1. Nature Commun.：Rh催化β,β-雙修飾不飽和酰胺不對稱硼氫化
手性三級硼酸酯是非常重要的生物活性分子前體、是合成四級手性中心的重要中間體分子。有鑒于此，清華大學李必杰等報道通過對β,β-雙修飾的α,β-不飽和酰胺進行不對稱硼氫化合成對映結構富集的三級硼酸酯，這種Rh催化硼氫化反應方法展示了比以往結果更好的對映選擇性，為惰性Michael受體底物的選擇性硼氫化反應提供經驗和指導，為合成生物活性分子提供更加有效的方法。1）反應情況。以β,β-雙修飾不飽和酰胺作為底物，HBPin作為硼基化試劑，2 mol % Rh(COD)2/2.4 mol % (+)-DIPO作為催化劑體系，加入4 mol % 叔丁醇，在1,2-C6H4F2溶劑于-20 ℃下進行反應。2）該反應方法學克服β,β-雙修飾的不飽和酰胺β位點的位阻，而且能夠區分β位點上比較類似的配體，通過簡單的分子出發，這種原子經濟性催化過程實現了以較好的區域選擇性、立體選擇習慣進行合成三級硼酸酯。Gao, TT., Lu, HX., Gao, PC. et al. Enantioselective synthesis of tertiary boronic esters through catalytic asymmetric reversed hydroboration. Nat Commun 12, 3776 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-24012-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-021-24012-z
2. Joule綜述：電催化析氧反應的穩定性挑戰：從機理理解到反應器設計
化學品和燃料原料的電化學合成已被證明是傳統化學工程的一種可持續和“綠色”的替代途徑。而析氧反應（OER）在與各種陰極反應的耦合中扮演著重要角色。目前，關于OER的研究以及綜述主要集中在OER催化劑的活性極限方面。而實際上，OER催化劑的長期穩定性在大規模電解工業化應用中可能起到更重要的作用，但人們對其重視程度顯然要低得多。迄今為止，關于開發具有工業耐久性的OER催化劑的報道還很少。基于此，美國萊斯大學汪昊田教授綜述了在OER過程中影響催化劑穩定性的催化劑重構、OER途徑、溶解和再沉積的機理。1）在OER的初始階段，由于高氧化電位，一些催化劑會發生顯著的表面重構，這會改變真實的OER活性中心，并可能導致催化不穩定。此外，催化劑中的表面晶格氧可能通過不同的析氧途徑參與OER催化過程，導致性能下降。2）在電解過程中，催化劑還可能經歷溶解-再沉積過程，該過程要么導致催化劑表面重構，要么導致動態穩定的OER態。這些都是從不同方面影響OER催化穩定性的關鍵，作者對它們進行詳細的總結。3）為了彌合實驗室測量和實際應用之間的差距，作者最后總結了電解槽中的不同因素或組件如何影響催化劑實際水分解應用中的穩定性。這一綜述可以為OER催化劑未來的實際應用提供一個不同的視角和合理的指導方針，并著重于催化劑的穩定性問題。Chen et al., Stability challenges of electrocatalytic oxygen evolution reaction: From mechanistic understanding to reactor design, Joule (2021)DOI：10.1016/j.joule.2021.05.005https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.05.005
3. Joule：溶劑輔助的固態復合正極的微結構工程
得益于高導電性固體電解質（SEs）帶來的更高的能量密度、更高的安全性和更寬的工作溫度窗口等潛在好處，全固態鋰金屬電池（ASSLBs）已經得到了蓬勃發展。在各種類型的SEs中，硫化物基SEs具有相當高的離子電導率（在25 ℃時大于1 mS cm-1），由于其合成和簡單的加工工藝，已被廣泛應用于ASSLBs中。在ASSLB的運行過程中，需要鋰離子和電子導電劑形成滲流網絡來進行正極活性物質（CAM）的電化學反應。近日，美國休斯敦大學Yan Yao報道了一種微結構工程對ASSLBs性能的影響。1）研究人員開發了一種溶劑混合工藝來調節含有延性有機材料電極的微觀結構。PTO與Li6PS5Cl的溶劑混合形成了PTO-界面-Li6PS5Cl“核-殼”結構，促進了可進行高效電荷輸運微結構的形成。2）研究人員利用FIB-SEM、ToF-SIMS、EIS和XPS等手段研究了界面相的化學組成、空間分布和電化學可逆性。3）實驗結果表明，活性物質的質量分數從20提高到50 wt%。新工藝實現了302 Wh kg-1的電極級比能量，比最先進的基于OBEM的固態電池提高了83%。同時，這個值與大多數無機正極不相上下。此外，通過微調熱退火工藝和進一步提高fPTO，可以進一步提高性能。這項工作不僅有利于有機基ASSLBs的開發，而且有助于固態鋰硫電池的微結構優化。Zhang et al., Microstructure engineering of solid-state composite cathode via solvent-assisted processing, Joule (2021)DOI：10.1016/j.joule.2021.05.017https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.05.017
4. Nano Energy：亞10 nm ZnS/ZnO納米薄片的簡易合成用于高性能柔性摩擦電納米發電機
利用低成本的無機功能材料制備柔性、高輸出的摩擦電納米發電機（TENGs）受到人們越來越多的關注。近日，揚州大學龐歡教授報道了首次采用一種簡單的方法制備了一種亞10 nm ZnS/ZnO納米薄片（ZnSO NFs），并將其與聚二甲硅氧烷（PDMS）復合作為FTENGs的摩擦電層材料。1）作為摩擦電層的PDMS/超薄ZnSO NFs復合材料具有以下優點：i）直接在碳布(CC)上生長均勻、高質量的ZnSO NFs，不需要繁瑣的旋涂或轉移過程；ii）超薄ZnSO NFs可以顯著提高電荷傳輸率；iii）與純CC相比，生長在CC上的ZnSO NFs具有更大的接觸面積；iv）在CC上生長的ZnSO NFs可以極大地提高電導率；v）PDMS可以改善機械性能。2）這些優點顯著提高了器件的輸出性能。測試結果表明，該器件的最大峰間輸出電壓（Vppv）為156 V，峰間電流密度（Ippc）為18.9 mW·A·cm-2，輸出功率密度（P）為2.95 mW·cm-2。在2000次彎曲循環后，保持了約82%的初始P值，表明該器件具有出色的柔性。尤其是，基于2×2 cm2 PDMS/ZnSO NFs的器件在人的拳頭的作用下，可以為70個LEDs供電。這些結果表明，超薄ZnSO-NFs可作為優良共摩擦電層材料用于柔性高輸出能量收集系統。Yongteng Qian, et al, Facile synthesis of sub-10 nm ZnS/ZnO nanoflakes for high-performance flexible triboelectric nanogenerators, Nano Energy, (2021)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106256https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106256
5. Nano Energy：用于水裂解的可調的一維無機鈣鈦礦納米材料庫
鈣鈦礦具有豐富的多樣性和易調節的電學性質，在未來的能量轉換和存儲方面具有很好的應用前景。然而，其較差的形貌可控性和有限的比表面積嚴重限制了其應用。近日，廈門大學黃小青教授，香港理工大學黃勃龍教授報道了開發了一種利用金屬鹽-聚合物纖維熱解來制備高孔一維無機鈣鈦礦納米顆粒的通用策略。1）利用這種方法，研究人員已經成功地獲得了多達6種具有不同金屬元素的多元素鈣鈦礦。生成的鈣鈦礦具有高質量的一維結構，氣孔密集且分散。通過結合組成靈活、具有高比表面積的多孔結構和交聯網絡結構的優點，這些鈣鈦礦可以作為性能優異的新型鈣鈦礦型電催化劑。2）作為概念驗證，研究人員評估了一系列Co基一維鈣鈦礦納米材料的OER性能，其中La0.5Ba0.5Co0.8Ni0.2O3（LBCNO）表現出優異的活性，在364 mV的過電位下可以獲得100 mA cm-2的電流密度，并且在大電流密度（50 mA cm-2)下至少穩定30 h，已經超過了最先進的商用RuO2催化劑。3）X射線吸收光譜（XAS）分析結合理論計算結果表明，Ba和Ni的引入降低了Co的氧化態以及調節自旋態，并與LBCNO納米網格中壓縮的Co-O鍵結合在一起，協同促進了OER催化劑的中間吸附和電子轉移。研究工作為同時進行形貌控制和成分優化來提高鈣鈦礦材料的性能提供了有價值的指導，顯示出巨大的實際應用潛力。Yecan Pi, et al, Tunable One-Dimensional Inorganic Perovskite Nanomeshes Library for Water Splitting, Nano Energy, (2021)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106251https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106251
6. Nano Energy：原位聚合聚苯胺/Mxene（V2C）作為電磁-摩擦混合發電機自供電超級電容器和氨氣傳感器的構建塊
氨（NH3）作為一種具有代表性的有毒污染氣體，廣泛存在于人們的日常生活中。即使是低濃度的NH3（<50 ppm）也會對工業生產和人體健康造成重大的安全危害。此外，隨著近年來物聯網和便攜式電子技術的不斷創新和日益增加的實際需求，實現高靈敏度、實時監測報警、便攜并可同時與智能器件連接的自供電NH3傳感器系統已成為當務之急。有鑒于此，中國石油大學（華東）孫道峰教授，Dongzhi Zhang報道了原位聚合了聚苯胺(PANI)/ MXene（V2C）復合材料，并將其作為電磁-摩擦混合發電機自供電超級電容器和NH3傳感器的構建塊。1）MXene的高可及表面產生了豐富的高反應性和電負性中心，可以促進或誘導苯胺在其表面的聚合，而苯胺在其表面的聚合可以防止其重新堆積，提高其電化學活性，從而顯著改善氨傳感器和超級電容器的性能。2）集成自供電系統的工作原理是利用摩擦電納米發電（TENG）和電磁發電機（EMG）的混合納米發電機為驅動氨氣傳感器的超級電容器充電。3）采用PANI/MXene為負極，活性炭為正極的超級電容器在電流密度為1 A/g時的比容量為337.5 F/g，能量密度高達11.25 Wh/kg，功率密度也達到了415.38 W/kg。此外，PANI/MXene納米片具有醒目的響應值（(Rg-Ra)/Ra=14.9% @1 ppm NH3）、良好的穩定性（超過60 d）和快速的響應/恢復時間（9 s/9 s @ 1 ppm NH3），遠遠優于原始的PANI和MXene納米片。本工作為PANI/MXene超級電容器和傳感元件的構建提供了候選材料，為工農業污染自支撐氣體傳感的集成開辟了一條新的途徑。Xingwei Wang, et al, In situ polymerized polyaniline/MXene (V2C) as building blocks of supercapacitor and ammonia sensor self-powered by electromagnetic-triboelectric hybrid generator , Nano Energy, (2021)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106242https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106242
7. AM：一種氣蒸MOF法制備的具有出色儲鋅和超穩定性的磷摻雜的開放式碳籠
碳微納米籠在電化學儲能技術中的應用受到了人們極大的關注。近日，日本產業技術綜合研究所（AIST）徐強教授報道了設計了一種固態氣蒸金屬有機骨架（MOF）方法來制造壁上開口可控以及N，P摻雜的碳籠。1）這種開放式碳籠（OCC）利用其壁上的大開孔增強傳質動力學和碳基體中N、P摻雜有利于鋅離子化學吸附的優點，作為先進的水系鋅離子混合超級電容器（ZHSC）的碳正極，在0.1 A g?1下具有2.0 V的寬工作電壓和225 mAh g?1的容量。此外，正極還表現出高達30萬次循環的超長循環壽命，容量保持率為96.5%。2）利用OCC作為電極材料，研究人員實現了軟封裝的ZHSC器件，其具有97 Wh kg?1的高能量密度和6.5 kW kg?1的超高功率密度。此外，該器件可以在從?25到+40 °C的寬溫度范圍內工作，覆蓋了日常生活中實際應用的溫度。這一GSM策略將開辟一條途徑，為潛在的儲能應用設計功能納米結構。Chun-Chao Hou, et al, A Gas-Steamed MOF Route to P-Doped Open Carbon Cages with Enhanced Zn-Ion Energy Storage Capability and Ultrastability, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202101698https://doi.org/10.1002/adma.202101698
8. AM：設計Fe-N配位結構助力鋰硫電池中的快速氧化還原轉換
緩慢的氧化還原動力學和多硫化物（Li2Sn，n=4-8）的穿梭效應嚴重影響了高能量密度鋰硫（Li-S）電池的電化學性能。近日，為解決上述問題，中南大學韋偉峰研究員，北京工業大學Ning Wang報道了通過構建一種具有雙活性中心的集成催化劑，在該催化劑中，單原子(SA)-Fe和極性Fe2N共嵌入在氮摻雜的石墨烯中（SA-Fe/Fe2N@NG）中。1）SA-Fe/Fe2N@NG中具有平面對稱Fe-4N配位的SA-Fe和具有三角錐形Fe-3N配位的Fe2N分別對多硫化物有協同吸附作用，對Li2Sn和Li2S脫硫化具有催化選擇性。這些特性使得由SA-Fe/Fe2N@NG改性的隔膜具有最佳的多硫化物約束催化性能，從而加速了Li2Sn ? Li2S的雙向液-固轉化，抑制了穿梭效應。2）實驗結果顯示，基于SA-Fe/Fe2N@NG隔膜的Li-S電池在1 C（純S正極，S含量：70 wt%）下循環500次，容量保持率高達84.1%，0.1 C時的面容量為5.02 mAh cm?2（SA-Fe/Fe2N@NG負載的S正極，S負載量=5 mg cm?2）。這項研究結果為長壽命鋰硫電池高效催化劑的設計提供了參考。Cheng Ma, et al, Engineering Fe–N Coordination Structures for Fast Redox Conversion in Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202100171https://doi.org/10.1002/adma.202100171
9. AM：光電器件中鈣鈦礦表面和界面的最新進展
表面和異質結界面，其中缺陷和能級決定了光電器件中的電荷載流子動力學，對于釋放鈣鈦礦半導體的全部潛力至關重要。南方科技大學Zheng-Hong Lu，Hongyu Yu和Deying Luo等人討論了鈣鈦礦表面的化學結構，并總結了各種鈣鈦礦界面上能帶排列的基本物理規則。1）常見的鈣鈦礦表面通常被各種成分和結構缺陷裝飾，例如殘留的表面反應物、離散的納米團簇、產物反應、空位、間隙、反位點等。其中一些表面物種在禁帶中誘導深能級缺陷狀態，形成非常有害的電荷載流子陷阱并對界面帶對齊產生負面影響，以實現最佳器件性能。2）研究人員概述了表面和界面工程的研究進展，以最大限度地減少深層次缺陷狀態。主要內容包括選擇用于生長更好晶體的界面和襯底緩沖層、用于表面鈍化的材料和加工方法、用于微觀結構轉變的表面催化劑、用于電荷提取或注入的有機半導體、用于減輕缺陷的具有寬帶隙鈣鈦礦或納米晶體的異質結、以及防止相互擴散和反應的電極夾層。這些表面和界面工程策略被證明對于提高太陽能電池和發光二極管的器件性能至關重要。Luo, D., Li, X., Dumont, A., Yu, H., Lu, Z.-H., Recent Progress on Perovskite Surfaces and Interfaces in Optoelectronic Devices. Adv. Mater. 2021, 2006004.https://doi.org/10.1002/adma.202006004
10. AEM：CoPc分子注入的石墨化氮化碳催化劑用于促進NaCl電解液中的CO2電還原
在海水中直接電解CO2可以同時將CO2轉化為CO，將氯離子轉化為Cl2，從而進一步滿足下游工業的需求，如光氣合成，促進CO2的凈消費。因此，在海水中直接進行CO2電解具有重大意義。近日，大連理工大學邱介山教授，于暢教授報道了采用機械力化學輔助注入的方法研制了一種高效的CoPc/g-C3N4催化劑，該催化劑可以在模擬海水（0.6 m NaCl）中穩定運行，用于電催化CO2轉化為CO。作為一個概念驗證，這個有價值的電催化體系可以進一步推動CO和Cl2同時直接聯產。1）CoPc/g-C3N4催化劑具有很強的電子相互作用和獨特的形貌，使Na+優先吸附在電解液中，從而有助于抑制HER副反應。CoPc表面被g-C3N4納米薄片覆蓋和保護，有利于維持催化劑在模擬海水中的穩定性。2）結果表明，在模擬海水中，在高CO部分電流密度（20.4 mA cm?2）下，法拉第效率（FE）可達90.6%；在連續運行2 h以上的高CO部分電流密度（16.0 mA cm?2）的天然海水中，甚至高達89.5%。特別是在模擬海水中的長時間操作，不僅可以達到25 h，而且在CER的推動下，CO的生成率不斷提高，具有較快的反應動力學。此外，在模擬海水中，CO2RR在電流密度為12.9 mA cm-2、電壓為3 V時對CO的總FE效率最高可達98.1%。3）CO2RR-海水系統值得研究人員描繪一個詳細的藍圖，其關于未來由藍色能源驅動的海洋，用于實現高能效和大規模的光氣生產，以滿足下游產業（如MDI生產或其他聚合物產業）的需求。Xinyi Tan, et al, Toward an Understanding of the Enhanced CO2 Electroreduction in NaCl Electrolyte over CoPc Molecule-Implanted Graphitic Carbon Nitride Catalyst, Adv. Energy Mater. 2021DOI: 10.1002/aenm.202100075https://doi.org/10.1002/aenm.202100075
11. EnSM：一種缺陷工程化的三維有序大孔磷摻雜的Co3O4-δ微球作為高效雙功能電催化劑用于鋅空氣電池
開發具有低成本、高效率的析氧（OER）和還原（ORR）雙功能電催化劑是實現可充電鋅空氣電池（ZABs）實用化的迫切需要。然而，實現空氣電催化劑的高催化性能仍然是一個挑戰。近日，加拿大滑鐵盧大學陳忠偉教授，華南師范大學王新副教授，Yongguang Zhang報道了采用納米鑄造法設計合成了一種三維有序大孔Co3O4電催化劑。然后進一步對磷摻雜的Co3O4-δ（3DOM P-Co3O4-δ）進行了可控的磷化處理，以誘導缺陷工程。1）通過對氧空位（VO）的調節，研究人員揭示了Co3+部分還原為Co2+是提高3DOM P-Co3O4-δ本征ORR和OER雙功能電催化性能的關鍵。2）實驗結果顯示，3DOM P-Co3O4-δ綜合了幾何和電子的優點，其ORR半波電位為0.82 V，OER過電位僅為366 mV，即可獲得10 mA cm-2的電流密度，可與貴金屬基準電催化劑相媲美。特別是在恒流循環測試下，基于3DOM P-Co3O4-δ的ZABs顯示出0.84 V的電位間隙，在10 mA cm-2時，250 h的電壓衰減可以忽略不計。這項研究提供了一條簡便易行、可擴展的途徑，有望對未來多孔電催化劑的制備及其能源相關應用的研究起到啟發作用。Daorui Wang, et al, Defect engineering on three-dimensionally ordered macroporous phosphorus doped Co3O4–δ microspheres as an efficient bifunctional electrocatalyst for Zn-air batteries, Energy Storage MaterialsDOI：10.1016/j.ensm.2021.06.017https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.06.017
12. Small Methods: 3D 打印、高孔隙率、高強度石墨氣凝膠
全球對泡沫塑料材料的需求巨大(年需求量約為3,413億美元)，受現代社會需求增加的推動，需求仍以每年4.8%的速度增長。現有的大多數泡沫材料都是由塑料制成的，它們需要數百年才能降解，導致了嚴重的全球污染問題。有鑒于此，美國馬里蘭大學胡良兵教授等人，報告了一種基于 3D 石墨-纖維素納米纖維 (G-CNF) 泡沫的泡沫材料的可降解、可回收和經濟高效的解決方案，該泡沫材料由資源豐富的石墨和纖維素通過先進的 3D 打印制成。1）通過3D打印技術開發了一種可降解、可回收、輕質的3D石墨纖維素泡沫材料。石墨粉可通過 CNF 直接分散成均勻穩定的漿料，無需表面活性劑或刺激性化學品。2）CNFs通過親水和疏水界面與石墨的相互作用，使其具有類似分散聚合物的流變性能和良好的加工性能，粘度可調，可用于3D打印。石墨/CNF料漿保持著高的表觀粘度以及良好的儲存和損耗模量穩定性，這使得從料漿生產連續的長絲能夠構建三維結構。3）與商業聚苯乙烯泡沫材料相比，G-CNF泡沫材料具有較高的機械強度(抗拉強度3.72 MPa vs 0.28 MPa，抗壓剛度2.34 MPa vs 1.11 MPa)、更好的防火性能、可降解性和可回收性。總之，所展示的 G-CNF 泡沫有可能取代商業塑料泡沫材料，代表了解決白色污染的可持續解決方案。Dapeng Liu et al. 3D-Printed, High-Porosity, High-Strength Graphite Aerogel. Small Methods, 2021.DOI: 10.1002/smtd.202001188https://doi.org/10.1002/smtd.202001188
