1. Nature Communications：相促進的金屬-有機骨架同質結用于高選擇性CO2光還原
將清潔太陽能轉化為化學燃料是金屬有機骨架（MOFs）最有前途的新興應用領域之一。然而，MOFs中光生載流子的快速復合仍然是其光催化應用的最大障礙。盡管構造同質結是一個有前途的解決方案，但其合成仍然非常具有挑戰性。近日，加拿大國立科學研究院（INRS）Dongling Ma報道了一種“過渡金屬NPs導向的MOF生長”過程，以構建具有精準結構的MOF NPs基同質結，用于可見光光催化CO2還原。1）所制備的MOF同質結由兩個（001）面堆疊在一起的納米板組成，較小的納米板部分嵌入到較大的納米板中以形成可靠的同質結界面。這兩個組成的納米板具有略有不同的化學成分和晶體結構，從而具有不同的能級2）由于形成了層次化MOF NPs的獨特同質結，與單個納米板的情況相比，該Janus結構可以在可見光催化下將水中的CO2還原為CO，增強因子為2.5。在連續光催化反應過程中，該MOF NPs催化劑具有超過22 h的優異穩定性。最重要的是，所制備的MOF具有高CO選擇性（約100%）。3）研究人員利用SPVM原位監測了單個MOF納米堆棧中光生電荷的流動方向，揭示了同質結的形成可顯著提高電荷分離。此外，時間分辨FL壽命和電化學阻抗測試揭示了快速的光生載流子分離。MOF NPs同質結的構建是一種將MOF應用于其他光催化和電催化反應（如水分解和固氮）的極有前途的途徑。
光催化學術QQ群：927909706Liu, Y., Chen, C., Valdez, J. et al. Phase-enabled metal-organic framework homojunction for highly selective CO2 photoreduction. Nat Commun 12, 1231 (2021).DOI：10.1038/s41467-021-21401-2https://doi.org/10.1038/s41467-021-21401-2
2. Nature Communications：一種穩定性正極-固體電解質復合材料用于高電壓、長循環壽命固態鈉離子電池
可充電固態鈉離子電池（SSSBs）為實現更安全、更高能量密度的儲能技術帶來了巨大的希望。然而，目前硫化物基固體電解質與高壓氧化物正極之間電化學穩定性較差，嚴重限制了其長期循環性能和實用性。近日，加州大學圣地亞哥分校Shyue Ping Ong，孟穎教授，加州大學圣巴巴拉分校Rapha?le J. Clément報道了一種離子導體Na3-xY1-xZrxCl6（NYZC），其既具有電化學穩定性（高達3.8V vs.Na/Na+），同時又與氧化物正極實現了化學兼容性。1）得益于其豐富的Na空位和MCl6的協同旋轉，導致了極低的界面阻抗，NYZC的室溫離子電導率高達6.6×10-5 S cm-1，比氧化物涂層高出幾個數量級。2）由NaCrO2+NYZC復合正極、Na3PS4電解質和Na-Sn負極組成的SSSBs在室溫下具有97.1%的首次循環庫侖效率，在40 °C下可以循環1000次，容量保持率為89.3%。研究結果突出了鹵化物在SSSBs中的巨大應用潛力。
電池學術QQ群：924176072Wu, E.A., Banerjee, S., Tang, H. et al. A stable cathode-solid electrolyte composite for high-voltage, long-cycle-life solid-state sodium-ion batteries. Nat Commun 12, 1256 (2021).10.1038/s41467-021-21488-7https://doi.org/10.1038/s41467-021-21488-7
3. Nature Communications：準二維鈣鈦礦LED效率>20%
近年來，基于三維（3D）鈣鈦礦薄膜的鈣鈦礦發光二極管（PeLEDs）取得了巨大的進展，但它們的整體電致發光（EL）性能仍然落后于最先進的有機LED和無機量子點LED。其固有的小激子結合能和較長的擴散長度導致電子-空穴捕獲速率較慢，使得3D鈣鈦礦中輻射復合效率低，本質上不利于高發光效率。而準二維鈣鈦礦（R2An-1MnX3n+1）提供了更大的激子結合能和更低的離子遷移速率，使它們成為更有前途的發光材料。然而，在能量轉移過程中存在嚴重的非輻射復合，限制了其電致發光性能。首先，具有不同程度的量子限域效應和介電限域效應的低維相的隨機堆疊，導致其能量域分布不均勻。尤其小n相（n ≤ 3）由于形成能較低而極易生成，過多的小n相導致向大n相的能量轉移效率低下。此外，晶格缺陷和量子限域效應導致的帶隙展寬引起的缺陷態在能量轉移過程中捕獲載流子，降低薄膜的發光效率。提高能量轉移效率是最大化發揮準二維鈣鈦礦電致發光潛力的關鍵。有鑒于此，上海大學楊緒勇教授和香港城市大學Andrey L. Rogach教授團隊利用甲磺酸鹽（MeS）添加劑，通過重構結構和減少缺陷態來平滑能量轉移路徑。MeS和鈣鈦礦中的長鏈有機氨基離子BA之間強的氫鍵作用有效地調控鈣鈦礦薄膜的結晶動力學，導致具有窄帶隙量子阱的大n相比例增加。同時，MeS與鈣鈦礦表面未配位的Pb2+形成路易斯酸堿加合物，降低Pb2+缺陷態密度。因此，有效地提高了準二維鈣鈦礦薄膜的能量轉移效率，并構筑了器件外部量子效率大于20%的準二維PeLED。2021年02月23日，相關成果以題為“Smoothing the energy transfer pathway in quasi-2D perovskite films using methanesulfonate leads to highly efficient light-emitting devices”的文章在線發表在Nature Communications上。
光電器件學術QQ群：474948391
Kong, L., Zhang, X., Li, Y. et al. Smoothing the energy transfer pathway in quasi-2D perovskite films using methanesulfonate leads to highly efficient light-emitting devices. Nat Commun 12, 1246 (2021).DOI:10.1038/s41467-021-21522-8https://doi.org/10.1038/s41467-021-21522-8
4. Chem. Soc. Rev.綜述：鉿（Hf）和鈰（Ce(IV)）金屬有機骨架的化學研究和應用進展
有機連接配體與金屬簇的配位連接形成了金屬有機骨架（MOFs），其中金屬簇和配體以周期性方式在空間上纏繞在一起。具有不同長度和官能團的可調節配體的大量使用，使得MOFs具有從幾埃到納米的強大分子孔隙率。在MOF的大家族中，Hf基MOFs因其獨特而突出的化學、熱穩定性、機械穩定性和酸性等優點，在實際應用中具有廣闊的應用前景。此外，自2015年首次發現四價鈰[Ce(IV)]以來，人們發現，其能夠形成與Zr和Hf相似的拓撲MOF結構。迄今為止，人們已經報道了大約40個Ce(IV)-MOFs，其中60%具有UiO-66型結構。近日，新加坡國立大學趙丹教授，Zhigang Hu對Hf/Ce(IV)-MOF的化學、獨特性、合成和應用進行了全面的綜述，重點總結了Hf/Ce(IV)-MOF的簇合物、拓撲結構、配體結構、合成策略和實際應用等方面的研究進展。1）作者首先通過幾個典型的研究案例詳細闡明了Hf/Ce(IV)-團簇的配體連接性，以及它們是如何構建形成不同拓撲結構的Hf/Ce(IV)-MOFs。2）作者接下來從化學/熱/機械穩定性、Lewis/Br?nsted酸性和氧化還原/光催化活性等方面系統總結了Hf(IV)和Ce(IV)基MOFs的優點。3）作者對目前設計和合成Hf和Ce(IV) 基MOFs的策略進行了合理化，并提供了一些通用的的合成指導，此外還對其缺陷工程進行了詳細總結。4）作者總結Hf和Ce(IV) 基MOFs在氣體和液體分離，非均相催化，生物醫學處理，化學傳感和壓電/鐵電器件中的主要應用進展。5）作者最后展望了Hf/Ce(IV)-MOFs未來的發展前景，包括Hf/Ce(IV)-團簇的功能設計、缺陷工程以及膜開發、多種催化反應、輻射吸收在核廢物處理、水生產和廢水處理等方面的應用。
多孔材料學術QQ群：813094255Zhigang Hu, et al, The chemistry and applications of hafnium and cerium(IV) metal–organic frameworks, Chem. Soc. Rev., 2021https://doi.org/10.1039/d0cs00920b
5. Matter: 氣液固合成鹵化物鈣鈦礦厚膜用于直接轉換X射線檢測器
醫用X射線計算機斷層掃描需要低劑量率和大面積成像。鹵化物鈣鈦礦已顯示出X射線檢測的巨大潛力，但迫切的挑戰是當前缺乏大規模生產高質量厚鈣鈦礦膜的低成本方法。北京大學深圳研究生院楊世和，Shuang Xiao等人通過一種氣溶膠-液體-固體過程，該過程能夠在低溫下連續生長均勻的大面積鹵化物鈣鈦礦薄膜，因此有利于載流子運輸。1）通過精心設計的界面工程和C電極相結合，基于代表性CsPbI2Br薄膜的直接轉換X射線檢測器，實現了前所未有的靈敏度（≥1.48×105 μCGyair-1 cm-2）和低檢測限（ 280 nGyair s-1）。研究人員進一步證明了這些膠片的高分辨率射線照相成像能力。這些結果為鹵化鈣鈦礦在輻射探測器中的大規模應用奠定了基礎。
光電器件學術QQ群：474948391Wei Qian, et al. An aerosol-liquid-solid process for the general synthesis of halide perovskite thick films for direct-conversion X-ray detectorsDOI: 10.1016/j.matt.2021.01.020https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238521000539#!
6. Nano Letters：Operando CO2電還原下產生的電位控制型Cu納米長方體和石墨覆蓋的Cu納米長方體
CO2電還原（CO2RR）是實現可持續燃料生產的一種有前途的策略。Cu是唯一一種能以極高法拉第效率催化CO2RR制碳氫化合物的純金屬。然而，尚未揭示其在Operando CO2RR條件下的動態結構。近日，瑞士洛桑聯邦理工學院Magalí Lingenfelder報道了利用用電化學掃描隧道顯微鏡和拉曼光譜跟蹤了operando下的Cu結構。1）研究人員發現，在沒有有機表面活性劑或鹵化物陰離子的幫助下，多晶Cu表面可以重構形成Cu納米立方體，其大小可以通過極化電位和原位合成所用的時間來控制。2）如果在Cu表面覆蓋一層石墨烯單層，則可以制備出對CO2RR具有更高催化活性的更小Cu立方體。當Cu基催化劑暴露在侵蝕性電化學環境中時，石墨烯保護層軟化了Cu基催化劑遭受的3D形態變化，同時，研究人員能夠跟蹤其動力學粗化過程。這一新的策略有望提高Cu基催化劑的長期穩定性，有望作為最終控制產品選擇性的平臺。
Thanh Hai Phan, et al, Emergence of Potential-Controlled Cu-Nanocuboids and Graphene-Covered Cu-Nanocuboids under Operando CO2 Electroreduction, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04703https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04703
7. Nano Letters：石墨烯在h-BN上的自發折疊生長
石墨烯一直是許多研究的主題，特別是，石墨烯折紙和剪紙術的概念啟發了準三維石墨烯結構的設計，這些結構具有獨特的機械、電子和光學性質。然而，精確控制石墨烯的折疊過程仍然是一個巨大的挑戰。近日，中科大曾長淦教授，韓國漢陽大學Jun-Hyung Cho報道了采用一種簡單的化學氣相沉積（CVD）方法，在h-BN襯底上實現了石墨烯的自發折疊生長。1）研究發現，當石墨烯生長溫度高達1300 °C時，兩層堆疊的石墨烯層會共用一條邊，從而形成折疊邊。2）第一性原理密度泛函理論（DFT）計算表明，折疊邊緣的雙層石墨烯比開放邊緣的雙層石墨烯更穩定。3）利用這種新的生長模式，研究人員最終實現了具有邊緣完全封閉的六角星形雙層石墨烯。這項工作為設計具有新折疊尺寸的石墨烯器件提供了一條有效途徑。
碳材料學術QQ群：485429596Xiaodong Fan, et al, Spontaneous Folding Growth of Graphene on h?BN, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04596https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04596
8. EES：燃料電池M-Nx型ORR催化劑
燃料電池對貴金屬鉑（Pt）催化劑的高度依賴導致的成本、資源不足和耐久性問題阻礙了其商業化進程。因此，開發低成本、高活性、高穩定性的非貴金屬催化劑對于燃料電池走向規模化應用具有重要意義。有鑒于此，中科院長春應化所邢巍研究員，劉長鵬研究員，葛君杰研究員，韓國光州科學技術院Chang Hyuck Choi，全面綜述了燃料電池中的陰極氧還原反應（ORR）M–Nx/C型催化劑的最新研究進展。1）作者首先簡要概述了非貴M-Nx催化劑的ORR反應機理以及與貴金屬Pt基催化劑的差異性，然后總結了熱解型M-Nx催化劑的發展歷史、優勢，密切追蹤了新型單原子和雙原子位點ORR催化劑。2）作者重點對反應機理的研究與活性位點的表征方法進行了詳細的描述，包括STEM、原位與非原位XAS、Mossbauer譜學、STM與化學探針（電化學毒化與CO吸脫附）等手段，對技術原理、可獲得的信息、方法的局限性都進行了系統的總結。3）作者在非貴M-Nx催化劑的在酸堿性環境中的性能差異，穩定性問題，電池和RDE測試差異分別進行了討論，并在展望中提出了可能的解決方案。
電催化學術QQ群：740997841Ergui Luo, Yuyi Chu, et al., Pyrolyzed M–Nx catalysts for oxygen reduction reaction: progress and prospects, Energy Environ. Sci., 2021，DOI: 10.1039/D1EE00142Fhttps://doi.org/10.1039/D1EE00142F
9. AM：介質基板上晶圓級二維半導體MOF膜的面對面生長
目前，大面積2D導電金屬-有機骨架（MOF）薄膜的制備仍然極具挑戰性。近日，受毛細管現象的啟發，中科院化學研究所劉云圻院士，陳建毅研究員報道了一種在絕緣基板上生長2D Cu2(TCPP)（TCPP=meso-tetra(4-carboxyphenyl)卟啉）MOF薄膜的面對面限制生長策略。1）低濃度Cu2+和TCPP的痕量溶液被循環泵入微孔界面，隨后堆疊兩個親水性基板引起的毛細作用力會誘導Cu2+和TCPP的自組裝，從而在-OH功能化絕緣基板上形成表面錨定的Cu2(THPP) MOF薄膜（SURMOFs）。晶圓級Cu2(THPP) MOF薄膜可生長在石英、藍寶石、SiO2/Si等介質基板上，可作為各種電子器件的有源層。2）研究人員利用PXRD、GIWAS、HRAFM和HRCryo-TEM等表征技術，揭示了Cu2(TCPP) MOF薄膜的高晶相。所制備的Cu2(TCPP) MOF薄膜的電導率約為0.007 S·cm-1，比其他羧酸基MOF材料（10-6 S·cm-1）高約4個數量級。3）研究人員利用該生長策略成功合成了其他導電薄膜，如Cu3(HHTP)2、Co3(HHTP)2和Ni3(HHTP)2（HHTP = 2,3,6,7,10,11-triphenylenehexol）, 表明該策略具有廣泛的應用潛力。
二維材料學術QQ群：1049353403Youxing Liu, et al, Face-to-Face Growth of Wafer-Scale 2D Semiconducting MOF Films on Dielectric Substrates, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202007741https://doi.org/10.1002/adma.202007741
10. Nano Energy：硫化物固體電解質/鋰金屬界面上的金屬陽離子摻雜效應
摻雜改性通常用于改善硫化物固體電解質的離子導電性，但其在電解質/鋰（Li）金屬界面的作用尚未得到深入的研究。近日，上海大學張久俊院士，徐毅副教授，Bing Zhao報道了重點研究了在Li7P3S11 （LPS）中摻雜MoS2形成固體電解質，并采用從頭算分子動力學（AIMD）方法成功地預測了Mo在LPS中的摻雜位置。1）研究人員深入分析了Mo摻雜對Li金屬與電解質界面行為的影響。模擬結果表明，添加的較大半徑的Mo4+離子可以轉變為MoS44-，取代P2S74-雙四面體而不是PS43-四面體結構。通過這種方式，摻雜后Li+的活性范圍顯著增加，從而提高了離子電導率。然而，研究人員同樣發現Mo的摻雜加速了Li枝晶的生長，導致Li-Li對稱電池在大電流下快速短路。2）密度泛函理論（DFT）計算表明，Mo元素摻雜可以顯著降低SEI的界面能和Li/電解質界面Li原子的遷移速率，從而加速界面層的增厚和Li枝晶的生長。此外，少量的Li金屬相會導致電荷的積累，進一步加速Li枝晶的生長。3）不同元素（Mo、Zn、Fe、Sn和Si）的摻雜結果表明，臨界電流密度與摻雜元素的電阻率呈正相關，非金屬Si的摻雜不會降低臨界電流密度，反而會增加臨界電流密度。研究工作對固體電解質摻雜劑的選擇和電解質/Li界面SEI的構建具有重要的參考價值。
電池學術QQ群：924176072Zhixuan Wang, Yong Jiang, Juan Wu, Yi Jiang, Wencheng Ma, Yaru Shi, Xiaoyu Liu, Bing Zhao, Yi Xu and Jiujun Zhang, Doping effects of metal cation on sulfide solid electrolyte/lithium metal interface, Nano Energy, (2020)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.105906https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105906
11. Small Methods: 利用三聚氰胺-甲醛樹脂制備的單分散超高氮含量介孔碳納米球
介孔碳納米球具有高熱穩定性、良好的導電性及較短的傳輸路徑等優點，在催化、吸附和儲能等領域具有廣泛的應用。在碳骨架中引入雜原子，例如氮原子，可以有效提高碳材料自身的物理化學性質。然而，目前所報道的介孔碳納米球的氮含量普遍較低。因此，制備高含氮介孔碳納米球仍然是一項巨大的挑戰。有鑒于此，復旦大學的趙東元院士等人，通過水相乳液聚合自組裝的方法成功合成了超高氮含量（15.6 wt%）的單分散介孔碳納米球。1）首次展示了一種水乳液聚合自組裝方法，該方法以三聚氰胺-甲醛樹脂低聚物為前體來合成超高氮含量介孔聚合物納米球。在合成過程中，從堿性到酸性條件的變化對于單分散介觀結構的聚合物納米球的形成至關重要。2）由于在熱解過程中三嗪穩定在共價聚合物網絡中的獨特結構，制備的介孔碳納米球在800℃熱解后仍具有超高的含氮量(可達15.6% wt%)，是介孔碳納米球中含氮量最高的。3）此外，這些單分散的介孔碳納米球具有高表面積（≈883m2 g-1）和大孔徑（≈8.1nm）。作為鈉離子電池的陽極，超高含氮介孔碳納米球具有出眾的倍率性能（在3 A g-1的高電流密度下為117 mAh g-1）和高可逆容量（在0.06 A g-1時為373 mAh g-1），是一種很有前途的能量存儲材料。
多孔材料學術QQ群：813094255
Dingyi Guo et al. Monodisperse Ultrahigh Nitrogen‐Containing Mesoporous Carbon Nanospheres from Melamine‐Formaldehyde Resin. Small Methods, 2021.DOI: 10.1002/smtd.202001137https://doi.org/10.1002/smtd.202001137
12. Applied Catalysis B: Environmental: 單原子銅電催化劑的欠電位沉積合成及在線電化學分析
碳負載的單原子催化劑具有明確的活性位點和最大的原子利用效率，對一系列電催化反應表現出良好的活性和選擇性。對于SACs的實際應用，開發簡易的合成方法和分析技術是非常有用的。有鑒于此，中國工程物理研究院蒙大橋院士和表面物理化學實驗室Chen Jun等人，通過欠電位沉積策略將單原子銅成功地錨定在摻雜石墨泡沫的硫位上。1）通過欠電位沉積(UPD)方法在硫和氮共摻雜石墨泡沫(SNGF)上制備了Cu SACs，并通過溶出伏安法在線分析。具體來說，Cu原子通過強的S-Cu結合被鎖定在孤立的S位點上，并且它們的進一步生長通過優化的沉積電位在熱力學上被抑制。2）恒電位沉積過程遵循Nernst方程，其中單原子Cu的覆蓋率（與負載成線性關系）可以通過調節沉積參數進行定量調節。重要的是，探索了溶出伏安法作為對Cu SACs的定量分析技術。該技術與從ICP-OES測量獲得的結果非常吻合。3）此外，Cu SAC表現出顯著的氧還原反應（ORR）活性，半波電位為0.862 V（vs RHE），并且具有長期穩定性。密度泛函理論（DFT）計算表明*OH中間體是ORR活性的關鍵描述符，硫摻雜有利于ORR反應的進行。
Jingsong Xu et al. Underpotential-deposition synthesis and in-line electrochemical analysis of single-atom copper electrocatalysts. Applied Catalysis B: Environmental, 2021.DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120028https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120028
