1. Acc. Chem. Res.: 用于高效合成氣轉化為高選擇性增值化學品的碳化鈷納米催化劑
合成氣轉化是有效利用各種含碳資源（包括煤炭，天然氣，生物質，有機廢物甚至CO2）的關鍵平臺。合成氣轉化的最經典方法之一是費托合成（FTS），該方法已經可以商業應用。然而，將產品分布從石蠟調整為烯烴和高級醇等增值化學品仍然是一個巨大的挑戰。突破Anderson-Schulz-Flory (ASF)分布的選擇性限制一直是合成氣化學研究的熱點之一。有鑒于此，中國科學院上海高等研究院孫予罕研究員和鐘良樞研究員等人，總結了用于費托合成烯烴(FTO)的Co2C納米柱的開發進展，其效率和穩定性都很高。1）金屬Co0是眾所周知的助催化FTS的活性相，產物主要由鏈烷烴和少量化學物質（即烯烴或醇）組成。具體來說，碳化鈷(Co2C)相通常被認為是一種不良化合物，它會導致低活性和高甲烷選擇性的失活。盡管碳化鐵(FexC)可以生產出選擇性高達60%的烯烴，但甲烷含量仍然很高，而且所需的高反應溫度(300-350°C)通常會導致積炭和快速失活。最近發現，具有優先暴露的（020）和（101）面的Co2C納米柱能夠在溫和的反應條件下，以高選擇性從合成氣轉化中有效生產烯烴。甲烷含量限制在5％之內，并且產品分布與ASF統計規律大相徑庭。Co2C納米柱的催化性能與報道的傳統FT工藝完全不同，顯示出了廣闊的工業應用潛力。2）通過結合DFT計算，動力學測量以及各種光譜學和顯微鏡研究，廣泛探索了觀察到的獨特催化行為的潛在機理。還強調以下問題：Co2C的粒徑效應，堿和Mn促進劑的促進作用以及金屬-載體相互作用（SMI）在制備負載型Co2C納米柱中的作用。特別是，簡要回顧了不同Co2C納米結構的合成方法。此外，Co2C還可以用作通過合成氣轉化的高級醇合成（HAS）的非離解吸附中心。還討論了用于HAS的Co0/Co2C界面催化劑的構建，并演示了如何調整反應網絡并增強CO非離解吸附能力，以高效生產高級醇。總之，該工作所述的Co2C納米催化劑的發展為通過FTS工藝生產化學品提供了指導。
納米催化學術QQ群：256363607Tiejun Lin et al. Cobalt Carbide Nanocatalysts for Efficient Syngas Conversion to Value-Added Chemicals with High Selectivity. Acc. Chem. Res., 2021.DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00883https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00883
2. Nature Commun.: 一種研究CO2還原電催化劑組成效應的高通量光學方法
在電化學還原二氧化碳的問題中，發現地球上豐富的、高效的和選擇性的催化劑對于實現碳中性能源循環的技術是至關重要的。有鑒于此，美國賓夕法尼亞州立大學Thomas E. Mallouk教授等人，采用光學高通量篩選方法來研究CO2電還原的多金屬催化劑。1）采用了一種原本用于液相甲醇電催化的高通量光學篩選方法來研究CO2RR電催化。由于在氣體電解槽中實現了CO2RR的高電流密度，將這種方法應用于通過氣體擴散電極進行的CO2輸送。合金催化劑陣列是通過自動液體處理器沉積金屬鹽水溶液，然后進行肼還原而制備的，并通過基于熒光的光學技術并行篩選。2）通過構建不同合金元素的催化活性圖，并通過原子對分布函數(PDF)方法使用x射線散射分析來了解最活躍成分的結構，證明了該方法的實用性。在Au、Ag、Cu、Zn四種元素組合中，Au6Ag2Cu2和Au4Zn3Cu3被認為是它們各自三元系中活性最高的組成。3）這些三元電催化劑比任何二元組合都具有更高的活性。相對于通過相同方法制備的Au，最佳三元催化劑在-0.4至-0.8 V（vs RHE）的電位下，電流密度增加了5倍。CO2還原和析氫的電化學Tafel圖表明，三元催化劑雖然比表面積大，但與純金相比，在析氫反應中的催化性能較差。
電催化學術QQ群：740997841Jeremy L. Hitt, et al. A high throughput optical method for studying compositional effects in electrocatalysts for CO2 reduction. Nat Commun, 2021.DOI: 10.1038/s41467-021-21342-whttps://doi.org/10.1038/s41467-021-21342-w
3. Matter：植物蒸騰啟發的納/亞微米乳狀液含油廢水處理
含油廢水已經對飲用水安全、生態環境和人體健康構成嚴重威脅，其有效處理引起了人們的廣泛關注。盡管人們在開發超濕分離膜方面已經取得了重大進展，但仍然需要解決納/亞微米乳狀液含油廢水、含油海水和酸堿腐蝕含油廢水處理所帶來的挑戰。近日，受植物蒸騰的啟發，北京航空航天大學衡利蘋教授報道了利用太陽能驅動的木材-聚乙烯醇-碳管（wood-PVA-CNT）裝置，成功地實現了對各種納/亞微米級乳化含油廢水的一步處理獲得淡水。1）首先通過在真空輔助下將木塊浸入PVA溶液中，使得PVA很容易的滲透到木材通道中。脫氣并釋放三遍后，將樣品在液氮中冷凍。隨后，將它們轉移到冷凍干燥機中，并在真空下于低溫下冷凍干燥。結果，木材中的通道被多孔的PVA完全填充。接下來，在wood -PVA的表面上涂覆一層CNT，以在干燥后產生wood-PVA-CNT。2）得益于超強的潤濕性、多孔結構和優異的光熱轉化性能，wood-PVA-CNT裝置對各種納/亞微米級乳狀液的凈化效率高達99.7%以上。此外，由于出色的海水淡化性能和強大的耐酸堿性，wood-PVA-CNT裝置對酸、堿和鹽離子表現出極高的凈化效率，從而實現了從含油海水和酸堿腐蝕油水中一步生產淡水。同時，該裝置還表現出優異的長期穩定性和出色的可回收性。這種太陽能驅動的水處理裝置為處理含油納/亞微米乳狀液廢水、含油海水和酸堿腐蝕含油廢水提供了一種有效途徑，并為從各種含油廢水中一步生產淡水提供了可行性。
Wang et al., Nano/submicrometer-emulsion oily wastewater treatment inspired by plant transpiration, Matter(2021)DOI：10.1016/j.matt.2021.01.017https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.01.017
4. Joule：CO2電還原級聯系統用于乙烯的高效無碳酸鹽合成
CO2電還原（CO2RR）提供了一條將廢物排放轉化為乙烯（C2H4）等增值化學品的有效途徑。然而，CO2直接轉化為C2H4會從損失CO2轉化為碳酸鹽，消耗高達72％的能量。近日，加拿大多倫多大學David Sinton，Edward H. Sargent報道了將固體氧化物CO2-to-CO電化學電池（SOEC）與所設計的高性能CO-t o-C2H4膜電極組件（CORR MEA）系統相結合，開發了一種將CO2轉化為C2H4的級聯方法，避免了碳酸鹽的形成和相關的能量損失。1）研究人員設計了一種由金屬Cu，N-甲苯基-四氫聯吡啶和SSC離聚體組成的層狀催化劑結構，在MEA電解槽中實現了CO快速高效轉化為C2H4。每層的多功能性將器件C2H4 FE提高到65%，在寬電流密度范圍內全電池C2H4 EE為28%，而裸露和單層催化劑結構的FEs不足50%。2）為了促進端到端的CO2轉化過程而不損失CO2為碳酸鹽，研究人員在MEA電解槽配對了用于CO2到CO轉化的SOEC。利用SOEC產生的CO流，MEA系統可以1.3 mmol h-1的峰值速率生成C2H4，并保持40 h的連續運行。整個級聯系統需要約138 GJ（ton C2H4）-1，相比于CO2到C2H4直接一步轉化路線（約267GJ（噸C2H4）-1），節省了大量資金。3）研究人員開發了一種進一步降低MEA能耗的方法，將OER陽極轉換為GOR。因此，級聯SOEC-MEA系統進一步只需要約89 GJ（ton C2H4）-1的總能量需求。
電催化學術QQ群：740997841Ozden et al., Cascade CO2 electroreduction enables efficient carbonate-free production of ethylene, Joule (2021)DOI：10.1016/j.joule.2021.01.007https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.01.007
5. Nano Letters：不溶于電解質的雙阻燃材料用于協同提高鋰離子電池的安全性
安全問題成為目前鋰離子電池主要關注問題，尤其是在日益增長的高能量密度儲能器件的需求的情況下。盡管在電解質中添加阻燃劑（FRs）可以減少火災危險，但這需要大量的阻燃劑，因而會嚴重降低電池的性能。有鑒于此，斯坦福大學崔屹教授報道了通過在商用電池隔膜上涂覆一種不溶于電解質的FR來平衡阻燃和電化學性能，開發出一種具有相當高的FR，電化學穩定性的新型復合隔膜。1）研究人員選擇了兩種材料進行雙管齊下，通過鹵素自由基清除機制來阻止電池著火，并與濃SbBr3煙氣結合以通過排除氧氣來熄滅火焰。所需的阻燃劑量可以限制在對電化學性能影響很小的超薄涂層（4 μm）內。2）在軟包電池測試中，所開發的復合隔膜具有比傳統聚烯烴隔膜高四倍的阻燃性。此外，這種復合隔膜可以容易地大規模制造以用于工業應用。3）研究人員組裝了高能量密度電池（2Ah），以演示復合隔膜的結垢情況，并通過釘穿試驗確認了其優異的安全性能。
電池學術QQ群：924176072
Lien-Yang Chou, et al, Electrolyte-Resistant Dual Materials for the Synergistic Safety Enhancement of Lithium-Ion Batteries, Nano Lett., 2021DOI：10.1021/acs.nanolett.0c04568https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04568
6. Nano Letters：Pd二十面體納米晶體上Pt的雙向沉積用于改善ORR催化活性和耐久性
具有多孿晶結構和5 nm以下均一尺寸的Pt納米晶體是一種優良的催化材料，，然而由于Pt的高雙晶界能（166 MJ/m2），因此很難合成出這樣的納米顆粒。近日，美國佐治亞理工學院夏幼南教授報道了一種通過從Pd二十面體種子的頂點選擇性生長來合成這種Pt納米晶體的簡單策略。1）研究人員將平均直徑為9.5 nm的Pd二十面體納米晶體引入晶種中，以指導Pt在有限表面擴散下的成核和生長。通過添加Br-離子將PtCl42-轉變為PtBr42-，以相對緩慢的速度還原Pt(II)。此外，通過在低至30 °C的溫度下進行合成，以限制Pt吸附原子從頂點到邊緣或側面的表面擴散。2）源于PtBr42-還原的Pt原子主要沉積并限制在每個Pd二十面體種子的頂點上，以生成多重孿晶的Pt位點。通過優化Pt(II)前驅體的還原速率以避免對稱性破壞，Pd二十面體種子的所有12個頂點都能夠接收Pt原子，從而形成了一個大的二十面體。3）由于Pt位點的小尺寸和多重孿晶結構，所獲得的Pd-Pt納米晶體顯示出優異的ORR催化活性和耐久性，質量活性為1.23 A mg-1Pt，比活性為0.99 mA cm-2Pt，分別是市售Pt/C的8.2和4.5倍。在10000次ADT循環之后，由于保留了孿晶界和Pt點的良好分離，相比于原始Pt/C，Pd-Pt二十面體的質量活性仍提高了7.3倍。該制備策略有望可擴展到其他金屬組合，以開發具有多重孿晶結構和改善的催化性能的雙金屬納米晶體。
納米催化學術QQ群：256363607Mingkai Liu, et al, Twin-Directed Deposition of Pt on Pd Icosahedral Nanocrystals for Catalysts with Enhanced Activity and Durability toward Oxygen Reduction, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00007https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00007
7. Nano Letters：金屬輔助化學蝕刻中用氧化物代替金屬用于通過溶液處理直接制造硅納米線
金屬輔助化學蝕刻（MACE）已經成為制造具有高縱橫比納米結構的有效方法。該方法通常需要由金屬組成的催化掩模。近日，法國索邦大學Marco Faustini報道了引入了氧化物輔助化學蝕刻（OACE），其中金屬掩模被氧化物替代。1）研究人員利用“溶膠-凝膠法（Sol?Gel Process）”直接從溶液中沉積得到了RuO2和IrO2納米薄膜。采用原位橢偏儀、掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和X射線光電子能譜（XPS）表征了氧化層的形貌和成分演變。2）研究人員通過將電催化中使用的材料轉移到納米制造中，使用RuO2和IrO2等金屬氧化物進行蝕刻。這些氧化物通過溶液處理表現出類金屬MACE功能。3）研究人員通過直接納米壓印光刻或嵌段共聚物光刻從化學溶液大規模地獲得納米圖案化的氧化物。然后通過具有成本效益的溶液處理工藝，以低于20 nm的尺寸獲得了高縱橫比的硅納米結構。與MACE相比，制造步驟減少了一半。總體而言，OACE有望激發其他材料輔助的化學蝕刻的基礎研究，為器件制造提供新的可能性。
Maxime Gayrard, et al, Replacing Metals with Oxides in Metal-Assisted Chemical Etching Enables Direct Fabrication of Silicon Nanowires by Solution Processing, Nano Lett., 2021DOI：10.1021/acs.nanolett.1c00178https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00178
8. EES: 揭示有缺陷的納米結構表面及其對鈣鈦礦固有穩定性的影響
金屬鹵化物鈣鈦礦（MHP）的不穩定性仍然是鈣鈦礦太陽能電池商業化的主要障礙之一。美國北卡教堂山大學黃勁松等人觀察到，通過溶液沉積方法沉積的多晶膜中的表觀單晶表面上的納米晶體和一些非晶相，這加速了MHP的降解。1）通過機械拋光除去有缺陷的表面層，鈣鈦礦薄膜的穩定性得到顯著提高。經過拋光的MHP封裝的太陽能電池在1個太陽強度和65°C的紫外線輻射下連續照明2180小時后，仍保持93％的初始效率。2）去除有缺陷的表面層可以使機械硬度恢復到與單晶相當的水平，從而可以抑制離子遷移和有害物質滲透到鈣鈦礦顆粒中。這項研究縮小了MHP多晶膜和單晶鈣鈦礦之間的穩定性差距。
光電器件學術QQ群：474948391
Yuze Lin et al. Revealing defective nanostructured surfaces and their impact on the intrinsic stability of hybrid perovskites，Energy & Environmental Science，2021.https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d1ee00116g#!divAbstract
9. AM綜述：高能量密度柔性鋰電池的研究進展
柔性鋰電池（FLBs）可以集成到柔性和可穿戴電子產品用于供電。其不僅通過充分利用可用空間來提高能量容量，而且還革命性地改變了未來器件設計的外形因素。迄今為止，如何同時獲得高能量密度和良好的機械柔性是FLBs發展面臨的主要挑戰。有鑒于此，香港理工大學鄭子劍教授對面向高能量密度和優異機械柔韌性的FLBs的研究進行了批判性總結。1）作者首先總結了用以滿足柔性和可穿戴電子產品工業應用基本要求的FLBs標準。2）在此基礎上，作者總結了實現FLBs柔性的策略，并重點總結了一些典型研究報道。并提出一個靈活的電池圖來評估FLBs的性能以及實驗室規模的電池對工業應用的適用性。3）作者總結了材料和電池設計原理，以同時實現FLBs的高柔性和高能量密度。4）作者最后總結了FLBs的其他重要問題，包括循環穩定性和安全性。
電池學術QQ群：924176072
Jian Chang, et al, Pathways of Developing High-Energy-Density Flexible Lithium Batteries, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202004419https://doi.org/10.1002/adma.202004419
10. AM: 氮摻雜納米多孔碳的有序大孔超結構負載超細Ru納米團簇，可實現高效析氫反應
電化學析氫反應（HER）是一種極具吸引力的大規模制氫技術。釕基材料是一種很有前途的電催化劑，因為它與Pt相比與氫具有相似的結合強度，但成本比鉑催化劑低得多。有鑒于此，中國科學院福建物質結構研究所朱起龍研究員和日本產業技術綜合研究所徐強教授等人，精心設計和制造了一種高效的電催化微/納米反應器，其超細Ru NCs固定在N摻雜納米多孔碳的有序大孔超結構上（Ru / OMSNNC），可在整個pH范圍內實現高效HER。1）通過雙溶劑誘導的異質成核方法開發了具有分散的Ru（III）離子的ZIF-8的有序大孔單晶，稱為Ru（III）/MSC-ZIF-8，作為MOF前體。熱穩定性可避免MOF骨架在高溫碳化過程中崩潰，從而改善了N摻雜有序大孔超結構的獲取途徑。Ru（III）/MSC-ZIF-8熱裂解后，Ru/OMSNNC微米/納米反應器顯示出N摻雜納米多孔碳壁的高度有序的大孔超結構，其中亞2 nm的Ru NCs均勻分布在墻壁。2）鑒于先進的結構特征，包括有效的質量傳輸和位點可及性，超細Ru NC的均勻分散和高網絡電導率，Ru/OMSNNC微型/納米反應器在各種pH介質中實現了空前的HER性能，與商業化的Pt/C相比具有更高的質量活性，性能超過41倍。3）值得注意的是，在堿性溶液中，HER的過電位僅為13 mV@10 mA cm?2,Tafel斜率低至40.41 mV dec?1,25 mV時的周轉頻率為1.6 H2 s?1，大大優于Pt/C。此外，在實際的整體堿性水分解過程中，制氫速率幾乎是Pt/C的兩倍。太陽能制氫系統也被證明可以進一步推廣應用。總之，該工作為開發形貌可控、性能優良的先進電催化微/納米反應器提供了新的途徑。
電催化學術QQ群：740997841
Yu‐Lin Wu et al. Ordered Macroporous Superstructure of Nitrogen‐Doped Nanoporous Carbon Implanted with Ultrafine Ru Nanoclusters for Efficient pH‐Universal Hydrogen Evolution Reaction. Advanced Materials, 2021.DOI: 10.1002/adma.202006965https://doi.org/10.1002/adma.202006965
11. AM: 通過調節電化學系統中的水合熵，實現有效地低品位熱量收集
收集低品位熱量（<100°c）是有希望的，但是由于缺乏高效，低成本的系統而使其應用受到阻礙。熱再生電化學循環（trec）是一種具有高能量轉換效率的潛在替代系統。有鑒于此，< span="">南洋理工大學Seok Woo Lee等人，通過調節電化學反應的水合熵來研究作為TREC中關鍵因素的溫度系數（α）。1）研究和探索了TREC中α的決定因素之一，即水合熵。ΔSit取決于反應過程中離子轉移的過程，可以通過改變給定PBA材料的水合熵來調節。陽離子的初始水合狀態程度與其陽離子大小，電荷和濃度密切相關。2）觀察到六氰合鐵酸銅（CuHCFe）中的α隨不同一價陽離子（Na+，K+，Rb+和Cs+）的摻入而變化，并且在Rb+體系中發現了較大的α值為-1.004 mV K-1。3）考慮到實際應用，構造了一個用于低級別熱量收集的全電池。當TREC在10~50°C之間運行時，所得ηe為4.34％，如果考慮50％的換熱，則進一步達到6.21％。這種效率相當于卡諾效率的50%，這被認為是低級別集熱系統中最高的ηe。總之，該工作提供了對TREC機制的基本理解，并且證明了高效的系統為低品位熱量收集鋪平了道路。
Caitian Gao et al. Efficient Low‐Grade Heat Harvesting Enabled by Tuning the Hydration Entropy in an Electrochemical System. Advanced Materials, 2021.DOI: 10.1002/adma.202004717https://doi.org/10.1002/adma.202004717
12. AFM: 設計用于電化學水分解的高價金屬位點
電化學水分解是生產清潔，可持續的氫氣的關鍵能量轉化過程。該方法依賴于低成本，高活性和持久的析氧反應/析氫反應電催化劑。金屬陽離子（包括過渡金屬和貴金屬陽離子），特別是具有高催化活性并可作為電化學過程中主要活性位點的高價金屬陽離子，因此在開發電催化劑方面受到了特別的關注。有鑒于此，南京工業大學邵宗平教授和周嵬教授等人，介紹了基于高價金屬位點的非均相電催化劑設計策略，并總結了用于水分解的相關材料。1）重點討論了高價金屬位點，相/電子/缺陷結構的調制以及性能改進策略。特別是，強調了在電化學過程中使用先進的原位技術跟蹤真正的高價金屬基活性位點的重要性。還提出了研究中存在的問題和未來的研究方向。2）高效的OER/HER電催化劑在水分解技術（作為氫能源生產的一種手段）中得到廣泛應用。高價過渡金屬基體系作為提高過渡金屬基和貴金屬基電催化劑對OER和/或HER的催化效率的有效策略，已引起了人們的極大興趣。綜述了貴金屬、鈷金屬、鎳金屬、鐵金屬、早期過渡金屬和非3d過渡金屬基電催化劑在水分解中的最新研究成果和認識。此外，還強調了含有高價金屬位點的表面活性組分在電化學過程中由結構的自重構產生的影響。盡管高價金屬位電催化劑的研究取得了廣泛的進展，但這些催化劑的效率仍有很大的提高空間。3）非3d過渡金屬還是能量轉換和存儲系統中涉及的其他關鍵反應（例如N2RR）的活性位點。各種固氮酶中的過渡金屬中心（主要是Fe和Mo）是自然環境中固定N2的活性中心。受此啟發，Mo基納米材料作為N2RR的電催化劑受到了廣泛關注。W基納米材料的結構類似于Mo，并且已經成為HER的優良電催化劑。因此，高價的W衍生材料有望對N2RR表現出優異的催化活性。總之，該工作對含高價金屬位點的電催化劑進行了全面的探討，希望對進一步探索用于水分解和其他與能源相關的反應的高級電催化劑具有指導意義。
電催化學術QQ群：740997841
Hainan Sun et al. Designing High‐Valence Metal Sites for Electrochemical Water Splitting. Advanced Functional Materials, 2021.DOI: 10.1002/adfm.202009779https://doi.org/10.1002/adfm.202009779
