1. Chem. Soc. Rev.：可實現個性化調節體溫的智能紡織品
加州大學洛杉磯分校陳俊教授對可實現個性化調節體溫的智能紡織品相關研究進行了綜述。1）溫度調節對人類健康具有重要意義。傳統的供暖和制冷系統的效率往往較低，并且忽視了個人的熱生理舒適環境。基于材料化學、物理和納米科技的新興紡織品，目前現在已經以一種更加個性化和節能的方式促進了溫度調節。2）作者在文中綜述討論了可實現溫度調節的紡織品的最新進展。首先，作者概述了調節人體內部和外部溫度的生理化學過程的基本機制；隨后，作者從工作機理和材料工程等方面對典型的智能型溫度調節紡織品進行了系統的介紹，并為智能型溫度調節紡織品的可持續發展進行了展望，提出了一種可在物聯網(IoT)時代以自適應方式提供個性化熱生理舒適環境的自主紡織品溫度調節系統。Yunsheng Fang. et al. Smart textiles for personalized thermoregulation. Chemical Society Reviews. 2021https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d1cs00003a2. AM：窄帶隙四硫化釩可作為強效聲敏劑以用于聲動力癌癥治療
開發和優化可提高腫瘤內活性氧(ROS)的聲敏劑是當前聲動力治療(SDT)領域中的熱點。中科院長春應化所林君研究員和程子泳研究員構建了具有窄帶隙(與最廣泛使用的聲敏化劑相比)的支化四硫化釩(VS4)納米材料，并證明它是一種新型高效的聲敏劑，能夠在超聲作用下更加充分地產生電子空穴對來生成ROS。1）實驗利用鉑(Pt)納米顆粒和內源性高水平谷胱甘肽(GSH)對VS4進行工程化以進一步優化其聲敏性能。作為助催化劑的鉑有利于電子捕獲，而谷胱甘肽則可作為天然的空穴清除劑以捕獲空穴。2）與原始的VS4聲敏劑相比，GSH-Pt-VS4納米復合材料可以極大地延長電荷壽命，進而高效地產生ROS。此外，這種納米平臺也能夠重塑腫瘤微環境，可通過克服腫瘤乏氧改善SDT的單線態氧生成效率，并可同時催化內源性過氧化氫以生成羥基自由基，實現化學動力學治療，在消耗谷胱甘肽的同時增強腫瘤內氧化應激。研究表明，這些協同作用可以實現顯著的腫瘤抑制結果。綜上所述，這一研究不僅進一步推動了對聲敏劑的研究和開發，也充分證明了利用電荷分離工程策略可以對聲敏劑進行優化。Shuang Liang. et al. A Robust Narrow Bandgap Vanadium Tetrasulfide Sonosensitizer Optimized by Charge Separation Engineering for Enhanced Sonodynamic Cancer Therapy. Advanced Materials. 2021DOI: 10.1002/adma.202101467https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2021014673. AM：通過晶體正極的非晶化促進低溫條件下的離子動力學
鋰離子電池（LIBs）在超低溫（< 40 ℃）下的正常運行對于其在寒冷氣候條件下的應用非常重要；然而，由于其緩慢的動力學和Li+在其骨架中緩慢的固體擴散，LIBs的運行受到常規插層正極低容量的嚴重困擾。近日，蘇州大學晏成林教授報道了重點研究了不同縮合反應條件下合成的共價結晶聚合物（CCP）和共價非晶聚合物（CAP）的低溫特性。發現，在低溫條件下，非晶化可以緩解致密晶格結構對離子輸運的阻擋作用，是促進正極低溫動力學的一種有效策略。1）分子動力學（MD）模擬表明，在極端條件下，富通道的非晶態結構更有利于鋰離子在有機固體的間隙中快速擴散。2）結果表明，CCP的密集堆積結構阻礙了Li+在低溫下到達材料內部的活性中心，導致了較高的界面阻抗（1132 Ω）和較低的離子擴散系數（DLi，范圍為7.9×10?18~3.8×10?13）。而由于電荷傳輸阻抗的降低和Li+擴散速率的加快，得到的具有豐富吡嗪和羰基活性中心的共價非晶態聚合物在?80 °C下的比容量高達141 mAh g?1，優于其結構類似的共價結晶聚合物（43.8 mAh g?1）。此外，在?60 °C下充放電500次后，電池初始容量的保持率可達84.7%。這項工作為開發低溫（Low-T）電池提供了一種有效的晶態正極非晶化策略。Yiwei Zheng, et al, Accelerating Ion Dynamics Under Cryogenic Conditions by the Amorphization of Crystalline Cathodes, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202102634https://doi.org/10.1002/adma.2021026344. AM：選擇性催化解決鋰硫電池中多硫化物的穿梭效應
可溶性鋰多硫化物在電極間的穿梭效應，導致容量衰減嚴重，電解液使用量過大，嚴重制約了鋰硫（Li-S）電池的實用化。近日，天津大學楊全紅教授，上海師范大學萬穎教授報道了使用納米氧化銦（In2O3 NP）作為概念催化劑（In基催化劑）來用于選擇性催化連續固-液-固硫氧化還原反應。1）研究人員通過組裝電池的SRR過程（放電）很好地表征了催化劑的選擇性催化。In基催化劑對單質S有很強的吸附作用，減緩了單質S向可溶性Li2Sn的溶解，而LiInS2催化劑具有強催化能力，加速了Li2Sn向不溶性Li2S的分解。2）對于SER過程（充電），LiInS2催化劑的催化作用大大降低了Li2S被氧化為Li2Sn并最終轉化為單質S的勢壘，但在相同充電電壓下，這在無In催化劑的電池中是很難實現。3）在這種催化作用下，Li-S電池表現出良好的循環穩定性，在4.0 C的超高倍率下1000次循環容量衰減可以忽略不計；而且，即使在高硫負荷（9.0 mg cm?2）的情況下，電池在0.9 mA cm-2的電流密度下仍表現出高達9.4 mAh cm?2的初始比容量。這項以選擇性催化為特征的工作正確提出了一種合理的催化劑設計原則，使之成為具有抑制穿梭效應的用于實用化鋰硫電池的催化劑。Wuxing Hua, et al, Selective Catalysis Remedies Polysulfide Shuttling in Lithium-Sulfur Batteries, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202101006https://doi.org/10.1002/adma.2021010065. AM：沸石分子篩膜降低水活性助力長壽命可充電鋅電池
對于先進的電池技術來說，水溶液在電池安全運行、綠色經濟和低生產成本方面具有重大優勢。然而，水溶液中的強水活性會引發析氫反應和電極上的寄生鈍化，從而導致電解質/電極界面上的離子傳輸不良。近日，日本產業技術綜合研究院周豪慎教授報道了一種沸石分子篩改性的電解液，其通過降低Zn電池水溶液中的水活性來改善電解液的性能。1）拉曼光譜表明，沸石修飾的電解質保持了高度侵蝕性的溶劑化鞘層，并顯著抑制了水分子的反應活性。模擬和電化學測試表明，沸石改性的電解液對Zn負極具有降低的析氫副反應，較高的耐蝕性能。2）空間分辨拉曼光譜和micro-IR光譜表明，由于沸石改性的電解液抑制了水分解，Zn負極積累了較淺的副產物。此外，致密的Zn堆積形貌也有利于Zn負極的可逆性。3）實驗結果顯示，基于沸石改性電解液的Zn||Zn電池在0.8 mA cm?2時的循環壽命達到4765 h，Zn-VO2紐扣電池的循環壽命達到3000次，軟包電池的循環壽命達到100次。此外，沸石分子篩由于其成熟的生產技術、低成本的技術和工程上的可回收而在未來大規模生產中的重要意義。Huijun Yang, et al, Reducing Water Activity by Zeolite Molecular Sieve Membrane for Long-Life Rechargeable Zinc Battery, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202102415https://doi.org/10.1002/adma.2021024156. AM：具有半共格相界的可控異質結促進CoSe2/FeSe2的儲鉀性能
構建異質結是提高過渡金屬硒化物K+儲存的有效策略。自發形成的內電場對電荷輸運有很強的促進作用，并顯著降低了活化能。然而，基于能級梯度和晶格匹配度的界面區的完善仍然是一個巨大的挑戰。近日，西安理工大學李喜飛教授，秦戩副教授報道了采用高效的簡化方法合成了同時具有豐富的空位和具有半共格相界的超細CoSe2-FeSe2異質結，其具有獨特的電子結構和豐富的活性中心，這種智能設計不僅改變了電子結構，而且促進了K+的擴散。1）CoSe2/FeSe2異質結界面具有以下幾個特點：i）具有豐富缺陷的獨特結構提供了豐富的活性中心，保證了高的贗電容貢獻，從而縮短了K+離子的輸運路徑，加速了反應動力學；ii）感應內建電場加速了電子/離子的擴散，有效地降低了電子轉移的活化勢壘，電化學阻抗譜（EIS）結果表明，整個電極的電阻得到了顯著降低；iii）對于異質界面，最小的晶格失配加強了CoSe2與FeSe2@C之間的相互作用。2）DFT計算表明，強化的界面K+吸附反應促進了鉀化過程。因此，所設計的結構強化的電極材料具有優異的循環耐久性和優異的倍率性能。實驗結果顯示，基于優化后的CoSe2/FeSe2@C異質結負極的PIBs在100 mA g?1下的可逆容量為401.1 mAh g?1，在2 A g?1下的可逆容量為275mAh g?1。考慮到異質結的面對面接觸結構和協同效應，這項研究有望對下一代充電電池的儲能提供重要的參考價值。Hui Shan, et al, Controllable Heterojunctions with a Semicoherent Phase Boundary Boosting the Potassium Storage of CoSe2/FeSe2, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.2021024717. AM: 反溶劑工程優化鈣鈦礦薄膜的晶粒結晶度和空穴阻擋能力
由于具有潛在的商業應用，倒置鈣鈦礦太陽能電池（PSC）因其與串聯器件兼容并在低溫下加工而受到廣泛關注。然而，由于疏水空穴傳輸層上的薄膜質量不足和電子傳輸層的空穴阻擋能力有限，它們的效率仍然不令人滿意。澳門大學邢貴川和Tanghao Liu，南方科技大學Chun Cheng等人將一種n型半導體引入到到反溶劑中，同時調節鈣鈦礦薄膜的晶粒生長和電荷傳輸。1）n型半導體為（1,3,5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯（TPBi）。TPBi 促進鈣鈦礦沿 (100) 方向結晶。此外，TPBi主要分布在鈣鈦礦薄膜的頂面附近，增強了與表面相鄰區域的空穴阻擋能力。2）該薄膜的優異性能顯著提高了倒置 PSC 的開路電壓。冠軍器件實現了 21.79% 的高功率轉換效率，同時在環境大氣中儲存 1000 小時后仍保持其初始值的 ≈92%。這項工作為明顯提高反式鈣鈦礦太陽能電池的性能提供了一種有效的方法，并說明了其機理。Huang, Y., et al, Antisolvent Engineering to Optimize Grain Crystallinity and Hole-Blocking Capability of Perovskite Films for High-Performance Photovoltaics. Adv. Mater. 2021, 2102816. https://doi.org/10.1002/adma.202102816
8. AM：糖精陰離子調節雙電層用于穩定Zn負極
由于負極/電解質界面（AEI）的不穩定性，鋅（Zn）負極的庫侖效率（CE）較低，枝晶形成嚴重。研究表明，循環前形成的雙電層（EDL）結構對在Zn表面形成穩定的固體電解質界面（SEI）具有重要意義，然而以往關于Zn負極穩定性的研究很少。近日，湖南大學陳小華教授，Zhixiao Liu報道了首次將一種名為糖精（Sac）的新型電解質添加劑引入到ZnSO4水溶液中，證明了Sac是一種優良的界面穩定劑。1）第一性原理計算結果表明，Sac衍生的陰離子在Zn表面比水分子具有更高的吸附能，使Zn表面附近形成貧H2O的EDL。這種獨特的含有Sac衍生陰離子的EDL不僅通過隔離Zn表面的水而起到副反應抑制劑的作用，而且通過調節Zn離子在Zn表面的擴散而起到抑制枝晶的作用。此外，循環過程中Sac陰離子會分解形成獨特的固體人工界面，從而調節Zn2+的沉積行為。2）得益于獨特的EDL，基于Sac/ZnSO4電解液的Zn|Zn對稱電池在電流密度為10 mA cm?2時具有550 h的超長循環壽命，容量為10 mAh cm?2，相當于2.75 Ah cm?2的超高累積電鍍容量，大約是使用裸ZnSO4電解液電池的14倍。即使在40 mA cm?2的高電流密度下測試，它仍然可以循環220次以上。更重要的是，基于SAC/ZnSO4電解液中測試的Zn|Cu半電池庫侖效率高達99.6%，表明鍍Zn/剝離過程具有良好的可逆性。3）在循環壽命穩定的Zn-MnO2全電池中，Sac進一步突出了其積極作用。此外，該Sac添加劑也可用于有效保護鋰金屬負極，從而顯示出巨大的大規模應用潛力。Cong Huang, et al, Stabilizing Zinc Anodes by Regulating the Electrical Double Layer with Saccharin Anions, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202100445https://doi.org/10.1002/adma.202100445
9. AM：一種精確調節富鋰錳基正極材料初始庫侖效率的通用策略
富鋰錳基正極材料（LRMs）是高能量密度鋰離子電池的潛在正極材料。然而，其低的初始庫侖效率（ICE）嚴重阻礙了LRMs的商業化。近日，廈門大學彭棟梁教授，謝清水副教授報道了一種簡便的油酸輔助界面工程，以實現對ICE的精確控制，有效地提高LRM的可逆容量和倍率性能。1）結果表明，LRM的ICE可以從84.1%精確地調節到100.7%，在0.1 C下獲得了330 mAh g?1的超高比容量，在5 C下獲得了250mAh g?1的超高倍率性能。2）理論計算表明，引入陽離子/陰離子雙缺陷可以降低Li+離子的擴散勢壘，原位表面重構層可以誘導自建電場來穩定表面晶格氧。此外，這種靈活的界面工程具有通用性，可以有效地增強其他類型LRMs的ICE。本工作為通過多策略協同界面工程技術提高LRM的綜合電化學性能提供了有價值的新思路。Weibin Guo, et al, A Universal Strategy toward the Precise Regulation of Initial Coulombic Efficiency of Li-Rich Mn-Based Cathode Materials, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202103173https://doi.org/10.1002/adma.202103173
10. AM：異質結構表面鑲嵌金屬-有機骨架的變形實現創紀錄的析氧質量活性
電化學水分解工藝效率低的主要原因是陽極析氧半反應（OER），該反應表現出緩慢的動力學特性。開發高效、低成本的儲量豐富的電催化劑是解決這些問題的理想方案。過渡金屬氧化物、氫氧化物、硫化物和磷化物等非貴金屬電催化劑被認為是很有前途的貴金屬OER替代電催化劑。其中，Ni基和Fe摻雜的Ni基化合物在堿性介質中表現出較高的OER活性。近日，德國慕尼黑工業大學Roland A. Fischer，Aliaksandr S. Bandarenka，Weijin Li報道了開發了一種簡單的策略，通過異質結構的SURMOF的重構和自活化來制備具有獨特形貌和微觀結構的高活性LDH型電催化劑。1）研究人員進行了一系列的非原位和原位實驗，以揭示結構演化過程中更多的細節。結果顯示，KOH浸泡和電化學勢循環將堿不穩定的NiFe異質結構SURMOFs轉化為具有電催化活性的衍生物。這種轉化的特征是有機連接體的部分浸出和NiFe氫氧化物/氧氫氧化物的生成。2）在所測試的一系列SURMOF催化劑中，由Ni|Fe-[TA]-SURMOF異質結構形成的Ni|Fe-[TA]-催化劑表現出最高的OER活性，在300 mV過電位下的質量活性為2.90 kA g?1。3）Ni|Fe-[TA]-催化劑優異的性能歸因于其獨特的晶態-非晶相，具有較高氧化態的高Ni物種含量、較大的電活性表面積和較低的表觀活化能。這項工作不僅系統地研究了SURMOF衍生材料的催化活性來源，而且通過在堿性電解液中原位重構異質結構SURMOF，為設計和制備高效電催化劑提供了一條很有前途的途徑。Shujin Hou, et al, Metamorphosis of Heterostructured Surface-Mounted Metal–Organic Frameworks Yielding Record Oxygen Evolution Mass Activities, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202103218https://doi.org/10.1002/adma.202103218
11. AM：增加可及的亞表面以提高提高鈉離子電池的倍率性能和循環穩定性
在過去的20年里，鈉離子電池（SIBs）作為鋰離子電池在大規模儲能中的替代選擇受到了人們廣泛的關注。對于SIBs的負極材料，比容量來自贗電容和擴散控制的電容；為了增加前者，一般優選靠近表面的更多活性位點；為了增加后者，一般擴大層間間距，以促進Na+的插入。大量文獻都表明，擴大層間間距可以提高負極材料的倍率性能。然而，當掃描速率大于1 mV s-1時，擴散控制的容量的百分比小于30%，這表明人們在認識提高碳質負倍率性能的原理時存在誤差。此外，Na+離子的重復插入/抽取是一個應力誘導過程，會導致材料碎裂，嚴重損害穩定性。因此，通過增加贗容量來提高倍率性能和循環穩定性更有效。近日，中南大學梁叔全教授，潘安強教授，中科院寧波材料所Haiyong He報道了通過在聚丙烯腈（PAN）碳化過程中加入硫，在碳骨架邊緣原位形成C-S-S-C（CSSC）鍵，制備了一種富硫氮摻雜三維（3D）多孔碳骨架（SRNDC）。與孤立雜原子摻雜不同，CSSC的鍵角可以引起較大的結構畸變，更有效地擴大層間距。1）非原位測試表明，CSSC鍵在放電/充電過程中具有可逆的鈉化/去鈉反應，從而具有長循環穩定性。HRTEM表征表明，雜原子摻雜對體相的層間間距影響不大，但通過與拉應力協同作用，顯著擴大了亞表面區域的層間間距。擴大的層間間距降低了亞表面的擴散阻力，增加了亞表面的可及厚度，從而提高了贗電容。2）實驗結果顯示，當電流密度分別為20和50 A g?1時，SRNDC-700電極的比容量分別為160.6和69.5 mAh g?1。在10 A g?1（約80 s充放電時間）下循環6000次后，平均容量衰減率僅為0.0025%。同時，測試了SRNDC-700在半電池和Na3V2(PO4)3||SRNDC-700全電池中不同面負載下的電化學性能。這項工作有望為研究摻雜對結構的影響提供新的見解，并為分析贗電容提供一種新的方法。Bo Yin, et al, Increasing Accessible Subsurface to Improving Rate Capability and Cycling Stability of Sodium-Ion Batteries, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202100808https://doi.org/10.1002/adma.202100808
12. Mater. Horiz.：全疏水離子凝膠助力高效的可穿戴式水下傳感器和通信器
水下傳感在海洋探測（如海洋資源開發、海洋生物研究、海洋環境勘察等）中具有非常重要的意義，但海洋環境與陸地環境的巨大差異嚴重阻礙了當前傳統傳感器在水下傳感中的應用。近日，中科院寧波材料所Tao Chen，浙江大學鄭音飛副教授報道了通過疏水單體在疏水離子液體（IL）溶劑中的簡單一步聚合，成功制備出具有良好水下長期穩定性的全疏水離子導電離子凝膠。1）通過建立擴散勢壘，完全疏水的結構不僅賦予了離子凝膠優異的耐水性，而且有效地抑制了離子的擴散，使其在水下具有穩定的離子導電性。此外，極大的疏水性還破壞了水合層，增強了離子凝膠在水下環境中的粘附性。2）由于其良好的導電性、良好的力學性能和突出的水下長期穩定性，該離子凝膠作為水下應變傳感器具有高靈敏度、寬應變范圍、快速響應和優異的耐久性。此外，該離子凝膠傳感器可以準確地檢測人體和水生生物的身體運動，以便在復雜的水下環境中進行姿勢監測和生物研究，即使在模擬海水中也是如此。此外，作為水下通信器的電離膠傳感器可以通過監測手指的規則彎曲和利用摩爾斯電碼的原理來有效地傳輸信息。這種全疏水離子凝膠是一種很有前途的耐水離子導電凝膠候選材料，得益于良好的水下傳感和通信性能，具有潛在的海洋應用前景，從而為下一代可穿戴式水下傳感器和通信器的開發提供了一條簡單有效的途徑。J. Wei, Y. Zheng, T. Chen, Fully-hydrophobic ionogel enables highly efficient wearable underwater sensor and communicator, Mater. Horiz., 2021https://doi.org/10.1039/D1MH00998B
