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1. Chem. Soc. Rev.綜述：2D過(guò)渡金屬二硫?qū)倩锏难芯窟M(jìn)展：(準(zhǔn))金屬相的相變及其應(yīng)用

二維過(guò)渡金屬二硫?qū)倩铮?D-TMDs）的出現(xiàn)引起了科學(xué)家和工程師的廣泛興趣，其大量的研究使2D材料的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)取得了重大突破。這反過(guò)來(lái)又引起了人們對(duì)新型器件應(yīng)用的濃厚興趣。由于2D-TMDs的多態(tài)結(jié)構(gòu)特征，這類材料在各自的相中既可以表現(xiàn)出半導(dǎo)體性質(zhì)，也可以表現(xiàn)出金屬（準(zhǔn)金屬）性質(zhì)。這種多態(tài)特性進(jìn)一步提高了人們對(duì)2D-TMDs在基礎(chǔ)研究和新型高性能器件應(yīng)用中的潛在應(yīng)用的興趣。

鑒于此，新加坡國(guó)立大學(xué)Andrew T. S. Wee，Wei Chen對(duì)2D-TMDs的半導(dǎo)體到金屬(準(zhǔn)金屬)相變進(jìn)行了全面的綜述，并對(duì)相變機(jī)制進(jìn)行了探討。

本文要點(diǎn)：

1）在過(guò)去的十年里，TMDs呈現(xiàn)出各種各樣的結(jié)構(gòu)多晶型，無(wú)論是作為分層量子系統(tǒng)基礎(chǔ)研究的理想平臺(tái)，還是因?yàn)槠錆撛诘亩喾N應(yīng)用，都引起了人們的極大關(guān)注。TMDs由夾在兩個(gè)硫化物層之間的過(guò)渡金屬層組成，作為一個(gè)單元層。在2D-TMDs中，常見(jiàn)的多晶型有三棱柱半導(dǎo)體1H相、八面體金屬1T相和畸變的準(zhǔn)金屬1T’相。

2）盡管半導(dǎo)體晶型的2D TMDs由于其直接帶隙、高遷移率和室溫通斷電流比而具有吸引人的特性，但其金屬（準(zhǔn)金屬）對(duì)應(yīng)物具有另一組獨(dú)特的吸引人的特性。這些(準(zhǔn))金屬相可以通過(guò)相變過(guò)程或在受控條件下直接合成來(lái)獲得。由于不同的2D-TMDs在其各自的結(jié)構(gòu)相之間具有不同的能壘，研究人員已經(jīng)報(bào)道了多種實(shí)驗(yàn)方法來(lái)誘導(dǎo)半導(dǎo)體和金屬(準(zhǔn)金屬)相之間的相變。目前，人們通常采用兩種方法來(lái)破壞半導(dǎo)體1H相結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：通過(guò)電荷摻雜和晶體結(jié)構(gòu)畸變。因此，相變策略可以分為兩種方法，即外力調(diào)控（壓力和應(yīng)變工程與晶格失配）和電荷摻雜技術(shù)（離子插層與化學(xué)摻雜、靜電門(mén)控與等離激元熱電子和空位與缺陷工程）。

3）2D-TMD的金屬界面的結(jié)構(gòu)和電子行為對(duì)2D電子器件的性能有重要影響。在MoS_2/Ti和MoS_2/Au等系統(tǒng)中的理論研究表明，存在兩種類型的接觸，包括存在于半導(dǎo)體-金屬界面的共價(jià)接觸和范德華接觸。作者總結(jié)了相工程過(guò)程中2D-TMD/金屬體系界面相互作用的影響，以及相工程在克服接觸電阻中的作用。

4）深入研究將多晶型TMD材料引入功能器件和催化系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。各個(gè)多晶型表現(xiàn)出的獨(dú)特性質(zhì)在確保不同器件和系統(tǒng)的通用性和功能性方面發(fā)揮著重要作用。因此，根據(jù)器件在任何特定位置的功能來(lái)定制2D-TMD的電子屬性，控制不同的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。作者總結(jié)了2D-TMD在包括電子器件、催化和儲(chǔ)能技術(shù)在內(nèi)的各種應(yīng)用。

Xinmao Yin, et al, Recent developments in 2D transition metal dichalcogenides: phase transition and applications of the (quasi-)metallic phases, Chem Soc Rev, 2021

DOI: 10.1039/d1cs00236h

https://doi.org/10.1039/d1cs00236h

2. Nature Commun.：一種具有持續(xù)CO₂光還原活性和高選擇性的Mn，C共摻雜的ZnO核殼空心球

太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)CO₂轉(zhuǎn)化為增值化學(xué)品是緩解全球能源短缺和環(huán)境危機(jī)的可持續(xù)解決方案之一。然而，要實(shí)現(xiàn)可靠和低成本的CO₂轉(zhuǎn)化仍然具有一定的挑戰(zhàn)性。近日，武漢理工大學(xué)余家國(guó)教授，張留洋報(bào)道了開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便的一鍋配位聚合物（CP）策略，成功制備了一種Mn，C共摻雜的ZnO核-三殼空心球（Mn,C-ZnO CTSHSs）。

本文要點(diǎn)：

1）Mn,C-ZnO CTSHSs的合成過(guò)程包括兩個(gè)步驟：i）在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）存在下，通過(guò)水楊酸酯配體與相應(yīng)的金屬離子相互作用生成Zn，Mn CP；ii）空氣煅燒所得的Zn，Mn CP。得到的Mn,C-ZnO CTSHSs光催化劑具有迷人的核殼結(jié)構(gòu)和可調(diào)節(jié)的組成，具有足夠的CO₂還原活性，即比商用ZnO高兩倍。

2）研究發(fā)現(xiàn)，Mn,C-ZnO CTSHSs光催化活性的增強(qiáng)歸因于其改善的光吸收，有利于質(zhì)量和電荷在薄殼層之間的轉(zhuǎn)移，并有助于CO₂的吸附和活化。有趣的是，體系中形成的Mn物種作為ZnO晶格中Zn離子的取代基，在CO₂PR過(guò)程中起著不可或缺的作用。它們作為CO₂吸附的活性中心，通過(guò)抑制析氫而有利于CO₂還原。

3）原位X射線光電子能譜結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)CO₂PR處理后的Mn物種可以在沒(méi)有外部處理或輔助還原劑的情況下恢復(fù)其原始的氧化態(tài)。而Mn⁽ⁿ⁺¹⁾⁺物種可以從體系中提取一個(gè)光生電子來(lái)再生原始的Mnⁿ⁺部分。Mn⁽ⁿ⁺¹⁾⁺/Mnⁿ⁺之間的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)Mn的多種氧化態(tài)和光生電子來(lái)識(shí)別。這些結(jié)果表明，電離Mn可以作為一種耐用、高效的電離助催化劑助力CO₂PR的實(shí)用化。

Sayed, M., Xu, F., Kuang, P. et al. Sustained CO₂-photoreduction activity and high selectivity over Mn, C-codoped ZnO core-triple shell hollow spheres. Nat Commun 12, 4936 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-25007-6

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25007-6

3. Nature Commun.：柔性單片化學(xué)電阻傳感器用于室溫下用于專屬超靈敏甲醛檢測(cè)

甲醛是一種潛在的致癌物，也是一種無(wú)處不在的室內(nèi)污染物，其高選擇性檢測(cè)是一個(gè)長(zhǎng)期性的挑戰(zhàn)。近日，韓國(guó)高麗大學(xué)Jong-Heun Lee報(bào)道了設(shè)計(jì)了一種新型單片柔性傳感器，可以在室溫下專門(mén)檢測(cè)ppb級(jí)甲醛，而不會(huì)受到其他室內(nèi)空氣污染物的干擾。

本文要點(diǎn)：

1）研究人員在紫外光照射下使用涂有由分子篩沸石咪唑鹽骨架ZIF-7和聚合物組成的MMM覆蓋層的TiO₂傳感膜。室溫下氣敏反應(yīng)的光活化提供了一種獨(dú)特的途徑，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)乙醇和甲醛等反應(yīng)性氣體的超高選擇性，而傳感器的熱活化導(dǎo)致非選擇性氣敏特性。

2）采用MMM覆蓋層進(jìn)一步提高氣體選擇性。MMM中低含量的MOFs限制了氣體傳輸和分子篩選，而過(guò)高的MOFs將應(yīng)力集中在MOF-聚合物界面，限制了氣體傳輸。相反，適量的ZIF-7顆粒很好地分散在聚合物基質(zhì)中，促進(jìn)了氣體傳輸和分子篩分，從而導(dǎo)致對(duì)甲醛的高選擇性和響應(yīng)。

3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TiO₂傳感器在紫外線照射下顯示出對(duì)甲醛和乙醇的高選擇性檢測(cè)，對(duì)其他室內(nèi)污染物的交叉反應(yīng)可以忽略不計(jì)。在TiO₂傳感膜上的由沸石咪唑骨架（ZIF-7）納米粒子和聚合物組成的混合基質(zhì)膜（MMM）通過(guò)分子篩分可完全去除乙醇干擾，使得在室溫下對(duì)5 ppm甲醛具有超高的選擇性（響應(yīng)比> 50）和響應(yīng)性(電阻比> 1100)。

4）研究人員使用夾在柔性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基底和磁記憶覆蓋層之間的TiO₂薄膜成功地制造了一種單片柔性傳感器。

這項(xiàng)研究提供了一種實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛的獨(dú)家選擇性和高響應(yīng)的策略，展示了柔性氣體傳感器在室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)方面的巨大潛力。

Jo, Y.K., Jeong, SY., Moon, Y.K. et al. Exclusive and ultrasensitive detection of formaldehyde at room temperature using a flexible and monolithic chemiresistive sensor. Nat Commun 12, 4955 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-25290-3

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25290-3

4. Nature Commun.：酸性介質(zhì)中金氣體擴(kuò)散電極上CO₂還原為CO的高效率和選擇性

電化學(xué)CO₂還原（CO₂RR）為CO是一種很有前途的替代化石燃料生產(chǎn)工藝的技術(shù)。盡管如此，電化學(xué)CO₂RR低能效阻礙了嚴(yán)重CO的商業(yè)化生產(chǎn)。目前，CO₂電解主要在中性或堿性介質(zhì)中進(jìn)行，但最近的研究工作表明，在酸性介質(zhì)中也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CO的高選擇性。

近日，荷蘭萊頓大學(xué)Marc T. M. Koper，阿姆斯特丹大學(xué)Klaas Jan P. Schouten報(bào)道了盡管CO₂RR的大量研究都集中在開(kāi)發(fā)性能更佳的陰極催化劑上，但電解質(zhì)設(shè)計(jì)，特別是在酸性介質(zhì)中，可以顯著降低電池電位，從而提高能源效率，而不會(huì)影響CO的法拉第效率（FE）。

本文要點(diǎn)：

1）根據(jù)最近在理想化小尺度DEM測(cè)量中的觀察結(jié)果，在合適的條件下可以抑制CO₂RR期間的質(zhì)子還原。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在電流密度高達(dá)200 mA cm^?2的金氣擴(kuò)散電極上，CO的FEs在80-90%之間，突出了在酸性介質(zhì)中進(jìn)行CO₂電解的可行性。

2）在這些工業(yè)相關(guān)條件下，高CO₂還原速率（即高電流密度）導(dǎo)致產(chǎn)生足夠的OH^?，以便在質(zhì)子到達(dá)催化層之前將其中和。這阻礙了質(zhì)子還原，即使在pH為2，電流密度為200mA cm^?2時(shí)，對(duì)CO也具有很高的選擇性。此外，研究發(fā)現(xiàn)，在電解質(zhì)中使用弱水合陽(yáng)離子，如Cs⁺和K⁺，是確保酸性介質(zhì)中高CO₂RR活性的關(guān)鍵。考慮到工業(yè)規(guī)模的操作，必須在性能和成本之間進(jìn)行權(quán)衡， 采用K⁺硫酸鹽比較合適。

3）研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在酸性和中性介質(zhì)中的比較，在低pH的硫酸鹽電解液中可以獲得相當(dāng)?shù)偷碾姵仉娢唬?00 mA cm^?2下運(yùn)行可以節(jié)省30%的能量。此外，進(jìn)一步的研究可降低能源成本，實(shí)現(xiàn)更高的電流密度，并充分優(yōu)化工藝。

研究工作為酸性介質(zhì)中電化學(xué)CO₂還原的發(fā)展開(kāi)辟了一條新的道路。

Monteiro, M.C.O., Philips, M.F., Schouten, K.J.P. et al. Efficiency and selectivity of CO₂ reduction to CO on gold gas diffusion electrodes in acidic media. Nat Commun 12, 4943 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-24936-6

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24936-6

5. EES: Janus 界面工程促進(jìn)太陽(yáng)能蒸汽技術(shù)高效收集水

太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)清潔水生產(chǎn)一直被認(rèn)為是解決全球水資源短缺問(wèn)題的有利途徑。近年來(lái)，界面式太陽(yáng)能蒸汽系統(tǒng)通過(guò)將太陽(yáng)能定位于太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換材料界面上，從而大大提高了水的蒸發(fā)效率。然而，由于入射太陽(yáng)光和水蒸汽之間存在強(qiáng)烈的相互干擾現(xiàn)象，導(dǎo)致了能量的巨大損失，進(jìn)而限制了水蒸發(fā)和收集的最終效率。因此，水的比產(chǎn)率(SWP，每小時(shí)每太陽(yáng)輻射面積下的水收集量，反映太陽(yáng)能生產(chǎn)水的實(shí)際效率)仍遠(yuǎn)未達(dá)到令人滿意的水平。

有鑒于此，清華大學(xué)曲良體教授，程虎虎教授、瑞典斯德哥爾摩大學(xué)袁家寅副教授等人，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出一種全新的Janus界面太陽(yáng)能水蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，有效避免了水蒸氣對(duì)太陽(yáng)光的干擾作用，從而實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率和實(shí)用的清潔水收集性能。

本文要點(diǎn)：

1）設(shè)計(jì)的Janus界面太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生器(J-SSG)，可以將入射的太陽(yáng)光與產(chǎn)生蒸汽的位置進(jìn)行有效分離，并使其協(xié)同工作，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中同一表面上入射光和逸出蒸汽之間的相互干擾現(xiàn)象，從而大幅度提高海水淡化制備清潔水的性能。。

2）所制備的100 cm²大面積的J-SSG系統(tǒng)在1個(gè)太陽(yáng)光照射下可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)2.21 kg m^-2 h^-1的比水生產(chǎn)率（SWP）。更重要的是，J-SSG器件的Janus界面設(shè)計(jì)方便了實(shí)際的水收集，在一個(gè)簡(jiǎn)單的集成水生產(chǎn)系統(tǒng)中可提供1.95 kg m^-2 h^-1的高SWP值，SWP效率甚至達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的88%。

3）這種J-SSG器件可以在大范圍的陽(yáng)光入射角下實(shí)現(xiàn)高效光吸收。在室外實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)可在每平方米采集10 L飲用純凈水(北京，太陽(yáng)能~15 MJ m^-2 day^-1)。

總之，該工作設(shè)計(jì)的獨(dú)特Janus界面工程為海水淡化制備純凈水提供了一種新的策略。

Houze Yao et al. Janus-interface engineering boosting solar steam towards high-efficiency water collection. Energy Environ. Sci., 2021.

DOI: 10.1039/D1EE01381E

https://doi.org/10.1039/D1EE01381E

6. Angew：鋰金屬電池中穩(wěn)定的陰離子衍生固體電解質(zhì)界面

非均勻固體電解質(zhì)界面（SEI）導(dǎo)致的鋰（Li）枝晶沉積嚴(yán)重阻礙了高能量密度Li金屬電池的發(fā)展。盡管目前的陰離子源SEI在改善Li沉積的均勻性方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際條件下，其并不能令人滿意。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)鹽濃度、溶劑和稀釋劑的種類來(lái)調(diào)節(jié)電解質(zhì)中接觸離子對(duì)（CIP）（FSI^-配位到一個(gè)Li離子）、AGG-I（FSI^-配位到兩個(gè)Li離子）和AGG-II（FSI^-配位到兩個(gè)以上Li離子）之間的比例對(duì)決定陰離子衍生SEI的組成和結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)有重要作用。一般來(lái)說(shuō)，由于溶劑和稀釋劑分子較弱，不能直接與陰離子相互作用，所以陰離子的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)是由Li離子間接調(diào)節(jié)。通過(guò)直接與陰離子相互作用來(lái)調(diào)節(jié)陰離子電解質(zhì)結(jié)構(gòu)的新策略被寄予厚望。

近日，清華大學(xué)張強(qiáng)教授報(bào)道了通過(guò)陰離子受體調(diào)節(jié)陰離子的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建穩(wěn)定的陰離子衍生SEI。

本文要點(diǎn)：

1）含缺電子硼原子的三(五氟苯基)硼烷（TPFPB）陰離子受體與雙(氟磺酰基)酰亞胺陰離子（FSI^-）相互作用，降低了FSI^-的還原穩(wěn)定性。此外，F(xiàn)SI^-在電解質(zhì)中的聚集團(tuán)類型發(fā)生了變化，在TPFPB的存在下，F(xiàn)SI^-與更多的Li離子相互作用（AGG-II）。

2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TPFPB促進(jìn)了FSI^?分解生成Li₂S，提高了陰離子衍生SEI的穩(wěn)定性。在實(shí)際條件下工作的Li|LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂電池中，基于TPFPB的陰離子衍生的SEI經(jīng)歷了194次循環(huán)，而常規(guī)陰離子衍生的SEI只有98次。

這項(xiàng)工作為通過(guò)調(diào)控陰離子的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建穩(wěn)定的陰離子衍生的SEI開(kāi)辟了一片新的天地。

Tao Li, et al, Stable Anion-Derived Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202107732

https://doi.org/10.1002/anie.202107732

7. Angew：可見(jiàn)光光催化仲醇去消旋化

外消旋手性化合物的去消旋化在不對(duì)稱合成中是一種很有吸引力的方法，但其發(fā)展受到能量和動(dòng)力學(xué)挑戰(zhàn)的嚴(yán)重阻礙。近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院胡喜樂(lè)教授報(bào)道了開(kāi)發(fā)了一種基于不可逆光化學(xué)氧化及其熱化學(xué)逆反應(yīng)的方法，實(shí)現(xiàn)了仲醇的一鍋去消旋化。

本文要點(diǎn)：

1）通過(guò)多相脫氫光催化劑（Ni改性的CdS，Ni-CdS）和手性均相加氫催化劑（Noyori 催化劑，Ru*-3）的串聯(lián)作用，可以利用光作為唯一的能量輸入，從外消旋產(chǎn)物中合成多種對(duì)映體純醇。這一過(guò)程既不需要化學(xué)計(jì)量的氧化劑和還原劑，也不需要特殊的隔間，因此，過(guò)程更環(huán)保，更容易進(jìn)行。

2）雖然這種去消旋方法的范圍和效率不如成熟的酮不對(duì)稱氫化方法，但它代表了一種以容易獲得的外消旋醇為起始試劑的醇類去消旋的新途徑。而對(duì)于目前的體系中，光催化劑不具有對(duì)映體選擇性，因此，在這個(gè)過(guò)程中，每個(gè)酒精分子都可能經(jīng)歷了多個(gè)氧化/還原步驟。這種情況增加了能耗，盡管能源來(lái)自于比化學(xué)試劑成本更低的光。

研究策略的進(jìn)一步發(fā)展有望為其他類型的底物提供有效的去消旋方法，從而在不對(duì)稱合成中有廣泛的應(yīng)用前景。

Zhikun Zhang, Xile Hu, Visible-Light-Driven Catalytic Deracemization of Secondary Alcohols, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202107570

https://doi.org/10.1002/anie.202107570

8. Angew：低價(jià)Zn^δ+（0<δ<2）單原子用于高效電催化co< span="">₂還原

電化學(xué)CO₂還原（CO₂RR）是可持續(xù)生產(chǎn)碳基化學(xué)品和燃料的一種很有前途的方法，但在開(kāi)發(fā)低成本和高效率的電催化劑方面一直具有一定的挑戰(zhàn)性。近日，山東大學(xué)胡新明、中南大學(xué)劉敏、奧胡斯大學(xué)Kim Daasbjerg報(bào)道了開(kāi)發(fā)了一種含低價(jià)Zn原子的氮穩(wěn)定的單原子催化劑（Zn^δ+?NC）。

本文要點(diǎn)：

1）研究人員通過(guò)連續(xù)配位和炭化工藝制備了Zn^δ+?NC單原子電催化劑。首先采用溶劑熱法合成了含鋅前驅(qū)體Zn-BTC（BTC為苯-1,3,5-三羧酸）。然后，在Ar氣氛下，Zn?BTC在雙氰胺（DCD）存在下于1000 °C下熱解，得到目標(biāo)材料Zn^δ+?NC，其中DCD作為氮源通過(guò)Zn-N配位錨定Zn單原子。

2）透射電子顯微鏡（TEM）和大角度環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）圖像顯示，Zn^δ+?NC具有薄的納米片狀形貌和大量的穿透平面孔。此外，在Zn^δ+?NC的整個(gè)結(jié)構(gòu)中既沒(méi)有觀察到Zn納米顆粒，也沒(méi)有觀察到團(tuán)簇。HAADF-STEM則顯示了Zn^δ+?NC結(jié)構(gòu)中的Zn原子。研究發(fā)現(xiàn)，Zn^δ+?NC單原子催化劑由飽和四配位（Zn?N₄）和不飽和三配位（Zn?N₃）組成。X射線光電子能譜、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜、電子順磁共振和密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果顯示，后者使Zn處于低價(jià)態(tài)。

3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Zn^δ+?NC單原子催化劑可在水中高效電催化CO₂RR為CO，其過(guò)電位低至310 mV，選擇性接近1。重要的是，在流動(dòng)電池反應(yīng)器中使用Zn^δ+?NC單原子催化劑可以獲得高達(dá)1 A cm^?2的創(chuàng)紀(jì)錄高電流密度和超過(guò)95%的高CO選擇性。

4）DFT計(jì)算表明，得益于Zn的富電子環(huán)境，不飽和的Zn?N₃位可以通過(guò)穩(wěn)定COOH*中間體來(lái)顯著降低勢(shì)壘，從而使得Zn^δ+?NC單原子催化劑具有出色的CO₂RR性能。

這項(xiàng)工作不僅揭示了Zn單原子中心的配位數(shù)、價(jià)態(tài)和催化性能之間的關(guān)系，而且成功實(shí)現(xiàn)了適合于工業(yè)應(yīng)用的高電流密度。

Simin Li, et al, Low-Valence Zn^δ+（0<δ<2）Single-Atom Material as Highly Efficient Electrocatalyst for CO₂Reduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202107550

https://doi.org/10.1002/anie.202107550

9. Angew：陽(yáng)離子交換誘導(dǎo)鈣鈦礦型鐵氧體中金屬和合金的雙重脫溶用于提高鋰氧電池的性能

在儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，脫溶是原位構(gòu)建性能可調(diào)的金屬或合金修飾鈣鈦礦氧化物的一種有效途徑。然而，對(duì)脫溶結(jié)構(gòu)和成分的精確控制仍然具有一定的挑戰(zhàn)性。近日，吉林大學(xué)黃科科教授報(bào)道了采用溫控陽(yáng)離子交換法在鈣鈦礦La_0.8Fe_0.9Co_0.1O_3-δ中實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的雙重脫溶，即CoFe合金和Co金屬同時(shí)從母體鈣鈦礦中脫溶，從而形成合金和金屬共修飾的鈣鈦礦氧化物。

本文要點(diǎn)：

1）由于不同溫度下陽(yáng)離子交換行為的變化，鈣鈦礦中的Co離子逐漸析出到表面納米顆粒上，CoFe合金中的Fe原子逐漸向鈣鈦礦中遷移，從而在750 ℃的中溫下獲得CoFe合金和Co金屬共修飾的鈣鈦礦。穆斯堡爾譜表征結(jié)果顯示，CoFe合金中Fe原子與鈣鈦礦中Co離子的陽(yáng)離子交換是Co金屬與CoFe合金共存的關(guān)鍵。

2）所得復(fù)合材料作為鋰氧（Li-O₂）電池正極催化劑具有較高的催化活性，比放電容量為6549.7 mAh g^-1，循環(huán)性能為215次，催化劑活性沒(méi)有明顯的降解。

3）理論計(jì)算結(jié)果顯示，修飾后的CoFe合金與Co金屬的結(jié)合協(xié)同調(diào)節(jié)了Li-O₂電池的放電反應(yīng)途徑，提高了Li-O₂電池的性能，為高性能鐵氧體基Li-O₂電池的應(yīng)用鋪平了道路。

Yingge Cong, et al, Cation-Exchange Induced Metal and Alloy Dual-exsolution in Perovskite Ferrite Oxides Boosting the Performance of Li-O₂ Battery, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202110116

https://doi.org/10.1002/anie.202110116

10. AM：一種石油瀝青浸漬納米硅制備的微米級(jí)硅/碳復(fù)合負(fù)極

多孔硅(Si)/碳納米復(fù)合材料作為高能鋰離子電池(LIBs)的負(fù)極材料已經(jīng)得到了廣泛研究。然而，在制備過(guò)程中，納米孔結(jié)構(gòu)中Si的收縮和燒結(jié)往往會(huì)削弱納米孔Si的全部益處。

鑒于此，美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室張繼光，Ran Yi報(bào)道了開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便、可擴(kuò)展的合成工藝來(lái)制備微米級(jí)的Si/C復(fù)合材料（PC/Np-Si），該復(fù)合材料由瀝青基碳（PC）穩(wěn)定的納米Si初級(jí)顆粒（Np-Si）組成。石油瀝青浸漬到Si納米結(jié)構(gòu)中，防止了納米Si的有害燒結(jié)和納米孔在高溫下的收縮，以及與Li的電化學(xué)(脫)合金化過(guò)程。

本文要點(diǎn)：

1）室溫浸漬石油瀝青使納米Si（<4 nm）即使在700 °C熱處理后也能保持其納米結(jié)構(gòu)，而不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的晶體生長(zhǎng)和納米孔的收縮。浸漬瀝青的高碳含量（≈45 wt%）穩(wěn)定了具有高導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度的納米Si，并防止了電解質(zhì)滲透和它與Si的副反應(yīng)。

2）致密堆積的Si初級(jí)顆粒和浸漬瀝青產(chǎn)生高密度（0.93 g cc^?1）和低比表面積（8.8 m² g^-1）（瀝青浸漬前的原始多孔硅顆粒表現(xiàn)出972 m² g^?1的高比表面積），使其適合于傳統(tǒng)的電池制造工藝。

3）Si/C復(fù)合材料的顆粒和電極水平的膨脹都通過(guò)保留Si的初級(jí)顆粒尺寸和納米孔結(jié)構(gòu)以及由于堅(jiān)固的PC而提高的機(jī)械強(qiáng)度而得到緩解。

4）這些特性使得組裝的PC/Np-Si||NMC532全電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能（450次循環(huán)后容量保持率為80%）。

本工作開(kāi)發(fā)的PC/NP-Si是硅基LiBs實(shí)際應(yīng)用的極佳候選材料。同時(shí)，開(kāi)發(fā)的獨(dú)特工藝也可以擴(kuò)展到開(kāi)發(fā)其他合金類型的負(fù)極，這些負(fù)極需要在高溫處理過(guò)程中保留所需的納米結(jié)構(gòu)。

Sujong Chae, et al, A Micrometer-Sized Silicon/Carbon Composite Anode Synthesized by Impregnation of Petroleum Pitch  in Nanoporous Silicon, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202103095

https://doi.org/10.1002/adma.202103095

11. AM：均相摻雜策略合成紅色聚合物氮化碳以實(shí)現(xiàn)近紅外光催化產(chǎn)氫

高效利用近紅外(NIR)光以產(chǎn)生氫氣對(duì)于氫能和氫氣醫(yī)學(xué)而言都至關(guān)重要。但是開(kāi)發(fā)具有NIR光催化活性的催化劑仍然是一個(gè)很大的研究挑戰(zhàn)。深圳大學(xué)何前軍教授和蘇陳良教授以三聚氰胺(C3H6N6)作為前驅(qū)體，并引入了具有類似結(jié)構(gòu)的摻雜劑和固體氯化鉀，從而構(gòu)建了對(duì)NIR光響應(yīng)的碳/鉀共摻雜的紅色聚合物氮化碳(RPCN)。

本文要點(diǎn)：

1）由于具有非常窄的能帶隙(1.7 eV)，因此RPCN有著很高的NIR光催化活性。在近紅外光(700nm≤λ≤780 nm)輻照下，其在水中催化H₂產(chǎn)生的速度為140 μmol h^?1 g^?1，在700±10 nm處的表觀量子效率高達(dá)0.84%(在500±10 nm處為13%)。

2）在荷瘤小鼠模型上的結(jié)果表明，RPCN能夠在瘤內(nèi)通過(guò)NIR光催化以產(chǎn)生氫氣，并同時(shí)消耗谷胱甘肽以實(shí)現(xiàn)安全高效的無(wú)藥癌癥治療。綜上所述，這一研究不僅為設(shè)計(jì)高效的光催化劑以捕獲全光譜太陽(yáng)能提供了新的思路，并能夠?yàn)殚_(kāi)發(fā)用于氫氣治療的近紅外光催化劑開(kāi)辟新的方法。

Yangsen Xu. et al. Homogeneous Carbon/Potassium-Incorporation Strategy for Synthesizing Red Polymeric Carbon Nitride Capable of Near-Infrared Photocatalytic H₂ Production. Advanced Materials. 2021

DOI: 10.1002/adma.202101455

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202101455

12. AFM: 競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)策略合成的二元金屬硫化物用于寬帶電磁波吸收

由于單組分材料很難同時(shí)滿足良好的阻抗匹配和強(qiáng)的電磁衰減能力，開(kāi)發(fā)多組分復(fù)合材料已成為獲得優(yōu)良電磁波吸收材料的主流途徑。然而，傳統(tǒng)的組分引入往往是盲目的，僅僅基于半經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，缺乏對(duì)反應(yīng)過(guò)程中組分、界面和缺陷的精確調(diào)制。有鑒于此，西北工業(yè)大學(xué)吳宏景副教授和張利民副教授等人，首次提出了一種競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)機(jī)制，即金屬離子濃度及其特性是控制成分、界面和缺陷的兩個(gè)可行參數(shù)，從而調(diào)整銅基二元金屬硫化物的EMW吸收性能。

本文要點(diǎn)：

1）提出了一種競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)策略，在低/中頻微波范圍內(nèi)獲得了高效、寬頻的多組分吸波材料。以銅基二元金屬（Cu-M）硫化物為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)了溶度積的差異，不同金屬陽(yáng)離子在反應(yīng)體系下對(duì)陰離子具有不同的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)能力。

2）通過(guò)選擇性的改變金屬離子種類（Mⁿ⁺= Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺和Mg²⁺）和濃度（Cu²⁺: Mⁿ⁺），實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料組分、界面和缺陷的可控調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化材料電磁參數(shù)和微波吸收性能的目的。

3）適當(dāng)?shù)漠愘|(zhì)界面和組件以及豐富的缺陷可以通過(guò)形成完美的阻抗匹配和多重介電極化，從而協(xié)同提高EMW吸收能力。因此，結(jié)合這些優(yōu)勢(shì)，Cu-Co 二元金屬硫化物在 2.80 mm 處實(shí)現(xiàn)了 6.80 GHz（6.3-13.1 GHz）的有效吸收帶寬，顯示了迄今為止報(bào)告的硫化物基吸波劑中唯一的中頻寬帶吸收。

總之，該工作突破了傳統(tǒng)組分設(shè)計(jì)的局限性，為設(shè)計(jì)具有寬帶吸收的多組分復(fù)合材料開(kāi)辟了一種新的方法。

Jiaolong Liu et al. A Competitive Reaction Strategy toward Binary Metal Sulfides for Tailoring Electromagnetic Wave Absorption. Advanced Functional Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adfm.202105018

https://doi.org/10.1002/adfm.202105018