1. Nature Commun.：納米金剛石上磷配位的Rh單原子位點作為高區域選擇性催化劑用于烯烴加氫甲酰化
Rh單原子催化劑在烯烴加氫甲?；磻斜憩F出比均相催化劑更高的活性，但在區域選擇性控制方面的效果仍然有限。近日，復旦大學陳芬兒院士，梁觀峰青年副研究員報道了通過金屬-配體配位法，制備出一種納米金剛石負載的Rh1單原子催化劑（Rh1/PNP-ND）。
本文要點：
1）研究人員采用表面修飾的方法將PNP鉗形配體bis[2-diphe-nylphosphinoethyl]amine共價接枝到Rh上。第一步，在縮合劑的催化下，表面羧基選擇性地與PNP配體的氨基反應，得到PNP-ND樣品。隨后，將PNP-Nd浸漬在Rh前驅體的有機溶液中（步驟2）。Rh物種通過與表面PNP配體的配位作用固定在PNP-ND上，然后在120 °C氫氣中還原2 h。
2）得益于獨特的結構，Rh1/PNP-ND催化劑在芳基乙烯的加氫甲?；磻斜憩F出優異的催化活性和高區域選擇性，具有廣泛的底物通用性，即高轉化率（> 99%）和高區域選擇性（> 90%），可媲美均相催化劑。
3）研究人員利用31P固體NMR和X射線吸收光譜（XAS）研究了Rh1/PNP-ND催化劑中Rh1與表面P的配位作用。結果顯示，Rh單原子通過Rh-P鍵牢固地錨定在納米金剛石上，保證了苯乙烯氫化反應的穩定性，即使在運行6次之后也是如此。
4）研究人員利用Rh1/PNP-ND催化劑高效、高產率地合成了布洛芬和芬地蘭兩種藥物分子，從而展示了單原子催化劑在藥物合成中的應用前景。
Gao, P., Liang, G., Ru, T. et al. Phosphorus coordinated Rh single-atom sites on nanodiamond as highly regioselective catalyst for hydroformylation of olefins. Nat Commun 12, 4698 (2021)
DOI：10.1038/s41467-021-25061-0
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25061-0
2. Science Advances：缺氧金屬氧化物負載的納米金屬間化合物InNi3C0.5用于高效CO2加氫制甲醇
利用可再生能源產生的氫氣將CO2直接加氫合成甲醇正引起人們的高度關注，但高效催化劑的合成一直是一個巨大的挑戰。純/多金屬催化體系通常具有較低的催化活性。近日，華東師范大學路勇，趙國鋒，上海工程技術大學Xue-Rong Shi報道了開發了一種出色氧化物負載的InNi3C0.5納米金屬間化合物催化劑，用于高效CO2加氫合成甲醇。
本文要點：
1）研究人員合成了三種不同物相的ZrO2載體（單斜ZrO2、四方ZrO2和無定形ZrO2，分別記為m-ZrO2、t-ZrO2和a-ZrO2）。研究人員通過初濕浸漬和隨后的滲碳將InNi3C0.5負載到m-、t-和a-ZrO2載體上。
2）CO2-/H2-TPD，XPS，EPR，CO-DRIFTS光譜研究和密度泛函理論（DFT）計算結果顯示，InNi3C0.5/m-ZrO2比t-ZrO2和a-ZrO2具有更高的氧缺位，顯著增強了InNi3C0.5的金屬-載體相互作用（EMSI），從而使InNi3C0.5具有更高的電子密度。實驗結果表明，InNi3C0.5/m-ZrO2催化劑對CO2的解離吸附和加氫生成甲醇的活性優于其它兩種催化劑。
3）受此啟發，研究人員通過對In2O3-NiO/Fe2O3前驅體進行碳化，開發出了更先進的InNi3C0.5/Fe3O4催化劑，進一步增強了EMSI效應。同樣，InNi3C0.5/Fe3O4催化劑具有顯著提高的CO2解離吸附性能，從而顯著提高了催化劑的活性。此外，該催化劑具有良好的穩定性，高抗硫中毒能力，低負載量，同時所用Fe3O4載體價格低廉，具有較高的性價比。
這項研究有望促進通過理論和實驗研究相結合優化EMSI效應來發現高活性/選擇性金屬間化合物催化劑的研究，從而促進高效的CO2加氫制甲醇工藝的商業化開發。
Chao Meng, et al, Oxygen-deficient metal oxides supported nano-intermetallic InNi3C0.5 toward efficient CO2 hydrogenation to methanol, Sci. Adv. 2021
DOI: 10.1126/sciadv.abi6012
https://advances.sciencemag.org/content/7/32/eabi6012
3. EES：3D周期性聚酰亞胺納米網絡用于超高倍率可持續儲能
具有氧化還原活性基元的有機分子是下一代可持續儲能電極的研究熱點。雖然氧化還原活性分子的設計已經取得了重大進展，但高電化學活性和穩定性的實際需求，以及快速充電的快速動力學要求，促使人們正不斷尋找設計有機電極三維(3D)結構的方法。近日，韓國科學技術院Seokwoo Jeon，Il-Doo Kim，伊利諾伊大學厄巴納香檳分校Paul V. Braun報道了展示了一種三維（3D）雙連續納米網絡結構，該網絡結構由嵌入在多氧化還原有機層中的周期性多孔Ni載體組成。
本文要點：
1）研究人員利用近場納米刻蝕技術(PNP)制備了高度有序、亞微米-多孔的3D Ni納米結構，該技術是一種重復性好、可擴展性強的光學光刻技術。通過結構工程，Ni具有優異的硬度、電化學穩定性和高導電性（1.43×107 S m?1），3D Ni提供了用作有機電極材料載體所需的各種性能的必要組合（這是首次將具有有序亞微米-多孔結構的3D導電載體用于有機負極）。采用聚酰亞胺基多羰基聚合物納米粒子（PIN）作為有機電活性材料，其電解質溶解度低，理論容量高（1460 mAh g?1）。
2）復合負極由涂有PIN層的3D Ni支架（3D PIN/Ni）組成，通過為陽極內的電子和離子提供有效的路徑，以及由多孔網絡內的液體電解質連續路徑提供的快速離子傳輸路徑，3D PIN/Ni實現了快速的電化學反應動力學。
3）在上述主要優點的基礎上，研究人員實現了3D PIN/Ni的高效超鋰化，其可逆容量高達1260 mAh g?1，在10 C下循環250次，容量保持率為82.8%。首次實現了有機負極鋰離子儲存高達400 C，全負極容量（664 mAh g?1/2810 mAh cm?3）超過了達到快充混合動力汽車能源指標（1000 Wh kg?1/1500 Wh L?1）所需的目標線。
4）通過對3DPIN/Ni的動力學分析，研究人員對其反應化學和優越電荷轉移的基礎科學有了更深入的理解。這種3D周期性納米網絡負極為加快有機材料的應用，實現快速和可持續的能量儲存開辟了新的可能性。
Youngjin Ham, et al, 3D periodic polyimide nano-networks for ultrahigh-rate and sustainable energy storage, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE01739J
https://doi.org/10.1039/D1EE01739J
4. Angew：新型的RIV型AIEgens及其在構建多功能發光MOFs中的應用
鄭州大學臧雙全教授、侯紅衛教授、李愷和香港中文大學(深圳)唐本忠院士報道了一種新型的類蝴蝶分子oxacalix[2]芳烴[2]吡嗪(OAP)，該分子可通過分子內振動(RIV)機制表現出典型的聚集誘導發光(AIE)特性。
本文要點：
1）與已報道的RIV型AIE分子所不同的是，OAP AIEgens的合成過程并不復雜且成本較低，利用市場上已有的材料和一步無催化反應即可合成。
2）研究發現，由于具有可配位的吡嗪基團位點，OAP AIEgens也是構建金屬有機骨架(MOFs)的理想配體?；贠AP的MOFs在可逆氣體響應、加密信息存儲和白光發光器件的構建等方面具有廣闊的應用前景。綜上所述，這項工作不僅豐富了RIV型AIEgens的種類，為構建發光型MOFs提供了更多的橋接配體選擇，并為研究RIV過程對于MOFs發光性能的影響提供了新的可視化模型。
Yuan Yuan Liu. et al. A New Kind of RIV-type AIEgens and Their Applications for the Construction of Multifunctional Luminescent MOFs. Angewandte Chemie International Edition. 2021
DOI: 10.1002/anie.202108326
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202108326
5. Angew：保持立方相的含氮CoSe2用于促進堿性析氫
引入雜原子是調節電催化劑本征電子結構以提高催化活性的重要途徑之一。然而，對于具有高度對稱晶體結構的過渡金屬硫系化合物（HS-TMC），雜原子的引入，特別是大原子半徑的引入，往往會引起較大的晶格畸變和空位缺陷，從而導致摻雜材料的結構相變或催化反應過程中的結構相重構。這種不可預知的情況將使人們很難揭示摻雜催化劑的本征電子結構與催化活性之間的關系。
近日，安徽大學徐坤教授，中科大謝毅院士報道了通過摻入輕元素氮，成功地實現了對立方CoSe2的本征電子結構的無相變調節，使其在堿性介質中的電催化活性提高了5.4倍。
本文要點：
1）高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和大角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）沒有發現摻氮立方CoSe2（N-c-CoSe2）發生了明顯的晶格畸變和空位缺陷。
2）擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）曲線擬合分析和密度泛函理論（DFT）計算表明，N摻雜到c-CoSe2的結構中，本質上可以操控電子結構和配位結構。原位拉曼光譜證實了N-c-CoSe2在HER過程中保持了立方相結構，保證了真正的“初始活性物種”的催化作用。
3）作為對比，研究人員還發現磷（原子半徑相對較大）的引入會導致CoSe2從立方相向正交相的結構相變，并且P摻雜的CoSe2的結構相對HER來說不穩定。
輕元素摻雜策略有望為研究摻雜催化劑的本征電子結構與催化活性之間的關系打開一扇新的大門。
Yiqiang Sun, et al, Nitrogen-Incorporated Cobalt Diselenide with Cubic Phase Maintaining for Enhanced Alkaline Hydrogen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109116
https://doi.org/10.1002/anie.202109116
6. AM: 具有高電子遷移率的窄帶隙n型聚合物實現高效全聚合物太陽能電池
全聚合物太陽能電池（all-PSCs）的發展迫切需要具有高電子遷移率的窄帶隙n型聚合物。南方科技大學Xugang Guo，廣州大學Li Niu, 韓國高等科學技術研究院Bumjoon J. Kim和福建物構所Qingdong Zheng通過將兩個二溴化稠環電子受體 (FREA) 分別與二甲烷基化芳族酰亞胺共聚，合成了具有兩個缺電子鏈段的兩種區域規則窄帶隙聚合物受體；L15和 MBTI，促使all-PSCs獲得了記錄效率。
本文要點：
1） 充分利用FREA和酰亞胺，兩種聚合物受體都顯示出窄帶隙和高電子遷移率。得益于比其區域隨機類似物更廣泛的吸收、更好的骨架排序和更高的電子遷移率，基于L15的all-PSCs在與聚合物供體PM6混合時產生15.2%的高效率(PCE)。
2） 更重要的是，包含苯并噻吩核心FREA片段的MBTI顯示出比L15更高的前沿分子軌道水平，與L15和PM6形成級聯式能級對齊?；诖?，設計了三元全 PSC，其中MBTI作為客體引入PM6:L15受體系統。由于進一步優化的混合形態和更平衡的電荷傳輸，all-PSCs的PCE提高到16.2%，這是all-PSCs的最高值之一。結果表明，結合FREA和芳族酰亞胺構建區域規則的窄帶隙聚合物受體提供了一種制造高效all-PSCs的有效方法。
Sun, H., et al, Regioregular Narrow-Bandgap n-Type Polymers with High Electron Mobility Enabling Highly Efficient All-Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 2021, 2102635.
https://doi.org/10.1002/adma.202102635
7. AM : 通過光譜表征研究陷阱態對鈣鈦礦太陽能電池性能的影響
為了提高有機-無機雜化鈣鈦礦（OIHP）太陽能電池的效率和穩定性，摻雜已被證明是一種簡單的方法。然而，對摻雜調節的陷阱態及其對太陽能電池性能的影響的認識并不深入。東南大學倪振華，Junpeng Lu以及南京師范大學Hongwei Liu等人采用典型的摻雜 RbI的 OIHPs (CH3NH3PbI3和 Cs0.05FA0.85MA0.10Pb(I0.97Br0.03)3) 來闡述影響器件效率的摻雜機制。
本文要點：
1）系統光譜表征表明，摻雜通過直接調節陷阱態顯著影響光載流子動力學。結果表明，摻雜會通過鈍化缺陷并誘導額外的陷阱中心來降低陷阱密度。這直接操縱光載流子的瞬態傳輸并最終影響器件的輸出。太陽能電池性能的優化需要在鈍化和引入俘獲中心之間的競爭關系之間進行權衡。結果提供了關于摻雜濃度如何影響陷阱密度、載流子動力學、傳輸行為以及最終器件參數的光譜感知。它為基于 OIHP 的太陽能電池的設計和優化提供了直接的指導。
Zhang, Y., et al, Spectroscopic Perception of Trap States on the Performance of Methylammonium and Formamidinium Lead Iodide Perovskite Solar Cells. Adv. Mater. 2021, 2102241.
https://doi.org/10.1002/adma.202102241
8. Nano Lett.：磁致伸縮-壓電觸發的納米催化腫瘤治療
磁基診療具有非侵入性、效率高、組織穿透性好和對正常組織損傷小等優點，已被廣泛應用于臨床疾病的診斷和治療。中科院上海硅酸鹽研究所施劍林院士和林翰提出了一種利用磁致伸縮-壓電納米催化藥物(MPE-NCM)以用于腫瘤治療的策略，該策略是由具有核殼結構的CoFe2O4-BiFeO3磁致伸縮壓電納米顆粒(CFO-BFO NPs)在交變磁場下引發腫瘤內的磁驅動和壓電催化反應所完成的。
本文要點：
1）CFO-BFO NPs能夠催化產生細胞毒性活性氧(ROS)，包括超氧自由基(?O2?)和羥基自由基(?OH)。模擬計算結果表明，高度可控的電極化有利于在磁刺激下進行上述催化反應。
2）細胞水平實驗和在異種腫瘤移植模型中研究結果表明，MPE-NCM具有顯著的腫瘤治療效果。綜上所述，這一研究提出了一種新穎的磁性納米催化癌癥治療方法，該方法具有良好的催化動態響應性、高療效和體內生物安全性，因此有著廣闊的臨床應用前景。
Min Ge. et al. Magnetostrictive-Piezoelectric-Triggered Nanocatalytic Tumor Therapy. Nano Letters. 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01313
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01313
9. Nano Lett.：Zr亞氧化物上原位分散的納米Au作為活性陰極用于固體氧化物電解池中CO2直接電解還原
固體氧化物電解池中的CO2電化學還原是將CO2轉化與可再生電能儲存相結合的一種有效途徑。通常，Au層被用作集電器，由于在高溫下很難保持納米尺寸的Au，Au納米顆粒很少被用作陰極。近日，中科院大連化物所朱雪峰研究員報道了開發了一種在800 ℃獲得原位分散Au納米顆粒的新方法，并研究了所得陰極對CO2在固態電池中電還原的催化活性。
本文要點：
1）在這項工作中，沒有MIEC陰極，只有一個Au集電器覆蓋電解質，這簡化了電池的制造過程。將Au層涂在自支撐YSZ電解質上后，對電池施加高電壓，導致YSZ表面還原為Zr亞氧化物，Au分散成納米顆粒。由于Au與亞氧化物具有很強的相互作用，Au納米顆粒的尺寸穩定在2 nm以下。
2）實驗結果顯示，與未在高激活電壓下處理的Au層相比，處理樣品的性能提高了38倍，極化電阻降低了75倍。
3）結合電子顯微鏡、原位近環境壓X射線光電子能譜和理論計算，研究人員發現Au層與電解質（YSZ）之間的界面被重構為納米Au/Zr亞氧化物界面，這些界面具有比Au/YSZ界面低得多的反應活化能。
Lixiao Zhang, et al, In situ Dispersed Nano-Au on Zr-Suboxides as Active Cathode for Direct CO2 Electroreduction in Solid Oxide Electrolysis Cells, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02227
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02227
10. ACS Nano：1T‘-MoTe2量子點@3D石墨烯在無穿梭效應Li?S電池中的出色催化作用
開發具有高電導率、快速動力學以及能有效抑制多硫化鋰（LiPSs）穿梭效應的Li?S電池硫電極仍然極具挑戰性。近日，電子科技大學陳遠富教授，德克薩斯大學奧斯汀分校Jiarui He，四川大學王澤高教授報道了通過對合成工藝的優化，制備了三維石墨烯修飾的1T‘-MoTe2量子點（MTQ@3DG），并在Li?S電池中取得了優異的性能。
本文要點：
1）研究人員首先采用冷凍干燥法制備了Mo?3D石墨烯氣凝膠。然后以Mo?3D石墨烯氣凝膠為原料，通過簡單的退火工藝制備了MTQ@3DG。
2）研究人員根據實驗和理論結果，得出以下結論：i）1T‘MoTe2的高電導率促進了S和LiPSs的快速電化學反應；ii）MTQ@3DG在復合催化劑中的協同電子偶聯有利于S8分子和其他中間體的吸附，有利于反應的啟動，顯示出潛在的S固化能力；iii）1T‘-MoTe2的低能壘決定了Li2S在MTQ@3DG催化劑上比單獨在石墨烯上更有利于成核，從而保證了優異的性能。
3）實驗結果顯示，MTQ@3DG/S在0.2 C下提供了1310.1 mAh g?1的高可逆比容量，在1 C下600次循環的容量衰減率為0.026%。以MTQ@3DG/S為正極的電池在0.1 C 下，110次循環后的容量保持率為70.9%，容量衰減率為0.26%，具有很大的實際應用潛力。
4）研究人員基于原位拉曼分析和電化學研究，對其基本電化學機理進行了初步探討。
這項工作有望進一步促進開發用于高能Li?S電池的高效TMD催化劑。
Bo Yu, et al, Outstanding Catalytic Effects of 1T′-MoTe2 Quantum Dots@3D Graphene in Shuttle-Free Li?S Batteries, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c03011
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c03011
11. ACS Nano：氧空位和鉍取代工程用于鈦酸鈉納米結構中的三維快速鈉離子輸運
層狀鈦酸鈉（NTO）是用于先進鈉離子電池（SIBs）最有前途的負極材料之一，具有理論容量高、無嚴重安全隱患等優點。然而，原始的NTO電極具有不利的Na+傳輸動力學，這是因為晶體中沿低能壘八面體的二維Na離子傳輸通道占主導地位，這阻礙了這類潛在材料的實際應用。
鑒于此，為提高SIBs電極材料的電化學儲鈉性能，澳大利亞昆士蘭科技大學孫子其教授，Jun Mei報道了提出了一種通過氧空位和鉍替代工程相結合的方法擴大固有狹窄和受限的層間離子傳輸通道，實現三維（3D）快速鈉離子傳輸界面的有效策略。
本文要點：
1）這種策略將(001)層間間距從0.84 nm擴展到超過1.0 nm并產生了跨層通道，從而構建3D離子傳輸網絡，從而激活了晶體結構中沿[001]方向具有有限2D離子傳輸通道的固有緩慢Na傳輸的Na2Ti3O7。
2）結果表明，氧空位和鉍取代的HBNTO（BixNa2?xTi3Oy，0<x<2，0<y<7，HBNTO）在可逆容量（20 mAh g-1時比NTO提高145%）、倍率性能（500mAh g?1時，比NTO提高200%）和循環穩定性（20 mAh g?1循環150次后的容量保持率比NTO提高210%）方面具有顯著的提高。
3）分子動力學模擬和理論計算表明，HBNTO性能的提高主要得益于鈉離子擴散途徑的增加和成功構建的3D內離子輸運通道而提高了離子遷移率。
這項研究提供了一種通過在晶體結構中構建開放通道來可控傳輸通道的具體策略，并為設計下一代電極以促進低成本Na基電池的可持續發展提供了一些見解。
Jun Mei, et al, Three-Dimensional Fast Na-Ion Transport in Sodium Titanate Nanoarchitectures via Engineering of Oxygen Vacancies and Bismuth Substitution, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c04479
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04479
12. ACS Nano：空間隔離激發的超細CoSe2用于倍率循環性能顯著提高的高能鋁電池
過渡金屬硒化物具有比容量高、電性能好、成本低等優點，是一種極具吸引力的可充電鋁電池（RABs）正極材料。近日，復旦大學余學斌教授報道了一種自模板策略，通過非均相金屬和MXene激發的材料的空間隔離，制備了具有擴展石墨壁結構的氮摻雜分級多孔碳納米片網絡，以支撐超細CoSe2納米粒子（記為CoSe2-NPCS；NPCS為氮摻雜分級多孔碳納米片）。
本文要點：
1）通過摻雜Zn原子，研究人員證明了即使在較高的熱解溫度下，超細CoSe2納米顆粒仍然均勻地分布在膨脹的納米石墨材料上。超細納米晶顆粒顯著提高了材料的化學活性和結構穩定性，而二維多孔碳納米片基底表現出高度的石墨化；這些特點結合了大孔/介孔和微孔結構的優勢，包括可及的活性中心的大表面積，快速的電子和離子傳輸，以及無阻礙的電解質滲透。
2）通過理論計算，研究人員評估了N-C/Mxene雜化表面不同氮摻雜中心上Co的吸附親和力，揭示了反應動力學增強和Co吸附行為的本征機理。
3）實驗結果顯示，CoSe2-NPCS材料表現出優異的儲鋁性能，包括超高倍率能力（5 A g?1下容量高達122 mAh g?1）和超穩定的長期循環（2 A g?1下，5000次循環后，容量為111 mAh g?1，，容量衰減率不足0.0084%）。
本工作為用于高能RAB的高倍率和穩定性的電極設計提供了一條有效的材料工程途徑。
Long Yao, et al, Spatial Isolation-Inspired Ultrafine CoSe2 for High-Energy Aluminum Batteries with Improved Rate Cyclability, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c04895
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04895
