1. Nature Commun.：具有3D互穿晶體結構的完全非熔融電子受體助力高效穩定的有機太陽能電池
基于非熔融共軛結構的非富勒烯受體（NFAs）更有可能實現低成本的有機光伏電池（OPVs）。然而，其目前的功率轉換效率（PCE）遠低于基于稠環NFAs的OPVs的PCE。近日，中科院化學研究所侯劍輝研究員，北京科技大學張少青報道了提出了一種分子設計策略，通過該策略可以得到具有良好平面性、高構象穩定性、以及大空間位阻的新型聯噻吩基單元3,3′-bis(2,4,6-triisopropylphenyl)-2,2′-bithiophene（TT-Pi），從而形成一種有利的分子堆積模式。
本文要點：
1）基于TT-Pi，設計并合成了一種新型非稠環NFA（2,2′-(((3,3′′′-bis(2-ethyl-hexyl)-3′′,4′-bis(2,4,6-triisopropylphenyl)-[α-quaterthiophene]-5,5′′′-diyl)bis(methaneylylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile）)，A4T-16），其具有1.45 eV的光學帶隙（Egopt）和?3.96 eV的最低未占分子軌道能級（LUMO）。
2）單晶X射線衍射（XRD）結果表明，A4T-16可以通過端基的π?π相互作用形成三維互穿網絡，促進電子傳遞。A4T-16旋涂薄膜顯示出相對較高的電致發光（EL）效率，意味著自然界中的非輻射能量損失很低。由于這些良好的特性，基于A4T-16的電池實現了15.2%的出色的PCE，這不僅是基于非熔融電子受體的OPV電池中的最高值，而且與基于稠環NFA的OPV電池性能水平相同。
3）為了更清楚地闡明TT-Pi在實現高性能非稠環NFA中的重要作用，研究人員設計合成了TT-Pi和A4T-16的類似物，并進行了一系列比較研究，從而為其他非稠環NFA的分子設計提供了重要的信息。
Ma, L., Zhang, S., Zhu, J. et al. Completely non-fused electron acceptor with 3D-interpenetrated crystalline structure enables efficient and stable organic solar cell. Nat Commun 12, 5093 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25394-w
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25394-w
2. Chem：水界面上表面活性劑單層輔助生長結晶準2D聚合物的實時研究
與本體不同，水的氫鍵網絡在水界面處中斷，因此，水界面處的化學反應以不同于本體中的方式發生。利用水上化學通過表面單分子層輔助界面合成（SMAIS）可以產生高結晶度、功能性的2D材料。然而，關于水上反應機理的細節仍未得到解決。
近日，德國馬克斯·普朗克聚合物研究所Mischa Bonn，Yuki Nagata，德累斯頓工業大學馮新亮教授，Renhao Dong報道了利用表面特有的和頻產生（SFG）光譜，結合AIMD模擬，對界面聚合反應進行了研究。
本文要點：
1）研究發現，發現帶正電的ANI（ANIH+）分子通過靜電相互作用在帶負電荷的表面活性劑單分子膜附近聚集。ANIH+分子轉化為帶有=NH2基團的陽離子中間體，促進了界面聚合反應，并在引發反應后2~3 h內產生了較強的有序性。這一過程實現了高結晶度和高導電性的聚合物薄膜。
2）研究人員還將合成的結晶聚苯胺薄膜的質量與表面單分子膜產生的凈表面電荷進行了關聯。
3）了解靜電相互作用對界面聚合的影響，為合理設計SMAIS方法的表面活性劑鋪平道路，從而能夠開發具有定制性能的結晶聚合物。此外，原位SFG技術與光譜模擬相結合，為揭示水上界面化學反應提供了一種獨特的解決方案。
Seki et al., Real-time study of on-water chemistry: Surfactant monolayer-assisted growth of a crystalline quasi 2D polymer, Chem (2021)
DOI：10.1016/j.chempr.2021.07.016
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.07.016
3. EES：漸進形核機制實現穩定的鍍鋅/剝離行為
由于剝離后鋅（Zn）負極上電場的不均勻分布，水系鋅離子電池在重復循環過程中，嚴重的不可控Zn枝晶生長一直是一個巨大的挑戰。近日，中南大學王海燕教授，孫旦報道了通過在電解液中引入高價陽離子（Ce3+，La3+）來均勻電場，調節Zn的沉積行為，從而展示了一種全新的Zn成核機理。
本文要點：
1）詳細的表面形貌演化研究表明，Zn的成核通過陽離子添加劑的優先吸附從裸電解液中的瞬時成核轉變為漸進成核，從而導致穩定的剝鋅/電鍍行為。
2）添加0.01 M Ce2(SO4)3的對稱電池可在5 A g-1下可循環700 h以上，且具有較低的電壓滯后（83.3 mV），明顯由于未加Ce2(SO4)3的對稱電池（282 h）。此外，設計的Zn//NaV3O8·1.5H2O電池在5 A g-1下250次循環后的容量保持率（87.0%）也高于裸電解液中的容量保持率（68.1%）。
本工作對陽離子吸附對Zn成核的影響提供了全新而深刻的認識。
Yihu Li, et al, Progressive nucleation mechanism enables stable zinc stripping-plating behavior, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE01861B
https://doi.org/10.1039/D1EE01861B
4. Angew：手性雜化鹵化銅的高效自旋過濾傳輸
非中心對稱手性結構中的手性誘導自旋選擇性(CISS)為有機-無機雜化系統中的自旋電子學創造了一個新平臺。手性Pb(Sn)-I雜化鈣鈦礦表現出出色的自旋相關電荷傳輸性能，但自旋過濾應用需要具有高穩定性的無毒無鉛雜化材料。近日，北京科技大學Zhou Yang，清華大學Cheng Song等報道合成了具有特征0D CuX4四面體結構的手性雜化鹵化銅(R/S-MBA)2CuX4 (MBA = methylbenzylammonium; X = Cl, Br)，其結合了Cu2+的低毒性和鹵離子（Cl-和Br-）的空氣穩定性。
本文要點：
1）(MBA)2CuBr4在薄膜制備過程中，在旋涂和退火后經歷從正交到單斜的相變，而(MBA)2CuCl4保持不變單斜結構不變。
2）盡管具有相似的結構和電子特征，(R/S-MBA)2CuBr4顯示出比氯化物對應物小得多的手性活性。
3）導磁原子力顯微鏡研究表明，該材料具有典型的自旋過濾傳輸特性，兩種鹵化銅的效率高達90%。
該工作將自旋極化電荷傳輸擴展至環保且穩定的金屬有機鹵化物中，有望應用于基于過渡金屬雜化系統的自旋電子學。
Ying Lu, et al. Highly-Efficient Spin-Filtering Transport in Chiral Hybrid Copper Halides. Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109595
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202109595
5. Angew：一種適用于水溶液和非水溶液的多功能3D打印微型參比電極
雖然人們已經開發了許多適用于水電解質的參比電極，但對于非水電解質還沒有明確的標準。此外，參比電極（REs）通常較大，不符合小型電池的尺寸要求。近日，德國烏爾姆大學Timo Jacob，Albert K. Engstfeld，Ludwig A. Kibler報道了提出了一種簡單而通用的方法來制備用于電化學微型電池和其他應用的可調微REs。
本文要點：
1）研究人員探索了基于Ag、Cu、Zn和Na的三種水基和三種非水基微REs。對于水基微REs，通過在酸性溶液中記錄的Pt POSC的CV和測量商用Ag/AgCl-電極上的可逆電池電壓，研究人員證明了該電極的密封性和電位的時間穩定性。而在在非水微REs情況下，Au(111)電極在ACN中0.1 M TBAPF6和Fe(Cp)2的混合液中記錄的循環伏安曲線證明了該電極的密封性和穩定性。
2）用于RE外殼3D打印的PVDF材料在強酸、強堿、甚至各種常用的非水液體和溶液（如離子液體、深共熔溶劑、AcN等）中均具有化學穩定性。這使得這些REs具有很強的通用性，并且易于清洗，例如在高錳酸鹽溶液或Caro酸中。截止目前，只發現PVDF在二聚體中是不穩定的。此外，自制的微型RE比商業上可買到的微型RE的成本要低得多。
Fabian M. Schuett, et al, Versatile 3D-Printed Micro-Reference Electrodes for Aqueous and Non-Aqueous Solutions, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202105871
https://doi.org/10.1002/anie.202105871
6. Angew：碳布上NO電催化氧化與析氫反應耦合用于合成硝酸鹽
NO是一種對環境有害的污染物。傳統的NO脫除受到苛刻的操作條件和增值化學品犧牲的嚴重阻礙。近日，湖南大學王雙印教授，Chen Chen報道了在不犧牲任何增值化學品的情況下，環境條件下的電催化NO氧化（NOOR）可以作為實現NO消除、硝酸鹽可持續合成和高效制氫的有希望的陽極替代反應。該方法大大緩解了工業合成氨的需求，并有望改變硝酸鹽的合成途徑。
本文要點：
1）在碳布上引入羧基，通過增強NO的化學吸附，提高了催化劑的電催化活性。進而確定了NO的官能團構型、化學吸附與電催化活性之間的關系。
2）實驗結果顯示，在中性和酸性條件下，僅分別施加1.39和1.07 V的電位就可達到10 mA cm-2的電流密度，優于目前最先進的析氧電催化劑。
這項研究提出了中性和酸性條件下綠色高效的制氫和硝酸鹽合成策略，有望對工業硝酸鹽合成、氨工業和氫能領域的變革產生深遠的影響。
Dongdong Wang, et al, Coupling electrocatalytic NO oxidation over carbon cloth with hydrogen evolution reaction for nitrate synthesis, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109905
https://doi.org/10.1002/anie.202109905
7. Angew：EDTA Lewis堿性分子作為高活性電催化劑用于CO2還原制CH4
迄今為止，用于CO2加氫還原反應中活性最高的催化劑主要是多相Cu基催化劑。而多相催化劑中復雜的配位環境和多個活性中心造成了目標產物的選擇性較低。具有精準結構的活性中心、結構可調的分子催化劑可以實現基于機理的性能優化。鑒于此，中科大陳乾旺教授首次報道了一種固定在碳納米管表面的單一乙二胺四乙酸（EDTA）分子催化劑，該催化劑具有優異的CO2到CH4催化性能。
本文要點：
1）研究人員通過非常簡單的原位路線制備了EDTA/CNT分子催化劑。首先將純化的CNTs分散在鹽酸溶液中，然后用超聲波法將乙二胺四乙酸二鈉（Na2EDTA）粉末分散在乙醇中。接著將混合物（Na2EDTA/CNT）滴在碳紙上制成工作電極，然后在KHCO3電解液中浸泡2 min。因此，Na2EDTA/CNT被原位轉移到EDTA/CNT中，EDTA2-分子通過COO-和CNT側壁之間的強相互作用有效地固定在CNT上。
2）實驗結果顯示，在-1.3 V電位下（與可逆氫電極相比），該催化劑對CH4的法拉第效率高達61.6%，部分電流密度為-16.5 mA cm-2。密度泛函理論（DFT）計算表明，EDTA分子中的Lewis堿性COO-基團是CO2還原反應（CO2RR）的活性中心。由*CO中間體生成CO的勢壘高達0.52 eV，而*CO進一步質子化為*CHO則遵循能量下坡路徑(-1.57 eV)，從而導致CH4的高選擇性。
研究工作為今后根據*CO中間體的勢壘與分子結構的關系來控制CO2RR的產物選擇性提供了可行性。
Minxue Huang, et al, EDTA Lewis basic molecule as a highly active electrocatalyst for CO2 reduction to CH4, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110594
https://doi.org/10.1002/anie.202110594
8. Angew：內電場觸發的界面積累效應用于在超低濃度下高效去除硝酸鹽并電還原為氨
從低污染濃度的水中去除硝酸鹽并隨后將其電還原為更高價值的氨正變得越來越重要。然而，由于硝酸鹽傳質緩慢和反應界面試劑供應有限，該工藝仍然存在選擇性和活性低的問題。近日，蘇州大學路建美教授，賀競輝報道了電催化劑中的內置電場可以顯著地在電催化劑表面區積累較高濃度的NO3-離子，從而有利于超低濃度硝酸鹽的高效去除和電還原反應（NO3RR）的傳質。
本文要點：
1）將CuCl(111)層和金紅石型TiO2(110)層堆積在一起形成模型電催化劑，通過密度泛函理論(DFT)計算和X射線近邊結構(XANES)計算，成功揭示了電催化劑中形成了TiO2向CuCl電子轉移誘導的內建電場（CuCl?BEF）。分子動力學模擬和有限元分析表明，這種內建電場有效地觸發了NO3-離子在電催化劑周圍的界面積累。電場還提高了關鍵反應中間體*NO的能量，降低了速率決定步驟的勢壘。
2）實驗結果顯示，該催化體系成功實現了98.6%的NH3產物選擇性、小于0.6%的低NO2生成量和64.4 h–1的質量比氨生成率，這些都是迄今為止在硝酸鹽濃度為100 mg L–1時，所報道的最高值。
研究結果將為進一步開發NO3RR電催化劑提供一種有效的策略，也可有望用于其他電催化反應。
Wu-Ji Sun, et al, Built-in Electric Field Triggered Interfacial Accumulation Effect for Efficient Nitrate Removal at Ultra-Low Concentration and Electroreduction to Ammonia, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109785
https://doi.org/10.1002/anie.202109785
9. Angew：多元共價有機骨架的離子功能化實現超高的碘捕獲能力
基于吸附的碘（I2）捕獲技術在放射性核廢料處理方面具有很大的應用潛力。近日，阿卜杜拉國王科技大學Yu Han報道了采用“多變量”策略，結合合成后修飾，設計合成了一系列用于I2捕獲的離子型COFs（ICOFs）。
本文要點：
1）初始的COF由2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪（TAPT）和2,5-二甲氧基對苯二甲醛（DMTA）和2,5-二羥基對苯二甲醛（DHTA）的混合物組成，伯胺和醛的縮合通過亞胺鍵形成延伸的骨架。通過改變合成前驅體中DHTA和DMTA的比例，調節COF中羥基（-OH）的密度。所得到的材料被表示為COF-OH-X，其中X表示DHTA相對于DHTA和DMTA總和的摩爾百分比（例如，COF-OH-50表示DHTA和DMTA的等摩爾量）。隨后，利用羥基作為反應中心，通過威廉姆森乙醚反應，用離子液體化合物(2-溴乙基)三甲基溴化銨（AB）對COF-OH-X進行改性，相應地將改性后的COF記為iCOF-AB-X。
2）所設計的COF具有獨特的結構和成分特征。首先，具有較高的結晶度和較大的初始比表面積（>2000 m2 g-1），這保證了離子改性后仍能保持較高的孔隙率。其次，在整個骨架中都有高密度的亞胺和三嗪基團，從而為I2提供了大量的結合位點。第三，通過AB修飾引入離子中心，進一步提高了骨架與I2分子之間的親和力。最后，可以很容易地調節離子中心的濃度，以根據結合位點的數量和織構性質之間的權衡來確定最佳條件。
3）得益于這些特性的綜合作用，iCOF-AB-50是該系列中具有最佳性能，在室溫和中等高溫的動態吸附條件下顯示出創紀錄的高I2吸附容量。有趣的是，iCOF-AB-50對水具有耐受性，當有水蒸氣存在時，其對I2的動態吸附能力僅略有下降，這歸因于離子中心與I2的優先結合。吸附的I2可以很容易地被乙醇從iCOF-AB-X吸附劑中提取出來，以便在隨后的吸附循環中完全恢復其吸附能力。
盡管iCOFs以前曾被用于離子傳導、傳感、催化和分離，但這項工作首次展示了iCOFs通過強烈的庫侖相互作用增強對I2的選擇性吸附，擴大了其應用范圍的巨大潛力。
Yaqiang Xie, et al, Ionic Functionalization of Multivariate Covalent Organic Frameworks to Achieve Exceptionally High Iodine Capture Capacity, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202108522
https://doi.org/10.1002/anie.202108522
10. AM：通過在金屬氧化物傳輸層上優先結晶二維鈣鈦礦鈍化埋入界面
鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓 (Voc) 受到鈣鈦礦/載流子傳輸層 (CTL) 界面處的非輻射復合的限制。二維鈣鈦礦后處理提供了一種鈍化頂部界面的方法；而研究和鈍化鈣鈦礦薄膜下方的掩埋界面需要新的材料合成策略。加拿大多倫多大學Edward H. Sargent等人采用含有碘化胍鹽的鈣鈦礦前軀體，可以與基底形成強作用，并自發地在底部 CTL 表面形成鈍化層。
本文要點：
1）作為有機間隔陽離子，胍鹽具有豐富 NH2 基團，其中的氫與金屬氧化物襯底表面上的配位不足的氧具有很大的結合親和力，從而導致在掩埋界面處的 2D 薄層優先結晶。
2）使用穩態和時間分辨光致發光光譜研究了該2D層的鈍化效應：2D 界面層抑制埋入鈣鈦礦/CTL 界面處的非輻射復合，導致表面復合速度降低 72%。這種策略使基于 NiOx 的 p–i–n 器件的 Voc 增加 65 mV，并使基于 SnO2 的 n–i–p 器件的 Voc 增加 100 mV。
3）研究人員報道了具有 1.70 eV帶隙鈣鈦礦的器件，其功率轉換效率 (PCE)為 20.1% 和 1.55 eV帶隙的倒置太陽能電池，功率轉換效率 (PCE)為 22.9%，這是目前的該結構的最高效率之一。
Chen, B., et al, Passivation of the Buried Interface via Preferential Crystallization of 2D Perovskite on Metal Oxide Transport Layers. Adv. Mater. 2021, 2103394.
https://doi.org/10.1002/adma.202103394
11. AM：超薄Pt納米線上的YOx/MoOx亞單分子膜助力電催化醇氧化
制約直接醇類燃料電池（DAFCs）應用的一個關鍵問題是反應中間體（CO*）中毒導致的Pt基電催化劑對醇氧化反應的低活性?？紤]到稀土金屬獨特的電子結構可能為改善貴金屬的電催化性能提供新的平臺，哈工大于永生教授，北京大學郭少軍教授，加州州立大學北嶺分校Gang Lu報道了報道了一類用于緩解CO中毒和促進乙醇氧化的超細Pt納米線上的亞單分子膜YOx/MoOx（YOx/MoOx-Pt NWs）。
本文要點：
1）研究人員以Pt(acac)2、Y(acac)3和Mo(CO)6為金屬前驅體，Mo(CO)6和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為結構導向劑，合成了YOx/MoOx-Pt NWs。透射電子顯微鏡(TEM)和大角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡(HAADF-STEM)顯示產物為超細納米線結構，平均直徑為1.2±0.2 nm，長度為40±20 nm。
2）與傳統的Pt和Pt合金催化劑不同，在這個催化體系中，研究發現YOx/MoOx-Pt NWs可以實現一種限制CO中毒的新的解耦工藝，即CO*和COOH*在YOx/MoOx-Pt NWs表面的自由能可以解耦。
3）結果表明，優化的22%YOx/MoOx-Pt NWs對甲醇氧化反應（MOR）的比活性為3.35 mA cm?2，質量活性為2.10A mgPt?1，分別約為2.21倍，3.75倍。
4）原位傅里葉變換紅外光譜(FTIR)表明，YOx/MoOx的修飾可以誘導CO*從線型(COL)向橋型(COB)的熱力學轉變，降低進一步氧化的勢壘。CO的溶出結果進一步證明了YOx/MoOx對抗CO中毒的貢獻。
這種顯著增強的催化活性可以進一步擴展到各種多元醇的電氧化，包括乙醇、乙二醇和甘油。
Menggang Li, et al, Sub-Monolayer YOx/MoOx on Ultrathin Pt Nanowires Boosts Alcohol Oxidation Electrocatalysis, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202103762
https://doi.org/10.1002/adma.202103762
12. AM：自調節合金界面平滑鈉金屬負極，用于高能量和可持續鈉金屬電池
由于鈉（Na）作為原料來源豐富且含鈉化合物易于制造，鈉（Na）電池是比鋰離子電池（LIB）更環保和可持續的技術。鈉金屬電池 (SMB) 被認為有望實現高能量密度以超越LIB的成本效益，這在電網儲能等大規模應用中至關重要。然而，由于鈉枝晶形成導致的復雜失效模型，鈉金屬負極的循環穩定性面臨重大挑戰，尤其是在高循環容量下。近日，香港理工大學鄭子劍研究員等人報道了一種抑制鈉枝晶的方法。
本文要點：
1）報道了一種自調節合金界面鎳銻 (NiSb)，它能夠在放電過程中順利沉積金屬鈉?；瘜W沉積在集流體上的NiSb薄層通過反應形成突出的Na金屬納米島和隨后用額外的 Na金屬橫向連接和平面化這些島來調節Na金屬的均勻電化學電鍍。
2）高容量 (10 mAh cm?2) 鈉金屬負極可以在 35 mV 的低過電位下實現超過 1000 小時的穩定循環。當與高容量 Na3V2(PO4)2F3 正極（7 mAh cm?2）配合使用時，SMB 提供了前所未有的能量密度（基于所有電池組件計算）在在富液態電解質中超過 200 Wh kg?1，或在貧電解質中超過 230 Wh kg?1。無枝晶 SMB 還顯示出高循環穩定性，每個循環的容量保持率超過 99.9%以及有著超高庫倫效率95.8%。
Lei Wang, el al. Smoothing the Sodium-Metal Anode with a Self-Regulating Alloy Interface for High-Energy and Sustainable Sodium-Metal Batteries. Adv. Mater. 2021, 2102802.
DOI：10.1002/adma.202102802
https://doi.org/10.1002/adma.202102802
