1. Chem. Soc. Rev.: 輕烷烴中C–H鍵活化的理論研究進展
烷烴是天然氣和原油的主要成分，也是化學工業的原料。C-H鍵的高效選擇性活化可以將大量低成本的碳氫化合物原料轉化為高附加值的產品。由于全球對輕烯烴及其相應聚合物以及合成氣和氫氣生產的需求不斷增長，輕烷烴的C–H鍵活化已引起廣泛關注。通過密度泛函理論（DFT）和微動力學模型對輕烴中C–H鍵活化的理論理解提供了一種可行的方法，可以深入了解設計更有效的催化劑以促進輕烷烴轉化的過程提供指導。有鑒于此，挪威科技大學陳德院士和華東理工大學朱貽安教授等人，綜述了近年來輕烷烴的C–H鍵活化的計算催化的研究進展。1）從甲烷的直接和氧化C-H鍵活化開始，重點放在從DFT輔助的蒸汽和干重整微觀動力學分析中獲得的動力學和機理見解，以及對金屬/氧化物表面和納米顆粒大小的部分氧化依賴。2）隨后回顧了各種金屬和氧化物表面上乙烷和丙烷的C–H鍵的直接和氧化活化，包括活性位的闡明，有趣的機理，微觀動力學模型以及乙烷和丙烷轉化過程的電子特征，重點是抑制副反應和積碳的形成。總之，該工作對輕鏈烷烴的C-H鍵活化提供了基本的見解，為今后研究中催化劑的優化提供了有用的指導。
Yalan Wang, et al. C–H bond activation in light alkanes: a theoretical perspective. Chem. Soc. Rev., 2021.https://doi.org/10.1039/D0CS01262A
2. Joule: 添加劑誘導的分子相互作用提高鈣鈦礦發光二極管工作穩定性
盡管鈣鈦礦發光二極管（PeLED）的效率和亮度得到了快速提高，但是較差的工作穩定性仍然是阻礙其實際應用的關鍵挑戰。林雪平大學Sai Bai和Feng Gao等人通過將二羧酸摻入鈣鈦礦的前軀體中，可以大大提高高效PeLED的工作穩定性。1）研究人員揭示了二羧酸通過原位酰胺化過程有效地消除了鈣鈦礦發光層中的反應性有機成分，該過程由堿性氧化鋅底物催化進行的。2）形成的穩定酰胺可防止鈣鈦礦與下面的電荷注入層之間的負面反應，穩定鈣鈦礦和界面接觸并確保所得PeLED的出色操作穩定性。通過合理優化鈣鈦礦發光層中的酰胺化反應，研究人員獲得了效率高的PeLED，外量子效率為18.6％，在20 mA cm-2下的半衰期可達682 h，這是PeLED領域的的重要突破。
光電器件學術QQ群：474948391Chaoyang Kuang, et al. Critical role of additive-induced molecular interaction on the operational stability of perovskite light-emitting diodes, Joule, 2021.DOI: 10.1016/j.joule.2021.01.003https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435121000039#!
3. Nano Letters：Se摻雜的 CNTs負載的超穩定FeCo雙功能電催化劑用于液態和柔性全固態可充電Zn-空氣電池
可充電Zn-空氣電池作為一種環境友好型可持續的能源技術已經得到了廣泛的研究。但是，開發具有高氧還原以及析氧反應（ORR和OER）活性和優異耐久性的非貴金屬雙功能催化劑仍然是一個挑戰，這無疑限制了可充電Zn-空氣電池的大規模應用。有鑒于此，西北工業大學黃維院士， Yunhu Han報道了采用重力引導化學氣相沉積（CVD）方法制備了一種具有優異ORR和OER催化活性和穩定性的Se摻雜的 CNTs基FeCo雙功能催化劑（FeCo/Se-CNT）。1）所制備的FeCo/Se-CNT催化劑不僅具有優異的ORR和OER性能（E1/2=0.9 V，10 mA cm?2下的過電位為340 mV），而且在30 K ADT循環后具有良好的耐久性。同時，在0.1 M KOH介質中的電位差（ΔE）僅為0.75V，表明該催化劑具有顯著的雙功能電催化活性。2）鑒于FeCo/Se-CNT催化劑優異的雙功能氧電催化活性，研究人員研究了將FeCo/Se-CNT催化劑作為空氣陰極自組裝成液態和柔性全固態可充電Zn?空氣電池的應用潛力。實驗結果顯示，液態可充電Zn?空氣電池的開路電壓（OCV）達到1.543 V，峰值功率密度為173.4 mW cm?2。此外，開發的柔性全固態可充電Zn?空氣電池還具有1.405 V的優異OCV和37.5mW cm?2的峰值功率密度。同時液態和柔性全固態可充電Zn?空氣電池均具有出色的充放電穩定性。
電池學術QQ群：924176072Hongwei Zhang, et al, Ultrastable FeCo Bifunctional Electrocatalyst on Se-Doped CNTs for Liquid and Flexible All-Solid-State Rechargeable Zn?Air Batteries, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00077https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00077
4. Nano Energy：鋰離子電池正極材料LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2的熱失控機理
電池安全是鋰離子電池應用的關鍵，特別是高能量密度電池在電動汽車中的應用。近日，清華大學歐陽明高院士，Xuning Feng，Li Wang報道了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2基鋰離子電池的熱失控機理。揭示了正極與可燃電解質的反應是引發熱失控事故的導火索。1）研究人員通過差示掃描量熱儀（DSC）對電池組件進行測試，解耦了熱失控的材料組成。同步輻射X射線衍射（HRXRD）和原位加熱透射電子顯微鏡（TEM）表征結果顯示，釋放出的氧物種（O2, O2-和O-等）引發了放熱反應。高活性氧的脈沖與電解質快速反應，并伴隨著釋放出大量的熱，從而加速了帶電正極的相變。因此，電解質對正極的熱穩定性有負面影響，其有利于正極相變和放氧。2）通過驗證性實驗，研究人員驗證了負離子受體可捕獲高活性氧物種，從而抑制了帶電正極的相變。這項工作闡明了LiNi0.8Co0.1Mn0.1基鋰離子電池的熱失控機理，為高能量密度和高安全性的電池化學研究指明了方向。
電池學術QQ群：924176072Yan Li, et al, Thermal runaway mechanism of lithium-ion battery with LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 cathode materials, Nano Energy, (2020)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.105878https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105878
5. Nano Energy: 用于納米振動驅動骨再生的Janus 3D打印動態支架
硅是電池負極的熱門候選材料，因為它的理論儲存容量幾乎是石墨的十倍。體積膨脹和動力學限制要求硅以顆粒、線或薄膜形式結構化。仍然困擾研究人員的一個特征是固體電解質界面(SEI)。在此，德國斯圖加特大學Guido Schmitz團隊使用電化學石英晶體微天平(QCM)來檢測硅薄膜上的SEI膜的原位自組裝形成。1）在循環伏安測試過程中，使用石英晶體微天平法研究硅負極；2）使用石英晶體微天平法測試的SEI膜厚度和透射電鏡測試結果一致；3）電化學石英晶體微天平測量的質量變化，分為代表電池功能的可逆部分和歸因于連續SEI形成的不可逆部分，后者的評估量化了SEI生長與循環窗口、倍率和負極厚度的關系。對倍率和膜厚度的依賴性表明，Li2O是由自限制、場驅動層生長形成的；4）更引人注目的是可逆部分，先進的QCM質譜能夠識別吸附/脫附的物種。令人驚訝的是，一半的電池儲存不是由于鋰化，而是由于Li2O可逆地吸附到SEI層。
Tobias Kohler, Efi Hadjixenophontos, Yug Joshi, Ke Wang, Guido Schmitz, Reversible oxide formation during cycling of Si anodes, Nano Energy, 2021.DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105886https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105886
6. Nano Letters：超聲增強線粒體鈣離子超載以誘導免疫原性細胞死亡
免疫原性細胞死亡(ICD)是一種能夠觸發抗腫瘤免疫響應的腫瘤細胞死亡方式，其作為一種有效的協同腫瘤免疫治療方式而研究者的到了廣泛關注。盡管許多研究表明鈣離子(Ca2+)納米調節劑可通過線粒體Ca2+超載以用于癌癥治療，但其誘導ICD的特性還尚未被研究。中科院長春應化所陳學思院士和丁建勛副研究員利用一鍋法制備了一種對酸敏感、聚乙二醇修飾的、含有姜黃素(CUR;Ca2+增強劑)的碳酸鈣(CaCO3)納米顆粒PEGCaCUR。1）PEGCaCUR不僅作為Ca2+納米調節劑以誘導有效的線粒體Ca2+超載，而且其在改善協同癌癥治療的過程中可作為ICD誘導劑。2）實驗結果表明，將PEGCaCUR與超聲(US)相結合后可以導致增強的線粒體Ca2+超載的ICD效應，并隨后上調活性氧水平。同時，PEGCaCUR還可用于光聲/熒光雙模態成像，有效抑制腫瘤的生長和轉移，具有良好的治療性能。
生物醫藥學術QQ群：1033214008Pan Zheng. et al. Ultrasound-Augmented Mitochondrial Calcium Ion Overload by Calcium Nanomodulator to Induce Immunogenic Cell Death. Nano Letters. 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04778https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c04778
7. Nano Letters：具有非對稱潤濕屏障的仿生二維結構用于水下單向長距離氣泡輸送
長期以來，液體中的氣泡控制一直是一個令人關注的問題，它們在各種與氣體相關的領域中發揮著至關重要的作用。針對以往研究工作在長距離氣體輸送方面的不足，受豬籠草蠕動孔上的山脊狀結構的啟發，北京航空航天大學于存明副教授，北京理工大學Fengmin Jiang首次提出了一種具有非對稱疏水屏障的豬籠草二維超嗜氣（superaerophilic）表面（NATS），并利用有限元模擬和高速光學相機測試了NATS在水下對氣泡的長距離傳輸和可控操縱的能力。1）研究發現，在NATS的單個單元上，氣泡傾向于均勻地散布在超嗜氣表面，直到它們與不對稱的疏氣屏障接觸。2）有限元模擬表明，氣泡與疏氣屏障之間的三相接觸線(TCL)長度不同，會產生不對稱的鋪展阻力。因此，氣泡傾向于沿著線性圖案的傾斜方向擴散，從而調節水下氣泡的行為。3）研究人員設計了一種集成NATS的柔性電極，實現了氫氣氣泡的定向連續輸送。因此，NATS設計為氣泡操縱提供了一種潛在的解決方案，并為水下遠距離天然氣輸送提供了一種簡單、自適應和可靠的策略。
二維材料學術QQ群：1049353403Xiao Xiao, et al, Bioinspired Two-Dimensional Structure with Asymmetric Wettability Barriers for Unidirectional and Long-Distance Gas Bubble Delivery Underwater, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04814https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04814
8. Angew：多孔配位聚合物中的主客體相互作用調節用于CO2/C2H2反向選擇性分離
通過簡單的孔修飾來控制氣體吸附在分子識別和工業分離過程具有重要意義。這其中，通過降低對高親和力氣體的吸附而增加對低親和力氣體的吸附的反向選擇性極具挑戰性。近日，日本京都大學Susumu Kitagawa，同濟大學李風亭教授報道了一種提高多孔配位聚合物（PCPs）中CO2/C2H2選擇性的“相反作用”策略。1）使用氨基作為額外的相互作用位點的通道孔的精確空間設計可以在抑制C2H2吸附的同時協同增加對CO2的吸附。2）基于此策略，合成了兩種同構的新型超微孔PCP物理吸附劑。其在298 K時表現出最高的CO2吸收率和CO2/C2H2體積吸收率。同時，通過密度泛函理論（DFT）計算揭示了這種特定選擇性機制。3）兩種PCP具有突破性的分離性能以及出色的穩定性和可回收性，因而成為從CO2/C2H2混合物中純化C2H2的重要吸附劑材料。
Yifan Gu, et al, Host-guest Interaction Modulation in Porous Coordination Polymers for Inverse Selective CO2/C2H2Separation, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202016673https://doi.org/10.1002/anie.202016673
9. Angew：有機電解質中基于大孔的電荷存儲助力高性能鋅基混合超級電容器
水系鋅基超級電容器正引起人們的廣泛關注。然而，已報道的大多數長壽命和高功率性能水系鋅基超級電容器均具有低鋅利用率(<0.6%)和低負載量(<2 mg cm-2)。此外，許多具有高能密度的電容器通常不考慮鋅負極的質量。近日，復旦大學王永剛教授報道了一種以金屬有機骨架衍生多孔炭（MOF-PC）為正極，含三氟甲磺酸鋅（Zn-TFMS）的有機N，N-二甲基甲酰胺(DMF)為電解質的Zn基混合超級電容器。1）電解質中的Zn2+-DMF復合物可以促進平穩Zn沉積，從而實現無枝晶的鍍Zn/剝離過程，而電解質的非質子性可以避免有害的析氫問題。同時，通過原位衰減全反射-傅立葉變換紅外（ATR-FTIR）分析，研究人員揭示了MOF-PC電極的電荷存儲主要涉及陰離子和陽離子在大孔中的吸附/交換。2）實驗結果顯示，MOF-PC電極具有高電容保持率（大約69％），并且質量負荷從1 mg cm-2增加到40 mg cm-2。此外，MOF-PC//Zn超級電容器具有9000個循環（1 A g-1）的長壽命，正極上的高質量負載（10 mg cm-2）和Zn利用率高達2.2％，大約是先前所報道的三倍。當質量負載增加到40 mg cm-2時，超級電容器的能量密度可以達到25.9 W h kg-1（基于負極和正極的總質量）。此外，得益于DMF的高沸點和低凝固點，這種混合超級電容器可在-65至100 ℃寬溫度范圍內穩定工作。
Xuan Qiu, et al, Towards High Performance Zn-based Hybrid Supercapacitor via Macropores-based Charge Storage in Organic Electrolyte, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202014766https://doi.org/10.1002/anie.202014766
10. AM: 石墨烯負載的單原子催化劑能夠實現MoS2和Mo/Na2S之間的高效可逆轉化
由于其相對較高的容量和固有的安全性，基于轉化型金屬硫化物（MS）陽極的鈉離子電池（SIB）引起了人們的極大關注。M/Na2S向原始帶電荷金屬硫化物的高度可逆轉化在電化學性能方面起著至關重要的作用。有鑒于此，清華大學成會明院士、周光敏副教授和北京航空航天大學張千帆、科廷大學蔣三平教授等人，以傳統的MoS2為例，在理論模擬的指導下，選擇了氮摻雜石墨烯（SAFe @ NG）上的鐵單原子催化劑，并首次將其作為襯底，以促進MoS2放電過程中的反應動力學。1）以MoS2為例，提出并證明了SAM'@NG是一種有前途的催化劑，可以改善Na+插入和萃取時的轉化反應動力學。首先，采用理論模擬的方法，篩選出SAM'@NG中最有前途的過渡金屬單原子。2）因此，通過SAFe@NG催化劑能夠進行有效的可逆轉化反應MoS2?NaMoS2?Mo/Na2S。在接下來的充電過程中，利用光譜學和顯微鏡相結合的方法，證明SAFe@NG催化劑能夠實現Mo/Na2S→NaMoS2→MoS2的高效可逆轉化反應。3）此外，理論模擬表明，可逆轉化機理顯示出良好的形成能壘和反應動力學，其中SAFe@NG具有Fe-N4配位中心，有利于Na2S/Mo的均勻分散和Na2S和NaMoS2的分解。總之，該工作為設計具有高效可逆機制的轉換型材料提供了新的途徑。
納米催化學術QQ群：256363607Biao Chen et al. Efficient Reversible Conversion between MoS2 and Mo/Na2S Enabled by Graphene‐Supported Single Atom Catalysts. Advanced Materials, 2021.DOI: 10.1002/adma.202007090https://doi.org/10.1002/adma.202007090
11. AM: 效率超過18％，逐層加工助力高效有機太陽能電池
長期以來，獲得活性層的微調形態以促進電荷產生和電荷提取一直是有機光伏（OPV）領域的目標。浙江大學Lijian Zuo，Hongzheng Chen和香港中文大學Xinhui Lu等人報道了一種通過將逐層（LbL）過程和三元策略協同結合來解決上述挑戰的解決方案。1）通過向PM6：BO-4Cl的二元供體：受體主體中添加混溶性較低的非對稱電子受體BTP-S2，可以形成垂直相分布。經過LbL處理后，在OPV中供體富集在負極具有而受體富集在正極。2）相比之下，基于PM6：BO-4Cl的LbL型二元OPV仍顯示出類似形態的本體異質結。垂直相分布的形成不僅可以減少電荷復合，而且可以促進電荷收集，從而增強LbL型三元OPV的光電流和填充因子。3）因此，LbL型三元OPV的最佳效率為18.16％（經認證：17.8％），是迄今為止報道的OPV的最高值之一。這項工作為實現具有預期形態的高效OPV提供了一種簡便有效的方法，并證明了從目前的實驗室研究到未來的工業生產，LbL型三元策略是制造OPV器件的有希望的途徑。
Zhan, L., Layer‐by‐Layer Processed Ternary Organic Photovoltaics with Efficiency over 18%. Adv. Mater. 2021, 2007231.DOI：10.1002/adma.202007231https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202007231
12. AFM：石墨二炔超薄納米片用于高效水分解
石墨二炔（GDY）是一種新興的二維碳材料，具有獨特的結構和性能。在GDY表面上生長異質材料用于高效的能源利用極具吸引力。近日，中科院化學研究所李玉良院士，香港理工大學黃勃龍教授，山東大學薛玉瑞教授首次報道了一種在GDY上高度可控地合成超薄2D 電荷轉移（CT）納米片的簡單方法。1）研究人員在GDY襯底上生長出由鎳和對苯二甲酸組成的自支撐超薄CT納米片（CTNS/GDY）。作為定向超薄CT納米片生長的起點，Ni原子可以均勻而牢固地錨定在GDY上。樣品的形貌的SEM、TEM和AFM系統表征結果顯示，生長在GDY上的超薄CT納米片具有超薄的2D形貌，納米粒子尺寸約為2.75 nm，GDY的晶格間距為0.365 nm，納米粒子的晶格間距為0.146 nm。GDY納米片的厚度約為1.3 nm，而生長在GDY上的CTNs納米片的厚度約為4.20 nm。2）實驗結果顯示，CTNS/GDY催化劑具有創紀錄的析氧反應活性，在堿性電解液中的過電位僅為155 mV，電流密度為10 mA cm?2。密度泛函理論（DFT）計算表明，GDY-CT異質界面的強p-d耦合效應增強了其整體電子活性，從而導致了快速可逆的氧化還原轉換，且電子轉移勢壘較低。實驗表征結果顯示，GDY在調節形態和電子結構以提高OER速率中具有關鍵作用。這些發現有望有助于設計更高效的催化劑，以實現高效的氫能技術。
電催化學術QQ群：740997841Yuxin Liu, et al, Graphdiyne Ultrathin Nanosheets for Efficient Water Splitting, Adv. Funct. Mater. 2021DOI: 10.1002/adfm.202010112https://doi.org/10.1002/adfm.202010112
