1. Nature Commun.：一種基于富電子碳骨架的高面硫負(fù)載量與厚度無關(guān)的可擴(kuò)展高性能鋰硫電池
要提高鋰硫電池的能量密度，就必須使其面容量最大化，這就需要高硫負(fù)載量和高含硫量的厚電極。然而，傳統(tǒng)的厚電極往往導(dǎo)致離子傳遞動力學(xué)緩慢，電導(dǎo)率和機(jī)械穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致其電化學(xué)性能嚴(yán)重依賴于厚度。近日，澳大利亞伍倫貢大學(xué)Zhongchao Bai，美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授報(bào)道了采用冰模板法以及碳納米管林（CNTs）的尖端生長合成了N,O共摻雜的CNTs修飾的三維類木質(zhì)碳骨架（WLC-CNTs）。1）由于高導(dǎo)電性和堅(jiān)固的木質(zhì)特征，這種材料可以用作高硫負(fù)載的主體（S@ WLC-CNTs），而無需任何集電器、導(dǎo)電添加劑或粘合劑。而具有低曲折度微通道的獨(dú)特的S@WLC-CNTs正極可以減少電荷（離子和電子）擴(kuò)散路徑，允許電解質(zhì)在正極內(nèi)自由穿梭，并適應(yīng)硫的體積變化。此外，CNTs林中的CNTs通過非極性相互作用和富電子的特性，可以有效地捕獲可溶性LiPS，并催化其在電極內(nèi)的氧化還原動力學(xué)。最重要的是，它是一個厚度獨(dú)立的電極，因此其面硫負(fù)載量可以很容易地通過增加厚度來擴(kuò)大，而不會犧牲它的電化學(xué)性能。2）當(dāng)S@WLC-CNTs的厚度增加到1200 μm，表面硫負(fù)載量為52.4 mg cm-2時，經(jīng)過10 0次循環(huán)后，仍可保持692 mAh g?1的可逆容量。有趣的是，WLC-CNTs還可以作為鋰負(fù)極的主體（Li/WLC-CNTs）以抑制其枝晶生長，表現(xiàn)出相當(dāng)小的過電位和高庫侖效率（CE）。3）組裝后的Li?S全電池具有長循環(huán)穩(wěn)定性，極低的單次循環(huán)容量衰減率（0.057%）。因此，基于這一策略，人們能夠生產(chǎn)出極厚、極高硫含量的電極，從而為設(shè)計(jì)高質(zhì)量和高體積能量密度的Li?S電池開辟了一條新的途徑。Wang, N., Zhang, X., Ju, Z. et al. Thickness-independent scalable high-performance Li-S batteries with high areal sulfur loading via electron-enriched carbon framework. Nat Commun 12, 4519 (2021).DOI：10.1038/s41467-021-24873-4https://doi.org/10.1038/s41467-021-24873-4
2. Nature Commun.：一種用于無磁電機(jī)的柔軟、堅(jiān)韌、快速的聚丙烯酸酯介電彈性體
具有大電驅(qū)動應(yīng)變的介質(zhì)彈性體致動器（DEAS）可以制造輕便靈活的無磁電機(jī)。然而，軟驅(qū)動領(lǐng)域中常用的介電彈性體存在剛度高、強(qiáng)度低、驅(qū)動場強(qiáng)大等問題，這嚴(yán)重限制了DEA的致動性能。近日，清華大學(xué)黨智敏教授，Huichan Zhao報(bào)道了通過優(yōu)化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，研制了一種低楊氏模量（~0.073 Mpa）、高韌性（~2400%）、低機(jī)械損耗（tan δm=0.21@1 Hz，20 °C）、良好介電性能（εr=5.75，tan δe=0.0019@1 kHz）的新型聚丙烯酸酯介電彈性體。1）與傳統(tǒng)的小分子交聯(lián)劑不同，將含有柔性聚醚二醇和脂肪族二異氰酸酯鏈段的大分子聚氨酯丙烯酸酯化合物作為交聯(lián)劑，以丙烯酸丁酯（nBA）為單體，最大限度地降低了交聯(lián)點(diǎn)的官能度。2）高分子交聯(lián)劑的柔性聚醚二醇鏈段可以起到“潤滑劑”的作用，緩解聚(nBA)相鄰側(cè)基之間強(qiáng)烈的偶極-偶極相互作用，從而獲得低彈性模量（soft）和低機(jī)械耗（fast）。3）彈性體交聯(lián)點(diǎn)之間的平均分子量（Mc）匹配有助于消除應(yīng)力集中，延緩彈性體的失效。此外，一定量的取向極化較強(qiáng)的未交聯(lián)鏈會提高合成彈性體的介電常數(shù)。4）研究人員最后制作了一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)裝置，驗(yàn)證了基于新型聚丙烯酸酯介電彈性體的優(yōu)化的致動性能，與VHBTM4910相比，這種無磁電機(jī)轉(zhuǎn)速提高了15倍。這項(xiàng)研究為制造用于軟致動器的高性能介電彈性體提供了一種策略。Yin, LJ., Zhao, Y., Zhu, J. et al. Soft, tough, and fast polyacrylate dielectric elastomer for non-magnetic motor. Nat Commun 12, 4517 (2021).DOI：10.1038/s41467-021-24851-whttps://doi.org/10.1038/s41467-021-24851-w
3. Nature Commun.：用于壓敏膠粘劑的高吸水性聚合物
據(jù)估計(jì)，由于消費(fèi)產(chǎn)生的聚合物廢物在63億噸左右，其中大部分（79%）在垃圾填埋場或環(huán)境中。利用這些廢棄聚合物的回收方法可以減輕它們對環(huán)境的影響。對于許多聚合物來說，僅僅通過機(jī)械過程進(jìn)行回收是不可行的，這些材料將被送往垃圾填埋場或焚燒。一個突出的例子是尿布和女性衛(wèi)生產(chǎn)品中使用的高吸水性材料，其含有交聯(lián)的聚丙烯酸鈉。近日，美國密歇根大學(xué)安娜堡分校Anne J. McNeil報(bào)道了一條溫和而有效的開環(huán)回收尿布用于丙烯酸基高吸水性材料的合成路線。具體而言，通過兩步或三步合成過程，聚丙烯酸鈉被轉(zhuǎn)化為壓敏粘合劑（PSA），這種粘合劑在全球擁有巨大的市場（預(yù)計(jì)到2023年將達(dá)到130億美元）。1）這一方法的靈感來自于聚丙烯酸鈉（高吸水性聚合物）和聚丙烯酸酯（壓敏膠粘劑）具有相似結(jié)構(gòu)，這些聚丙烯酸酯可用于膠帶、繃帶和便簽等。而商用聚丙烯酸酯基壓敏膠通常是通過石油來源的單體來獲得。與這種路線相反，研究人員設(shè)計(jì)了由交聯(lián)聚丙烯酸鈉進(jìn)行2-3步的方法：i）酸催化或堿介導(dǎo)的解交聯(lián)生成線性聚合物；ii）可選的超聲波作用以降低摩爾質(zhì)量；iii）通過酯化作用產(chǎn)生粘性2）對于任何回收工作，進(jìn)行生命周期評估具有重要意義，以確定能源和環(huán)境成本。結(jié)果顯示，基于高吸水性聚合物的壓敏膠粘劑的開環(huán)回收方法在幾乎所有指標(biāo)（包括全球變暖潛力和累計(jì)能源需求）上都優(yōu)于石油衍生合成。此外，這種僅涉及解交聯(lián)化和酯化（即不進(jìn)行超聲作用）的路線具有工業(yè)化可擴(kuò)展性的潛力，為長期存在的廢物問題提供了一種可持續(xù)的解決方案。Chazovachii, P.T., Somers, M.J., Robo, M.T. et al. Giving superabsorbent polymers a second life as pressure-sensitive adhesives. Nat Commun 12, 4524 (2021).DOI：10.1038/s41467-021-24488-9https://doi.org/10.1038/s41467-021-24488-9
4. Matter：碳基底上過渡金屬雜化材料中預(yù)混鋁的浸出及提高電荷儲存的機(jī)理
活性中心暴露和利用不足往往導(dǎo)致過渡金屬基二維（2D）材料的反應(yīng)性較差。近日，大連理工大學(xué)邱介山教授，于暢教授，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室Jinghua Guo，西北工業(yè)大學(xué)張秋禹教授報(bào)道了首次提出了一種通用的“納米剪裁”策略，即通過電化學(xué)效應(yīng)驅(qū)動預(yù)先結(jié)合Al的operando浸出來實(shí)現(xiàn)過渡金屬雜化材料的整體活化。1）研究人員以MnAl層狀雙氫氧化物（LDHs）為例，采用“納米裁剪”工藝可以快速制備出結(jié)晶度較低的potassium-birnessite MnO2（AK-MnO2）。2）借助于軟X射線吸收光譜(SXAS)，研究人員可以很好地跟蹤和解耦A(yù)K-MnO2結(jié)構(gòu)的演變。有趣的是，由于Al的不可逆浸出和K+的插層，其微結(jié)構(gòu)可能會經(jīng)歷內(nèi)應(yīng)變的出現(xiàn)和釋放，導(dǎo)致具有豐富的邊緣位和氧空位的有利微結(jié)構(gòu)。密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果表明，引入的氧空位能夠促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移，促進(jìn)電解質(zhì)離子的吸附，從而優(yōu)化電荷儲存反應(yīng)動力學(xué)。3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所制備的AK-MnO2雜化材料在1 A g-1下，具有356 F g-1的高電容值，在100 A g-1的超大電流密度下保持率高達(dá)67%，并表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。4）研究人員證實(shí)了這種可生成具有豐富活性中心的低結(jié)晶度納米薄片的“納米裁剪”工藝具有通用性。因此，這種獨(dú)特而通用的“納米裁剪”策略有望激發(fā)研究人員的廣泛興趣和靈感，以構(gòu)造具有高性能的新型高效材料。Guo et al., Operando leaching of pre-incorporated Al and mechanism in transition-metal hybrids on carbon substrates for enhanced charge storage, Matter (2021),DOI: 10.1016/j.matt.2021.06.035https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.06.035
5. Joule：減少非輻射電荷復(fù)合使有機(jī)光伏電池的效率接近19%
減少非輻射電荷復(fù)合對于實(shí)現(xiàn)具有高性能的有機(jī)光伏（OPV）電池至關(guān)重要。目前，關(guān)于激子行為與非輻射電荷復(fù)合之間的關(guān)系研究仍很少。有鑒于此，中科院化學(xué)研究所侯劍輝研究員，北京科技大學(xué)張少青副教授報(bào)道了將HDO-4Cl引入到PBDB-Tf：eC9基光活性層中，制備了一種高效的三元OPV電池。1）研究人員發(fā)現(xiàn)，在三元電池中形成了類合金的HDO4Cl：eC9相，并且三元電池的三個關(guān)鍵光伏參數(shù)（VOC、JSC和FF）都高于二元電池，從而顯著提高了光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）。2）超快光譜測試結(jié)果表明，在PBDB-Tf：eC9基薄膜中加入HDO-4Cl，激子擴(kuò)散長度（LD）值從12.2 提高到16.3 nm，有助于減少電荷復(fù)合，使得三元電池具有較高的光伏性能。3）最佳的三元電池組成為PBDB-TF：HDO-4Cl：eC9（質(zhì)量比為1：0.2：1），電池的PCE達(dá)到18.86%，VOC為0.866 V，JSC為27.05 mA cm2，F(xiàn)F為80.51%。總體而言，這項(xiàng)工作不僅獲得了出色的PCE，而且表明優(yōu)化激子將是進(jìn)一步提高高效OPV電池性能的一種有效途徑。
Bi et al., Reduced non-radiative charge recombination enables organic photovoltaic cell approaching 19% efficiency, Joule (2021)DOI：10.1016/j.joule.2021.06.020https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.06.020
6. Angew綜述：甲烷的光催化轉(zhuǎn)化：最新進(jìn)展與展望
儲量豐富、價格實(shí)惠的甲烷不僅是優(yōu)質(zhì)化石能源，也是合成高附加值化學(xué)品的原料。太陽能驅(qū)動的光催化甲烷轉(zhuǎn)化為在溫和的條件下將甲烷直接轉(zhuǎn)化為有價值的能源提供了一種很有前途的方法，但目前仍是一個巨大的挑戰(zhàn)。近日，中南大學(xué)王梁炳教授，中科大曾杰教授系統(tǒng)地綜述了近年來光催化甲烷轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展。從光吸收單元和活性中心的角度對構(gòu)建有效的半導(dǎo)體基光催化劑提出了見解，并進(jìn)行了詳細(xì)的討論。此外，還總結(jié)了各種催化劑上甲烷轉(zhuǎn)化的光催化性能，并按氧化劑體系進(jìn)行了分類。最后，概述了光催化甲烷氧化機(jī)理研究和實(shí)際應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)和前景。1）高效光催化劑的結(jié)構(gòu)基本上可以分為兩個單元，即吸收單元和活性中心。吸收單元負(fù)責(zé)甲烷光催化轉(zhuǎn)化的前奏步驟，通過吸收光產(chǎn)生熱電子-空穴對。活性中心有助于甲烷的活化，如甲烷的極化活化、甲烷的缺電子/富電子活化和活性自由基的產(chǎn)生。2）在甲烷光氧化反應(yīng)中，常用的氧化劑有O2、CO2、H2O和H2O2。根據(jù)所用氧化劑的不同，甲烷光氧化又可分為甲烷-氧氣體系、甲烷-水體系、甲烷-過氧化氫體系、甲烷-二氧化碳體系和甲烷-NOx體系。在無氧化劑的情況下，甲烷的光催化非氧化偶聯(lián)反應(yīng)（NOCM）通過偶聯(lián)反應(yīng)將甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣和高級烴。作者總結(jié)了不同體系中的具體反應(yīng)，包括TOM/POM、SRM/DRM、甲烷氧化偶聯(lián)(OCM)、BRM和NOCM等代表性工作。3）甲烷光催化氧化具有反應(yīng)條件溫和、能耗低、操作簡單、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在促進(jìn)甲烷直接轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品方面顯示出巨大的潛力。迄今為止，各種光催化劑如TiO2、ZnO、WO3、g-C3N4和CeO2已成功應(yīng)用于甲烷的光氧化。為了提高它們的催化性能，人們進(jìn)行了大量的研究。為了提高太陽光的利用率，促進(jìn)光生載流子的分離，構(gòu)建活性中心，開發(fā)了諸如異質(zhì)化、負(fù)載型金屬納米顆粒以及摻雜等策略。在各種體系中，甲烷光催化直接轉(zhuǎn)化包括OCM、POM、SRM、DRM、BRM和NOCM都已經(jīng)取得了極大進(jìn)展。然而，甲烷的光氧化還處于初級階段，還有許多挑戰(zhàn)有待解決。例如，關(guān)于甲烷光氧化機(jī)理的研究仍不夠深入，特別是對C?H鍵的活化機(jī)理、過氧化的抑制以及高碳烴的選擇性合成等方面的研究還不夠深入。此外，實(shí)驗(yàn)所得的催化性能仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工業(yè)生產(chǎn)的要求。Qi Li, et al, Photocatalytic Conversion of Methane: Recent Advancements and Prospects, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202108069https://doi.org/10.1002/anie.202108069
7. Angew：Mo2C/C分層雙殼空心球作為硫主體用于先進(jìn)的鋰硫電池
鋰-硫（Li-S）電池硫正極面臨的主要挑戰(zhàn)之一是同時實(shí)現(xiàn)高硫負(fù)載量、快速鋰離子轉(zhuǎn)移和對鋰多硫化物（LiPSs）穿梭效應(yīng)的抑制。近日，廈門大學(xué)徐俊教授報(bào)道了成功地合成了一種由介孔厚殼和微孔薄殼組成的Mo2C修飾的N摻雜的碳分層雙殼空心球（Mo2C/C HDS-HSs）作為Li-S電池的硫主體材料。1）研究人員首先用溶劑熱法制備了尺寸為660 nm的甘油酸鉬（MoG）固體球（Mo2C/C HDS-HSs的前驅(qū)體）。隨后，將得到的MoG固體球與鹽酸多巴胺在堿性溶液中進(jìn)行反應(yīng)。多巴胺在微球表面快速聚合，而微球內(nèi)部基質(zhì)逐漸被刻蝕。蝕刻聚合過程形成了直徑約860 nm的Mo-聚多巴胺HDS-HSs（Mo-PDA HDS-HSs），最后，將所制備的Mo-PDA HDS-HSs在Ar-H2氣氛中770 ℃退火8 h，得到平均粒徑為730 nm的Mo2C/C HDS-HSs。2）HDS-HSs的介孔厚內(nèi)層和中心空洞增加了硫的負(fù)載量，促進(jìn)了離子/電解質(zhì)的滲透，加快了電荷轉(zhuǎn)移速率。同時，微孔薄殼抑制了LiPSs的穿梭，縮短了電荷/質(zhì)量擴(kuò)散距離。此外，雙殼空心結(jié)構(gòu)提供了緩沖空間，以容納放電-充電過程中的體積變化。除了結(jié)構(gòu)優(yōu)勢外，Mo2C/C的化學(xué)組成使HDS-HSs正極具有更好的導(dǎo)電性，增強(qiáng)的LiPSs親和力，促進(jìn)了LiPSs的轉(zhuǎn)化動力學(xué)。3）得益于結(jié)構(gòu)和組成的協(xié)同作用，制備的Mo2C/C/S HDS-HSs作為正極材料具有高的比容量、優(yōu)異的倍率性能和超長的循環(huán)穩(wěn)定性等。因此，這種作為硫主體的特殊多層空心結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和合成促進(jìn)了高性能Li-S電池的發(fā)展，并可推廣到其他儲能技術(shù)中。Wanli Li, et al, Mo2C/C Hierarchical Double-Shelled Hollow Spheres as Sulfur Host for Advanced Li-S Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202108343https://doi.org/10.1002/anie.202108343
8. Angew：Cu/TEMPO催化有氧醇氧化反應(yīng)中活性中間體[Cu2(μ-OH)2]2+的光譜表征
CuI/TEMPO（TEMPO= 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基）催化體系是用于醇氧化反應(yīng)選擇性產(chǎn)醛的多用途催化劑。然而，由于缺乏對任何活性中間體的識別，關(guān)于其機(jī)理仍存在幾個方面有待解決。近日，德國柏林洪堡大學(xué)Kallol Ray，荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)Jana Roithová報(bào)道了一種雙核[Cu2L12]2+配合物1的合成和表征，該配合物在TEMPO存在下，能將O2的4H+/4e-催化還原成水與芐醇和脂肪醇的氧化反應(yīng)偶聯(lián)。1）通過對氣相和凝聚相中反應(yīng)中間體的光譜檢測，以及對催化循環(huán)中每一步的動力學(xué)研究，研究人員闡明了O2-還原反應(yīng)和醇氧化反應(yīng)的機(jī)理。雙(μ-氧代)二銅(Ⅲ)物種（2）和雙(μ-羥基)二銅(Ⅱ)物種（3）是氧化催化活性物質(zhì)。本研究為醇的有氧氧化機(jī)理提供了深刻的見解，為目前致力過渡金屬催化劑（包括氧化還原活性有機(jī)助催化劑）的機(jī)理研究提供了有價值的基礎(chǔ)。Katrin Warm, et al, Spectroscopic Characterization of a reactive [Cu2(μ-OH)2]2+ intermediate in Cu/TEMPO catalyzed aerobic alcohol oxidation reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202108442https://doi.org/10.1002/anie.202108442
9. Angew：局部配位調(diào)節(jié)的d-帶中心工程用于提高Pt原子位點(diǎn)的本征ORR活性
在燃料電池和金屬-空氣電池中，需要大量的鉑（Pt）來保持高氧還原反應(yīng)（ORR）速率。而開發(fā)Pt原子催化劑對于最大限度地提高Pt利用率具有重要意義。近日，澳大利亞新南威爾士大學(xué)Xunyu Lu，Rose Amal報(bào)道了從概念上預(yù)測和實(shí)驗(yàn)開發(fā)了碳基質(zhì)上氮（N）和磷（P）共配位的Pt原子中心（PtNPC），改變了Pt的d帶中心，從而提高了Pt原子位點(diǎn)的本征ORR活性。1）具有創(chuàng)歷史新低（~0.026%）Pt含量的PtNPC催化劑顯示出與基準(zhǔn)催化劑相當(dāng)?shù)腛RR活性，起始電壓為1.0 VRHE，半波電位為0.85 VRHE。此外，PtNPC催化劑還具有在15000次循環(huán)測試中的高度穩(wěn)定性和0.9 VRHE時6.80 s-1的高周轉(zhuǎn)頻率。2）Damjanovic動力學(xué)分析表明，PtNPC的ORR動力學(xué)從2/4-電子混合到以4-電子為主。此外，配位的P物種顯著地移動了Pt原子的d帶中心，這是PtNPC具有優(yōu)異性能的原因。Xiaofeng Zhu, et al, Intrinsic ORR Activity Enhancement of Pt Atomic Sites by Engineering d-Band Center via Local Coordination Tuning, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202107790https://doi.org/10.1002/anie.202107790
10. AM : 基于有序相位分布的二維鈣鈦礦的高性能自供電光電探測器
與3D鈣鈦礦相比，Ruddlesden-Popper相的2D鈣鈦礦在光電器件中表現(xiàn)出巨大的潛力，而且具有出色的穩(wěn)定性。然而，為了實(shí)現(xiàn)高水平的器件性能，調(diào)節(jié)二維鈣鈦礦的相位分布以促進(jìn)電荷載流子轉(zhuǎn)移至關(guān)重要但具有挑戰(zhàn)性。蘇州大學(xué)Wei Tian和Liang Li等人采用溶劑添加法（在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中加入少量二甲亞砜（DMSO））結(jié)合熱鑄工藝，制備了(PEA)2MA3Pb4I13（其中PEA+為苯乙銨，MA+為甲胺）的鈣鈦礦，鈣鈦礦沿膜厚方向的費(fèi)米能級可以實(shí)現(xiàn)梯度分布。1）增加的內(nèi)建電場、定向晶粒取向和改進(jìn)的晶體質(zhì)量共同有助于器件在整個響應(yīng)光譜范圍內(nèi)的高光響應(yīng)。基于(PEA)2MA3Pb4I13的最佳器件在 570 nm 處具有特征檢測峰，響應(yīng)度/檢測度大（0.44 A W?1/3.38 × 1012 Jones），響應(yīng)速度超快，上升/下降時間分別為20.8和20.6 μs，以及穩(wěn)定性提高。這項(xiàng)工作提出了操縱二維鈣鈦礦有序相位分布以實(shí)現(xiàn)高性能和穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換器件的可能性。Min, L., Tian, W., Cao, F., Guo, J., Li, L., 2D Ruddlesden–Popper Perovskite with Ordered Phase Distribution for High-Performance Self-Powered Photodetectors. Adv. Mater. 2021, 2101714.https://doi.org/10.1002/adma.202101714
11. AM：電偶置換反應(yīng)制備大面積垂直排列Bi納米片陣列用于高效的電化學(xué)CO2轉(zhuǎn)化
由于鉍（Bi）的低熔點(diǎn)和高親氧性，目前還缺乏直接的方法來制備高質(zhì)量的Bi納米片，尤其是生長Bi納米片陣列（Bi NAs）。這無疑障礙阻礙了它們的潛在應(yīng)用。近日，蘇州大學(xué)李彥光教授報(bào)道了首次通過電偶置換反應(yīng)在不同形狀和尺寸的Cu襯底上制備了大面積垂直排列的Bi NAs。1）該反應(yīng)通過兩個耦合但在空間上分離的半反應(yīng)進(jìn)行，導(dǎo)致金屬載體下面的逐漸腐蝕，并在載體上同時生長Bi納米片。得到的納米片具有2-3層原子層對應(yīng)的小厚度，大的比表面積，以及納米片之間豐富的孔隙率。2）在泡沫Cu載體上生長的Bi NAs具有極大的CO2電化學(xué)還原應(yīng)用潛力。其催化合成甲酸酯的選擇性高達(dá)90%以上，在?0.95 V下的部分電流密度高達(dá)45 mA cm?2，同時具有良好的穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究擴(kuò)展了一種新的化學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的2D納米結(jié)構(gòu)，并且獲得了良好的CO2轉(zhuǎn)化性能。Jia Fan, et al, Large-Area Vertically Aligned Bismuthene Nanosheet Arrays from Galvanic Replacement Reaction for Efficient Electrochemical CO2 Conversion, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202100910https://doi.org/10.1002/adma.202100910
12. AM：植入CdS量子點(diǎn)的有序大孔碳骨架用于高效光催化CO2還原
太陽能驅(qū)動的光催化CO2還原（CO2RR）被認(rèn)為是同時緩解能源危機(jī)和CO2污染的一條極有前途的途徑。然而，實(shí)現(xiàn)高效率的光催化CO2RR，特別是在沒有犧牲試劑或額外堿性添加劑的輔助下，仍然極具挑戰(zhàn)性。近日，華南理工大學(xué)李映偉教授，Ruiqi Fang報(bào)道了采用原位轉(zhuǎn)化法制備了三維有序大孔N摻雜碳（NC）負(fù)載的CdS量子點(diǎn)（3DOM CdSQD/NC）光催化劑，用于光催化CO2RR。此外，為了進(jìn)一步提高光催化CO2的還原效率，還引入了胺氧化反應(yīng)來代替H2O氧化過程。1）研究人員首先通過組裝聚苯乙烯（PS）單體合成了尺寸為270 nm的高度有序的三維（3D）PS球模板。為了得到單晶ZIF-8@PS（SZIF-8@PS），研究人員在3D有序PS的空隙中填充了2-甲基咪唑和六水硝酸鋅，然后在氨甲醇混合溶液中進(jìn)行了誘導(dǎo)生長過程。在氬氣中400 ℃和空氣流中350 ℃連續(xù)熱解處理后，去除PS模板劑，將SZIF-8分別轉(zhuǎn)化為3DOM N摻雜的ZnO量子點(diǎn)（3DOM ZnOQD/NC）。最后，用于S2?陰離子和Cd2+陽離子對3DOM ZnOQD/NC進(jìn)行了原位處理得到3DOM CdSQD/NC。2）令人印象深刻的是，3DOM CdSQD/NC在光催化CO2RR和胺氧化方面表現(xiàn)出優(yōu)異的活性和選擇性，在沒有任何犧牲劑和堿性添加劑的情況下，CO的生成率高達(dá)5210 μmol g?1 h?1。此外，3DOM CdSQD/NC在450 nm處獲得了2.9%的表觀量子效率。3）機(jī)理研究表明，納米顆粒基質(zhì)中的三維有序大孔有利于光生載流子的轉(zhuǎn)移。此外，高度分散的CdS量子點(diǎn)能夠顯著促進(jìn)CO2和胺分子的吸附，并通過穩(wěn)定*COOH中間體來降低CO2的活化勢壘，從而直接導(dǎo)致了高活性。這一新策略有望為開發(fā)高效的光催化系統(tǒng)開辟一條新的道路。Fengliang Wang, et al, Ordered Macroporous Carbonous Frameworks Implanted with CdS Quantum Dots for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202102690https://doi.org/10.1002/adma.202102690
