1. Acc. Mater. Res.綜述：面向可持續應用的木材原位脫木素
木材作為地球上資源最豐富、用途最廣的天然材料之一，因其具有層次化多孔結構、高機械強度、環境友好性、可再生性和生物降解性等突出優點，近年來引起了科學家和工程技術人員的極大關注。木材的層次化多孔結構和化學成分（如纖維素、半纖維素和木質素）使其機械、離子、光學和熱學特性可以通過物理、化學或熱改性進行調節。在這些不同的方法中，木材的化學脫木素極具吸引力，在這種方法中，大部分木質素和半纖維素被去除，而纖維素保持不變，從而保持了木材的物理完整性和層次結構。這種脫木素結構是獨一無二的，由纖維素微纖維組成的中空排列的通道組成，此外，由于它來自一種可持續和可再生的資源，所以極具吸引力。因此，脫木素木材在輕質且堅固的結構材料、能源儲存和轉換、環境修復、柔性電子和生物工程等遠遠超出傳統木材利用的應用領域受到了人們越來越多的關注。
近日，馬里蘭大學胡良兵教授，Chaoji Chen綜述了木材脫木素研究的最新進展，旨在實現這些先進木材技術的可持續應用，重點是其團隊的研究進展。
本文要點：
1）與化學制漿和漂白類似，木材脫木素是基于堿性Na2SO3或Na2S體系(即化學制漿)或基于H2O2、ClO2或NaClO體系的親電、自由基和氧化反應（即化學漂白）進行的一系列親核反應，以解構、碎裂和促進木質素大分子的親水性，最終使木質素更容易被去除。
2）作者總結了部分和幾乎完全脫木素木材的結構和性能，重點闡述了工藝-結構?性能關系。由此產生的脫木素木材材料具有可調的結構和性能，在建筑行業、綠色能源和電子產品等廣泛的先進應用中顯示出各種高級功能。
3）作者最后指出了木材原位脫木素仍面臨的潛在挑戰和發展前景。木材原位脫木素作為一種強有力的改性策略，加速了先進木材技術和木質功能材料及產品的發展。
Jianguo Li, et al, In Situ Wood Delignification toward Sustainable Applications, Acc. Mater. Res., 2021
DOI: 10.1021/accountsmr.1c00075
https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00075
2. Acc. Chem. Res.：用于電化學CO2還原反應的金屬酞菁多相分子催化劑
均相分子催化劑具有精準的活性中心結構，易于進行機理研究，是研究電化學反應結構與活性之間關系（Structure?Reactive Relationship）的有利體系。然而，為了尋找具有高選擇性和高活性的CO2還原反應（CO2RR）電催化劑，使碳排放轉化為有用的燃料和化工產品，將分子催化劑負載到底物上具有重要意義，所得到的多相催化劑可以實現實用電解槽所需的高電流密度和操作方便性。近日，耶魯大學王海梁教授綜述了用于電化學CO2RR的金屬酞菁多相分子催化劑的研究進展。
本文要點：
1）通過對用于CO2RR為CO的電催化劑的制備方法和材料結構的優化，發現活性物質的分子級分散和載體的高電導率是控制催化劑活性的重要因素。催化劑中活性中心的分子性質使得人們基于機理對催化劑進行優化成為可能。
2）作者展示了如何利用吸電子和給電子配體取代來修飾分子的氧化還原性能，提高其催化活性和穩定性。通過進一步調整這些因素，分子多相催化劑可以實現電化學CO2RR為甲醇，這是傳統分子催化劑所無法實現的。其中，六電子還原過程通過CO作為關鍵中間體。然后快速、連續的電子傳遞到活性中心有利于進一步將CO還原為甲醇。
3）作者指出，在催化劑分子溶解在電解質溶液中的均相電催化中，即使分子結構保持不變，實際催化也可能是由永久吸附在電極表面的分子所主導，因此其本質上是非均相的。
作者以對金屬酞菁分子催化CO2電還原反應的研究為例，總結了其對多相分子電催化的理解，這也同樣適用于其他電化學體系。
Yueshen Wu, et al, Heterogeneous Molecular Catalysts of Metal Phthalocyanines for Electrochemical CO2 Reduction Reactions, Acc. Chem. Res., 2021
DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00200
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00200
3. Nature Commun.：一種基于同軸CNTs@TiN-TiO2海綿的長壽命高面容量鋰硫電池
異質結構的合理設計為開發促進鋰硫電池中多硫化鋰轉化的理想催化劑體系開辟了新的機遇。然而，其傳統的制造工藝復雜，難以合理控制各組分的含量和分布。近日，日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）戚亞冰教授報道了利用原子層沉積（ALD）法在通過化學氣相沉積（CVD）制備的三維獨立碳納米管（CNTs）骨架的基礎上制備了同軸CNTs@TiN-TiO2海綿。
本文要點：
1）通過控制CNT外表面TiO2和TiN層的厚度，并結合退火后處理，CNTs與5 nm TiO2包裹的10 nm TiN雜化得到的同軸CNTs@TiN-TiO2海綿具有良好的改善Li-S電池性能的能力，在0.2 C時比容量達到1431 mAh g?1，在2C循環500次后容量保持率達85%。
2）研究發現，同軸CNTs@TiN-TiO2海綿具有出色Li-S電池性能的主要原因是TiN-TiO2異質結構中的連續界面使TiO2首先吸附多硫化鋰，然后進一步擴散到TiN中進行后續的電催化。同時，在高導電性CNTs的協同作用下，TiN能有效催化多硫化鋰轉化為Li2S2/Li2S。此外，3D CNTs海綿的多孔結構和相互連接的導電通道有助于容納大量的硫，并保證其高利用率。
3）實驗結果表明，基于同軸CNTs@TiN-TiO2海綿的Li-S電池的面容量可達21.5 mAh cm?2，遠高于商品化鋰離子電池的面容量（4 mAh cm?2），可媲美最近問世的硫負載量大于8 mg cm?2的Li-S電池的性能。
這項策略可以擴展到其他同軸/逐層異質結構的優化，促進連續的、匹配良好的界面的形成，在儲能和催化方面具有良好的應用前景。
Zhang, H., Ono, L.K., Tong, G. et al. Long-life lithium-sulfur batteries with high areal capacity based on coaxial CNTs@TiN-TiO2 sponge. Nat Commun 12, 4738 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-24976-y
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24976-y
4. Nature Commun.：高性能溫差摩擦電納米發電機
通常情況下，摩擦電荷會通過熱離子發射而耗散，因此高溫會降低摩擦電納米發電機（TENG）的輸出性能。近日，蘭州大學秦勇教授，Juan Wen報道了通過結合摩擦帶電的電子-云勢阱模型和熱電子發射模型，研究了溫差對TENG性能的影響，設計并制作了一種摩擦層溫度可控的TENG（TDNG）），以提高其電輸出性能。
本文要點：
1）隨著較熱和較冷摩擦層之間的溫差（ΔT）從0 K增大到219 K，TDNG的輸出性能先提高后降低，這是由于電子從較熱的摩擦層向較冷的摩擦層的轉移和從較冷的摩擦層發射的熱電子之間的權衡所致。
2）在最佳ΔT (~ 145 K)下，TDNG的開路電壓為858 V，短路電流為20 μA，表面電荷密度58.8 μCm-2，輸出功率206.7 μW，分別是ΔT等于0 K時輸出值的2.7、2.2、3.0和4.9倍。此外，通過進一步優化TDNG的摩擦材料，電流密度提高到443 μA cm-2，比記錄值（350 μA cm-2）提高了26.6%。
3）用風力驅動的TDNG可以為955個LED和溫濕度傳感器供電，從而展示了其在溫差環境中的應用前景。
Cheng, B., Xu, Q., Ding, Y. et al. High performance temperature difference triboelectric nanogenerator. Nat Commun 12, 4782 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25043-2
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25043-2
5. Nature Commun.：單原子薄片AgInP2S6上CO2光還原為含油氣體的空位-缺陷調制路徑
人工光合作用，即光驅動的CO2轉化為碳氫燃料，是同時克服全球變暖和能源供應問題的一個有前途的策略。近日，南京大學周勇教授，中科大熊宇杰教授報道了通過簡單的探針超聲剝離相應的大塊晶體（簡稱BC），成功制備出厚度約0.70 nm的AgInP2S6單原子層（簡稱SAL）。然后通過H2O2溶液刻蝕工藝在得到的SAL中引入硫空位（VS）缺陷（VS-SAL），從而用于在水蒸氣存在下的光催化CO2還原。
本文要點：
1）當BC和SAL用于光催化CO2還原主要生成CO時，進行的缺陷工程改變了VS-SAL上CO2光還原的反應路徑，使CO2轉化為C2H4，在415 nm波長下，產物選擇性達到73%，電子選擇性達到89%，量子產率為0.51%。
2）密度泛函理論（DFT）計算和原位FTIR光譜均表明，BC和SAL上CO生成的關鍵步驟是CO2加氫生成*COOH，再通過質子/電子對耦合生成*CO。*CO很容易從低吸收能的無缺陷AgInP2S6表面釋放出來，成為游離CO氣體。相反，在AgInP2S6中引入VS導致在VS附近的Ag原子上的電荷積累。因此，VS-SAL中暴露的Ag位可以有效地捕獲生成的*CO，使催化劑表面富含關鍵的反應中間產物，從而促進C-C偶聯生成具有低結合能勢壘的C2物種。
這項工作有望為設計用于CO2還原的原子薄光催化劑框架提供新的見解，并為重申缺陷工程在調節催化活性和選擇性方面的多功能性建立一個理想的平臺。
Gao, W., Li, S., He, H. et al. Vacancy-defect modulated pathway of photoreduction of CO2 on single atomically thin AgInP2S6 sheets into olefiant gas. Nat Commun 12, 4747 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25068-7
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25068-7
6. Nature Commun.: 通過空間限制制備全真空沉積高效大面積鈣鈦礦發光二極管
隨著鈣鈦礦發光二極管（PeLED）的快速發展，用于顯示面板的圖案PeLED的大規模制造變得越來越重要。然而，大多數最先進的PeLED是通過溶液處理技術制造的，難以同時實現高分辨率像素和大規模生產。華中科技大學唐江和羅家俊等人采用真空沉積技術構建了高效的CsPbBr3 PeLED，該技術已被證明是商業有機LED顯示器最成功的途徑。
本文要點：
1） 通過仔細控制CsPbBr3 薄膜中空間限制的強度，其輻射復合大大增強，同時非輻射復合受到抑制。熱蒸發PeLED的外量子效率(EQE)達到8.0%，創下真空處理PeLED的記錄。
2） 受益于熱蒸發出色的均勻性和可擴展性，研究人員展示了功能面積高達 40.2 cm2的PeLED，EQE峰值為7.1%，這是目前最高效的大面積 PeLED 之一。進一步使用精細金屬掩模版進一步實現了具有100 μm像素的高分辨率圖案化鈣鈦礦薄膜，為潛在的顯示應用奠定了基礎。熱蒸發法制備的鈣鈦礦中的限制強度調節策略提供了一種有效的方法來將高效和大面積的 PeLED 加工成商業顯示面板。
Du, P., Li, J., Wang, L.et al. Efficient and large-area all vacuum-deposited perovskite light-emittingdiodes via spatial confinement. Nat. Commun. 2, 4751(2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25093-6
7. Angew：磷化CoNi2S4蛋殼球用于水和尿素電解高效制氫
開發具有高活性高、高穩定性和功能齊全的地球儲量豐富的電催化劑是電解制氫的關鍵。近日，河南師范大學高書燕教授，新加坡南洋理工大學樓雄文教授報道了通過成分調控和納米結構工程，合理設計和合成了一種磷取代的雙金屬硫化鈷鎳蛋黃殼球（P-CoNi2S4 YSSs）。
本文要點：
1）研究人員首先制備出均勻的CoNi-甘油酸固體球（CoNi-G SSs）。然后CoNi-G SSs通過與硫代乙酰胺溶液在水熱條件下進行化學腐蝕/陰離子交換反應得到的CoNi2S4 YSSs。隨后，通過CoNi2S4 YSSs的氣相磷化獲得P-CoNi2S4 YSSs。P-CoNi2S4YSSs具有保存完好的多孔的蛋黃殼結構，直徑略有減小，為520 nm。單個P-CoNi2S4 YSS的TEM圖像進一步表明，其多孔薄殼（約35 nm厚）的蛋黃殼結構是由超細納米顆粒組裝而成，這有利于活性部位的暴露。HRTEM和IFFT圖像清楚地顯示出兩組不同的晶格條紋，晶面間距分別為0.24和0.28 nm，分別對應CoNi2S4的(400)和(311)晶面。
2）得益于增強的Ni3+/Ni2+耦合、增強的導電性和中空結構，P-CoNi2S4 YSSs在堿性溶液中對析氫（HER），析氧（OER）和尿素氧化反應（UOR）表現出良好的活性和耐久性，在10 mA cm-2時的低電位分別為-0.135 V、1.512 V和1.306 V（相對于可逆氫電極）。
3）值得注意的是，當P-CoNi2S4催化劑同時用作陽極和陰極時，只需1.544 V的電解水電壓和1.402 V的尿素電解電壓，即可達到10 mA cm-2的電流密度，同時具有100 h的優異耐久性。優于已報道的大多數Ni基硫化物甚至貴金屬基電催化劑。
研究工作不僅促進了硫化物在電化學制氫中的應用，而且為富尿素廢水的處理提供了一條可行的途徑。
Xue Feng Lu, et al, Phosphorized CoNi2S4 Yolk-Shell Spheres for Highly Efficient Hydrogen Production via Water and Urea Electrolysis, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202108563
https://doi.org/10.1002/anie.202108563
8. Angew：一種金屬有機骨架衍生CuxOyCz催化劑用于電化學CO2還原及局部pH變化的影響
開發高效、選擇性的電催化劑用于CO2還原反應（CO2RR）生產增值化學品一直是人們熱切追求的目標。近日，德國波鴻魯爾大學Wolfgang Schuhmann報道了合成了一系列以Cu基MOF（HKUST）為自犧牲模板的新型納米結構CuxOyCz電催化劑。
本文要點：
1）研究人員將HKUST在不同溫度（400、600、800和1000 °C的O2/Ar混合氣體中）進行熱解，獲得了不同的催化劑結構和組成。在O2/Ar氣氛中熱解可以去除多余的殘碳量。
2）研究人員考察了熱解溫度對所得催化劑及其CO2RR活性的影響。此外，在氣體擴散電極（GDE）制備過程中，在催化層中加入不同量的聚四氟乙烯（PTFE），以闡明其對促進HER上的CO2RR的影響。結果顯示，在GDEs上，PTFE改性的CuxOyCz催化劑有效抑制了競爭性HER副反應。當電流密度為-80 mA/cm2時，25~50wt %的PTFE涂覆的GDEs對C2+產物的法拉第效率為54%。
3）研究人員進一步研究了PTFE對局部OH-濃度和CO2RR的影響，利用SECM將Pt納米電極放置在工作GDE表面附近，以評估靠近PTFE支撐或非支撐GDE/電解質界面的OH-/H2O活性，從而將反應選擇性與CO2RR過程中局部調節的pH聯系起來。實驗結果顯示，在電流密度增加時，由于局部產生的OH-離子導致OH-/H2O活性比顯著增加，而與PTFE的用量無關。
Nivedita Sikdar, et al, A metal-organic framework derived CuxOyCz catalyst for electrochemical CO2 reduction and impact of local pH change, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202108313
https://doi.org/10.1002/anie.202108313
9. Angew: 模板引導在β-沸石中包裹均勻的亞納米鉑簇合物，使其具有高催化活性和穩定性
亞納米金屬團簇由于其獨特的多相催化性能而引起了人們的廣泛關注。然而，在合成工藝和反應條件下獲得均勻分布的金屬團簇仍然是一項具有挑戰性的工作。鑒于此，河南大學趙勇教授，天津大學劉國柱教授報道了開發了一種在沸石中包裹金屬團簇的新模板引導策略。
本文要點：
1）研究人員對合成的沸石進行酸處理，浸出部分模板劑，生成金屬離子的遷移途徑。由于帶負電的金屬離子與帶正電的模板劑之間的靜電相互作用，從而實現了金屬在沸石中的單原子分布。然后，通過在純H2中直接還原測序，實現了在較寬的Si/Al摩爾比范圍（15~200）的bata沸石的交叉位點上包裹了具有窄尺寸范圍（0.89~1.22 nm）的亞納米Pt團簇（Pt@beta）。
2）研究發現，與一般的自上而下和自下而上的方法相比，這種模板導向方法將模板作為金屬錨定劑來穩定Pt金屬離子，而與鋁含量無關。模板劑作為金屬保護劑，在合成過程中可以穩定沸石中的Pt金屬離子，隨著金屬-沸石相互作用的產生，Pt金屬離子逐漸分解。
3）實驗結果顯示，在Pt@beta沸石骨架中，均勻分散的Pt團簇與氧發生強烈的相互作用，在加氫脫氧反應中表現出更高的催化活性和穩定性。
Yajie Tian, et al, Template Guiding for Encapsulation of Uniformly Subnanometric Platinum Clusters in Beta–Zeolites Enabling High Catalytic Activity and Stability, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202108059
https://doi.org/10.1002/anie.202108059
10. Angew：氮化碳負載的高負載量鐵單原子催化劑用于選擇性為100%的過氧單硫酸鹽的活化生成單線態
單線態氧（1O2）是選擇性降解有機污染物的優良活性物種。然而，要實現高效率和高選擇性地產生1O2仍具有一定的挑戰。近日，南昌航空大學鄒建平教授報道了利用超分子方法制備了Fe活性中心負載量高達11.2 wt%的CN負載的Fe SACs（Fe1/CN）。
本文要點：
1）經像差校正的高角環形暗場掃描透射電子顯微鏡（ACHAADF-STEM）和X射線吸收光譜（XAS）證實了Fe原子在Fe1/CN中的單原子分散和高度均勻的Fe-N4中心。
2）活性物種的定性和定量分析表明，Fe1/CN能有效地活化PMS生成1O2，選擇性為100%，高于CN負載的Fe納米粒子（FeNP/CN）、Co SACs（Co1/CN）和Ni SACs（Ni1/CN）催化劑。此外，Fe1/CN活化的PMS能高效、選擇性地降解對氯苯酚（4-CP），其表觀速率常數（Kobs）高達1.43 min-1。
3）密度泛函理論（DFT）計算結果表明，與Co和Ni位點相比，Fe1/CN中的Fe位點更傾向于吸附PMS的末端O，從而促進PMS的氧化生成SO5·-，從而以100%的選擇性有效地生成1O2。
4）由于Fe1/CN活化的PMS體系只產生1O2，因此對陰離子、陽離子和天然有機物（NOM）具有強抗干擾能力，具有較寬的pH耐受性和良好的循環穩定性。
本研究為PMS的高效活化和100%選擇性生產1O2開辟了一條新的途徑。
Long-Shuai Zhang, et al, Carbon Nitride Supported High-Loading Fe Single-Atom Catalyst for Activating of Peroxymonosulfate to Generate 1O2 with 100% Selectivity, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109488
https://doi.org/10.1002/anie.202109488
11. AEM：超離子氟化的鹵化物固體電解質用于全固態鋰電池中的高穩定性鋰金屬
鹵化物固態電解質因其高離子電導率和與正極材料的良好相容性而受到廣泛關注。然而，鹵化物的還原電位仍然超過0.6 V（vs.Li/Li+）。同時穩定性的下降仍是需要應對的挑戰之一。由于F-具有較大的電負性，氟化物具有較寬的電化學穩定窗口。相比之下，Li3YBr6（LYB）溴化物雖然具有較高的鋰離子電導率（>10-3 S cm-1），但其電化學窗口較窄。近日，有研科技集團有限公司Jiantao Wang，Jinqiu Yu，加拿大西安大略大學孫學良教授報道了一種新型金屬鹵化物電解質—氟化的Li3YBr5.7F0.3，其不僅具有較高的離子電導率（1.8×10-3 S cm-1），而且可以直接與鋰金屬負極組合使用。
本文要點：
1）實驗結果顯示，基于Li3YBr5.7F0.3電解質的Li對稱電池在0.75 mA·cm-2的條件下，由于原位生成富F組分，界面具有很高的穩定性，其容量為0.75 mAh cm-2。
2）詳細的分析結果表明，鋰金屬與設計的Li3YBr5.7F0.3電解質之間的原位表面顯示出較高的氟化物濃度。原位氟化層形成了較好的接觸區。同時，原位氟化層均勻分布在界面上，導致較高的循環穩定性。
3）直接以鋰金屬為負極、LiCoO2（LCO）為正極的全固態電池在室溫下表現出較高的循環穩定性。
氟摻雜改性為實現金屬鋰在全固態鋰電池中的應用提供了新的可行性。
Tianwei Yu, et al, Superionic Fluorinated Halide Solid Electrolytes for Highly Stable Li-Metal in All-Solid-State Li Batteries, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202101915
https://doi.org/10.1002/aenm.202101915
12. AEM：納米復合材料：開發用于可逆質子陶瓷電池的高效耐用雙功能空氣電極的新機遇
可逆質子陶瓷電池（RePCCs）通過在電網規模上提供高效、可擴展和燃料靈活的能源制取和儲能可以促進全球能源向可再生能源的過渡。然而，由于缺乏對氧還原/析氧反應（OER/ORR）和水形成/水分解反應具有高活性的耐久空氣電極材料，RePCCs技術的發展受到了嚴重限制。近日，香港科技大學Francesco Ciucci，南京工業大學邵宗平教授首次報道了將納米復合材料用于制備高性能RePCC空氣電極。所開發的Sr0.9Ce0.1Fe0.8Ni0.2O3-δ（SCFN）基納米復合材料表現出優異的ORR和OER活性。
本文要點：
1）計算和實驗結果均表明，SCFN中的Ruddlesden-Popper（RP）相促進了水合和質子傳導，而納米NiO和CeO2相促進了O2表面交換和O2-從RP或NiO相表面向初生相的轉移。
2）基于Ni-BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ（BZCYYb）燃料電極、BZCYYb電解液和SCFN納米復合空氣電極的RePCCs在600 °C時，燃料電池模式下的峰值功率密度為531mW cm-2，在1.3 V的電解模式下的電流密度為?364 mA cm-2，同時在550 °C的燃料電池/電解循環中保持了120 h的穩定運行。
3）納米復合材料可以用來開發用于REPCCs的高活性和耐久的空氣電極。其背后的原理是，仔細控制復合材料中不同的納米級功能相，以構建出同時具有優化的OER和ORR活性的塊狀材料。此外，自組裝納米復合材料具有很強的界面相互作用，這抑制了納米催化劑的團聚，降低了材料的總TEC，從而確保了RePCCs出色的工作穩定性。
Yufei Song, et al, Nanocomposites: A New Opportunity for Developing Highly Active and Durable Bifunctional Air Electrodes for Reversible Protonic Ceramic Cells, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202101899
https://doi.org/10.1002/aenm.202101899
