 h總CO產率達到3133 mmol gMOL-1，創歷史新高。這項工作為低成本制備性能優良的超薄MOLs開辟了一條新道路，并證明了電子介體在顯著促進光催化方面的關鍵作用。
光催化學術QQ群：927909706Wang, JW., Qiao, LZ., Nie, HD. et al. Facile electron delivery from graphene template to ultrathin metal-organic layers for boosting CO2 photoreduction. Nat Commun 12, 813 (2021)DOI：10.1038/s41467-021-21084-9https://doi.org/10.1038/s41467-021-21084-9
4. Nature Communications：用于甲醇合成丙烯的沸石微環境的控制
優化丙烯選擇性、丙烯/乙烯比和催化穩定性之間的平衡，揭示第一個碳-碳鍵的形成機理，在當前甲醇制烯烴（MTO）研究中具有重要意義但同時充滿挑戰性。近日，英國曼徹斯特大學楊四海教授報道了一種通過水熱反應在骨架中加入Ta(V)（0~3.7wt%）和Al(III)（0~1.1wt%）中心以實現精細控制商用MFI-沸石孔隙內的活性位點特性。1）所合成的TaAlS-1沸石在甲醇完全轉化時同時具有優異的丙烯選擇性（51%）、丙烯/乙烯比（8.3）和催化穩定性（>50 h）。2）同步輻射X射線粉晶衍射、X射線吸收光譜和非彈性中子散射結合密度泛函理論（DFT）計算表明，活化的甲醇分子與三甲氧基的中間體之間形成了第一個碳-碳鍵。3）Ta (V)和Br?nsted酸位點之間前所未有的協同作用為甲醇的高效轉化創造了最佳的微環境，從而極大地促進了沸石在低碳烯烴可持續生產中的應用。
Lin, L., Fan, M., Sheveleva, A.M. et al. Control of zeolite microenvironment for propene synthesis from methanol. Nat Commun 12, 822 (2021)DOI：10.1038/s41467-021-21062-1https://doi.org/10.1038/s41467-021-21062-1
5. Nature Communications：用二惡英酮衍生物取代傳統電池電解液添加劑助力高能量密度鋰離子電池
電解質添加劑生成的固體電解質中間相是負極-電解質相互作用和延長鋰離子電池壽命的關鍵。傳統的固體電解質界面添加劑，如碳酸亞乙烯酯和碳酸氟乙烯，很難實現具有長壽命和快充性能的高能量密度鋰離子電池（LIBs）。近日，韓國蔚山國家科學技術研究院（UNIST）Nam-Soon Choi，Sang Kyu Kwak，Sung You Hong報道了設計并合成了含?OCF3和三甲基硅氧基（?OTMS）的功能性碳酸乙烯酯（VC）衍生物，及其在LIBs中的應用，LIBs由一個大容量的硅嵌入的負極和一個LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）正極組成。1）分子優化的SEI結構解決了VC衍生SEI的傳統缺陷，例如，會阻礙它們在Si體積膨脹/收縮時可逆變形的剛性。含二甲基乙烯基碳酸酯（DMVC）的?OCF3基團可以通過單電子還原作為有效的自由基前體，從而實現連續的傳遞步驟，而?OTMS部分可以有效地去除會破壞SEI/CEI的有害HF。2）實驗結果顯示，VC，DMVC-OCF3以及DMVC-OTMS的組合可在Si–C負極上提供穩定且可變形的SEI，并通過去除HF保持NCM811正極的界面穩定性（在1 C下400次循環后容量保持率為81.5％）。此外，使用DMVC-OCF3，DMVC-OTMS和VC可以對SEI進行結構調節，提高CEI的穩定性，從而使得NCM811/Si-C全電池具有快充性能，這對于電動汽車（EVs）來說至關重要。
電池學術QQ群：924176072Park, S., Jeong, S.Y., Lee, T.K. et al. Replacing conventional battery electrolyte additives with dioxolone derivatives for high-energy-density lithium-ion batteries. Nat Commun 12, 838 (2021)DOI：10.1038/s41467-021-21106-6https://doi.org/10.1038/s41467-021-21106-6
6. Matter綜述：雙金屬衍生催化劑及其在同時凈化CO2和乙烷中的應用
雙金屬衍生催化劑在許多重要的工業催化過程中具有舉足輕重的作用。近年來，同時提純溫室氣體CO2和未充分利用的乙烷（SU-CO2Et）是生產合成氣和烯烴等高附加值化學品的一條很有前途的途徑。鑒于雙金屬衍生催化劑具有優異的性能和應用前景，美國哥倫比亞大學陳經廣教授，布魯克海文國家實驗室Zhenhua Xie綜述了貴金屬和非貴金屬雙金屬催化劑的合成，表征及其在SU-CO2Et中的應用。1）作者首先強調了熱力學和動力學在闡明雙金屬材料合成的重要性，并概述了雙金屬衍生催化劑的最新合成方法和原位/非原位表征技術。2）作者隨后重點總結了如何應用不同類型的活性中心將CO2和乙烷轉化為增值化學品（合成氣和乙烯），并闡述了如何通過實驗和理論相結合的研究來深入了解結構-功能關系。3）作者最后指出了活性中心設計和合成、原位結構和機理研究以及多功能雙金屬衍生催化劑開發方面的仍面臨的挑戰和機遇，以進一步將豐富的CO2和頁巖氣轉化為增值芳烴和含氧化合物。
納米催化學術QQ群：256363607Zhenhua Xie, et al, Bimetallic-Derived Catalysts and Their Application in Simultaneous Upgrading of CO2 and Ethane, Matter, 2021DOI: 10.1016/j.matt.2020.11.013https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.11.013
7. Chem: Pd納米顆粒與MOF中工程孔壁的結合可增強催化作用
調節活性位點與底物之間的相互作用在催化過程中具有重要意義。常見的策略是用各種分子修飾活性位點（主要是非均相催化劑中的金屬納米顆粒/NP）的表面，但不幸的是，這不利于底物的可及性，從而不利于活性。因此，開發具有裸金屬NPs的多相催化劑，同時能夠調控與底物的相互作用是非常需要的。這給金屬NP基催化劑提出了挑戰：（1）暴露的活性位點，需要裸露的金屬表面，以使其具有良好的可及性；（2）活性位點周圍的功能分子，可與底物進行可調的相互作用，以增強活性和選擇性。有鑒于此，中國科學技術大學的江海龍教授等人，將表面裸露的金屬NP封裝到MOF中，通過設計MOF孔壁微環境來實現與基底的可調相互作用。1）裸露的Pd納米顆粒（NPs）已封裝在金屬有機框架（MOF）MIL-101-NH2中，得到Pd@MIL-101-NH2。2）疏水性全氟烷基經過合成后修飾到-NH2基上，得到Pd@MIL-101-Fx（x = 3、5、7、11、15），該分子可工程化MOF孔壁以調節Pd周圍的微環境以及與底物的相互作用。3）有機硅烷的脫氫偶聯和鹵代硝基苯的氫化都表明，由于Pd與改性MOF主體之間的良好的底物富集和調節的相互作用，疏水改性后可以大大提高它們的活性和選擇性，遠遠超過了傳統方法或表面活性劑保護的Pd NP。總之，金屬NPs@MOF復合材料將是一個理想的平臺，可通過易于調節的MOF將金屬位點的固有活性與工程化的微環境相結合。
多孔材料學術QQ群：813094255Luyan Li et al. Integration of Pd nanoparticles with engineered pore walls in MOFs for enhanced catalysis. Chem, 2021.DOI: 10.1016/j.chempr.2020.11.023https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.11.023
8. Chem：核殼結構可調的徑向梯度結構介孔碳納米球的可編程合成
由于前驅體組分的自組裝能力較弱以及組裝過程中膠束結構的不可調節的局限性，具有復雜多峰孔體系的介孔膠體納米球的合成仍然是一個巨大的挑戰。近日，復旦大學李偉研究員報道了一種可編程的剪切誘導動態組裝方法來合成核殼結構可調的徑向梯度結構介孔碳納米球（MCSs）。1）該方法的主要特點是控制一個動態穩定的膠束體系，使前驅體聚合和程序化組裝引導到梯度孔的介觀結構中。令人印象深刻的是，該系統中的膠束結構可以根據需要進行調整，并且可以通過調節剪切力進行精確調整，從而使孔徑可調范圍為7.0至24.0 nm。2）所得的梯度孔MCSs具有均勻的粒徑（約230 nm），高比表面積（約686 m2 g-1），孔體積（約1.5 cm3 g-1），豐富的N含量（約6.7 wt％）以及3D開放結構。更重要的是，基于梯度孔MCSs的鈉離子電池（SIBs）具有優異的儲鈉性能（0.1 A g-1下，達到392 mAh g-1)和超長循環穩定性（4.0 A g-1下，達到183 mAh g-1）。
納米合成學術QQ群：1050846953Peng et al., Programmable synthesis of radially gradient-structured mesoporous carbon nanospheres with tunable core-shell architectures, Chem (2021)DOI：10.1016/j.chempr.2021.01.001https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.01.001
9. Angew：大環芳烴基共軛大環聚合物用于高選擇性的CO2捕獲和碘吸附
在共軛大環聚合物（CMPs）中引入具有獨特結構和不同構象的人工合成大環，可以使材料在氣體吸收和污染物吸附方面具有巨大的應用潛力。近日，吉林大學楊英威教授報道了利用全三氟功能化的LT6/BpP6衍生物（LT6-OTf/BpP6-OTf）與1，4-二乙炔基苯（DEP）或4，4‘-二乙炔基聯苯（DEBP）單元，通過Pd催化的Sonogashira-Hagihara交叉偶聯反應，高產率制備出四種新的CMPs（CMP-n，n=1-4）。1）由于LT6-OTF具有合適的空腔尺寸和骨架中大量的芳環，新設計的CMP-4具有優異的I2親和力，在蒸氣中的吸收率高達208 wt%，在水溶液中的去除率高達94%。在進行了至少五次測試后，材料的原始性能沒有發生變化。更重要的是，由BpP6-OTs構建的CMP-2具有較窄的空腔，比孔隙率和最高的對CO2的Qst，是具有最佳選擇性的材料，能夠特定吸附CO2，而無法吸附N2。2）由于具有合成方便、穩定性好、孔隙率可調、結構誘人等優點，通過在誘人的骨架中引入新穎的人工大環和功能基團，可以進一步開發具有各種組成成分的CMPs用于分離純化等應用。
Dihua Dai, et al, Macrocyclic Arenes-Based Conjugated Macrocycle Polymers for Highly Selective CO2 Capture and Iodine Adsorption, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202015162https://doi.org/10.1002/anie.202015162
10. Angew：一種具有超高電子遷移率的帶狀傳輸特性的全共軛三維共價有機框架
盡管π共軛二維共價有機框架（COFs）已被廣泛報道，但由于缺乏完全π共軛的3D連接體，開發完全π共軛的3D-COF仍然是一個極其困難的問題。有鑒于此北京化工大學的曹達鵬等研究人員，報道了一種具有超高電子遷移率的帶狀傳輸特性的全共軛三維共價有機框架。1）研究人員通過設計COThP-CHO的鞍形構建塊來合成完全共軛的3D-COF（命名為BUCT-COF-1）。2）由于完全共軛的三維網絡，BUCT-COF-1在室溫下顯示出高達~3.0 cm 2 V-1 s-1的超高霍爾電子遷移率，比當前的π共軛二維COFs高一個數量級。3）隨溫度變化的電導率測試結果表明，BUCT‐COF‐1中的載流子表現出帶狀傳輸機制，這與在普通有機材料中觀察到的跳躍傳輸現象完全不同。本文研究證實了完全共軛的3D-COFs確實可以在整個3D骨架中實現電子的離域和電荷傳輸，為有機半導體材料的研究開辟了一個新的領域。
多孔材料學術QQ群：813094255Dapeng Cao, et al. A Fully Conjugated 3D Covalent Organic Framework Exhibiting Band‐like Transport with Ultra‐High Electron Mobility. Angewandte Chemie, 2021.DOI：10.1002/anie.202100464https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202100464
11. Angew.: 紫外光穩定的鈣鈦礦太陽能電池
紫外線始終會加速鈣鈦礦太陽能電池退化，這會嚴重破壞鈣鈦礦并損害其器件的的使用壽命。同時，鈣鈦礦膜中的表面缺陷進一步加速了降解過程，并成為非輻射電荷復合中心，從而降低了器件效率。中國科學院化學所的Mingzhu Li和 宋延林等人證明了“防曬”分子2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮可以保護鈣鈦礦太陽能電池免受紫外線降解。1）同時，通過紫外線照射下的分子互變異構作用，2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮可以通過官能團與缺陷之間的相互作用實現缺陷鈍化。因此，防曬策略有效地增強了具有防曬分子的PSC的紫外線耐受性，并將缺陷形成能提高至-1.35 eV。2）帶有“防曬”的鈣鈦礦太陽能電池的效率高達23.09％（0.04 cm 2）和19.73％（1.00 cm 2）以及優異的長期紫外線（UVa：365 nm和UVb：285 nm）穩定性。
光電器件學術QQ群：474948391Yang Wang et al, Tautomeric Molecule Assisted Sunscreen Metal Halide Perovskite Solar Cells，Angewandte Chemie International Edition，2021DOI: 10.1002/anie.202100218https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202100218
12. Angew綜述：實用化燃料電池氧還原電催化劑的研究進展與展望
燃料電池是一種功能強大的可再生能源技術，但由于氧還原反應（ORR）陰極電催化劑成本高、可靠性差，其廣泛應用仍然受到嚴重挑戰。近日，華中科技大學夏寶玉教授綜述了用于燃料電池的高效ORR電催化劑的最新研究進展。1）作者在通過簡單概述之后，總結了各種用于半電池旋轉圓盤電極（RDE）和全電池膜電極組件（MEA）的高性能催化劑。此外，圍繞結構-活性關系，突出了從活性組件和堅固的載體引起的基本問題。具體來說，集中在與從RDE到MEA的性能轉換相關的主要問題上。2）作者最后對與ORR催化劑相關的主要問題進行了展望，并提出解決方案，這些問題涉及大規模的制備、統一的評估標準、先進的表征技術、尖端的模擬和人工智能，以更深入多尺度地闡明燃料電池中的ORR。這項工作有望促進更多的科學和技術研究以開發高效的ORR催化劑，并推動燃料電池最終走向實際應用。
電催化學術QQ群：740997841Shahid Zaman, et al, Progress and Perspective on Oxygen Reduction Electrocatalysts toward Practical Fuel Cells, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202016977https://doi.org/10.1002/anie.202016977
