1. Science: 來自環(huán)縮醛可逆失活聚合的化學(xué)可回收熱塑性塑料
塑料的大規(guī)模生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的環(huán)境代價。識別能夠化學(xué)回收為單體 (CRM) 的塑料是創(chuàng)建可持續(xù)循環(huán)塑料經(jīng)濟的首要挑戰(zhàn)。CRM將塑料垃圾直接轉(zhuǎn)化為單體，實現(xiàn)了循環(huán)塑料經(jīng)濟，不僅可以減少對原料的需求，而且可以消除塑料垃圾的積累。聚縮醛是一種很有前途的CRM候選者，因為它們具有適合的熱和化學(xué)穩(wěn)定性。然而，目前通過陽離子開環(huán)聚合(CROP)方法生產(chǎn)的聚甲醛(POM)分子量低，缺乏有用的拉伸強度，這限制了塑料回收升級技術(shù)的發(fā)展。有鑒于此，康奈爾大學(xué)Geoffrey W. Coates教授等人，通過采用商業(yè)鹵甲基醚引發(fā)劑和溴化銦催化劑的最佳配對，實現(xiàn)了環(huán)縮醛的可逆失活CROP。
本文要點：
1）確定了一種引發(fā)劑和路易斯酸催化劑體系，能夠促進(jìn)鹵化物封端的聚縮醛的可逆失活，以實現(xiàn)分子量控制和高活性鏈端保留。用此方法合成了聚(1,3-二氧環(huán)烷)(PDXL)，其具有高拉伸強度，可與某些商品聚烯烴相媲美。
2）篩選了一系列 MCln形式的商業(yè)路易斯酸催化劑，其中InCl3達(dá)到了最大轉(zhuǎn)化率~85%。使用強酸催化劑解聚PDXL可以近乎定量地得到單體，回收率可以高達(dá)98%。
3）這種高效的聚合方法提供了一種堅韌的熱塑性塑料，可以進(jìn)行選擇性解聚成單體。今后的研究目標(biāo)包括，進(jìn)一步改善PDXL和其他支持CRM的聚縮醛的性能，探索合適的穩(wěn)定劑，以提高PDXL的氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性。
Brooks A. Abel et al. Chemically recyclable thermoplastics from reversible-deactivation polymerization of cyclic acetals. Science, 2021.
DOI: 10.1126/science.abh0626
http://doi.org/10.1126/science.abh0626
2. Nature Catal.: 釕在改善鉑的氫氧化和析氫反應(yīng)動力學(xué)中的作用
HER和HOR在堿性介質(zhì)中的反應(yīng)速率比在酸性介質(zhì)中的反應(yīng)速率慢得多。研究發(fā)現(xiàn)，利用具有更高親氧性的外來金屬修飾鉑表面，是改善析氫和氫氧化反應(yīng)動力學(xué)一種很有前景的策略。與早期的過渡金屬元素類似，Ru也比Pt具有更高的親氧性。然而，Ru對Pt用于HER/HOR的促進(jìn)作用尚不完全清楚。有鑒于此，香港科技大學(xué)邵敏華教授等人，以Ru修飾Pt作為模型系統(tǒng)，通過原位紅外光譜和理論計算相結(jié)合的方法揭示了催化活性提高的內(nèi)在機制。
本文要點：
1）以Pt–Ru雙金屬表面作為研究模型，采用具有衰減全反射(ATR)配置的表面增強紅外吸收光譜(SEIRAS)對電化學(xué)界面進(jìn)行直接監(jiān)測。結(jié)合電化學(xué)、光譜測試和理論計算研究，可以有效地了解Pt和Ru在電化學(xué)反應(yīng)過程中的單獨貢獻(xiàn)。
2）研究表明，在堿性溶液中，由于Pt基底的應(yīng)變效應(yīng)和電子效應(yīng)，Ru修飾Pt的析氫和氫氧化反應(yīng)活性與釕覆蓋率成正比，這降低了Volmer決速步的能壘，這些是催化活性提高的主要原因。
3）證實了在堿性介質(zhì)中的Ru修飾Pt表面上，與亞表面鉑相互作用的表面釕原子比鉑活性高一個數(shù)量級，覆蓋層/基底相互作用是增強HER/HOR動力學(xué)的主要原因，即釕原子而不是鉑原子是該系統(tǒng)中的主要活性位點。
總之，該工作不僅更深一步地揭示了氫電催化機理，而且為先進(jìn)電催化劑的合理設(shè)計提供了指導(dǎo)。
Zhu, S., Qin, X., Xiao, F. et al. The role of ruthenium in improving the kinetics of hydrogen oxidation and evolution reactions of platinum. Nat Catal 4, 711–718 (2021).
DOI: 10.1038/s41929-021-00663-5
https://doi.org/10.1038/s41929-021-00663-5
3. Nature Commun.：基于可壓縮石墨烯復(fù)合泡沫塑料的寬范圍連續(xù)可調(diào)快速熱開關(guān)
熱開關(guān)最近因能夠?qū)崿F(xiàn)需要在顯著變化的環(huán)境或操作條件下工作的電子設(shè)備和電池的動態(tài)熱管理而引起了人們濃厚的興趣。然而，目前的方法存在諸如缺乏連續(xù)可調(diào)諧性、開關(guān)比低、速度慢和不可擴展等局限性。近日，美國普渡大學(xué)阮修林，Amy Marconnet報道了并展示了一種基于高度可壓縮的開孔石墨烯泡沫復(fù)合材料的新型寬范圍可變熱敏電阻器，它可以根據(jù)需要同時充當(dāng)熱開關(guān)和熱調(diào)節(jié)器。
本文要點：
1）當(dāng)放置在熱源和散熱器之間時，泡沫根據(jù)壓縮程度調(diào)節(jié)熱傳輸：當(dāng)完全壓縮時，泡沫傳導(dǎo)良好（“開”狀態(tài)）；而當(dāng)完全未壓縮時，它導(dǎo)熱很差（“關(guān)”狀態(tài)）。與只有“開”和“關(guān)”狀態(tài)的傳統(tǒng)熱開關(guān)不同，部分壓縮泡沫提供了任何中間熱導(dǎo)的入口。此外，可以用外部主動控制來調(diào)節(jié)可變熱敏電阻器，以在變化的環(huán)境和變化的熱負(fù)荷下保持恒定的均勻溫度。
2）通過測量材料的本征熱阻和在環(huán)境溫度從0到30 °C變化的環(huán)境室內(nèi)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)和傳熱調(diào)節(jié)的實際性能，研究人員展示了~8x的大調(diào)諧范圍。此外，循環(huán)試驗進(jìn)一步證明了該器件的可靠性。
Du, T., Xiong, Z., Delgado, L. et al. Wide range continuously tunable and fast thermal switching based on compressible graphene composite foams. Nat Commun 12, 4915 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25083-8
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25083-8
4. Nature Commun.：PbCdSe量子點凝膠中原子分散的Pb離子中心用于增強室溫NO2傳感
大氣中的NO2對人體健康和環(huán)境具有嚴(yán)重的不利影響，因此備受關(guān)注，并激發(fā)了人們對NO2檢測和環(huán)境修復(fù)的研究?，F(xiàn)有的低成本室溫NO2傳感器通常存在ppb級別的低靈敏度或恢復(fù)時間長的問題，這反映了傳感器響應(yīng)和恢復(fù)時間之間的權(quán)衡。近日，美國韋恩州立大學(xué)Long Luo，Stephanie L. Brock，清華大學(xué)張亮報道了提出了一種原子分散的金屬離子策略來解決上述問題。
本文要點：
1）研究人員采用CdSe量子點（QD）合成、電凝膠化和部分陽離子交換三步法合成了雙金屬PbxCd1?xSe量子點凝膠（x=0.003，0.0 3，0.0 2，0.0 4，0.0 9，0.17，0.40）。所有PbxCd1?xSe QD凝膠都顯示出與CdSe QD前驅(qū)體相似的表面形態(tài)、微晶尺寸、表面積和孔隙率。HAADF-STEM，EDX能譜，PXRD和XPS結(jié)果表明，Pb在PbxCd1?xSe QD凝膠中存在兩種不同的形式。當(dāng)Pb含量較低（x<0.17）時，pb位以原子方式分散在凝膠中。當(dāng)x進(jìn)一步增加（x≥=0.17時），立方pbse的相分離開始發(fā)生，從而原子分散的pbse和立方pbse在凝膠中共存，直到cd完全取代pbse（x=1）。用主動ml策略計算的熱力學(xué)凸包表明，雙金屬pb< span="">xCd1-xSe六方相在Pb含量低于20%時具有熱力學(xué)穩(wěn)定性，與實驗結(jié)果一致。
2）NO2氣敏測試結(jié)果表明，PbxCd1?xSe QD凝膠的氣敏性能與組成有關(guān)。當(dāng)x=0.09時，獲得了傳感器響應(yīng)強和快速恢復(fù)的最佳組合，其中Pb僅以原子分散的金屬離子形式存在。與文獻(xiàn)中基于p型半導(dǎo)體的最先進(jìn)的室溫NO2氣體傳感器相比，Pb0.09Cd0.91Se QD凝膠傳感器具有超低LOD（3 ppb）、高響應(yīng)（0.06%/ppb）、短tres（~28 s）和trec（~60 s）的高性能。此外，Pb0.09Cd0.91Se凝膠傳感器在傳感器響應(yīng)tres和trec方面也表現(xiàn)出極好的穩(wěn)定性，在75 h的穩(wěn)定性測試中，其變化幅度僅為10%。對NO2和8種不同的常見氣體也有很高的選擇性。此外，利用Pb0.09Cd0.91Se凝膠制作了一種無線便攜式NO2傳感器，并與商用的NO2傳感器進(jìn)行了實時比較。結(jié)果表明，所開發(fā)的NO2傳感器對檢測ppb水平的NO2具有很高的可靠性。值得注意的是，與商用產(chǎn)品相比，該器件即使在10-100 ppb的范圍內(nèi)也能很好地工作，滿足EPA（53 ppb）和EEA（40 ppb）的LOD要求，這表明開發(fā)的NO2傳感器具有巨大的商業(yè)市場潛力。
3）密度泛函理論（DFT）計算結(jié)果表明，雙金屬Pb0.09Cd0.91Se QD凝膠表面的Cd位而不是Pb位是導(dǎo)致NO2傳感性能優(yōu)異的吸附位，因為相對于Pb位，Cd位提供了更大的電荷轉(zhuǎn)移，但具有相當(dāng)?shù)奈侥芰浚鉀Q了響應(yīng)和恢復(fù)時間之間的權(quán)衡。此外，原子分散的Pb離子位與PbSe基體中的Pb位有很大的不同，它們將電子密度轉(zhuǎn)移到相鄰的Cd離子上，從而更好地給NO2提供電子，并增強了對NO2的響應(yīng)。
Geng, X., Li, S., Mawella-Vithanage, L. et al. Atomically dispersed Pb ionic sites in PbCdSe quantum dot gels enhance room-temperature NO2 sensing. Nat Commun 12, 4895 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25192-4
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25192-4
5. Nature Commun.: 用于減輕催化劑燒結(jié)的臨界納米粒子距離的量化
負(fù)載型金屬納米粒子在許多工業(yè)催化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，包括化學(xué)品和燃料的生產(chǎn)、汽車尾氣處理以及用于清潔能源技術(shù)的燃料電池。負(fù)載型催化劑的性能對金屬粒徑有很強的依賴性；<3 nm 的最佳粒徑通常需要增加活性金屬的比表面積。然而，當(dāng)小尺寸的金屬納米顆粒催化劑用于現(xiàn)實的反應(yīng)環(huán)境中，尤其是在高溫下時，由于隨著顆粒尺寸的減小，表面能急劇增加，它們有強烈的燒結(jié)傾向（生長成更大的顆粒）。這種金屬燒結(jié)不可避免地導(dǎo)致活性表面積的損失，從而導(dǎo)致催化劑失活。對催化劑燒結(jié)的基本了解對于為可持續(xù)和經(jīng)濟的催化過程開發(fā)熱穩(wěn)定催化劑至關(guān)重要，特別是在考慮到貴金屬供應(yīng)減少和需求增加的情況下。
有鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)梁海偉教授、李微雪教授和Yue Lin等人，證明了顆粒距離作為一個內(nèi)在參數(shù)在催化劑燒結(jié)中起著關(guān)鍵作用。
本文要點：
1）提出了用于抑制碳載體上金屬燒結(jié)的臨界粒子距離的量化。采用比表面積為250 ~ 1500 m2 g?1的四種商用炭黑載體上負(fù)載的Pt納米顆粒構(gòu)建模型體系，通過改變炭黑載體、金屬負(fù)載和熱處理溫度，可以精確控制各種Pt/C催化劑的顆粒距離。
2）通過Pt/C模型的研究，可以量化一個臨界粒子距離，超過這個距離，即使在900°C, Pt燒結(jié)也會被顯著抑制。基于原位像差校正的高角度環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡和理論研究，發(fā)現(xiàn)將粒子距離擴大到超過臨界距離會抑制粒子聚結(jié)，而臨界粒子距離本身敏感地依賴于金屬-支撐相互作用的強度。
3）通過強化金屬與載體的相互作用，如硫摻雜碳載體，可以縮短臨界距離，提高臨界負(fù)載量。還展示了催化丙烷脫氫中臨界距離概念的實現(xiàn)。
Yin, P., Hu, S., Qian, K. et al. Quantification of critical particle distance for mitigating catalyst sintering. Nat Commun 12, 4865 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-25116-2
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25116-2
6. Chem. Soc. Rev.: 用于能源和催化應(yīng)用的石墨烯外元素2D材料
由于其獨特的物理、化學(xué)和電子特性，元素二維 (2D) 材料已成為能源和催化應(yīng)用的有希望的候選材料。這些材料在提供巨大的表面積與體積比、有利的傳輸特性、有趣的物理化學(xué)特性以及二維超薄結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的限制效應(yīng)方面具有優(yōu)勢。有鑒于此，美國普渡大學(xué)武文倬教授和香港城市大學(xué)張華教授等人，綜述了除石墨烯以外元素二維材料的新興能源和催化應(yīng)用的最新進(jìn)展。
本文要點：
1）首先，簡要介紹了二維元素材料的一般分類、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及材料制備的新進(jìn)展。然后，討論了能量收集和存儲方面的各種應(yīng)用，包括太陽能電池、壓電和摩擦納米發(fā)電機、熱電設(shè)備、電池和超級電容器。進(jìn)一步討論了用于電催化、光催化和多相催化的石墨烯以外二維材料的探索。最后，討論了元素二維材料在能源和催化領(lǐng)域未來發(fā)展的挑戰(zhàn)和前景。
2）隨著各種新材料的報道和探索，元素2D材料的研究獲得了越來越大的動力。盡管在相關(guān)領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)展，但要全面了解并充分發(fā)揮元素二維材料在能源和催化應(yīng)用方面的潛力，還有許多工作要做。（a）在大多數(shù)情況下，對工藝-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-性能的關(guān)系仍然缺乏基本的理解，這使得控制和設(shè)計材料合成和器件性能具有挑戰(zhàn)性。（b）高質(zhì)量、高可靠性的相關(guān)材料的可擴展合成對實際應(yīng)用和基本表征至關(guān)重要。對生長機理的全面了解使研究人員能夠根據(jù)設(shè)計定制二維材料的尺寸、厚度和均勻性。（c）開發(fā)簡單有效的方法來大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量的二維材料。
3）未來的研究方向包括：(1) 實驗工作和理論計算之間的協(xié)同作用也至關(guān)重要，不僅對于材料合成和表征，而且對于器件性能和應(yīng)用開發(fā)。(2) 對于能源相關(guān)應(yīng)用，能源轉(zhuǎn)換/存儲效率和器件性能有待進(jìn)一步提高。(3) 對于催化相關(guān)應(yīng)用，催化劑的活性和穩(wěn)定性以及產(chǎn)物選擇性是需要解決的關(guān)鍵問題。(4) 盡管已經(jīng)報道了許多關(guān)于元素 2D 材料的令人興奮的結(jié)果，但它們通常受到其固有特性的某些方面和與加工相關(guān)的結(jié)構(gòu)缺點的限制。
Feng Ru Fan et al. Emerging beyond-graphene elemental 2D materials for energy and catalysis applications. Chem. Soc. Rev., 2021.
DOI: 10.1039/C9CS00821G
https://doi.org/10.1039/C9CS00821G
7.National Science Review：用于電催化的二維金屬納米材料的濕化學(xué)合成
二維（2D）金屬納米材料由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在電催化領(lǐng)域的應(yīng)用，引起了人們越來越多的研究興趣。近日，香港城市大學(xué)張華簡要概述了濕化學(xué)合成2D金屬納米材料的最新進(jìn)展。隨后，闡述了2D金屬納米材料對各種電化學(xué)反應(yīng)的催化性能。最后，總結(jié)了目前面臨的挑戰(zhàn)，并展望了制備高性能2D金屬電催化劑的前景。
本文要點：
1）控制合成具有所需成分、尺寸、厚度和晶相的2D金屬納米材料是探索其物理化學(xué)性質(zhì)和各種應(yīng)用的關(guān)鍵。作者總結(jié)了一些具有代表性的2D金屬納米材料的濕化學(xué)合成方法（配基輔助、氣體分子輔助、模板化合成、空間限域、種子生長和其他濕化學(xué)法）?？偨Y(jié)了各種濕化學(xué)合成方法制備的具有代表性的2D金屬納米材料。
2）金屬納米材料在各種電化學(xué)反應(yīng)中具有優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性，被廣泛用作催化劑。近年來，2D金屬納米材料由于具有高比表面積、大量暴露表面活性中心和獨特的電子性質(zhì)等結(jié)構(gòu)優(yōu)點，引起了人們極大的研究興趣。作者總結(jié)了2D金屬納米材料在各種電化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用進(jìn)展，包括水分解（析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER））、氧還原反應(yīng)（ORR）、化學(xué)燃料氧化反應(yīng)（FAOR、MOR和EOR）和CO2還原（CO2RR）等。
3）盡管人們在制備2D金屬電催化劑方面已經(jīng)進(jìn)行了大量研究了，并取得了一定的進(jìn)展，但仍然存在許多挑戰(zhàn)?；谀壳暗难芯窟M(jìn)展，作者提出了一些挑戰(zhàn)和潛在的研究方向，包括：i）通過原位表征研究2D金屬納米材料的形成機理；ii）豐富2D金屬納米材料庫；iii）精細(xì)調(diào)節(jié)2D金屬納米材料的結(jié)構(gòu)。
Zijian Li, et al, Wet-chemical synthesis of two-dimensional metal nanomaterials for electrocatalysis, National Science Review, 2021, nwab142
DOI: 10.1093/nsr/nwab142
https://doi.org/10.1093/nsr/nwab142
8. Chem: 揭示通過關(guān)鍵中間相穩(wěn)定FAPbI3的相演化機制
FAPbI3 (FA+ = 甲脒) 鈣鈦礦是當(dāng)今鈣鈦礦太陽能電池 (PCS) 中最有效的基本成分之一，經(jīng)歷了自發(fā)相變，但仍缺乏分子水平的研究。廈門大學(xué)毛秉偉、謝兆雄、梁萬珍和陳亮等人報道了基于一系列關(guān)于FA 基鈣鈦礦的單晶中間體，通過分離和鑒定的 單晶中間體研究FA 基鈣鈦礦相變過程的結(jié)構(gòu)變化。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)了具有獨特結(jié)構(gòu)的 8H 相的關(guān)鍵中間體，這有助于闡明 FA 基鈣鈦礦的完整相演化和穩(wěn)定機制。同時，研究人員基于鮑林規(guī)則的新見解不僅加深了對陽離子和陰離子在最大化共角鹵素和立方籠的濃度方面的相穩(wěn)定作用的理解，而且還為制造高性能和長期穩(wěn)定的 PCS 提供了建議。例如通過控制成分、前軀體溶液、化學(xué)計量和添加劑等因素。
Zi-Ang Nan, Liang Chen et al. Revealing phase evolution mechanism for stabilizing formamidinium-based lead halide perovskites by a key intermediate phase, Chem, 2021
DOI：10.1016/j.chempr.2021.07.011
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929421003673
9. EES：雙氧水的快速可持續(xù)生產(chǎn)：Co-N-C單原子電催化劑在模擬海水中的氧還原反應(yīng)
利用模擬海水電化學(xué)法從O2中制取H2O2為高耗能的工業(yè)蒽醌工藝提供了一種很有前途的替代方法。近日，香港科技大學(xué)邵敏華，Qinglan Zhao報道了開發(fā)了一種新的協(xié)同工程策略來優(yōu)化ORR反應(yīng)途徑，以鈷單原子催化劑（Co SACs）為電催化劑，建立了模擬海水中空氣氣氛下電催化生成H2O2的流動池系統(tǒng)。
本文要點：
1）具有Co-N5結(jié)構(gòu)的Co-N-C催化劑獲得了較高的H2O2產(chǎn)率和法拉第效率。與大多數(shù)報道的Co-N4結(jié)構(gòu)相比，Co-N5結(jié)構(gòu)在實驗和理論上被證明是一種更好的配位結(jié)構(gòu)，在2e- ORR生成H2O2的過程中具有更快的動力學(xué)速率，并且在模擬海水環(huán)境中具有更強的耐氯性，而不會抑制ORR過程。
2）三相流動槽中，在中性的0.5 M NaCl溶液中，氧氣流動條件下，法拉第效率高達(dá)95.6%，H2O2的產(chǎn)率為4.5 mol gcatalyst-1 h-1。用空氣代替O2，仍可獲得3.4 mol gcatalyst-1 h-1的顯著產(chǎn)H2O2速率。
3）研究發(fā)現(xiàn)，通過偶合陽極反應(yīng)還可以生成Cl2，為該電解槽創(chuàng)造額外的經(jīng)濟價值。
工作在豐富催化劑家族方面向前邁進(jìn)了一步，為通過非貴金屬單原子催化劑的配位工程改變反應(yīng)途徑提供了一種新的策略。特別是，這項工作將激發(fā)人們更多的研究，從而更好地設(shè)計海水系統(tǒng)催化劑結(jié)構(gòu)，以生產(chǎn)具有經(jīng)濟價值的化學(xué)品，對構(gòu)建綠色能源路線圖具有重要意義。
Qinglan Zhao, et al, Approaching a High-Rate and Sustainable Production of Hydrogen Peroxide: Oxygen Reduction on Co-N-C Single-Atom Electrocatalysts in Simulated Seawater, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE00878A
https://doi.org/10.1039/D1EE00878A
10. EES：富缺陷骨架調(diào)控的均勻金屬沉積助力鈉金屬電池
鈉（Na）金屬電池因其高能量密度和豐富的鈉基資源而受到人們越來越多的關(guān)注。然而，循環(huán)過程中的不均勻金屬沉積和不可控的枝晶形成嚴(yán)重阻礙了Na金屬負(fù)極的應(yīng)用。已有文獻(xiàn)報道碳骨架可以減輕金屬Na電鍍和剝離過程中枝晶的形成。然而，對于不同的碳結(jié)構(gòu)特征（即氣孔和缺陷）所起的作用和相關(guān)機制還不是很清楚，這阻礙了負(fù)極側(cè)的可控界面工程。
鑒于此，帝國理工學(xué)院Maria-Magdalena Titirici報道了以電紡木質(zhì)素氈為原料，通過一步低溫（僅700 ℃）退火，合理地合成了具有豐富缺陷、孔隙率可忽略的可持續(xù)碳骨架，并將其用作Na金屬負(fù)極的三維（3D）基質(zhì)。
本文要點：
1）為了加深對Na金屬沉積行為和碳骨架上形成的電化學(xué)界面的基本了解，研究人員進(jìn)行了從原子到宏觀尺度的多尺度模擬，并結(jié)合operando和非原位表征來加深對Na金屬沉積行為和電化學(xué)界面的基本理解。首次在文獻(xiàn)中成功地證明了碳材料中的缺陷在促進(jìn)Na金屬的成核和沉積方面起著比孔隙更重要的作用。
2）研究人員還研究了不同的電解質(zhì)，發(fā)現(xiàn)二甘醇與低成本、穩(wěn)定的NaCF3SO3鹽相結(jié)合可以調(diào)節(jié)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，提高電解質(zhì)的最低空位分子軌道能（LUMO），從而有利于Na金屬的均勻沉積。
3）為了驗證木質(zhì)素碳墊在“無負(fù)極”Na金屬電池的應(yīng)用潛力，將它們與各種正（如普魯士藍(lán)(PB)晶體或硫(S)）耦合在一起。結(jié)果顯示，木質(zhì)素衍生的具有3D結(jié)構(gòu)的碳骨架通過改善電極中的離子和質(zhì)量擴散，在減少電化學(xué)極化方面發(fā)揮了重要作用。
在這項工作中，研究人員不僅開發(fā)和研究了具有豐富缺陷的新型碳骨架作為穩(wěn)定的Na金屬負(fù)極，而且優(yōu)化了從電極到電解液的整個系統(tǒng)，以幫助Na金屬電池的開發(fā)具有更強的可持續(xù)性，從而為未來鋰離子電池技術(shù)以外的下一代儲能技術(shù)的改進(jìn)鋪平了道路。
Zhen Xu, et al, Homogenous metallic deposition regulated by defect-rich skeletons for sodium metal batteries, Energy Environ. Sci., 2021,
DOI: 10.1039/D1EE01346G.
https://doi.org/10.1039/D1EE01346G
11. Angew：一種可改善NaAlH4的儲氫性能的有序介孔碳
有序介孔碳材料為儲能和催化應(yīng)用提供了牢固的有序孔網(wǎng)絡(luò)，但其耗時和復(fù)雜的制備嚴(yán)重阻礙了其廣泛應(yīng)用。鑒于此，韓國科學(xué)技術(shù)院Cafer T. Yavuz，Eun Seon Cho報道了開發(fā)了一種新的簡便的微波優(yōu)先加熱合成摻氮有序介孔碳的策略（PHANTOM），將獲得的有序介孔碳應(yīng)用于NaAlH4固體儲氫材料的有效納米限域，以期達(dá)到納米尺度和氮摻雜的雙重效果。
本文要點：
1）共價有機聚合物（COP）的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為剛性有機填料，采用易于合成的空氣穩(wěn)定的Fe3O4納米顆粒作為硬模板。丙烯腈（AN）既是碳源又是氮源，也是碳模板中排列氮原子的連接物。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2O3納米顆粒的快速、選擇性加熱使得COP形成并包裹在納米顆粒周圍，從而形成長程有序的前體。通過對煅燒和消化工藝的優(yōu)化，研究人員獲得了有序的介孔碳。
2）將有序介孔碳用于NaAlH4固態(tài)儲氫材料，NaAlH4的放氫動力學(xué)得到了顯著提高，實現(xiàn)了納米限域和氮摻雜的協(xié)同催化作用。在改變反應(yīng)路徑后，實現(xiàn)了NaAlH4的最低脫氫活化能。因此，與微波加熱快速、選擇性地形成有序多孔結(jié)構(gòu)相結(jié)合，納米限域策略在儲氫或多相催化方面展現(xiàn)了巨大的潛力。
Uiseok Jeong, Rapid access to ordered mesoporous carbons for chemical hydrogen storage, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109215
https://doi.org/10.1002/anie.202109215
12. Nano Today：二維金屬有機框架在摩擦學(xué)領(lǐng)域中的性能、機制和構(gòu)效關(guān)系
傳統(tǒng)潤滑材料，包括無機、有機和碳材料，其摩擦來源和潤滑機制已被廣泛研究。而無機有機雜化材料作為新興材料還未進(jìn)入摩擦學(xué)專家們的視野。并且理論證明無機有機雜化結(jié)構(gòu)對于潤滑有其獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。有鑒于此，清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點實驗室劉宇宏副教授帶領(lǐng)團隊在二維方格結(jié)構(gòu)的MOFs表面進(jìn)行了微觀摩擦學(xué)研究，并驗證了無機有機雜化的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和揭示了MOFs表面摩擦的來源。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，不同組成單元的MOFs摩擦學(xué)性能差異較大，摩擦系數(shù)可實現(xiàn)一個數(shù)量級的調(diào)節(jié)（5*10-4~0.006），表面粘附力也成倍增加（最高3倍）。
2）DFT模擬計算表明，由于不同組成的MOFs結(jié)構(gòu)存在不同程度的配位穩(wěn)定性，其表面金屬節(jié)點帶有不同的殘余電荷，其進(jìn)一步與探針懸鍵相作用，構(gòu)成了摩擦的主要來源。
3）晶體場理論對MOFs配位穩(wěn)定性的分析結(jié)果與模擬結(jié)果和實驗結(jié)果相一致。從而建立起了MOFs結(jié)構(gòu)和摩擦學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系。通過這一關(guān)系可預(yù)測出性能更佳的MOFs結(jié)構(gòu)。
這項工作為無機有機雜化結(jié)構(gòu)在摩擦學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的概念驗證性工作，并且所建立的構(gòu)效關(guān)系為進(jìn)一步研究提供了理論指導(dǎo)。
Liu, L., et al. 2D metal-organic frameworks with square grid structure: A promising new-generation superlubricating material. Nano Today 2021, 40, 101262.
https://doi.org/10.1016/j.nantod.2021.101262
