1. Joule: 陽陰離子缺陷鈍化實現(xiàn) 27.4%效率的鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池
穩(wěn)定高效的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池需要缺陷鈍化和抑制寬帶隙鈣鈦礦的光致相分離。阿卜杜拉國王科技大學Stefaan De Wolf 和Furkan H. Isikgor等人報道了同時包含富電子和缺電子部分的分子，如鹽酸苯乙雙胍 (PhenHCl)，實現(xiàn)缺陷鈍化和抑制光致相分離，并不受鈣鈦礦的表面化學成分及其晶界和界面的影響。1）PhenHCl 鈍化的寬帶隙 (~1.68 eV) 鈣鈦礦 p-i-n 單結太陽能電池的開路電壓 (VOC) 比對照組器件高~100 mV，從而使功率轉換效率 (PCE) 高達 20.5%。在 85°C 的氮氣環(huán)境中，加熱超過 3,000 小時的后，器件顯示沒有任何 VOC 損失。2）此外，PhenHCl 鈍化將鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的 PCE 從 25.4% 提高到 27.4%。該研究結果為改進金屬鹵化物鈣鈦礦表面的鈍化以及制造高效且穩(wěn)定的基于鈣鈦礦的單結和串聯(lián)太陽能電池提供了重要見解。Concurrent cationic and anionic perovskite defect passivation enables 27.4% perovskite/silicon tandems with suppression of halide segregation, Joule, 2021DOI：10.1016/j.joule.2021.05.013https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435121002488
3. Joule：效率超過 15% 的寬帶隙 Cu(In,Ga)S2 太陽能電池：通過成分工程抑制體和界面復合
Cu(In,Ga)S2的進展仍然受到很大限制，這主要是由于體相和界面處的光電壓 (Voc) 損失。盧森堡大學Susanne Siebentritt和Sudhanshu Shukla等人通過光致發(fā)光、陰極發(fā)光、電測量和從頭建模的組合，我們解決了體相和界面損耗，以改善1.6 eV 帶隙的Cu(In,Ga)S2的器件性能。1）降低[Cu]/[Ga+In] (CGI) 比值后，吸收體的光電質量得到改善。這主要歸因于抑制深缺陷、更高的準費米能級分裂 (QFLS)、提高電荷載流子壽命和較高的 Voc。進一步通過比較各種固有缺陷的形成能量，將反位 CuIn/CuGa 確定為限制性能的主要深度缺陷。在貧銅器件中使用 Zn(O,S) 緩沖層抑制界面復合，導致復合活化能等于帶隙值。最終開發(fā)了無 H2S、無 Cd 和無 KCN 工藝的Cu(In,Ga)S2的器件制備，器件的效率為 15.2%，Voc 為 902 mV。Sudhanshu Shukla et al. Over 15% efficient wide-band-gap Cu(In,Ga)S2 solar cell: Suppressing bulk and interface recombination through composition engineering, Joule, 2021DOI：0.1016/j.joule.2021.05.004https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435121002087#!
4. Angew：π-d共軛配位聚合物配體對陽離子和陰離子的連續(xù)儲存助力穩(wěn)固的鈉離子電池
π-d共軛配位聚合物（CCPs）的氧化伴隨著陰離子的插入，具有增加容量和提高放電電壓的優(yōu)點。然而，以前關于這一機制的報道要么需要進行更多的研究，要么顯示出電池容量較低，循環(huán)性能較差。近日，華中科技大學王成亮教授報道了研究了鈉離子電池中兩種類似的含非活性（Zn2+）和活性（Cu2+）過渡金屬中心的CCPs（Zn-HHTP 和Cu-HHTP）的電化學性能。1）綜合研究表明，不同的金屬離子對其理化性質有顯著影響。有趣的是，雖然這兩個CCP的正極容量相似，但它們的電荷儲存機制存在不同，除了每個配體的配位單元都接受兩個插層電壓在2.0 V左右的電子。2）大量表征和理論計算表明，Zn-HHTP中的陽離子和陰離子僅通過配體的氧化還原而進行連續(xù)儲存，在100 mAg-1下的可逆容量為150 mAh g-1，1000次循環(huán)后的容量保持率高達90%。在1000 mA g?1的高電流密度下，5000次循環(huán)后仍保持初始容量的70%。相反，作為對照實驗，Cu-HHTP既涉及配體的氧化還原，又涉及金屬離子的氧化還原，只存在Na+離子的儲存，表現(xiàn)出較差的循環(huán)性。這些結果突出了僅配體的氧化還原對電池長周期壽命的重要性，同時深入了解CCPs的儲存機制將加深人們對CCP的理解，為進一步設計高性能的CCPs奠定基礎。Yuan Chen, et al, Successive Storage of Cations and Anions by Ligands of π-d Conjugated Coordination Polymers Enabling Robust Sodium-ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202106055https://doi.org/10.1002/anie.202106055
5. Angew：氮化碳量子點的光致自組裝
納米晶體自組裝（SA）成超晶格或超結構的研究在納米科學中具有重要意義。氮化碳量子點（CNQDs）是一類很有前途的新型納米材料，但其自組裝行為卻鮮有人研究。近日，以色列理工學院Lilac Amirav報道了發(fā)現(xiàn)了一種新穎的光觸發(fā)自組裝機制，在這種機制中，被富NH2和周邊含氧基團官能化的高度結晶的c-CNQD被發(fā)現(xiàn)在適當?shù)恼丈湎驴山M裝成更大的片狀，并進一步重結晶。1）與傳統(tǒng)的納米晶體自組裝成有序超結構不同，cCNQDs的光誘導自組裝類似于大分子的“點擊反應”過程，在這個過程中，被激活的-OH和-NH2功能基團通過光催化作用引發(fā)相鄰c-CNQDs的交聯(lián)。研究人員通過各種表征技術已經(jīng)揭示了這種光生SA的基本機制。這項工作不僅有助于更好地理解氮化碳材料的納米尺度行為，而且對于利用揭示的機理設計碳納米量子點復合材料也具有一定的指導意義。此外，通過具有獨特結構的組件，還有望將不同的構建塊耦合以形成二元組件(模仿合金或摻雜材料)，引導形成更有序的氮化碳納米材料組裝等。Zheng Xing, et al, Photoinduced Self-Assembly of Carbon Nitride Quantum Dots , Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202107079https://doi.org/10.1002/anie.202107079
6. Nano Letters：二維金屬有機骨架用于快速Li+導電
金屬?有機骨架（MOFs）已經(jīng)成為復合聚合物電解質（CPE）的新型填料。然而，MOF顆粒通常被用作被動填料，對離子導電性的改善有限。近日，南京大學魯振達教授，Chao Wang報道了采用簡單的原位生長方法制備了由2D Cu(BDC) NSs構成的三維（3D）連續(xù)MOF結構，并展示了其作為功能支架材料在用于先進固體鋰電池的PVDF基CPE中的應用。1）研究人員通過理論計算和實驗驗證相結合，證明了Cu(II)在Cu(BDC)中的OMSs通過錨定ClO4?陰離子在一維（1D）通道中起到促進Li+電導的重要作用。通過與3D連續(xù)結構相結合，混合CPE能夠通過MOF內(nèi)部的1D Li+通道和MOF/PVDF界面上的3D Li+通道實現(xiàn)快速Li+傳導，并提供足夠的機械強度。合成的NWF@Cu(BDC)-PVDF CPE具有0.24 mS cm?1的高Li+電導率，電化學窗口寬為5 V。2）基于混合3D MOF增強的CPE的鋰對稱電池實現(xiàn)了穩(wěn)定循環(huán)，同時這種CPE在全固態(tài)Li-NCM811電池中實現(xiàn)了高循環(huán)穩(wěn)定性和高可逆容量（164 mAh g?1容量在80次循環(huán)后保持不變）。綜上所述，2D Cu(BDC)MOF NSs是一種高效、功能性的CPE填料，并為利用分子概念工程設計先進CPE的MOF填料提供了新的思路。Jianming Yu, et al, Engineering Two-Dimensional Metal?Organic Framework on Molecular Basis for Fast Li+Conduction, Nano Lett, 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01534https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01534
7. AEM：一種NiSe2八面體納米顆粒負載的Ce改性Ni(OH)2納米花高效析氧電催化劑
探索和開發(fā)高效的析氧反應（OER）電催化劑，對于將可再生電力轉化為燃料和化學品的成本效益是可取的，但同時也是極具挑戰(zhàn)性。近日，吉林大學蔣青教授，Chun Cheng Yang報道了首次在高電導率NiSe2八面體納米顆粒上設計并制備了納米花狀Ce修飾Ni(OH)2自支撐電極。1）研究人員通過三步法制備了Ce-m-Ni(OH)2@NiSe2電極。首先，采用恒電位電沉積方法在泡沫鎳（NF）表面制備了Ni(OH)2納米薄片。隨后，采用溶劑熱硒化方法將Ni(OH)2納米片轉化為NiSe2八面體納米顆粒。最后，通過電沉積的方法在NiSe2八面體納米顆粒表面生長了納米花狀的Ce-m-Ni(OH)2。2）研究人員發(fā)現(xiàn)Ce-m-Ni(OH)2具有以下特性：i）NiSe2載體的高導電性有利于電子傳遞；ii）納米Ce修飾的Ni(OH)2具有開放的多孔結構，有利于有效的傳質；iii）Ce摻雜可以有效地優(yōu)化OER中間體的能級；iv）Ce(OH)3嵌入有效的氧離子交換和電子傳輸，電極表現(xiàn)出顯著的OER活性，在10 mA cm?2和27 mV的Tafel斜率下，電極的過電位為158 mV。Shi Feng Zai, et al, Ce-Modified Ni(OH)2 Nanoflowers Supported on NiSe2 Octahedra Nanoparticles as High-Efficient Oxygen Evolution Electrocatalyst, Adv. Energy Mater. 2021DOI: 10.1002/aenm.202101266https://doi.org/10.1002/aenm.202101266
8. AEM：一種具有強還原性和強內(nèi)電場的超分子鋅卟啉光催化劑用于高效制氫
基于太陽能驅動的光催化制取清潔可再生氫氣（H2）因其高效的太陽能轉化為化學物質而得到了人們廣泛研究。大多數(shù)無機半導體光催化劑存在禁帶寬度大、對太陽光的利用率低、制備方法復雜、光生載流子復合速率高以及長時間照射時的光腐蝕等固有缺陷，限制了其進一步的發(fā)展和應用。相比之下，共軛有機材料具有元素資源豐富、可見光吸收范圍廣、結構多樣、可調(diào)諧等優(yōu)點，是一種極具發(fā)展前景的光催化劑。近日，清華大學朱永法教授報道了成功地制備了一種超薄2D自組裝的四(4-羧基苯基)鋅卟啉（SA-ZnTCPP）光催化制氫材料。1）實驗結果顯示，SA-ZnTCPP在寬光譜（300~6 98 nm）下的析氫速率為3487.3 μmol g-1 h-1，比無金屬自組裝的四(4-羧基苯基)卟啉（SA-TCPP）提高了85倍。2）研究發(fā)現(xiàn)，SA-ZnTCPP出色的光催化活性來自于鋅離子配位后卟啉軌道能級的提高所帶來的深導帶（?1.01 V）。此外，強大的內(nèi)電場增強了光生載流子的快速分離和遷移性。因此，較強的還原驅動力和較快的電子傳遞動力學導致了SA-ZnTCPP高效的光催化產(chǎn)氫速率。這項工作加深了人們對金屬卟啉基超分子光催化劑結構與性能關系的理解，為光催化劑的性能優(yōu)化提供了分子水平上的通用策略。Jianfang Jing, et al, Supramolecular Zinc Porphyrin Photocatalyst with Strong Reduction Ability and Robust Built-In Electric Field for Highly Efficient Hydrogen Production, Adv. Energy Mater. 2021DOI: 10.1002/aenm.202101392https://doi.org/10.1002/aenm.202101392
9. Materials Today綜述：用于CO2電還原的單原子催化劑的研究進展
電催化CO2還原（ECR）可以將CO2轉化為各種增值燃料或化學品，成為平衡碳循環(huán)、實現(xiàn)低碳經(jīng)濟的一條很有前途的途徑。近年來，單原子催化劑（SACs）以其無與倫比的原子利用率和意想不到的高催化性能在ECR領域出現(xiàn)并蓬勃發(fā)展。近日，美國華盛頓州立大學林躍河教授，Yang Zhou，Wenlei Zhu綜述了ECR中制備SACs的方法，并概述了從CO2到目標產(chǎn)物的途徑。1）作者首先綜述了用于ECR的SACs的類型和制備方法（熱解SACs（金屬霧化策略、配體錨定策略和酸浸策略）；晶格嵌入的SACs；位點分散的多相催化劑（p-p交互策略和共價結合策略）；），概述了從原料(CO2)到目標產(chǎn)品（CO、甲酸鹽和其他產(chǎn)物）的路線，并有意與相應的金屬催化劑進行了比較。2）作者將分散在載體上的金屬-有機配合物作為一個單獨的類別進行了討論，這些金屬-有機配合物嚴格定義上不屬于SACs。3）作者重點總結了影響SACs催化性能的五個主要因素，包括載體材料、配體、配位數(shù)、孔結構和位置。4）作者最后闡述了用于ECR領域進一步改進SACs仍面臨的挑戰(zhàn)和應用前景。J. Liu et al., Recent progress on single-atom catalysts for CO2 electroreduction Materials Today, (2021)DOI：10.1016/j.mattod.2021.02.005https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.02.005
10. EnSM：一種用于穩(wěn)定鋰-有機電池的具有強偶極效應的方酸有機晶體
雖然有機氧化還原分子作為電極材料可以通過分子設計工程獲得較高的比容量，但目前人們還沒有找到有效的策略來克服其循環(huán)穩(wěn)定性低的問題。近日，中國科學院化學研究所侯劍輝研究員報道了開發(fā)了一種新的策略，即利用強偶極子效應來抑制有機分子的高溶解性，從而提高循環(huán)穩(wěn)定性。1）研究人員采用簡便易行的方法合成了2,4-二(哌啶-1-基)環(huán)丁烷-1,3-二酮（SAPD）和2,4-二(吡咯烷基)環(huán)丁烷-1,3-二酮（SAPL）兩種具有不同取代基的方酸衍生物分子的有機單晶。2）研究發(fā)現(xiàn)，SAPL正極在48 mA g-1（0.1 C）下的放電容量為371 mA h g-1，在0.24 A g-1（0.5 C）下1000次循環(huán)后的容量保持率接近78%。在不與石墨烯或碳納米管雜化的情況下，即使在4.8 A g-1（10 C）下，它也表現(xiàn)出135 mA h g-1的容量。3）研究人員通過詳細的密度泛函理論（DFT）計算研究了SAPD和SAPL的分子相互作用，并利用非原位技術揭示了它們的鋰離子存儲機理。通過比較它們的分子間相互作用，發(fā)現(xiàn)偶極效應越強，循環(huán)性能越好。這種設計策略可以為構建具有長期循環(huán)穩(wěn)定性的高性能鋰有機電池提供一條很有前途的途徑。Yunfei Zu, et al, Squaraine Organic Crystals with Strong Dipole Effect toward Stable Lithium-organic Batteries, Energy Storage Materials (2021)DOI：10.1016/j.ensm.2021.06.012https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.06.012
11. ACS Nano: 多孔蜂窩狀自組裝單層:羧酸鹽錨定三蝶烯在銀上的三腳吸附和隱藏手性
具有三腳架錨定到基材的分子代表了用于制造堅固的自組裝單層 (SAM) 的多功能平臺，補充了傳統(tǒng)的單腳架方法。有鑒于此，海德堡大學Michael Zharnikov、格拉茨技術大學Egbert Zojer、英國圣安德魯斯大學Manfred Buck教授、東京工業(yè)大學Takanori Fukushima等人，研究了 1,8,13-三羧基三烯 (Trip-CA) 在 Ag(111) 上的吸附，模擬了在 Au 上沉積的銀原子雙層。1）三足 SAM骨架結構質量差，鍵合結構不均勻，而具有三個羧酸錨定基團的三蝶烯支架則可以產(chǎn)生高度結晶的SAM結構。2）觀察到明顯的多態(tài)性，根據(jù)制備條件形成明顯不同的結構。除了六邊形分子排列外，蜂窩結構的出現(xiàn)特別有趣，因為這種開放結構對于由直立分子組成的 SAM 來說是不尋常的。3）先進的光譜工具揭示了所有羧酸錨定基團的等效鍵合。值得注意的是，密度泛函理論計算預測了蜂窩網(wǎng)絡中分子的手性排列，這在實驗掃描隧道顯微鏡 (STM) 圖像中并不明顯。通過考慮吸附層的實際電子結構的細節(jié)，可以解決理論與實驗之間的這種差異。Saunak Das et al. Porous Honeycomb Self-Assembled Monolayers: Tripodal Adsorption and Hidden Chirality of Carboxylate Anchored Triptycenes on Ag. ACS Nano, 2021.DOI: 10.1021/acsnano.1c03626https://doi.org/10.1021/acsnano.1c03626
12. Anal. Chem：Au@ZIF 8核殼納米顆粒可作為檢測揮發(fā)性有機化合物氣體的SERS 基底
表面增強拉曼光譜(SERS)因具有出色的分子指紋識別性能而發(fā)展成為一種重要的超靈敏分析技術。然而，被測分子一般需要吸附在SERS基底上，這使得其在檢測弱吸附分子，如揮發(fā)性有機化合物(VOC)分子時比較困難。有鑒于此，廈門大學李劍鋒教授、張月皎副教授和國民核生化災害防護國家重點實驗室Lin Zhang開發(fā)了一種基于Au@ZIF-8核殼納米粒子(NPs)、針對弱吸附分子的SERS檢測方法。1）實驗合成了均勻的單核/多核殼結構NPs,ZIF-8殼層的厚度可被精確控制(3~50 nm)，進而可以調(diào)節(jié)金屬納米顆粒之間的距離和電磁場。在完成分析化學和物理表征后，實驗采用Au@ZIF-8核殼NPs對VOC氣體進行SERS檢測。與多核或厚殼層的納米顆粒相比，殼厚為3nmAu@ZIF-8的可以有效地檢測各種VOC氣體分子，如甲苯、乙苯和氯苯等。2）此外，實驗還可以利用實時的SERS技術對甲苯氣體的吸附和解吸過程進行觀察。實驗結果表明，該核殼納米結構在實現(xiàn)多種氣體檢測方面具有很好的應用前景，有望應用于對催化反應過程產(chǎn)生的中間體進行特異性鑒定。Qing-Qi Chen. et al. Au@ZIF?8 Core?Shell Nanoparticles as a SERS Substrate for Volatile Organic Compound Gas Detection. Analytical Chemistry. 2021DOI: 10.1021/acs.analchem.0c05432https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c05432
