1. Sci. Adv.：用于全固態金屬鋰電池的固態鹵化物電解質的通用濕化學合成
全固態鋰金屬電池（ASSLMBs）由于其理論能量密度高且安全性大大提高而備受關注。用于ASSLMBs的固態鹵化物電解質因其高離子電導率和高電壓穩定性而重新引起人們的研究關注。然而，由于金屬鹵化物易被水解，基于液相合成鹵化物電解質極具挑戰性。近日，西安大略大學孫學良教授，國聯汽車動力電池研究院有限責任公司Jiantao Wang報道了采用銨輔助濕化學法合成固態鹵化物電解質。
本文要點：
1）受工業“氯化銨路線”合成無水MCl3（M=三價金屬）的啟發，MCl3在水中最常見的水解問題被形成的(NH4)3[MCl6]中間體所抑制。因此，銨輔助濕化學合成成為獲得各種固態鹵化物電解質的通用方法。基于這種合成策略，研究人員成功獲得了RT離子電導率達到0.345 mS cm?1的Li3YCl6。為了證明其通用性，得到了離子電導率分別為1.25、1.09和0.407 mS cm?1的Li3ScCl6、Li3YBr6和Li3ErCl6。
2）研究發現，微應變引起的局域微結構變化有利于鋰離子在鹵化物電解質中的遷移。此外，通過將混合的電子/離子導電界面轉變為鋰離子導電界面，緩解了鹵化物電解質與鋰金屬之間的界面不相容性。
3）這種ASSLMBs表現出基于鋰鈷氧化物的高初始庫侖效率（98.1%）和基于單晶LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2（SC-NMC622）的高放電容量（166.9 mA·hour g?1）。值得一提的是，這是首次報道具有優異電化學性能的鹵化物基ASSLMB，消除了人們對其負極界面不相容性的巨大擔憂。
這項工作為開發高性能鹵化物基ASSLMBs提供了材料合成和界面設計的通用策略。
Changhong Wang, et al, A universal wet-chemistry synthesis of solid-state halide electrolytes for all-solid-state lithium-metal batteries, Sci. Adv. 2021
DOI: 10.1126/sciadv.abh1896
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh1896
2. Sci. Adv.：通過多種固有分子相互作用的超結構介晶用于高度可逆的鈉離子電池
Sci. Adv.：通過多種固有分子相互作用的超結構介晶用于高度可逆的鈉離子電池
自然界中的軟結構，如超螺旋DNA和蛋白質，可以通過多種非共價分子相互作用組織成復雜的層次結構。確定能夠促進長期層次結構的自然構建塊的新類別仍然是一個難以實現的目標。近日，四川大學吳昊教授，張云教授，郭俊凌教授報道了一種自下向上的層次化金屬-酚醛介晶的合成，在不同長度尺度上以時空可控的方式進行自組裝。
本文要點：
1）研究人員用鉍離子(Bi3+)自組裝了一個小平面天然酚分子[鞣花酸（EA），一種在水果、蔬菜和樹皮中發現的雜四環分子]，形成有序的四級結構的層次化金屬-酚介晶。
2）小角X射線散射（SAXS）和計算熱化學模型揭示了金屬-酚介晶的時空層次自組裝過程，在EA分子之間相對強烈的π-π相互作用的指導下，配位配合物（基元結構）擴展到超分子線（二級結構），形成不同的配合物。超分子線通過結合溶劑分子之間的偶極-偶極相互作用組裝成納米級細絲（三級結構），最后，細絲通過靜電作用組裝成高階微尺度介晶（四級結構）。
3）這些金屬-酚醛介晶可以在保持分級有序結構的同時，在形態上轉變為Bi-C，這使得它們可以用作鈉離子電池（SIBs）的高性能負極材料。實驗結果顯示，其在200 A g-1的超高倍率下提供72.5 mAh g-1的高容量，并且在5.0 A g-1的電流密度下在1000次循環中上保持了90%的容量。
4）研究人員通過原位透射電子顯微鏡(TEM)和原位X射線衍射(XRD)技術全面揭示了這種納米復合材料的電化學儲鈉機制和結構演化過程，以及納米復合材料在促進Na+離子擴散方面的結構優勢。
天然多酚的這種層次化結構有望得到廣泛的應用。
Xiaoling Qiu, et al, Superstructured mesocrystals through multiple inherent molecular interactions for highly reversible sodium ion batteries, Sci. Adv. 2021
DOI: 10.1126/sciadv.abh3482
https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.abh3482
3. Sci. Adv.：一種用于超快有機溶劑納濾的高孔納米纖維負載的單層石墨烯膜
在多孔載體上實現石墨烯單層膜的可擴展制備是實現原子薄膜實用化的關鍵，但在技術上仍然具有挑戰性。近日，新加坡國立大學Sui Zhang報道了展示了一種簡單而通用的靜電紡絲方法，可以在不同的高孔隙率的聚合物載體上實現納米多孔石墨烯薄膜，以實現高效的擴散和壓力驅動分離。
本文要點：
1）導電石墨烯在靜電紡絲過程中作為沉積高孔納米纖維的極佳受體，從而使石墨烯能夠直接附著到載體上。
2）研究人員開發了一種通用的“粘合劑”添加劑可以增強石墨烯層和聚合物載體之間的粘附力，從而使石墨烯在由不同聚合物制成的納米纖維上具有很高的覆蓋率。
3）經缺陷封閉和氧等離子體處理后，納米孔膜在透析和有機溶劑納濾中表現出創紀錄的性能，純乙醇滲透率為156.8 L m?2hour?1 bar?1，對孟加拉玫瑰紅的截留率為94.5%（1011 g mol?1），打破了滲透性-選擇性的平衡。
Liang Shen, et al, Highly porous nanofiber-supported monolayer graphene membranes for ultrafast organic solvent nanofiltration, Sci. Adv. 2021
DOI: 10.1126/sciadv.abg6263
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg6263
4. Sci. Adv.：用于晶圓級電子器件的對齊排列的二維碳納米管液晶
具有半導體特性的碳納米管如果可以排列成密集的陣列，則有望實現比用于場效應晶體管（FET）中的硅（Si）更快的性能和更低的功耗。近日，威斯康星大學麥迪遜分校Michael S. Arnold報道了在液/液界面收集的納米管自組裝形成的二維（2D）向列型液晶，這些向列型液晶與流動整體保持一致。
本文要點：
1）研究人員通過在水相子相表面施加具有恒定厚度和流速的連續的、結構良好的墨層來獲得2D液晶。納米管聚集在界面上，在散裝墨水濃度從5到200?μg ml?1的窗口內形成亞單層2D液晶。而在該窗口以下和以上的濃度下，分別獲得了隨機取向的稀疏納米管薄膜和較厚的多層納米管薄膜。
2）由于墨水厚度和速度恒定，2D納米管組件可以在可擴展和連續的工藝中轉移到目標襯底上。這一過程被稱為2D向列切向流界面自組裝（TAFISA）。TAFISA納米管陣列的出色對準(在±6°范圍內)和該技術的連續性是在工業電子中開發碳納米管所需的均勻性和可擴展性方面邁出的重要一步。
3）傳輸組件的出色對準和均勻性使得開發的FET在-0.6 V下具有出色的on態電流密度，平均值為520 A?m-1，變化僅為19%。此外，帶有離子凝膠頂柵的FET顯示出低至60 mV decade?1的亞閾值擺幅。此外，研究人員利用TAFISA在10 cm的襯底上實現了2D液晶的沉積，從而證明了2D納米管液晶在商業半導體電子中的應用前景。
Katherine R. Jinkins, et al, Aligned 2D carbon nanotube liquid crystals for wafer-scale electronics, Sci. Adv. 2021
DOI: 10.1126/sciadv.abh0640
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh0640
5. Joule: 2-甲氧基乙醇結合棒涂制備高效FAPbI3鈣鈦礦太陽能微型模塊
在小面積鈣鈦礦太陽能電池中，使用抗溶劑滴落技術已經實現了 >25% 的效率；然而，它不適用于工業規模的涂料。目前，基于可擴展鈣鈦礦涂層的大面積器件與小面積器件仍顯示出非常大的差距。這意味著在大面積設備上的均勻鈣鈦礦涂層和缺陷控制不如在小設備上那么安全。蔚山國立科學技術學院Sang Il Seok和首爾國立大學Mansoo Choi等人報道了一種高效率的鈣鈦礦光伏模組的制備方法。
本文要點：
1）研究人員將鈣鈦礦 [(FAPbI3)0.95(MAPbBr3)0.05] 溶解在 2-甲氧基乙醇中，形成前軀體溶液。通過氣刀輔助棒涂覆法沉積致密且均勻的鈣鈦礦薄膜。
2）進一步通過添加 n-環己基-2-吡咯烷酮以確保前軀體溶液中快速成核和緩慢晶體生長之間的平衡，實現了無孔洞和均勻的表面形貌。通過使用乙酰膽堿溴化物表面鈍化和激光蝕刻薄膜層，制造出模組面積為 31 cm2 的微型模塊，效率超過20%（準穩態協議認證的效率為17.53%）。
Jin Wook Yoo et al. Efficient perovskite solar mini-modules fabricated via bar-coating using 2-methoxyethanol-based formamidinium lead tri-iodide precursor solution, Joule, 2021.
https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.08.005
6. JACS：逐一原子計數揭示Pt單原子催化劑的活性來源
金屬負載型催化劑的原子分散對其催化性能起著至關重要的作用。然而，由于實際的催化劑通常存在結構多樣性，如單原子、團簇和傀儡的共存，傳統的光譜方法包括化學吸附、滴定和X射線吸收，僅提供關于原子色散的平均描述，但不能區分局部結構散度。
基于此，中科院大連化物所劉偉研究員報道了開發了一種通過基于電子顯微鏡的原子識別統計量（EMARS）以逐個原子計數的方式精確測定金屬?載體催化劑分散度的方法。
本文要點：
1）研究人員利用EMARS的高通量原子識別能力，對Pt/Al2O3工業重整催化劑進行了前所未有的18000多個原子規模的統計。這種EMARS表現出驚人的精確一致性，優于傳統的熱方法。
2）研究結果證實了分散的Pt單原子可催化芳族轉化，而Pt簇或顆粒無催化活性。此外，原位顯微鏡研究還發現Pt團簇在氧化氣氛中的可逆分散，這表明分散度可能會隨著測量而改變。
這種EMARS方法首次提供了一種獨特的能力，可以通過原子精度大規模統計金屬在負載型催化劑中的分散。
Shuhui Liu, et al, Identify the Activity Origin of Pt Single-Atom CatalystviaAtom-by-Atom Counting, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c06381
https://doi.org/10.1021/jacs.1c06381
7. JACS: 用于析氧反應的納米級鈷氧化物催化劑
析氧反應(OER)是人工光合作用的關鍵瓶頸環節，也是可再生能源研究的重要課題。因此，對穩定、高效、經濟的水氧化催化劑的需求很大，鈷基納米材料是有前景的研究對象。有鑒于此，蘇黎世大學Greta R. Patzke等人，在不存在/存在光敏劑 (PS) [Ru(bpy)3]2+ 和/或犧牲電子受體 (SEA，S2O82–) 的情況下，通過將Co(NO3)2 溶液添加到硼酸鹽緩沖液 (pH 8.5) 中制備的 30 個代表性樣品，進行一個系統化的催化和分析研究。
本文要點：
1）經過幾十年對鈷輔助可見光驅動水氧化的研究，解決了兩個關鍵的開放問題:是什么讓簡單的鈷基沉淀物具有如此高的活性，以及在多大程度上需要Co-WOC設計?因此，從Co(NO3)2開始生成前驅體沉淀物，在光催化過程中，[Ru(bpy)3]2+/S2O82–/borate緩沖標準分析優于目前最先進的鈷催化劑，它轉化為高活性的WOC。
2）采用多種表征技術對這些納米鈷催化劑的結構轉變進行了監測。結果表明，沉淀催化劑并沒有完全轉變為非晶態CoOx材料，而是形成了一些晶體特征。沉淀物在約1 min內轉變為無序的Co3O4材料，隨后在前10 min內進一步轉變為高活性的無序CoOOH。此外，在非催化條件下，前驅體直接轉變為CoOOH。
3）快速沉淀和分離提供了一種高效的預催化劑，在可見光驅動的[Ru(bpy)3]2+/S2O82–水中氧化時，其O2收率高達91%，優于廣泛設計的含Co WOCs。因此，證明了高性能的鈷基OER催化劑確實是在全八面體環境中有利于Co(III)中心形成的自優化過程中出現的。
Lukas Reith et al. Unraveling Nanoscale Cobalt Oxide Catalysts for the Oxygen Evolution Reaction: Maximum Performance, Minimum Effort. J. Am. Chem. Soc., 2021.
DOI: 10.1021/jacs.1c03375
https://doi.org/10.1021/jacs.1c03375
8. JACS：層間相互作用作為大孔COFs的設計工具
孔徑超過5 nm的共價有機框架(COF)比較少見。除了需要足夠溶解度的大連接基，大孔COFs合成還面臨其它更多挑戰，包括孔閉塞和塌陷。近日，馬克斯普朗克固態研究所Bettina V. Lotsch等報道了兩個isoreticular系列孔徑高達5.8 nm的大孔亞胺COFs，并將層間相互作用與COFs的結構和熱行為相關聯。
本文要點：
1）通過引入作為孔導向“錨”的甲氧基來調整層間相互作用，可以獲得不同的堆疊模式，從而產生改性的堆疊多形體，獲得有效的孔徑。
2）作者發現堆疊能量與COFs中高度有序、幾乎重疊的結構、在熱應力下具有更高的結構完整性以及堆疊模式的新型熱誘導相變之間存在很強的相關性，這為提高大孔COFs的結構控制和穩定性提供了可行的設計策略。
Sebastian T. Emmerling, et al. Interlayer Interactions as Design Tool for Large-Pore COFs. J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c06518
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06518
9. JACS：一種化學自充電水系鋅有機電池
Zn?有機電池正受到人們的廣泛關注，然而其有機正極的低容量（<400 mAh g?1）和低電位（<1 V vs Zn/Zn2+）嚴重限制了電池的能量密度。近日，復旦大學王永剛教授報道了成功在堿性電解液（6 M KOH+0.2 M Zn(CH3COO)2）中構建了一種基于聚(1,5-NAPD)正極和Zn負極的化學自充電水系Zn-有機電池。結果表明，聚(1,5-NAPD)//Zn電池在0.2 A g?1下的比容量為188.9 mAh gNAPD-1，具有良好的循環穩定性（3 000次循環后的循環穩定性為78%），在無氧條件下具有良好的倍率性能。
本文要點：
1）非原位拉曼光譜和原位傅立葉變換紅外光譜表明，聚(1,5-NAPD)的亞胺（C=N）基團是氧化還原活性中心，揭示了可逆的K+儲存機理。當電池暴露在空氣時，正極放電產物（即聚(1,5-NAPD)(K+)n）可被電解質中的溶解氧氧化并恢復至其初始狀態（即聚(1,5-NAPD)）。
2）密度泛函理論（DFT）計算表明，聚(1,5-NAPD)(K+)n配合物中K?N鍵長較大，結合能較弱，容易被O2氧化還原斷裂。
3）因此，在聚(1,5-NAPD)//Zn電池耗盡后，可以通過將電池暴露在空氣中來實現化學自充電過程。電池可快速自充電至1.23 V，在0.2 A g?1下放電容量達186 mAh g?1，且這種化學充電/恒流放電過程可快速重復100次。此外，這種化學自充電電池實現了625.5 Wh kg?1的超高能量密度。
這項工作一方面拓寬了水系Zn?有機電池的應用范圍，為開發自充電儲能器件提供有效的策略。另一方面，由于自充電電池的研究還處于初級階段，電極/電解液的優化和電池結構的改進將是未來的重要研究方向。
Lei Yan, et al, Chemically Self-Charging Aqueous Zinc-Organic Battery, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c06936
https://doi.org/10.1021/jacs.1c06936
10. JACS：構建用于單極離子傳輸的鈾特異性納米流體通道實現超快鈾提取
從海水中高速捕獲鈾酰(UO22+)離子對核能工業可持續發展至關重要。然而，超低濃度（~3.3 μg L-1）的鈾元素使得在吸附劑顆粒內部的離子擴散緩慢，尤其是在傳輸路徑被共存的干擾離子占據之后。UO22+離子的幾何尺寸（最大長度為6.04-6.84 ?），近日，東北師范大學Guangshan Zhu，Ye Yuan等通過基于苯基的單元共價柱將石墨烯片層間距撐成兩倍的UO22+離子長度（13 ?），獲得了鈾酰特異性納米流體通道。
本文要點：
1）實驗表明，施加負電位(-1.3 V)，構建的電荷控制區域促進了單極離子傳輸，其中陽離子被大大加速并且共離子被排斥。
2）值得注意的是，所得吸附劑在所有報道的材料中具有最高的吸附速度。并且在天然海水中暴露56天后測得的吸附容量約為16 mg g-1。
該工作報道的這種具有快速吸附、高容量和簡便操作過程的鈾提取材料對鈾提取的實際應用帶來了巨大希望。
Zeyu Wang, et al. Constructing Uranyl-Specific Nanofluidic Channels for Unipolar Ionic Transport to Realize Ultrafast Uranium Extraction. J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c02592
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c02592
11. JACS：依賴錨定的活性超分子自組裝聚合物膠束
錨定依賴的接觸抑制生長通常是指細胞表面的增殖被其他細胞的鄰近所抑制。這種現象在自然界中很突出，但在聚合物膠束中尚未實現。有鑒于此，華東理工大學的林嘉平、Gerald Guerin、蔡春華等研究人員，開發了依賴錨定的活性超分子自組裝聚合物膠束。
本文要點：
1）研究人員報道了通過基質和分散在溶液中的聚集體之間的協同作用，在疏水基質上具有液晶核的細長膠束的控制活超大分子自組裝。
2）在該體系中，種子的形成是由內核膨脹團聚體的吸附和重排引起的一種瞬態現象。然后種子以一種可控制的方式在底物上觸發細長膠束的生長，直到與底物的接觸中斷。
3）布朗動力學模擬表明，這種獨特的行為是由于錨定種子兩端的團聚體的膨脹。更重要的是，膠束長度可以通過改變基底的疏水性來調節，這是制造復雜結構的關鍵一步。
Zhengmin Tang, et al. Anchorage-Dependent Living Supramolecular Self-Assembly of Polymeric Micelles. JACS, 2021.
DOI：10.1021/jacs.1c06020
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06020
12. JACS：羅丹明螺環化的系統性調諧用于超分辨率顯微鏡
羅丹明是應用于活細胞熒光顯微鏡的最重要的一類熒光團。這主要是因為羅丹明存在于熒光兩性離子和非熒光但細胞可滲透的螺環形式之間的動態平衡中。不同的成像應用需要不同的動態平衡位置，平衡的調整對設計合適的探頭提出了挑戰。有鑒于此，德國馬克斯普朗克醫學研究所的Kai Johnsson等研究人員，提出了羅丹明螺環化的系統性調諧用于超分辨率顯微鏡。
本文要點：
1）研究人員描述了一個給定羅丹明的鄰羧基部分如何轉化為取代的酰基苯磺酰胺和烷基酰胺，實現前所未有的準確性和大范圍系統調節螺環化的平衡。
2）這使得該研究組可以將相同的羅丹明轉化為活細胞受激發射損耗顯微鏡（STED）下的高熒光，和細胞滲透性探針或單分子定位顯微鏡（SMLM）下的自發閃爍染料。
3）研究人員使用這種方法生成針對不同標記系統和成像應用進行優化的不同顏色的探針。
Nicolas Lardon, et al. Systematic Tuning of Rhodamine Spirocyclization for Super-resolution Microscopy. JACS, 2021.
DOI：10.1021/jacs.1c05004
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c05004
