1. Angew.: 是什么讓高熵合金成為出色的電催化劑？
在成分復雜的固溶體材料中形成大量不同的多元素活性位點，通常更普遍地稱為高熵合金，為催化劑設計提供了新的獨特概念，這些概念正在減輕現有的限制并改變了對結構-活性關系的看法。有鑒于此，波鴻魯爾大學Tobias L?ffler等人，通過總結現有的基礎知識來討論這些概念，并批判性地評估該材料類別的機會和局限性，同時也強調了設計策略。提出了一個路線圖，說明了哪些特征概念可以利用哪種策略，以及哪些突破可能指導未來在這一極有前景的(電)催化材料類的研究。
本文要點：
1）催化表面的異質性，即不同的元素、它們的各種電子相互作用、應變效應、可能的部分氧化等，使得活性 CCSS 表面的詳細描述非常復雜。精確的結構受許多因素的影響，最明顯的是元素的選擇和組成，但也受晶體和微觀結構、三維結構、其他形態效應、反應條件等因素的影響，這使得分析CCSS催化劑的活性成為一個多變量的挑戰。為了系統地控制這些影響參數，需要考慮基本概念，并且已經發現并討論了基本的關鍵相關性。此外，對HEAs的力學性能也進行了多年的研究。
2）然而，關于電化學特性的研究才剛剛開始。事實上，許多開放性挑戰仍未解決，例如：i) 了解元素之間的相互作用，以預測每種應用的適當元素組合；ii) 了解擴展 BEDP 峰積分方面的組成效應，同時了解結合能的變化；iii) 了解單個 CCSS 相在元素選擇和暴露條件方面的組成限制，同時區分體積和表面組成；iv) 在區分化學穩定性和機械穩定性的同時，了解穩定性效應及其調節方法；v) 了解晶體結構、尺寸、形態等對活性、選擇性和穩定性的影響；vi) 開發數據庫，匯總包括計算數據和實驗數據在內的所有信息；vii) 實施高通量方法以生成大量經驗數據。這意味著理論模型和實驗設置的可用性。viii) 設計合適的合成路線，允許控制這些參數，調整電化學性能，并進一步擴大到工業規模；ix) 確定其他概念以克服比例關系、促進級聯反應或可能尚未確定的能力；x) 最終找到最佳電催化劑，包括應用條件下每個反應的次佳選擇。為了實現這些目標，理論（模型）、（高通量）計算和實驗驗證或經驗數據生成之間的強有力合作，特別是機器學習工具，用于識別這種非常復雜和多變量交互豐富的催化劑類別中的趨勢非常重要并且是有益的，因為混合功能所帶來的巨大組成空間無法在合理的時間內單獨使用標準方法進行探索。
3）復合固溶體電催化劑的種類不僅僅是對現有催化劑原理的擴展，而是基于更多的組合選擇。HEA 概念所描述的熵的積累使單相固溶體的存在成為可能，其中所有元素在形成數百萬個不同的多元素活性位點的情況下混合，這開辟了獨特的概念，不受許多元素的約束。影響電催化性能的各種因素幾乎可以無限地組合它們，從而以前所未有的方式定制材料的性能，以一種前所未有的方式定制材料的性能。然而，控制這個過程是非常復雜的。然而，組合爆炸不是詛咒，因為如果掌握了，不同的邊界條件結合巨大的靈活性，將提供一個催化劑性質爆炸的途徑。理論上的能力包括以前所未有的方式優化性能(活性、穩定性、選擇性)，同時利用更豐富的元素(成本、可持續性)，以及對同一材料的多個性能進行幾乎單獨的優化(實現新的應用)。
Tobias L?ffler et al. What makes high-entropy alloys exceptional electrocatalysts?. Angew., 2021.
DOI: 10.1002/anie.202109212
https://doi.org/10.1002/anie.202109212
2. InfoMat.：一種基于納米片亞單元的可折疊高強度電極用于先進的鈉離子電池
開發高機械性能和高能量密度電源是下一代柔性電子產品的迫切需要。然而，目前的電極結構設計并不能在高活性物質含量和質量的情況下實現出色的力學和電化學性能，這對電極結構提出了嚴峻挑戰。近日，華中科技大學李會巧教授報道了開發了一種用于先進鈉離子電池的新型柔性、高強度和機械穩定的TiO2基薄膜電極，其具有超高的強度（高達≈60 Mpa）和商業水平的面容量（4.5mAh cm2）。
本文要點：
1）高度分散的TiO2和交錯的碳納米管（CNT）網絡嵌入在片狀纖維素中，形成了一種多孔、高導電和高活性的TiO2-C納米片，這是TiO2-C薄膜的基本構建單元，使得薄膜具有結構堅固性和折紙級別的柔性。
2）該方法解決了柔性電極力學性能與活性物質含量之間的矛盾，制得的TiO2含量>65%的柔性電極可彎曲11000次以上而不折斷。同時，在較高活性含量(75%)下制備的TiO2-C薄膜具有良好的容量和循環穩定性(超過9000次循環0.02‰容量衰減率)，很好地滿足了柔性儲能器件對電化學性能的要求。
這種TiO2-C亞單元組裝方法在柔性電子產品的高強度/韌性柔性電極構造方面顯示出巨大的應用潛力。
Hanwei Wang, et al, Foldable high-strength electrode enabled by nanosheet subunits for advanced sodium-ion batteries, InfoMat. 2021
DOI: 10.1002/inf2.12241
https://doi.org/10.1002/inf2.12241
3. EES: 溶液處理的鈣鈦礦薄膜：從實驗室到大型太陽能電池的研究過程
在過去十年中，實驗室規模的溶液法加工的鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 的光電轉換效率 (PCE) 已達到 25.5%。通常，PSCs 器件由一個疊層組成，該疊層由夾在電子傳輸層 (ETL) 和空穴傳輸層 (HTL) 之間的鈣鈦礦薄膜組成。盡管ETL和HTL與鈣鈦礦薄膜界面的質量很重要，但鈣鈦礦薄膜的質量對于實現高性能的PSC也至關重要。
與用于制造太陽能電池的其他成熟半導體相比，通過簡單的溶液工藝低溫沉積有機-無機鈣鈦礦薄膜是 PSC 的顯著優勢之一。然而，由于薄膜形成過程中的多種現象，包括溶劑蒸發、潤濕效應、不均勻的薄膜應力以及不受控制的成核和生長，通過溶液處理生長高度均勻和結晶的鈣鈦礦薄膜非常具有挑戰性。斯圖加特大學Michael Saliba和Mahdi Malekshahi Byranvand等人詳細總結了鈣鈦礦太陽能電池從實驗室到大規模的發展過程。
本文要點：
1）探討了各種可擴展的溶液處理鈣鈦礦沉積技術。認識鈣鈦礦結晶的不同階段對于獲得高質量的薄膜和達到更高的PCE的重要性。
2）此外，還討論了作為大規模鈣鈦礦結晶最關鍵步驟的不同溶劑退火火技術，為大面積實現高質量鈣鈦礦薄膜提供了全面的愿景。最后，討論了推動 PSC 商業化的現有挑戰和機遇。
Saki, Z.; Byranvand, M. M.; Taghavinia, N.; Kedia, M.; Saliba, M. Solution-Processed Perovskite Thin-films: The Journey from Lab- to Large-Scale Solar Cells. Energy Environ. Sci. 2021.
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/EE/D1EE02018H
4. Angew：高頻超聲誘導氨轉化為肼
肼（N2H4）是社會發展中最重要的化學品，無論是用于有機合成還是用于能源目的。然而，由于肼降解在熱力學上比NH3的N-H鍵斷裂更可行，盡管NH3直接轉化為N2H4極具吸引力，但仍然極具挑戰，任何能夠活化NH3的催化劑都將不可避免地分解N2H4。近日，法國普瓦提埃大學Fran?ois Jér?me報道了高頻超聲波用于NH3直接無鹽轉化為N2H4是一種潛在的顛覆性技術。
本文要點：
1）高頻超聲產生的空化氣泡作為微反應器可活化NH3形成NH物種，這些NH物種在氣泡-液體界面上進一步復合為N2H4。
2）這項技術的優點之一是將N2H4隔開進入體液中，使其溫度保持在30 °C，從而避免了其熱降解，這是先前技術面臨的一個反復出現的問題。此外，通過調節NH3的濃度可以使NH3迅速清除·OH，從而限制了N2H4在氣泡液-液界面上的氧化降解。
3）未來的研究集中在兩個方面：i）從間歇反應器到連續流動反應器的轉換，以提高這種轉化的效率，特別是在反應時間(即能源效率)方面；ii）探索這項技術，以便在有機反應中活化和利用NH3生產比N2H4更高附加值的化學品。
Anaelle Humblot, et al, Conversion of ammonia to hydrazine induced by high frequency ultrasound, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109516
https://doi.org/10.1002/anie.202109516
6. Angew：S摻雜劑促進不飽和配位Ni-N2上的CO2電還原
原子分散的Ni-N-C催化劑在促進電化學CO2還原（ECO2RR）為CO方面具有廣闊的應用前景。要提高催化劑的本征電催化活性，調控Ni中心的配位環境以促進CO生成動力學至關重要，但同時也極具有挑戰性。近日，澳大利亞新南威爾士大學趙川教授報道了一種獨特的N和S共摻雜Ni SAC被證明可用于促進CO2到CO的轉化。在不飽和Ni-N2結構中引入次級S原子是進一步提高電催化性能的有效策略。一種通過引入外來S原子來調節不飽和Ni-N2物種的局域電子密度用于促進CO2到CO的策略。
本文要點：
1）首次通過微波誘導等離子體合成得到了一種獨特的不飽和NiN2-S配位結構，并用X射線吸收光譜（XAS）對其進行了表征。
2）在碳骨架中引入原子半徑較大、電負性較低的S原子可以顯著調節局域電子密度。空位和缺陷位與配位的N和S原子一起，導致金屬原子周圍的電子結構發生很大變化，從而顯著提高了活性和選擇性。實驗結果顯示，在-0.8和-0.9 V（vs.RHE）的H電池中分別達到了97%的高CO法拉第效率和40.3 mA cm-2的大CO電流密度。
3）研究發現，在高電位下，反應過程中產生了S空位。通過電化學和物理表征，觀察到了S空位的協同演化。研究人員通過密度泛函理論（DFT）計算，進一步揭示了摻雜S位和引入S空位提高性能的原因，即摻雜的S原子和Ni-N2配位環境中演化的S空位都有助于降低ECO2RR為CO的勢壘。
Chen Jia, et al, Sulfur-dopants promoted electroreduction of CO2 over coordinatively unsaturated Ni-N2 moieties, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109373
https://doi.org/10.1002/anie.202109373
7. Angew：溶液生長的紅色余輝氯化鈣鈦礦晶體
氧化物基余輝材料通常通過高溫處理（> 1000°C）合成，這給制造帶來了相當大的能耗和安全風險。近日，濟南大學Yuhai Zhang等報道了通過簡單水熱反應在180°C下生長基于鹵化物的雙鈣鈦礦，Cs2NaxAg1-xInCl6:y%Mn。
本文要點：
1）作者通過Na+和Mn2+的共摻雜策略，制備了表現出紅色余輝的晶體，具有高色純度（~100%）和長持續時間（> 5400 s），比那些溶液處理的有機余輝晶體大三個數量級以上。
2）作者通過時間分辨光譜研究了自陷激子 (STE) 和活化劑之間的能量轉移 (ET) 過程，表明 ET 效率高達 41%。
3）作者還發現，摻雜劑的濃度，特別是Na+，是控制能級和陷阱數量分布的有用工具。
4）低溫余輝測量表明余輝現象可能受熱激活激子擴散和電子隧穿過程控制。
該工作為獲得具有低晶格能的新型余輝材料提供了方便的途徑，代表了低溫合成余輝晶體的范例。
Wei Zheng, et al. Solution-Grown Chloride Perovskite Crystal of Red Afterglow. Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110308
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202110308
8. Nano Energy：一種提高封閉式柔性摩擦電納米發電機性能的互連陣列設計
摩擦電納米發電機（TENG）是一種將機械能轉化為電能為環境中的小型設備充電的技術，已得到了廣泛報道。然而，工作環境（如高濕度、雨雪、灰塵或顆粒物）對TENG性能穩定性的影響會嚴重阻礙它們的實際應用。近日，東華大學俞昊教授，黃濤報道了設計了一種新穎的封閉式柔性互連TENG陣列，其具有輸出穩定性好、靈敏度高的優點，可以在高濕度條件下甚至在水中有效地使用。
本文要點：
1）研究人員比較分析了摩擦電層的微觀結構和結構因素對輸出性能的影響，其中以2000目硅橡膠-蓮花TPU為例，當頂層厚度為0.8 mm，氣隙間距為4 mm時，效果最為顯著。
2）由于每個TENG單元的氣壓都得到了優化，由多個TENG單元組成的新型互聯TENG陣列比更常用的獨立TENG陣列具有更高的輸出性能和靈敏度。研究人員將開發的相互連接的TENG陣列用于智能鞋墊、自供電防水鍵盤以及各種機械能量收集過程中。展示了開發的系統在許多不同的領域的適用性。
Shasha Lv, Xin Zhang, Tao Huang, Hao Yu and Meifang Zhu, Interconnected array design for enhancing the performance of an enclosed flexible triboelectric nanogenerator, Nano Energy, (2021)
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106476
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106476
9. Adv. Sci.：一種可作為仿生電子皮膚的可拉伸導電復合結構彩色水凝膠膜
電子皮膚在生物醫學領域受到越來越多的關注。目前關于電子皮膚的研究主要集中在多功能材料的開發上，以提高其性能。近日，南京大學鼓樓醫院趙遠錦教授報道了提出了一種新型的天然-合成聚合物復合結構彩色水凝膠膜，其具有高伸長性、柔性、導電性和優異的自報道能力，可以構建理想的多信號仿生電子皮膚。
本文要點：
1）研究人員利用聚丙烯酰胺（PAM）、絲素蛋白（SF）、聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(4-苯乙烯磺酸酯)（PEDOT:PSS，PP）和氧化石墨烯(GO)的混合物復制膠體晶體模板，構建反蛋白石支架，隨后進行酸處理，制備出復合水凝膠膜。由于這些特定的結構和成分，所得膜具有生動的結構顏色和高導電性，同時保持復合水凝膠的原始拉伸性和柔韌性。
2）實驗結果表明，復合水凝膠膜在拉伸和彎曲過程中具有明顯的顏色變化和機電特性，可作為多信號響應電子皮膚，實現人體運動過程中的實時顏色傳感和電響應。這些特點表明，所提出的復合結構彩色水凝膠膜可以拓寬仿生電子皮膚的實用價值。
Hui Zhang, et al, Stretchable and Conductive Composite Structural Color Hydrogel Films as Bionic Electronic Skins, Adv. Sci. 2021
DOI: 10.1002/advs.202102156
https://doi.org/10.1002/advs.202102156
10. Adv. Sci.：一種雙向平面柔性蛇形折紙電池
隨著商用柔性/可穿戴設備的快速發展，柔性電池作為最佳電源引起了人們廣泛關注。然而，電池中高能量密度和優異的任意變形能力的結合仍然是其滿足實際應用的關鍵挑戰。受化學分子結構剛柔特性的啟發，北京理工大學宋維力教授，Haosen Chen報道了設計并制備了一種兼具高能量密度和良好柔性的新型雙向柔性蛇形折紙鋰離子電池（LIBs）。
本文要點：
1）柔性蛇形折紙電池由剛性和柔性部分組成，前者被設計為能量單元，后者被設計為變形單元。
2）憑借此類設計的獨特功能，與已經在學術界和工業界中實現應用的電池級柔性LIB相比，這種成品電池顯示出創紀錄的357 Wh L-1（133 Wh kg-1）能量密度。
3）研究人員開發了一個設計原則來驗證利用剛柔耦合結構來承受各種變形的有效性，并且可以確定電池結構、能量密度和柔性之間的內在關系。結果表明，雙向柔性蛇形折紙電池的設計原理和性能有望為基于高能量柔性電池的可穿戴設備提供一種新的可靠策略。
Na Li, et al, Bidirectional Planar Flexible Snake-Origami Batteries, Adv. Sci. 2021
DOI: 10.1002/advs.202101372
https://doi.org/10.1002/advs.202101372
11. Adv. Sci.: 量子點自組裝實現低閾值激光
鈣鈦礦量子點 (QD) 對溶液加工激光器具有很大的開發潛力。然而，鈣鈦礦量子點的較短的俄歇壽命將激光操作主要限制在飛秒時間范圍內，達到光學增益閾值的光激發水平在納秒范圍內比在飛秒范圍內高兩個數量級。多倫多大學Edward H. Sargent和上海光學精密機械研究所Hongxing Dong, Long Zhang等人報道了 一種QD超晶格，其中增益介質促進激子離域以減少俄歇復合，并且結構的宏觀尺寸提供激光所需的光學反饋。
本文要點：
1）作者開發了一種依賴于鈉離子的自組裝策略——一種組裝導向器，可鈍化QD表面并誘導自組裝形成有序的三維立方結構。QD之間吸引力的密度泛函理論模型可以解釋自組裝和超晶格形成。
2）與傳統的有機配體鈍化 QD 相比，鈉具有更高的吸引力，最終導致形成微米級結構和反饋所需的光學刻面。同時，動態紅移光致發光證明了新配體使點間距離的減小增強了量子點之間的激子離域。這些結構用作激光腔和增益介質，可實現閾值為 25 μJ cm-2 的納秒持續激光。
Zhou, C., et al, Quantum Dot Self-Assembly Enables Low-Threshold Lasing. Adv. Sci. 2021, 2101125.
https://doi.org/10.1002/advs.202101125
12. ACS Energy Lett.：用于鋰氧電池鋰金屬負極上凝膠聚合物涂層電化學預處理形成穩定的固體電解質界面層
盡管鋰氧電池（Li?O2）（LOBs）在新一代儲能技術中具有最高的理論比能量密度，但鋰金屬負極（LMA）、空氣電極和電解液的不穩定性在很大程度上限制了這些電池的實際應用。近日，美國西北太平洋國家實驗室張繼光，許武報道了開發了一種簡單有效的方法來在LMA上生成堅固的保護層，以延長LOB的循環壽命。
本文要點：
1）研究人員采用旋涂和電化學預處理相結合的方法制備了亞微米級聚合物負載的SEI（PS-SEI）膜。研究發現，在預處理過程中產生的剛性無機組分均勻分布在柔性離子導電聚合物膜中，有效地穩定了LMA/電解質界面，抑制了電解質消耗，并使LOBs能夠長期循環。
2）研究人員還研究了凝膠聚合物溶液（GPS）濃度和PS-SEI層形成過程中預處理氣氛[Ar或O2]對LOB電化學穩定性的影響。結果表明，在O2氣氛下，采用GPS涂覆的LMA的LOB的簡單電化學預充電促進了無機組分在PS-SEI層中的均勻分布，并顯著延長了LOBs的循環壽命。此外，PS-SEI層有效地防止了鋰金屬表面與作為RM的高濃度(2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxidanyl（TEMPO）接觸時的副反應，從而大大延長了LOBs的循環壽命。
3）類似的方法也可以用于穩定其他下一代電池中使用的金屬負極，包括鋰和鈉金屬電池。
Hyung-Seok Lim, et al, Stable Solid Electrolyte Interphase Layer Formed by Electrochemical Pretreatment of Gel Polymer Coating on Li Metal Anode for Lithium?Oxygen Batteries, ACS Energy Lett. 2021
DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01144
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01144
