1. PNAS：羧基官能團(tuán)儲能機(jī)制助力堅固耐用的高溫鉀離子電池
目前廣泛報道的鉀離子電池（PIBs）的儲能機(jī)制是主要基于合金、脫嵌和轉(zhuǎn)換型的儲能機(jī)制，這不可避免地會導(dǎo)致半徑較大的K+在嵌入/脫嵌中造成電極結(jié)構(gòu)損傷，循環(huán)穩(wěn)定性較差等問題。要克服PIB循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，可能需要從根本上改變K+儲存機(jī)制。基于此，寧波工程學(xué)院楊為佑教授，湖南大學(xué)滕杰教授報道了以含兩個羧基為氧化還原中心的對苯二甲酸（PTA）為例，探究了基于羧基儲能機(jī)制的高溫PIBs。
本文要點(diǎn)：
1）研究發(fā)現(xiàn)，在基于PTA電極的PIBs中，K+的插層/脫插層可以通過表面反應(yīng)進(jìn)行，體積變化減輕，從而有利于PIBs在高溫下優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
2）作為概念驗證，在62.5 ℃的固定工作溫度下，PTA電極的首次放電容量達(dá)到了660 mA·h·g?1，充電比容量為165 mA·h·g?1。此外，在電流密度為100 mA·g?1，160次循環(huán)后的比容量保持率為86%。進(jìn)一步的，在500 mA·g?1的高電流密度下，390次循環(huán)后的比容量保持率為81.5%。相比于以往報道的高溫PIB，這種基于PTA電極的PIBs無論是在低電流密度下還是在高電流密度下均具有最佳的循環(huán)穩(wěn)定性。
這項工作對于探索在高溫工作環(huán)境下具有高穩(wěn)定性的先進(jìn)PIBs的開發(fā)提供一些有意義的見解。
Xianlu Lu, et al, Robust high-temperature potassium-ion batteries enabled by carboxyl functional group energy storage, PNAS, 2021
DOI: 10.1073/pnas.2110912118
https://doi.org/10.1073/pnas.2110912118
2. AM：面內(nèi)高度有序的氮化碳納米片的表面聚合用于硫醇?xì)怏w的光催化礦化
二維（2D）氮化碳納米片以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在光催化領(lǐng)域引起了人們越來越多的關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的后氧化、液體剝離等方法制備的納米薄片存在著面內(nèi)無序和大量的結(jié)構(gòu)缺陷，嚴(yán)重影響了其光催化的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。近日，福州大學(xué)王心晨教授報道了通過三聚氰胺在NaCl晶體表面的表面聚合，成功制備出一種具有平面高度有序結(jié)構(gòu)的聚合物氮化碳納米片（PCNNs-IHO）。
本文要點(diǎn)：
1）研究發(fā)現(xiàn)，NaCl晶體具有較高的表面能，有利于三聚氰胺在其表面的吸附和活化，從而降低縮合反應(yīng)的動力學(xué)能壘。更重要的是，NaCl與三聚氰胺或三聚氰胺衍生中間體之間獨(dú)特的相互作用導(dǎo)致了較強(qiáng)的界面約束，使2D納米片狀結(jié)構(gòu)在NaCl上組裝，而不是形成游離的納米顆粒。
2）實驗結(jié)果表明，經(jīng)過水洗脫鹽后，得到了具有良好結(jié)晶度的氮化碳納米片，尤其是七嗪單元間的面內(nèi)長程有序（PCNNs-IHO）。這是一個簡單的合成策略，使得PCNNs-IHO的量產(chǎn)成為可能。有趣的是，NaCl晶體也作為反應(yīng)物將Na+摻雜到碳氮基中，為PCNNs-IHO提供了堅固的結(jié)構(gòu)堿基位點(diǎn)。
3）通過利用這種結(jié)構(gòu)堿性，金屬化PCNNs-IHO被用作甲基硫醇（CH3SH）礦化的功能性光催化劑。與塊狀氮化碳納米片（BCNNs）和結(jié)晶氮化碳納米片（CCNNs）相比，PCNNs-IHO在可見光下表現(xiàn)出優(yōu)異的活性，強(qiáng)耐硫酸化能力和對甲基硫醇（CH3SH）光催化礦化成SO42-的可回收性。
這種PCNNS-IHO在環(huán)境凈化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
Fangsong Guo, et al, On-Surface Polymerization of In-Plane Highly Ordered Carbon Nitride Nanosheets toward Photocatalytic Mineralization of Mercaptan Gas, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202101466
https://doi.org/10.1002/adma.202101466
3. AM：晶位特定結(jié)構(gòu)工程使用于鋰離子電池的LiNi0.5Mn1.5O4尖晶石高電壓正極具有優(yōu)異的電化學(xué)性能
循環(huán)過程中正極材料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性阻礙了可靠、安全的高能量密度鋰離子電池（LIBs）的發(fā)展，這是由于在高工作電壓下發(fā)生了有害的相變，同時過渡金屬溶解導(dǎo)致活性物質(zhì)的損失所致。近日，澳大利亞伍倫貢大學(xué)郭再萍教授，Wei Kong Pang報道了從電池材料的基本結(jié)構(gòu)/功能關(guān)系出發(fā)，以高電壓LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）正極為代表，有目的地對電極材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)晶學(xué)定點(diǎn)結(jié)構(gòu)工程，直接解決了Fd3(—)m結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的根源。
本文要點(diǎn)：
1）通過使用Sb作為摻雜劑同時修飾涉及特定問題的16c和16d位點(diǎn)，研究人員成功地將高電壓下發(fā)生的有害兩相反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)先的固溶體反應(yīng)，并顯著抑制了Mn從LNMO結(jié)構(gòu)中的損失。
2）實驗結(jié)果顯示，改性后的LiNi0.5Mn1.48Sb0.02O4（Sb002-LNMO）材料在1 C（1 C = 147 mA g?1）時保持了99%的理論比容量，1500次和3000次循環(huán)后分別保持了初始容量的87.6%和72.4%。
這種針對這種材料展示的特定位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)定制問題有望促進(jìn)用于鋰離子電池的高能量密度材料的快速發(fā)展。
Gemeng Liang, et al, Crystallographic-Site-Specific Structural Engineering Enables Extraordinary Electrochemical Performance of High-Voltage LiNi0.5Mn1.5O4 Spinel Cathodes for Lithium-Ion Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202101413
https://doi.org/10.1002/adma.202101413
4. AM：亞2 nm通道COF膜用于高效離子篩選
亞納米通道膜顯示出高離子傳輸速率。然而，設(shè)計具有用于離子分離應(yīng)用所需離子選擇性的膜仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。近日，中科大徐銅文教授，葛亮，李興亞報道了開發(fā)了一種具有約1.4 nm的通道大小和豐富氫鍵位點(diǎn)的共價有機(jī)骨架（COF）膜，其具有高效的離子篩分性能。
本文要點(diǎn)：
1）這種COF膜具有0.1 ~ 0.2 mol m?2 h?1的高單價離子透過率和極低的多價離子透過率，從而導(dǎo)致具有極高的K+/Mg2+、Na+/Mg2+和Li+/Mg2+的單價/二價離子選擇性（765、680和217)。
2）實驗測量和理論模擬表明，COF中存在的水合陽離子與COF通道壁之間的氫鍵相互作用決定了COF通道的高選擇性，二價陽離子通過通道的輸運(yùn)需要克服比單價陽離子更高的能壘。
這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)用于高效離子分離的具有特定相互作用位點(diǎn)的亞2 nm膜提供了一種的有效策略。
Fangmeng Sheng, et al, Efficient Ion Sieving in Covalent Organic Framework Membranes with Sub-2-Nanometer Channels, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104404
https://doi.org/10.1002/adma.202104404
5. AM：可調(diào)的二維第III族金屬合金
化學(xué)穩(wěn)定的量子限域二維金屬材料在下一代納米級量子器件中備受關(guān)注。自下而上設(shè)計和合成這類金屬可以創(chuàng)造具有定制、按需、電子和光學(xué)特性的材料，以滿足可調(diào)等離激元耦合、光學(xué)非線性、ε接近零行為或特定波長的光捕獲等應(yīng)用。近日，賓夕法尼亞州立大學(xué)Joshua A. Robinson等研究表明，空氣穩(wěn)定的2D金屬的電子、超導(dǎo)和光學(xué)特性可以通過合金的形成來可控地調(diào)整。
本文要點(diǎn)：
1）作者通過限制異質(zhì)外延(CHet)合成了環(huán)境穩(wěn)定的大面積2D-InxGa1-x合金。
2）作者在沒有相分離跡象的情況下實現(xiàn)了接近完全的固溶度，并且通過改變前驅(qū)體的相對元素組成，可以在x的整個范圍內(nèi)調(diào)節(jié)組成。
3）研究發(fā)現(xiàn)，光學(xué)和電子特性與合金成分直接相關(guān)，其中介電功能、能帶結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)性和從金屬到石墨烯的電荷轉(zhuǎn)移都受二維金屬層中的銦/鎵比控制。
Siavash Rajabpour, et al. Tunable 2D Group-III Metal Alloys. Adv. Mater., 2021
DOI: 10.1002/adma.202104265
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202104265
6. AM：電極誘導(dǎo)自修復(fù)單層MoS2用于高性能晶體管和光電晶體管
單層過渡金屬二硫?qū)倩铮═MDCs）的接觸工程被認(rèn)為是實現(xiàn)高性能基于TMDCs的（光）電子器件的基本挑戰(zhàn)。近日，成均館大學(xué)SeungNam Cha，韓國國民大學(xué)John Hong等為具有金屬硫化銅(CuS)電極的器件配置建立了一個創(chuàng)新概念，該電極可誘導(dǎo)單層二硫化鉬(MoS2)通道中硫空位愈合。
本文要點(diǎn)：
1）來自金屬CuS電極的過量硫吸附原子用于修復(fù)MoS2中的硫空位缺陷，這令人驚訝地提高了其設(shè)備的整體性能。作者通過各種光譜分析、密度泛函理論(DFT)計算和電氣測量系統(tǒng)地演示和分析了電極誘導(dǎo)的自愈機(jī)制。
2）在沒有任何鈍化層的情況下，具有CuS接觸電極的自修復(fù)MoS2（光）晶體管顯示出97.6 cm2 (Vs)-1的出色室溫場效應(yīng)遷移率，開/關(guān)比>108，低亞閾值擺幅（120 mV per decade），高的光響應(yīng)性（1×104 AW-1）和探測率（1013 jones），是采用1L MoS2的背柵晶體管中最好的。
3）作者還展示了使用超薄柔性2D CuS和MoS2的機(jī)械柔性光電傳感器，在機(jī)械應(yīng)變下顯示出優(yōu)異的耐久性。
該工作報道了一種在TMDCs或其它2D材料中開發(fā)高性能和功能性器件（包括自修復(fù)硫化物電極）的有前景的策略。
Sangyeon Pak, et al. Electrode-Induced Self-Healed Monolayer MoS2 for High Performance Transistors and Phototransistors. Adv. Mater., 2021
DOI: 10.1002/adma.202102091
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102091
7. AM：控制界面應(yīng)變制備理想的可貼合聚合物場效應(yīng)晶體管
高遷移率聚合物場效應(yīng)晶體管(PFETs)具有卓越的溶液加工性、機(jī)械柔韌性和可拉伸性，因此在軟電子皮膚和低成本柔性顯示器等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用。然而，大多數(shù)高遷移率PFETs往往具有偏離理想化的性質(zhì)，可變遷移率、大閾值電壓和高斷態(tài)電流，這掩蓋了其固有特性并嚴(yán)重阻礙了其實際應(yīng)用。近日，東北師范大學(xué)Qingxin Tang，Xiaoli Zhao，中科院長春應(yīng)化所Jidong Zhang等首次揭示了聚合物薄膜和剛性基底之間的界面應(yīng)變在決定PFETs的理想性方面起著至關(guān)重要的作用，并證明可以通過釋放應(yīng)變成功制造各種理想的可貼合PFETs。
本文要點(diǎn)：
1）作者發(fā)現(xiàn)通過一步剝離策略可以釋放薄膜中的應(yīng)變，減少π-π堆積距離，抑制氧摻雜載流子的產(chǎn)生，從而獲得線性注入的電荷載流子并降低溝道中的載流子濃度，最終實現(xiàn)理想的PFETs。
2）此外，所制造的理想可貼合PFET陣列對彎曲物體具有出色的貼合性，同時表現(xiàn)出優(yōu)異的有機(jī)發(fā)光顯示驅(qū)動能力。
該工作闡明了界面應(yīng)變對器件理想性的影響，并且可以通過簡單的剝離策略有效地釋放應(yīng)變，從而為構(gòu)建理想的可貼合PFETs提供有用的指導(dǎo)。
Shuya Wang, et al. Suppressing Interface Strain for Eliminating Double-Slope Behaviors: Towards Ideal Conformable Polymer Field-Effect Transistors. Adv. Mater., 2021
DOI: 10.1002/adma.202101633
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101633
8. AM: 揭示具有特定空間結(jié)構(gòu)的CeO2/CoS1.97異質(zhì)結(jié)構(gòu)對析氧反應(yīng)的促進(jìn)作用
結(jié)構(gòu)工程和成分控制在合理設(shè)計和制造先進(jìn)電催化劑方面得到了廣泛的應(yīng)用。然而，組分的空間分布與增強(qiáng)電催化性能之間的關(guān)鍵關(guān)系還有待進(jìn)一步闡明。有鑒于此，蘭州大學(xué)席聘賢教授和香港理工大學(xué)黃勃龍教授等人，構(gòu)建了CeO2襯底負(fù)載的 CoS1.97 (CeO2-CoS1.97) 和帶有 CeO2 表面裝飾的 CoS1.97 (CoS1.97-CeO2) 材料，以全面研究析氧反應(yīng) (OER) 空間結(jié)構(gòu)的起源。
本文要點(diǎn)：
1）報道了兩種不同空間結(jié)構(gòu)的CeO2/CoS1.97異質(zhì)結(jié)構(gòu)的新策略，并研究了它們的電子結(jié)構(gòu)、重構(gòu)行為和OER性能，以全面了解結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。
2）由于穩(wěn)定的異質(zhì)結(jié)構(gòu)和更快的傳質(zhì)，CeO2-CoS1.97在 10 mA cm-2 下表現(xiàn)出 264 mV 的低過電位。同時，CoS1.97-CeO2在 OER 條件下通過增強(qiáng)的 OH- 吸附、快速電子轉(zhuǎn)移和原位形成 Co(IV)O2 物質(zhì)而具有 49 mV dec-1 的較小 Tafel 斜率，這得益于晶格無序形成的豐富的活性位點(diǎn)。
3）此外，原位光譜表征與理論計算相結(jié)合表明，空間結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)和促進(jìn)從硫化物到羥基氧化物向更高化學(xué)價的重構(gòu)方面發(fā)揮著顯著的作用。
總之，該工作突出了空間結(jié)構(gòu)和表面重構(gòu)在設(shè)計先進(jìn)電催化材料中的重要性。
Tengyuan Dai et al. Uncovering the Promotion of CeO2/CoS1.97 Heterostructure with Specific Spatial Architectures on Oxygen Evolution Reaction. Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202102593
https://doi.org/10.1002/adma.202102593
9. AM: 支持智能手機(jī)的便攜式數(shù)字光處理 3D 打印機(jī)
3D 打印已成為各種不同領(lǐng)域的一種可行方法。然而，打印系統(tǒng)的大體積限制了其應(yīng)用的擴(kuò)展。于此，哈佛醫(yī)學(xué)院Yu Shrike Zhang和奧塔哥大學(xué)Khoon S. Lim等人基于智能手機(jī)驅(qū)動的投影儀和定制的智能手機(jī)操作應(yīng)用程序，構(gòu)建了便攜式3D數(shù)字光處理（DLP）打印機(jī)。
本文要點(diǎn)：
1）通過使用商業(yè)樹脂以及一系列水凝膠基油墨，包括聚乙二醇-二丙烯酸酯、明膠-甲基丙烯酰或烯丙基明膠，使用該平臺成功打印了具有詳細(xì)表面結(jié)構(gòu)、多孔特征或中空結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜組織類似物的構(gòu)造。此外，由于獨(dú)特的 DLP 打印機(jī)具有便攜性，因此可以制造醫(yī)療植入物以用于床旁護(hù)理，并且可以原位生產(chǎn)載有細(xì)胞的組織，從而實現(xiàn)移動健康技術(shù)的新里程碑。
2）除此之外，本文所述的一體式打印系統(tǒng)能夠集成3D掃描智能手機(jī)應(yīng)用程序，以獲得用于后續(xù)打印的對象衍生3D數(shù)字模型。隨著進(jìn)一步的發(fā)展，這種便攜式、模塊化、易于使用的智能手機(jī)支持的DLP打印機(jī)預(yù)計將為資源有限和醫(yī)療點(diǎn)環(huán)境中的應(yīng)用提供令人振奮的機(jī)會，不僅在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，而且還在家庭和教育領(lǐng)域。
Li, W., et al., A Smartphone-Enabled Portable Digital Light Processing 3D Printer. Adv. Mater. 2021, 33, 2102153.
https://doi.org/10.1002/adma.202102153
10. AM：添加劑在抑制液體剝離WS2單層降解中的作用
VI族過渡金屬二硫?qū)僭鼗?TMDs)被認(rèn)為是化學(xué)惰性的，但最近的報道指出，由于缺陷的存在，其單層片在環(huán)境條件下會發(fā)生氧化。迄今為止，單層TMDs的降解僅在具有不同缺陷類型和濃度、應(yīng)變以及不均勻環(huán)境中的單個基底支撐納米片上進(jìn)行研究。近日，海德堡大學(xué)Claudia Backes等報道了通過光致發(fā)光測量對WS2納米片集合體在液相中的降解動力學(xué)進(jìn)行研究，該測量可選擇性地探測WS2納米片單層。
本文要點(diǎn)：
1）在兩種常見的表面活性劑穩(wěn)定劑膽酸鈉(SC)和十二烷基硫酸鈉(SDS)中，會產(chǎn)生具有不同橫向尺寸的單層富集WS2分散體。
2）作者觀察到明確定義的降解動力學(xué)，這使得能夠確定降解的活化能并解耦光誘導(dǎo)和熱降解。熱降解比光致降解慢，需要更高的活化能。使用SC作為表面活性劑，它被充分抑制。
3）通過添加半胱氨酸實現(xiàn)化學(xué)鈍化，可以廣泛地防止光誘導(dǎo)降解，半胱氨酸一方面與納米片上的缺陷配位，另一方面穩(wěn)定表面的氧化物，從而保護(hù)納米片免于進(jìn)一步降解。
Leonhard Karger, et al. The Role of Additives in Suppressing the Degradation of Liquid-Exfoliated WS2 Monolayers. Adv. Mater., 2021
DOI: 10.1002/adma.202102883
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102883
11. AM：Kagome金屬CsV3Sb5在壓力下的電荷密度波階和增強(qiáng)的超導(dǎo)性
拓?fù)銴agome金屬的超導(dǎo)性最近受到了極大的關(guān)注。近日，上海科技大學(xué)Yanpeng Qi，Shichao Yan等研究了具有V kagome晶格的CsV3Sb5單晶在各種壓力下的電荷密度波(CDW)階和超導(dǎo)性的演變。
本文要點(diǎn)：
1）通過高分辨率掃描隧道顯微鏡/光譜（STM/STS），作者觀察到CsV3Sb5中的兩個CDW階次，對應(yīng)于4a×1 和2a×2a超晶格。
2）通過施加壓力，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc顯著提高，并在1 GPa左右達(dá)到最大值8.2 K。CDW狀態(tài)隨著壓力的增加而逐漸下降，這表明該材料CDW和超導(dǎo)狀態(tài)之間存在競爭性相互作用。
3）0.4-0.8 GPa附近的寬超導(dǎo)躍遷可能與兩種CDW態(tài)和超導(dǎo)性之間的強(qiáng)競爭關(guān)系有關(guān)。
該工作報道的結(jié)果表明，CsV3Sb5是探索拓?fù)銴agome金屬中超導(dǎo)性和CDW之間相互作用的新平臺。
Qi Wang, et al. Charge Density Wave Orders and Enhanced Superconductivity under Pressure in the Kagome Metal CsV3Sb5. Adv. Mater., 2021
DOI: 10.1002/adma.202102813
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102813
12. Nano Lett.：通用微波途徑制備單晶多孔過渡金屬氮化物用作高靈敏和高穩(wěn)定的拉曼散射基底
金屬態(tài)過渡金屬氮化物（TMNs）的傳統(tǒng)合成方法是在苛刻的條件下進(jìn)行的，這使得由于晶粒燒結(jié)而難以制備具有高表面積和孔隙率的TMNs。近日，中國檢驗檢疫科學(xué)研究院Guangcheng Xi等報道了一種通用且快速（30 s）的微波合成方法，用于制備具有高比表面積（122.6-141.7 m2 g-1）和孔隙率（0.29-0.34 cm3 g-1）的TMNs。
本文要點(diǎn)：
1）作者通過該方法制備了新型單晶多孔WN、Mo2N和V2N，它們具有很強(qiáng)的表面等離激元共振、光熱轉(zhuǎn)換和表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)。
2）不同于水和聚合物等傳統(tǒng)的低溫微波吸收介質(zhì)，作為新概念的吸收介質(zhì)，水合金屬氧化物和金屬金屬氧化物具有顯著的高溫微波加熱效應(yīng)，在TMNs的形成中起關(guān)鍵作用。
該工作為制備高比表面積的高晶格能化合物提供了一種新概念的微波方法。
Damin Liu, et al. General Microwave Route to Single-Crystal Porous Transition Metal Nitrides for Highly Sensitive and Stable Raman Scattering Substrates. Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02541
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02541
