1. Joule：一種在較高溫度下運行具有大容量超穩定的吩嗪水溶液液流電池
水系有機氧化還原液流電池（AORFBs）可以通過有機氧化還原活性物質來利用可再生能源。雖然AORFBs在室溫下具有較長的電池循環壽命，但開發具有良好熱穩定性的有機分子用于儲能，特別是在陽光充足、溫度較高的地區具有重要意義。近日，西湖大學王盼研究員，國科大杭州高等研究院Yunlong Ji報道了開發了一種基于丙酸功能化吩嗪（PFP）的高容量AORFB，其在室溫和高溫下都表現出極高的穩定性。
本文要點：
1）為了避免堿性液流電池中可能發生的親核取代和水解等分解反應，羧酸官能團（-COOH）通過化學惰性碳原子而不是雜原子連接到吩嗪核上，可以作為離去基團。
2）利用這一策略，研究人員研究并比較了3,30-(吩嗪-1,6-二基)二丙酸（1,6-PFP）、3，30-(吩嗪-1,8-二基)二丙酸（1,8-PFP）和3,30-(吩嗪-2,7-二基)二丙酸（2,7-PFP）三種不同取代位的吩嗪分子作為AORFBs的負極電解質（negolyte）。研究發現，所有的PFP都表現出高溶解度，可逆電活性，低滲透率，快速的動力學，在高溫下電池容量的衰減可以忽略不計。當與亞鐵氰化物組合時，具有1,8-PFP的全AORFB在室溫下循環40 d后表現出1.15V的開路電壓（OCV）和0%的容量衰減。此外，該電池在45 ℃恒流循環和恒流-恒電位循環53 d中表現出良好的穩定性，是迄今為止，所報道的最佳容量保持率之一。
這些結果表明，PFP在未來高溫強堿性條件下的儲能技術中具有廣闊的應用前景。
Xu et al., Ultrastable aqueous phenazine flow batteries with high capacity operated at elevated temperatures, Joule (2021)
DOI：10.1016/j.joule.2021.06.019
https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.06.019
2. Matter：石墨烯基有機溶劑納濾膜中2D共價有機骨架的三重作用
二維共價有機骨架（2D-COFs）具有明確的孔隙率和穩定性。近日，澳大利亞悉尼大學陳元教授，新加坡南洋理工大學Kun Zhou，Kunli Goh報道了揭示了2D-COFs在用于有機溶劑納濾（OSN）的納米層壓石墨烯膜中的三個作用。
本文要點：
1）研究人員首先將2D-COF-LZU1插層在rGO納米片層疊層中，形成雜化納米層合膜。然后，展示了優化后的膜在不同有機體系中的OSN性能和穩定性，以評價其結構完整性，并驗證2D-COF插層的效果。實驗結果顯示，由2D-COFs和還原氧化石墨烯（rGO）組裝而成的優化雜化納米層在不犧牲選擇性的情況下，甲醇滲透率提高了162%。
2）研究人員通過第一性原理分子動力學（FPMD）模擬和密度泛函理論（DFT）計算，研究了COF-LZU1、rGO與四種不同溶劑分子在COF/rGO/溶劑界面上的相互作用，揭示了不同有機溶劑體系下發生的微妙變化。研究發現，干燥后， 2D-COFs插層起到納米隔離劑的作用，以防止rGO的重堆積。然而，當2D COF被潤濕時，其承擔了穩定劑和多孔填料材料的額外作用。此外，2D-COFs由于在COF/rGO界面存在溶劑化驅動的電荷重新分布，使得在COF和rGO納米片之間產生了穩定力，從而緩解了rGO在溶劑中的溶脹。此外，2D-COFs可以縮短15.5%的傳輸路徑，并為溶劑滲透提供“捷徑”。
這項工作揭示了2D-COFs作為納米隔離劑/穩定劑/多孔填料的三重作用，為促進OSN雜化納米層合膜的發展提供了新的見解。
Sui et al., The tripartite role of 2D covalent organic frameworks in graphene-based organic solvent nanofiltration membranes, Matter (2021)
DOI：10.1016/j.matt.2021.06.043
https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.06.043
3. AM：對用于鋰離子電池的高性能黑磷負極的新認識
黑磷（BP）具有高導電性和高容量，是用于鋰離子電池（LIBs）的一種極有前途的負極材料。然而，BP在循環過程中的體積變化很大，導致其容量迅速衰減。此外，目前關于BP的電化學機理還不清楚，這阻礙了合理設計和制備高性能BP基負極的發展。近日，加拿大西安大略大學孫學良教授，Tsun-Kong Sham報道了利用行星式球磨法制備了納米BP、石墨（G）和碳納米管（CNTs）復合結構作為LIBs負極材料，并用原位和非原位同步加速器技術揭示了BP和Li+在循環過程中的反應機理。
本文要點：
1）石墨和CNTs的引入提高了復合材料的導電性，為Li+的傳輸提供了途徑，并在循環過程中穩定了BP/G/CNT的結構。此外，納米BP與石墨結合使用，可以適應BP在充放電過程中的體積變化問題，避免材料粉化。
2）實驗結果顯示，這種新穎獨特的BP/G/CNT復合材料的初始可逆容量為1375 mA h g?1，在450次循環后仍保持1031.7 mA h g?1，表現出顯著的容量和穩定性。同時，BP/G/CNT負極表現出優異的大電流性能，0.5 A g?1循環600次的容量為1009.4 mA h g?1，1 A g?1循環1000次的容量為996mA h g?1，2 A g?1循環1000次容量為719 mA g?1，2 A g?1循環3000次的容量為508.1 mA g?1。
3）研究人員通過結合非原位XRD、非原位XAS/XES、Operando XRD和Operando XAS，揭示了LIB中BP基負極材料的反應機理。BP在放電過程中與Li+分三步反應，分別在1.119、0.925和0.788 V形成Li3P7、LiP和Li3P。充電過程中可以觀察到可逆過程，從Li3P到LiP，然后到Li3P7，最后到BP的逆轉化分別發生在1.028、1.233和1.599 V。此外，通過對比非原位和Operando XRD/XAS的結果，研究人員清楚地發現電化學中間物種的發生電位有微小的偏差。這種偏差現象很可能是由于非原位電極的開路弛豫效應所致，突出了在LIBs電極材料研究中，operando測量的重要性和必要性。
綜上所述，這項研究不僅證明了BP是一種用于LiBs的高性能負極材料，而且突出了operando同步加速器分析在揭示BP基負極材料在循環過程中與Li+反應機理方面的作用，也為研究其他材料的電化學機理提供了一種可行的途徑。
Minsi Li, et al, New Insights into the High-Performance Black Phosphorus Anode for Lithium-Ion Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202101259
https://doi.org/10.1002/adma.202101259
4. AM：水凝膠分子工程用于快速水消毒和可持續的太陽能制蒸汽
飲用水的不安全性是發展中地區發病率和死亡率的主要原因。巴氏殺菌或煮沸水以去除病原體是一種高能耗手段，對于離網地區來說通常不切實際。因此，迫切需要具有低成本、快速和節能的水消毒方法來應對飲用水安全問題。近日，美國德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授報道了一種具有鄰苯二酚激活的分子級過氧化氫發生器和苯醌錨定的活性炭顆粒的抗菌水凝膠（ABHs），可用于高效的水處理。
本文要點：
1）ABHs的殺菌作用歸因于過氧化氫和醌基團的協同作用，可攻擊重要的細胞成分，擾亂細菌的新陳代謝。
2）ABHs可直接作為片劑使用，無需能量投入，60 min內水消毒效率可達99.999%以上。同時，在處理過程中不會產生有害副產物，之后ABHs片劑可以很容易地去除，沒有殘留物。
3）ABHs具有優良的光熱性能和抗生物污損性能，在含有細菌的河水中儲存和運行數月后，還可用作太陽能蒸發器，在陽光下實現穩定的凈水（≤1 kW m?2）。
這種ABHs水處理系統減少了偏遠地區和緊急救援應用中水處理技術的能源和化學需求。
Youhong Guo, et al, Molecular Engineering of Hydrogels for Rapid Water Disinfection and Sustainable Solar Vapor Generation, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202102994
https://doi.org/10.1002/adma.202102994
5. AM綜述: 用于高效能量催化的雙原子位點催化劑
具有明確結構的原子分散金屬催化劑因其高原子利用效率、優異的活性和選擇性而成為多相催化領域的研究熱點。雙原子位點催化劑（DASC）作為單原子催化劑（SAC）的延伸，最近引起了廣泛關注。與 SAC 相比，DASC 具有更高的金屬負載量、更復雜和靈活的活性位點，為實現更好的催化性能提供了更多機會。近日，北京大學郭少軍研究員和中國科學院長春應用化學所李敬研究員報道了如何設計新的DASC以增強能量催化的最新進展。
本文要點：
1）首先根據活性位點的構型對同核DASC和異核DASC這兩種單原子活性位點的結合進行分類。然后，將討論最先進的DASC表征技術。其次，介紹DASCs在各種反應中的不同合成方法和催化應用，包括氧還原反應、二氧化碳還原反應、一氧化碳氧化反應等。
2）提出應該探索更巧妙的合成策略來構建具有精確雙原子活性位點、特定配位環境和熱力學長期穩定性的 DSAC。其次，應進一步開發一些先進的表征工具，以實現雙原子活性位點的精確協調結構。最后，應該利用更準確的原位表征技術來監測雙原子活性位點在操作條件下的動態行為。
Weiyu Zhang, et al. Emerging Dual-Atomic-Site Catalysts for Efficient Energy Catalysis. Adv. Mater. 2021, 2102576.
DOI: 10.1002/adma.202102576
https://doi.org/10.1002/adma.202102576
6. AM: 2D/3D結構的錫基鈣鈦礦太陽能電池
作為最有前途的非鉛太陽能電池，基于鹵化錫的鈣鈦礦太陽能電池仍然存在嚴重的體缺陷，因為錫容易從二價氧化為四價。南方科技大學的何祝兵等人提供了一種通用且有效的策略來調節 2D/3D 異質錫鈣鈦礦吸收層的微觀結構，即通過在甲脒錫基鈣鈦礦FASnI3 中用溴化氟代苯乙銨（FPEABr）代替碘化甲脒（FAI）。
本文要點：
1）基于FPEABr的2D 相的引入可以誘導3D FASnI3 的高度定向生長，并且在最佳2D/3D薄膜中揭示了2D 相包含3D 晶粒并位于表面和晶界處。基于 FPEA+的2D錫基鈣鈦礦覆蓋層可以為不穩定的3D FASnI3 晶粒提供保護傘。
2）獨特的微觀結構有效地抑制了Sn2+到Sn4+ 的氧化，并降低了缺陷密度，從而顯著提高了器件性能，從9.38%到14.81%的效率。經認證的14.03%的轉換效率創造了新的記錄，比上一個認證效率(12.4%) 邁出了一大步。除了這一突破之外，這項工作為通過構建有效的2D/3D微結構來制造高質量錫鈣鈦礦鋪平了道路。
Yu, B.-B., Chen, Z., Zhu, Y., Wang, Y., Han, B., Chen, G., Zhang, X., Du, Z., He, Z., Heterogeneous 2D/3D Tin-Halides Perovskite Solar Cells with Certified Conversion Efficiency Breaking 14%. Adv. Mater. 2021, 2102055.
https://doi.org/10.1002/adma.202102055
7. AM：黑磷約束的零價鈀單原子催化劑用于高效半加氫反應
單原子催化劑（SACs）具有優異的催化性能和最大的原子利用率，是多相催化研究的新前沿。然而，單原子往往以極化電子密度鍵合在載體上，從而表現出高價態，這限制了它們在諸多化學轉化中的催化范圍。近日，新加坡國立大學呂炯教授，Chun Zhang，深圳大學蘇陳良教授，新加坡科技研究局（A*STAR）Ming Lin報道了將2D黑磷（BP）作為巨型磷（P）配體通過原子層沉積（ALD）負載的高密度的單原子（如Pd1，Pt1）。
本文要點：
1）研究人員發現，與其他2D材料不同的是，BP具有相對較低的電負性和彎曲的結構，有利于穩健的零價Pd SACs在空位上得到較強的錨定。
2）研究發現，金屬Pd1/BP SAC顯示苯乙炔高選擇性地半加氫成苯乙烯，這與促進完全氫化產物的形成的金屬Pd納米顆粒催化劑明顯不同。
3）密度泛函理論（DFT）計算表明，Pd原子與相鄰的P原子形成類共價鍵，其中H原子傾向于吸附，有助于H2的解離吸附。受限空間中的零價Pd更有利于合成半氫化產物而不是合成完全氫化的產物。
這項工作為在BP上合成零價SACs用于有機轉化提供了一條新的途徑。
Cheng Chen, et al, Zero-Valent Palladium Single-Atoms Catalysts Confined in Black Phosphorus for Efficient Semi-Hydrogenation, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202008471
https://doi.org/10.1002/adma.202008471
8. AM：用于鋰金屬電池的磷烯納米帶的簡易制備
與磷烯一樣，磷烯納米帶（PNR）具有獨特的性質，然而，由于磷烯沿隨機方向的不可控切割，將磷烯拉解成具有精準邊緣的PNR并非易事。近日，新加坡國立大學羅建平教授，Wei Chen報道了一種簡易的電化學方法，可以高產率（> 80%）制備具有鋸齒形邊緣的PNR。
本文要點：
1）得益于具有化學活性的鋸齒形邊緣，PNR能夠自發地與鋰反應，形成傳導鋰離子的Li3P相，該相可用作鋰金屬電池中鋰負極的保護層。PNR保護層可防止鋰金屬和電解質之間的寄生反應，并促進鋰離子擴散動力學，實現均勻的鋰離子通量和在1 mA·cm-2的電流密度下高達1100 h的長時間循環穩定性。
2）所制成的面容量為2 mAh cm?2的LiFePO4|PNR-Li全電池在貧電解液（20 μl mAh?1）和3.5的低N/P比的條件下，穩定循環超100次。
Wei Yu, et al, Facile Production of Phosphorene Nanoribbons towards Application in Lithium Metal Battery, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202102083
https://doi.org/10.1002/adma.202102083
9. AM: 自發形成上梯度二維結構用于高效穩定的鈣鈦礦器件
目前，疏水性 4-（三氟甲基）芐胺（4TFBZA）作為間隔陽離子已經被證明了可以用于高效和穩定的準二維混合鈣鈦礦太陽能電池（PSC）。南昌大學陳義旺和Ting Hu等人發現將疏水性 4TFBZA 摻入MAPbI3可以有效地誘導自發上梯度 2D（SUG-2D）結構的形成。
本文要點：
1）研究發現，SUG-2D可有效鈍化陷阱態，并抑制離子遷移。同時，4TFBZA離子與甲胺離子之間的F…H-N強氫鍵能有效抑制鈣鈦礦的分解，使器件具有更好的熱穩定性。
2）此外，由于具有疏水性4TFBZA的SUG-2D結構，該器件還表現出更好的水分穩定性。基于SUG-2D結構的器件具有17.07%的光電轉換效率和1.10 V 的高開路電壓以及71%的高填充因子。這項工作為構建高效穩定的準二維PSC提供了新的策略，對鈣鈦礦的封裝策略具有啟發意義。
Li, D., Xing, Z., Huang, L., Meng, X., Hu, X., Hu, T., Chen, Y., Spontaneous Formation of Upper Gradient 2D Structure for Efficient and Stable Quasi-2D Perovskites. Adv. Mater. 2021, 2101823.
DOI：10.1002/adma.202101823
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101823
10. AM：COF自組裝膜助力具有長壽命高效循環的鋅離子電池
盡管水系鋅電池（ZABs）具有安全、無毒和經濟實惠等優點，然而由于表面自發性腐蝕以及不規則和不均勻的電鍍和剝離形成了大的Zn枝晶，導致其充電性有限，循環壽命較差。近日，韓國蔚山科學技術院Bartosz A. Grzybowski，Ji-Hyun Jang報道了展示了大面積、堅固而具有柔性（<200 MPa）和超薄（20-100 nm）的共價有機骨架（COFs）薄膜直接在鋅負極（平面或曲線）上的自組裝：這些薄膜可以抑制Zn枝晶生長和電化學非活性Zn副產物的形成，并引導均勻的Zn沉積。
本文要點：
1）實驗結果顯示，對于組裝的不對稱COF@不銹鋼||Zn和對稱COF@Zn||Zn電池，在1 mA cm-2到1mAh cm-2下循環420 h以上獲得了穩定的極化電壓。此外，組裝的COF@Zn||δ-MnO2全電池的初始比容量明顯高于傳統的Zn||δ-MnO2電池（在2 A g-1的高電流密度下，300次循環后的CE值為100%，容量保持率為88.5% vs CE值為99%，容量保持率為58.7%)。
2）研究人員利用COF薄膜的柔性，展示了一種具有COF涂層電極的金屬絲ZAB，該電極在彎曲、扭曲或起皺時表現出出色的可操作特性。
Jun Heuk Park, et al, Self-Assembling Films of Covalent Organic Frameworks Enable Long-Term, Efficient Cycling of Zinc-Ion Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202101726
https://doi.org/10.1002/adma.202101726
11. AM：Ti3C2Tx MXene 導電層支撐的生物衍生Fex?1Sex/MXene/碳基納米帶，用于高性能半/全鈉離子和鉀離子電池
在各種合成材料中，過渡金屬硫屬化物（TMCs）因其多步電子轉換反應和有利的結構有利于儲能應用。盡管它們表現出比碳基材料更高的可逆離子存儲能力，但是，它們固有的高表面能和弱范德華相互作用可能導致材料的堆積和團聚，從而降低了大量電化學活性位點的可及性。二維過渡金屬碳氮化物，即所謂的MXenes，由于其獨特的物理化學性質，在電化學儲能、電磁屏蔽和生物醫學應用領域大放異彩。與其他二維材料類似，MXenes在重復離子嵌入/脫出過程中，自重堆疊障礙變得不可避免，從而導致容量衰減。因此，需要對高容量仿生雜化材料進行合理的結構優化，以彌補這些固有的局限性。近日，吉林大學韓煒研究員，中國科學院半導體研究所沈國震研究員和中國科學院大氣物理研究所王莉莉研究員報道了利用高導電性Ti3C2Tx MXenes作為導電層來支撐 Fex-1Sex（x=2或3）異質結構在真菌衍生的碳質納米帶上。
本文要點：
1）由 2D Ti3C2Tx MXene 高導電層封裝的真菌衍生碳基質上制備了一種新型Fex-1Sex 異質結構，其在 0.1 A g-1 的電流密度下分別具有610.9 mAh g -1和449.3 mAh g-1的高比鈉離子 (Na+) 和鉀離子 (K+) 存儲容量，以及在高充放電速率下優異的容量保持率。
2）MXene 作為導電層，防止Fex-1Sex片層在真菌衍生的碳質納米帶上重新堆積和聚集，而天然真菌作為天然氮/碳源提供仿生納米纖維網絡結構骨架，為高速率離子傳輸提供額外的通路，并在高掃描速率下滿足 Na/K 離子存儲的表面驅動貢獻率。此外，還進行了原位同步加速器衍射和非原位X射線光電子能譜測量，以揭示Fex-1Sex/MXene/碳質納米帶異質結構中Na+的存儲和脫合金轉化過程的機制。
Junming Cao, et al. Ti3C2Tx MXene Conductive Layers Supported Bio-Derived Fex?1Sex/MXene/Carbonaceous Nanoribbons for High-Performance Half/Full Sodium-Ion and Potassium-Ion Batteries. Adv. Mater. 2021, 2101535.
DOI：10.1002/adma.202101535
https://doi.org/10.1002/adma.202101535
12. AM：CrBr3 2D 磁鐵中的手征聲子和巨磁光效應
由于其非零角動量，具有手性的聲子決定了非彈性光散射過程的光學螺旋度。近日，清華大學熊啟華，新加坡國立大學Su Ying Quek等研究發現二維磁性 CrBr3 在布里淵區中心承載手性聲子。
本文要點：
1） 這些手征聲子是雙簡并 Eg 聲子的線性組合，聲子本征模表現出與 l = ± 1 的角動量相對應的順時針和逆時針旋轉振動。這種Eg手性聲子可完全轉換入射圓偏振光的偏振。
2）另一方面，非簡并非手性Ag聲子在外部面外磁場下顯示出巨大的磁光效應，使散射線偏振光的偏振面旋轉。相比之下，手性 Eg 模式不顯示場依賴性。
3）隨著磁場強度從 0 T 增加到 5 T，散射光的相應偏振度從 91% 變為 -68%。
該工作為研究二維磁性材料中的聲子手性和磁光現象及其相關應用，如聲子霍爾效應、拓撲光子學和拉曼激光奠定了基礎。
Tingting Yin, et al. Chiral Phonons and Giant Magneto-Optical Effect in CrBr3 2D Magnet. Adv. Mater., 2021
DOI: 10.1002/adma.202101618
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101618
