1. Nature Commun.：用于高靈敏度仿生溫度傳感器的共價有機骨架納米流體膜
熱感知，即將溫度刺激轉化為生物反應，是從細菌到哺乳動物的所有生物體中普遍存在的基本生理過程的基礎。目前人們已經致力于制造能夠模擬自然微妙功能的人造膜；然而，仿生溫度傳感器的設計仍處于初級階段。近日，浙江大學孫琦研究員，北德克薩斯大學馬勝前教授報道了一種基于離子共價有機骨架（COF）的納米流體膜，它能夠智能地監測溫度變化，并以連續電位差的形式表達。
本文要點：
1）研究人員采用酸催化界面聚合法制備了COF基膜。將溶解在水相中的乙酸和TAG與分散在乙酸乙酯和均三甲苯混合物中的TP物理分離，以實現在聚丙烯腈（PAN）載體上形成專門的COF活性層（TpTag-COF/PAN），該載體使用自制的擴散池放置在液-液界面處。
2）存在于亞納米通道中的高密度帶電中心使所得到的納米流體系統具有優異的滲透選擇性，從而獲得了1.27 mV K?1的高熱敏靈敏度，從而超越了任何已知的自然系統。此外，該系統具有對較寬的鹽濃度范圍、較寬的工作溫度、對溫度刺激的同步響應和長期的超穩定性等優良的耐受性，突顯了該系統的潛在適用性。
這項研究開創了一種探索COFs的新途徑，用于模擬在自然界中觀察到的復雜的信號系統。
Zhang, P., Chen, S., Zhu, C. et al. Covalent organic framework nanofluidic membrane as a platform for highly sensitive bionic thermosensation. Nat Commun 12, 1844 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-22141-z
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22141-z
2. Nature Commun.: 通過第一性原理計算和人工智能設計的單原子合金催化劑
單原子合金催化劑(SAACs)是近年來催化研究的前沿領域。同時優化反應物的易離解性和平衡中間體的結合強度，使其成為一些重要工業反應的高效催化劑。然而，由于缺乏對大量候選材料的催化性能的快速而可靠的預測，阻礙了新SAAC的發現。
有鑒于此，莫斯科斯科爾科沃科技學院Sergey V. Levchenko、中國科學院上海高等研究院Yi Gao和柏林工業大學Aliaksei Mazheika等人，通過應用以密度函數輸入為參數的壓縮傳感數據分析方法來解決此問題。
本文要點：
1）結合第一性原理計算和壓縮傳感數據分析方法，解決了在不同的工業重要反應中阻礙SAAC廣泛使用的問題。用于識別關鍵描述參數的基于壓縮感知的最新技術是最近開發的SISSO（確保獨立性篩選和稀疏運算符）。
2）SISSO能夠在提供的大量候選描述符中識別出最佳的低維描述符。除了持續預測經過實驗研究的SAAC的效率外，還確定了200多個尚未報告的有前途的候選材料。其中一些候選材料比報告的候選材料更加穩定和有效。
3）還介紹了一種基于數據挖掘方法子群發現的復雜符號回歸模型的定性分析的新方法。
總之，該工作證明了數據分析對于避免催化設計中出現偏差的重要性，并提供了尋找適用于各種應用的最佳SAAC的方法。
Han, ZK., Sarker, D., Ouyang, R. et al. Single-atom alloy catalysts designed by first-principles calculations and artificial intelligence. Nat Commun 12, 1833 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-22048-9
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22048-9
3. Nature Commun.: 用分子銅紫紅素發色團促進光催化還原CO2
通過人工光合作用還原二氧化碳是將太陽能轉化為燃料或有用的化學原料的一項重要策略。在這種結構中，設計含有地球豐富元素的高效發色團對于光收集和電子轉移都是必不可少的。有鑒于此，中山大學韓治際教授等人，報告了一種高活性的銅紫紅素光敏劑，用于在無貴金屬的系統中將可見光驅動的CO2還原為CO。
本文要點：
1）報道了在天然有機發色團中帶有額外的氧化還原活性中心的銅紫紅素復合物，其還原電位比其有機染料組分負遷移了540 mV。
2）電化學研究表明，將銅摻入紫紅素中可產生更多的還原型光敏劑，以進行催化。當與Fe卟啉結合作為催化劑，BIH作為犧牲電子給體時，與有機染料組分相比，該Cu PS的CO2還原光催化活性顯著提高(>50倍)。
3）當將此銅光敏劑與卟啉鐵作為催化劑并用1,3-二甲基-2-苯基-2,3-二氫-1H-苯并[d]咪唑（1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazole）作為犧牲還原劑一起使用時，在可見光照射下該系統光催化CO2還原成CO具有95％的選擇性（CO vs H2），可實現超過16100的轉換數，這是均相無貴金屬體系中報告的最高值。
總之，該工作可能為人工光合作用中高效發色團的合理設計開辟一條有效途徑。
Yuan, H., Cheng, B., Lei, J. et al. Promoting photocatalytic CO2 reduction with a molecular copper purpurin chromophore. Nat Commun 12, 1835 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-21923-9
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21923-9
4. Nature Commun.: 通過原位控制PdAu單原子合金催化劑中活性位點的幾何結構來指導反應路徑
非均相催化劑中活性位點的原子尺度結構對其反應性和選擇性至關重要。因此，了解活性位點在不同反應條件下的穩定性和演化對于設計高效，耐用的催化劑至關重要。有鑒于此，塔夫斯大學E. Charles H. Sykes等人，基于理論預測CO可用于穩定雙金屬合金中不同活性位點的幾何形狀，然后實驗證明了相同的PdAu雙金屬催化劑可在單原子合金和Pd簇相之間轉變。
本文要點：
1）使用負載在SiO2上的PdAu SAA納米顆粒催化劑通過實驗探索了這種效果。催化劑的每種狀態對乙醇反應的脫氫表現出不同的選擇性。使用原位CO-DRIFTS，監測Pd團簇的結構，并證明通過改變CO分壓隨溫度的變化，可以將其結構從孤立原子可逆地調節為簇。通過CO處理對雙金屬催化劑中的原子尺度表面結構的這種原位控制使得能夠控制反應路徑。
2）這些實驗觀察結果通過使用密度泛函理論（DFT）參數化的點陣蒙特卡洛（MC）模擬得到了進一步的合理化，該模擬顯示了CO的壓力和溫度如何影響Pd團簇的幾何形狀。
3）此外，證明了如何利用CO原位控制活性位點將催化劑從對乙醛和氫具有選擇性的SAA相轉變為Pd簇相，從而導致CO，乙酸乙酯和CH4的形成，作為乙醇脫氫（EDH）反應中的副產物。在各種其他系統上進行的DFT計算表明，該方法并非PdAu獨有，可推廣到其他雙金屬催化系統，如NiAu和RhAu。
Mengyao Ouyang et al. Directing reaction pathways via in situ control of active site geometries in PdAu single-atom alloy catalysts. Nat Commun, 2021.
DOI: 10.1038/s41467-021-21555-z
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21555-z
5. Nature Commun.：可穿戴式貼片，可連續分析休息時的體溫調節汗水
在久坐和日?；顒又校梭w自然連續分泌汗液以調節體溫，其速度可以反映潛在的健康狀況，包括神經損傷、自主神經和代謝紊亂以及慢性應激。然而，低的分泌速率和蒸發對收集靜止的體溫調節汗液進行人體生理學的非侵入性分析提出了挑戰。于此，加州大學Ali Javey等人提出了一種可穿戴的貼片，用于在休息時連續監測汗液，使用微流控技術來對抗蒸發，并實現對分泌速率的選擇性監測。
本文要點：
1）研究人員將親水性填充劑集成在一起，以快速吸收汗液進入傳感通道，從而減少了實時測量所需的汗液積累時間。
2）除汗液速率傳感器外，研究人員還集成了用于pH值、Cl-和左旋多巴監測的電化學傳感器。研究人員演示了與常規活動、應激事件、低血糖引起的出汗和帕金森氏病有關的動態汗液分析貼片功能。通過支持與久坐、常規和日?；顒蛹嫒莸暮挂悍治觯@些貼片可以在休息時對身體生理進行連續、自主的監測。
Nyein, H.Y.Y., et al. A wearable patch for continuous analysis of thermoregulatory sweat at rest. Nat Commun 12, 1823 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22109-z
6. Joule：錫基鈣鈦礦太陽能電池的研究進展
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）具有可調節的帶隙，長的載流子擴散長度，高的光吸收系數以及有機金屬鹵化物鈣鈦礦吸收劑的溶液加工性等優點，因此引起了全世界的廣泛關注。作為第一代PSC的鉛基PSC的最高效率已達到25.5％，與硅太陽能電池相當。但是，鉛的毒性問題引起了對環境污染和健康問題的關注。因此，需要開發非鉛鈣鈦礦材料來生產下一代PSC。
在過去的幾年中，錫基PSC已成為環保光伏技術的有希望的候選者，其效率已從大約6％迅速提高到13％以上，這是通過抑制Sn2+氧化為Sn4+而實現的。減慢了快速結晶速度，以生產出無針孔且高取向的鈣鈦礦層。此外，最近通過使用模板生長技術沉積鈣鈦礦吸收層，已獲得認證測試中心的11.22％認證效率，這將吸引越來越多的研究人員參與該領域，以加速錫PSC的發展。上海交通大學韓禮元等人對基于等效電路建模的提高錫基PSC效率的最新進展進行了全面回顧。
本文要點：
1）首先單獨討論某些設備參數的改進，包括短路電流密度，開路電壓和太陽能電池的填充系數。然后，還簡要討論了錫基PSC的穩定性問題。最后，詳細介紹了錫PSC未來發展的觀點，這些挑戰涉及如何達到20％的效率，擴大器件面積以及實現可擴展的生產。
Tianhao Wu et al. Lead-free tin perovskite solar cells, Joule, 2021
DOI: 10.1016/j.joule.2021.03.001
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435121000969
7. Angew：DNAzyme包覆的雙金屬MOF用于細胞內藥物合成和自供應基因治療
化療是目前最廣泛應用的癌癥治療方法之一，但其仍有一些關鍵問題亟待解決，如嚴重的副作用、耐藥性和繼發性轉移等。為了解決這些問題，中科院長春應化所曲曉剛研究員設計了一種DNAzyme包覆的雙金屬有機骨架(MOF)，并將其用于協同觸發癌癥化療藥物的原位合成和基于DNAzyme的基因治療。
本文要點：
1）MOFs一旦進入癌細胞，就會在溶酶體的酸性環境中分解以釋放銅離子、鋅離子和DNAzyme。一方面，銅離子在被還原為CuI后可通過銅催化疊氮-炔烴環加成反應(CuAAC)以催化合成化療藥物；另一方面，鋅離子可作為輔助因子激活DNAzyme的裂解活性。由于這種抗癌化療藥物是在細胞內合成的，可以“當場”殺死癌細胞，從而也最大限度地降低了對正常生物組織的副作用。
2）同時，被激活的DNAzyme能夠啟動基因治療，通過靶向和切割致癌基因底物來抑制腫瘤的增殖和轉移。綜上所述，這種雙功能系統也為實現更高效的癌癥治療提供了一種有效的控制和協同策略。
Zhao Wang. et al. A Bimetallic Metal-Organic Framework Encapsulated with DNAzyme for Intracellular Drug Synthesis and Self-Sufficient Gene Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2021
DOI: 10.1002/anie.202016442
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202016442
8. Nano Letters：納米相分離彈性環氧復合薄膜電解質用于穩定鋰金屬電池
設計具有高離子導電性和優異力學性能的固體聚合物電解質（SPE）極具挑戰性。近日，華中科技大學謝佳教授報道了一種基于納米相分離的離子傳輸途徑和支撐基質的反應控制策略，以平衡離子遷移率和力學性能。
本文要點：
1）通過兩步聚合合成的彈性環氧聚合物電解質（eEPE）結合了優異的機械強度（韌性為3.4 mJ m?3）和高離子導電性（25 °C時為3.5×10?4 S cm?1）。這種納米結構的eEPE具有韌性和柔性，因此即使在高電流密度（2 mA cm?2和2 mAh cm?2）下也能促進Li的均勻沉積。重要的是，eEPE復合膜極大地提高了LiFePO4/Li軟包電池的安全性能：在幾種濫用條件下都能實現安全工作。
這項工作展示了納米相分離聚合物在兼具離子電導率與機械性能的高性能LMBs聚合物電解質的巨大應用潛力。
Ziqi Zeng, et al, Nanophase-Separated, Elastic Epoxy Composite Thin Film as an Electrolyte for Stable Lithium Metal Batteries, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00583
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00583
9. AEM：用于鋰/鉀離子存儲的Bi2O2Se電極的同步輻射X射線吸收光譜與電化學研究
闡明電池的工作機理對于設計性能更好的轉換型負極至關重要，其決定了改善電化學性能的策略。近日，澳大利亞伍倫貢大學郭再萍教授，澳大利亞同步加速器Bernt Johannessen，中南大學陳立寶研究員率先報道了層狀Bi2O2Se作為鋰離子電池（LIBs）和鉀離子電池（PIBs）負極的電化學研究。令人驚訝的是，基于Bi2O2Se/石墨（Bi2O2Se/G）復合電極的PIBs表現出更好的循環穩定性。
本文要點：
1）研究人員利用Bi LⅢ-邊和Se K-邊的電位分辨原位和非原位X射線吸收光譜對Bi2O2Se/G電極的局域原子結構演化、價態變化和電荷轉移進行了表征，揭示了用于LiBs和PIBs的Bi2O2Se/G電極的電化學反應機理。對Bi2O2Se中的Se2?陰離子的電化學過程有了新的認識，這種轉換型負極涉及多個Li-Se中間體，而不是傳統的單相Li2Se。
這項研究通過對轉換型負極陰離子電化學的深入研究，有望促使人們尋找合適的策略來抑制副反應，從而提高電池的性能。
Zhibin Wu, et al, Synchrotron X-Ray Absorption Spectroscopy and Electrochemical Study of Bi2O2Se Electrode for Lithium-/Potassium-Ion Storage, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202100185
https://doi.org/10.1002/aenm.202100185
10. Small：調節晶格水吸附離子優化3D普魯士藍基多離子微電池的插層電位
微型儲能器件（MESD）是微電子設備的核心模塊，但其電化學性能與實際要求相去甚遠。大量的研究工作從制備工藝和材料結構兩個方面改善了MESD的性能，但忽略了優化策略在儲能機制組合上的拓展。近日，武漢理工大學麥立強教授，Liang He，西安交通大學Yaqiong Su報道了一種晶格水吸附插層離子調節的普魯士藍/Zn微電池。
本文要點：
1）通過優化微電極的三維（3D）結構，使電極的電化學性能最大化，從而實現正極電荷傳輸的最優化。并進一步研究了晶格-水吸附離子儲存機理，以指導差動式儲能的正極和負極設計。
2）所開發的Cu3(Fe(CN)6)2/Zn微電池，正極進行K+脫/嵌過程，負極進行Zn2+脫/嵌過程，從而表現出高容量（2.5 mA cm?2時，容量為0.281 mAh cm?2）、優異倍率性能（在25 mA cm?2時，容量達到0.181 mAh cm?2）和出色循環穩定性（1500次循環后容量保持率為77.6%）。
微電極的制備工藝、活性材料和多離子存儲的高效結合，擴展了高性能MESD優化路徑的兼容性。
Xufeng Hong, et al, Regulating Lattice-Water-Adsorbed Ions to Optimize Intercalation Potential in 3D Prussian Blue Based Multi-Ion Microbattery, Small 2021
DOI: 10.1002/smll.202007791
https://doi.org/10.1002/smll.202007791
11. Small: Li-CO2電池中陰極催化劑的研究進展
Li - CO2電池具有溫室氣體CO2封存和高能量輸出的雙重功效，是一種很有前途的電化學儲能技術。然而，由于超穩定Li2CO3在充電過程中難以分解，導致過電位大，循環性低，電化學性能較差，阻礙了電池的可行性。陰極催化劑的應用是一種很有前途的解決方案，并且催化劑的性能以及放電產物的性質與電化學性能密切相關。
有鑒于此，美國阿貢國家實驗室陸俊研究員等人，總結了催化劑的設計策略，包括活性位點富集、電傳輸增強和傳質改善。隨后介紹了催化劑對產物分解的影響，同時探討了產物的幾何形狀和化學組成，重點是Li2C2O4而不是Li2CO3的形成/分解。在先前研究的基礎上，，提出了有助于改進催化劑設計的未來方向，以加強Li-CO2電池的基礎發展。
本文要點：
1）Li - CO2電池是一種復雜的電化學系統，涉及到三相界面反應。為了加速Li - CO2電池的發展，甚至實現商業化，有必要仔細考慮電解液優化、陽極保護和陰極設計。不管Li - CO2系統的復雜性如何，陰極催化劑仍然起著至關重要的作用，因為它直接關系到電池的可逆性。盡管Li - CO2電池催化劑的性能調控策略已被報道，但在過去十年中發現的許多挑戰仍未得到解決:1)催化劑如何促進產物的形成和分解;2)為什么某些產物會在某些催化劑下形成;3) CO2RR/CO2ER過程中催化劑物理化學狀態的變化。
2）提出了解決這些問題的催化劑的未來研究方向。首先，在某些催化劑下，Li - CO2電池中的電催化反應機理需要進一步研究。此外，對于不同形態的產物(特別是Li2CO3)的形核和生長機制需要有明確的認識?？焖儆行У碾姶呋瘎┖Y選平臺也需要建立并且至關重要。
Jiantao Li et al. Correlating Catalyst Design and Discharged Product to Reduce Overpotential in Li‐CO2 Batteries. Small, 2021.
DOI: 10.1002/smll.202007760
https://doi.org/10.1002/smll.202007760
12. ACS Nano：在非晶態磷化鈀核上沉積原子薄鉑殼用于提高電催化耐久性
鉑（Pt）作為一種優良的電催化劑，通常以薄層形式沉積在納米襯底上，以獲得較高的利用效率。然而，由于核浸出造成的耐久性差，極大的限制了所設計的催化劑的實際應用。近日，西安交通大學金明尚教授，Jianbo Wu，加州大學河濱分校殷亞東教授報道了一種由內層Pd核、非晶態磷化鈀中間層（a-Pd-P）和厚度和表面結構可控的超薄Pt殼組成的一類核殼納米顆粒的穩健合成方法。
本文要點：
1）通過強的Pt?P相互作用，克服了非晶態襯底和晶殼之間的結構失配。P原子為錨定Pt原子提供了均勻分散的位點，進一步確保了沉積的Pt原子的逐層生長。因此，殼層厚度可以容易地從亞單分子層（Pd@a-Pd-P@PtSML）調整到幾個原子層（Pd@a-Pd-P@PtnL，n=2?9）。
2）酸性ORR和甲醇氧化反應（MOR）測試結果表明，核殼納米顆粒具有優異的耐久性。Pd@a-Pd-P@PtSML催化劑能夠經受50000個ORR循環和20000個MOR循環，沒有檢測到結構變形和小于10%的質量損失，遠遠超過傳統的Pd@Pt催化劑和商用Pt/C催化劑。
3）理論計算表明，Pd@a-Pd-P@Pt核殼催化劑的超高穩定性源于a-Pd-P中間層具有較高的耐蝕性和較強的界面Pt?P相互作用。在保證了優異的耐久性的前提下，Pd@a-Pd-P@Pt催化劑的催化活性可以通過小面控制或尺寸控制進一步優化。特別是當顆粒尺寸減小到6 nm時，由于Pt原子利用率的提高和P原子內部具有較強的配體效應，生成的Pd@a-Pd-P@PtSML可以作為理想的電催化劑。經50000次循環后，Pd@a-Pd-P@Pt核殼催化劑對ORR的質量活性仍可高達4.08 A/mgPt（1.37 A/mgPd+Pt），遠高于商用Pt/C和2025年美國能源部的目標。
Tianou He, et al, Deposition of Atomically Thin Pt Shells on Amorphous Palladium Phosphide Cores for Enhancing the Electrocatalytic Durability, ACS Nano, 2021
DOI：10.1021/acsnano.1c00602
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00602
