1. Chem. Rev.: 用于電催化析氧反應的非均相材料的結構轉變
用于制氫的電化學水分解是可再生能源轉換和存儲的有前途的途徑。有效分解水的最重要問題之一是開發具有成本效益且高效的電催化劑，以在陽極側驅動緩慢的析氧反應 (OER)。值得注意的是，近年來，OER 過程中金屬或金屬非氧化物化合物的表面氧化和某些金屬氧化物的表面非晶化等結構轉變引起了越來越多的關注。對OER中結構轉變的研究將有助于深入了解準確的催化機理，最終有利于合理設計高活性催化材料。有鑒于此，中國科技大學謝毅院士和吳長征教授等人，綜述了OER電催化過程中具有明顯結構轉變的多相材料的研究進展。
本文要點：
1）為了深入了解結構轉變的本質，總結了影響轉變過程的驅動力和關鍵因素。此外，還介紹了用于探測轉變表面的化學狀態和原子結構的先進技術。然后討論了活性物質的結構以及轉化材料的催化性能與結構性能之間的關系。最后介紹了多相OER電催化技術面臨的挑戰和發展前景。
2）該領域仍有一些重要但模棱兩可的問題需要解決。（a）闡明真實OER催化劑的結構，催化劑前驅體和最終活性物種之間的結構差異給建立精確的構效關系帶來了困難。（b）OER催化機理的理論研究雖然理論計算已經有所改進，但與OER相關的理論分析仍然面臨許多挑戰。（c）探索解釋多相和均相 OER 電催化的通用原則?？紤]到在溫和的 OER 條件下經歷結構轉變的材料和穩定的均相催化劑都具有催化活性結構，沒有長程有序，是否存在可以有效描述其催化機制的統一概念仍然是一個懸而未決的問題。（d）未來工業應用。
Hui Ding, et al. Structural Transformation of Heterogeneous Materials for Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction. Chem. Rev., 2021.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00234
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00234
2. Chem綜述：二維極限下的范德華有機/無機異質結構
二維（2D）極限下的范德華（Van Der Waals）有機/無機異質結構具有廣泛的結構可調性，將推動具有定制功能的人造固體的發展。近年來，單分子層膜、二維聚合物、共價有機骨架和金屬氧化物骨架等幾類2D有機材料的突破性進展，豐富了無機二維材料異質結構設計的可能性。鑒于2D極限下的有機和無機vdW材料在新興研究領域的日益重要和快速發展，清華大學深圳國際研究生院徐曉敏助理教授，中國科學院深圳先進技術研究院成會明院士對它們的受控合成、界面相互作用和器件應用進行了及時和全面的綜述。
本文要點：
1）作者首先總結了2D極限中的單個無機和有機組分的結構，以及形成有機/無機異質結構的有效途徑，主要總結了二維分子膜的控制組裝和二維聚合物在原子平坦的無機層上的合成和堆積。
2）作者接著研究了有機/無機異質界面的電學和光學性質，包括基態電子性質、激發態性質和光學性質。隨后，重點總結了這種新興異質結構的應用，尤其是先進的(光)電子、神經形態和多功能器件，這些器件顯示出任何一類材料都不能單獨實現的優異性能。
3）作者最后指出了新興的2D有機/無機異質結構研究仍亟待解決的問題和挑戰，包括結構形成、界面相互作用和器件工程。首先，合理和可擴展的方法精確控制二維材料和有機/無機異質結構的生長對實際應用至關重要。其次，應全面了解二維異質結構的結構-性能關系和基礎物理。第三，新興2D有機/無機異質結構的器件工程開發仍處于初級階段。
Xu et al., Van der Waals organic/inorganic heterostructures in the two-dimensional limit, Chem (2021)
DOI：10.1016/j.chempr.2021.08.013
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.08.013
3. Angew：明亮的雙界面鑭系納米顆粒用于高保真NIR-II多路壽命生物成
熒光壽命成像為在近紅外II區(NIR-II)窗口實現體內多路復用提供了更多的可能性。然而，由于壽命可區分的熒光探針往往會表現出不同的熒光強度，特別是壽命較短的熒光強度較弱，此時背景噪聲的干擾會使得對多路復用壽命信息進行同時譯碼變得困難。為了實現高保真壽命多路成像，復旦大學張凡教授開發了一系列Er3+摻雜的雙界面熒光納米探針(Er-DINPs): α-NaYF4@NaErF4: Ce@NaYbF4@NaErF4: Ce@NaYF4，
本文要點：
1）該熒光納米探針具有很強的熒光強度和易于識別的熒光壽命。
2）體內外實驗結果表明，這些具有相似熒光強度的探針在實現高保真多路壽命生物成像方面具有諸多優勢。
Xinyan Zhu. et al. High-fidelity NIR-II multiplexed lifetime bioimaging with bright double interfaced lanthanide nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition. 2021
DOI: 10.1002/anie.202108124
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202108124
4. Angew：熔鹽對用于鋰-硫電池的鐵-碳-氮的電化學調制
合理設計化學結構用于限制和轉化多硫化鋰（LiPSs吸）的硫基質對于開發高性能鋰-硫（Li-S）電池至關重要?；诖?/span>，武漢大學肖巍教授報道了設計了一種具有內外接枝Fe3C納米顆粒的中空摻氮碳（Fe3C@C@Fe3C），作為促進LiPSs吸附轉化的優良硫載體。
本文要點：
1）研究人員在600 ℃熔融的NaCl-CaCl2中，對聚多巴胺包覆的紡錘狀Fe2O3（Fe2O3@PDA）進行電化學還原，制備出Fe3C@C@Fe3C。PDA熱解會生成N摻雜的碳殼和CO。CO的釋放與Fe2O3的電化學脫氧同時進行，生成Fe3C納米顆粒。
2）制備的Fe3C@C@Fe3C具有中空結構，末端開口，N摻雜的碳，錨定的Fe3C納米顆粒，因此集導電、固定和催化能力于一體，是用于Li-S電池的理想硫基質。
該工作突出了金屬碳化物在促進鋰多硫化物吸附轉化過程中的獨特化學作用，也將熔鹽電解的范圍擴展到能源材料的制備。
Wei Weng, et al, Molten Salt Electrochemical Modulation of Iron-Carbon-Nitrogen for Lithium-Sulfur Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202111707
https://doi.org/10.1002/anie.202111707
5. Angew：顆粒細化引發的一種提高循環容量的珊瑚狀FEP@NC負極用于鈉/鋰離子電池
具有較高的Na+儲存性能和循環穩定性的電極材料對于提高鈉離子電池的能量密度和倍率性能至關重要?；诖?，中科院大連化物所李先鋒研究員，鄭瓊副研究員，燕山大學唐永福教授報道了提出了一種珊瑚狀的FeP復合材料，即將FeP納米顆粒錨定和分散在氮（N）摻雜的三維（3D）碳骨架上（FEP@NC）。FeP納米顆粒均勻分布在納米氮化碳基體上，通過催化周圍的非晶碳生成層狀石墨化碳，對復合材料的石墨化程度起著至關重要的作用。
本文要點：
1）由于FeP納米顆粒周圍具有高度連續的N摻雜碳骨架和彈性緩沖的石墨化碳層，基于FeP@NC復合材料的鈉離子電池（SIB）在10 A g-1下表現出超穩的循環性能，在10000次循環中容量保持率為82.0%。
2）研究人員證實了一種獨特的顆粒細化在循環過程中提高容量的機制。FeP納米顆粒在第一個循環中經歷了細化-復合過程，經過幾十個循環后呈現出全區域細化的趨勢，導致石墨化度和界面磁化強度逐漸增加，進一步為Na+的存儲提供了更多的額外活性中心，并有助于提高循環容量。
3）這種容量提高機制也可以擴展到鋰離子電池（LIBs）。在10 A g-1下，5000次循環后，基于FeP@NC復合材料的LIBs的容量保持率為90.3%，超過了已報道的FeP基復合材料的容量保持率。
這項研究提出了一種在循環過程中提高容量的新策略，為設計高性能的SIBs/LIBS負極材料提供了一種可行的解決方案。
Canpei Wang, et al, A Coral-Like FeP@NC Anode with Increasing Cycle Capacity for Sodium-Ion and Lithium-Ion Batteries Induced by Particle-Refinement, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110177
https://doi.org/10.1002/anie.202110177
6. Angew：NiFe層狀雙氫氧化物的原子陽離子-空位工程用于提高析氧反應的活性和穩定性
NiFe-層狀雙氫氧化物（NiFe-LDH）是目前發展起來的用于堿性介質中析氧反應（OER）活性最高的催化劑之一，但其OER的長期穩定性一直無法令人滿意?；诖?，新西蘭奧克蘭大學Geoffrey I.N. Waterhouse，中國科學院理化技術研究所張鐵銳研究員系統地研究了NiFe-LDH催化劑在堿性介質中OER活性下降的影響因素，并論證了合理構建陽離子空位穩定的NiFe-LDH催化劑可以大大抑制其活性下降。
本文要點：
1）實驗和理論研究結果表明，陽離子空位（尤其是M2+空位）提高了相鄰金屬離子與LDH片中氧的結合能，同時也緩解了晶格畸變，從而大大減輕了OER條件下金屬在電解液中的溶解。進一步的研究發現，陽離子空位（尤其是M3+）空位)可以加速γ(NiFe)OH活性中心的演化，同時也優化了OER中間體在催化劑表面的結合能，從而提高了OER活性。
2）受這些機理研究的啟發，研究人員在含雙M2+和M3+空位的NiFe-LDH催化劑（即NivacFevac-LDH）上實現了優異的OER穩定性和活性。
這項工作對NiFe-LDH催化劑在OER過程中降解機理的深入理解，以及一種更穩定的陽離子空位工程NiFe-LDH催化劑的簡單合成策略，為未來開發用于實用電解水分解和可充電金屬-空氣電池的高穩定性和高活性的OER電催化劑提供了一個框架。
Lishan Peng, et al, Atomic cation-vacancy engineering of NiFe-layered double hydroxides for improved activity and stability towards the oxygen evolution reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI：10.1002/anie.202109938
https://doi.org/10.1002/anie.202109938
7. Angew：蒸發誘導的小肽共軛二氧化硅納米顆粒的自組裝
分子自組裝是一種基于特定、定向、可調和非共價相互作用實現分子精準排列的過程。這種相互作用通常是靜電力、氫鍵、芳香π-π 或范德華相互作用。在超分子化學中，自組裝策略是在納米尺度上創建不同分子拓撲的強大工具。近日，奧地利維也納大學Freddy Kleitz，Michael R. Reithofer報道了一種獨特的蒸發誘導自組裝（EISA）策略，用于四種不同的通過粒子表面的多肽功能化而獲得的二氧化硅納米粒子體系。
本文要點：
1）研究人員首先詳細研究了共價肽-硅膠偶聯，從單一氨基酸（L-絲氨酸）的接枝開始，擴展到特定的小肽（最多四個氨基酸），然后轉移到不同的顆粒類型（MCM-48-型MSN，固體納米顆粒，以及新開發的類病毒納米顆粒）。使用各種方法分析制備的材料以評估納米顆粒的孔隙率，接枝效率，組成，尺寸和電荷等。
2）研究了這些材料進行 EISA 的能力，結果表明，EISA與顆粒類型和錨定在其表面的肽量無關。因此，這種基于EISA的方法為未來先進的藥物輸送系統，工程分層吸附劑和納米催化劑組件的設計提供了新的可能性。
Cornelia von Baeckmann, et al, Evaporation-Induced Self-Assembly of Small Peptide-Conjugated Silica Nanoparticles, Angew. Chem. Int. Ed.2021
DOI: 10.1002/anie.202108378
https://doi.org/10.1002/anie.202108378
8. Angew：氧化還原活性三環喹唑啉固定在二維導電金屬-有機骨架上的儲鋰性能
雜環共軛的芳香族分子激發了人們對其在鋰離子電池等可充電電池應用的極大興趣，但其具有電導率低，易溶于電解質等問題，其應用受到嚴重限制。近日，暨南大學李丹教授，賓德善教授報道了合成了一種富氮芳香分子TQ和一種基于TQ的含氧化還原CuO4單元的導電MOF Cu-HHTQ（HHTQ = 2,3,7,8,12,13-hexahydroxytricycloquinazoline），并對其作為儲鋰電極材料進行了研究。
本文要點：
1）研究人員利用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和水的混合溶劑，在85℃下，通過溶劑熱法合成了Cu-HHTQ。研究發現，HHTQ連接基由銅離子組成，并形成了具有2D蜂窩結構的晶態Cu-HHTQ。同時，HRTEM圖像中的可見晶格條紋進一步證實了Cu-HHTQ的長程有序晶體結構。HRTEM放大圖像顯示，Cu-HHTQ的六方孔型孔徑約為2.52 nm，與預期結構非常吻合。
2）研究人員通過實驗結果和理論計算證實了TQ的氧化還原活性。據了解，這是首次發現TQ具有氧化還原活性，并將其作為儲鋰電極材料。TQ基二維導電MOF Cu-HHTQ在600 mAg-1下的比容量為657.6 mAh g-1，循環200次后的容量保持率為82%。這是已報道的導電MOF中比容量最高的材料之一。因此，基于新型氧化還原活性TQ的有機儲能電極材料的設計與合成值得人們進一步研究。
研究結果突出了一種有效的策略，即將多個氧化還原活性基團結合到導電的MOFs中，構建用于儲能的電極材料。
Jie Yan, et al, Immobilizing Redox-Active Tricycloquinazoline into a 2D Conductive Metal-Organic Framework for Lithium Storage, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110373
https://doi.org/10.1002/anie.202110373
9. Nano Letters：無氯化物鎂電池電解質形成的堅固負極-電解質納米界面
雙(六甲基二硅疊氮)鎂（Mg(HMDS)2）基電解質與鎂（Mg）金屬負極具有良好的相容性，是目前備受關注的可充電Mg電池候選材料。然而，通常的Mg(HMDS)2與氯化鹽的組合會導致電池組件嚴重的腐蝕，負極穩定性低等問題，嚴重限制了其實際應用?；诖?，新加坡科技研究局（A*STAR）Zhi Wei Seh首次報道了一種在1,2-二甲氧基乙烷（DME）中的無氯化物Mg(HMDS)2基電解質。
本文要點：
1）采用四丁基硼氫化銨（TBABH4）作為除濕劑，通過化學控制微水含量，Mg(HMDS)2- DME電解質在鍍鎂/剝離中表現出優異的電化學性能，在150次循環中平均庫侖效率達到98.3%，且對電池組分無腐蝕性。
2）對Mg金屬負極的表面分析和深度分析結果顯示，負極-電解質納米界面上形成了一種堅固的固體電解質界面（SEI），從而實現了可逆的鍍鎂/剝離過程。
3）研究發現，Mg(HMDS)2-DME電解質與硫化銅（CuS）納米材料正極也表現出良好的相容性，其初始放電容量達到了261.5 mAh g?1。
Raymond Horia, et al, Using a Chloride-Free Magnesium Battery Electrolyte to Form a Robust Anode?Electrolyte Nanointerface, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02655
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02655
10. Nano Letters：原位精確調諧雙金屬的電子效應以增強氧還原催化性能
通過移動d帶中心來調節中間吸附能量為調節金屬催化劑的反應性提供了一個強有力的策略。近日，南京工業大學陳虹宇教授，南洋理工大學劉彬教授報道了一種在Au上逐層生長Pd的電位掃描方法，并通過乙醇氧化反應來原位測量表面結構。
本文要點：
1）光譜表征表明，電荷轉移導致Pd覆蓋層的價帶重構，與體Pd相比，其d帶中心遠離費米能級。
2）與Pt/C相比，Pd/Au單分子膜在氧還原反應中質量活性提高了370倍以上（在0.9 V vs.RHE），半波電位提高了40 mV。
3）自制的Zn-空氣電池測試結果顯示，2-ML-Pd/Au/C的最大功率密度達到了296 mW/cm2，比活性為804 mAh/gZn，遠高于相同負載量的Pt/C。
該方法結合了在Au襯底上逐層精確沉積Pd覆蓋層和實時測量表面結構，這將大大簡化催化劑設計/優化程序。
Junming Zhang, et al, In Situ Precise Tuning of Bimetallic Electronic Effect for Boosting Oxygen Reduction Catalysis, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02705
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02705
11. AM：界面激光誘導的石墨烯用于高性能液?固摩擦電納米發電機
激光誘導石墨烯(LIG)已成為一種很有前途的、用途廣泛的高通量石墨烯圖案化方法，但其在實際應用中制造復雜結構和器件的全部潛力還有待進一步開發。近日，廣東工業大學陳新教授，香港中文大學汪正平院士，趙鈮教授，香港城市大學王鉆開教授報道了一種原位生長LIG工藝，該工藝能夠在氟化乙烯丙烯（FEP）包覆的聚酰亞胺（PI）上形成超疏水摻氟石墨烯。
本文要點：
1）該方法利用激光激發過程中FEP和PI的不同光譜響應，優先生成LIG形成的環境，從而消除了對多步驟工藝和特定氣氛的需要。
2）通過光譜調諧界面LIG工藝制作的結構化和防水結構適合作為構建柔性液滴基發電機（DEG）的電極，該發電機具有高功率轉換效率，在高度位25 cm的105 μL水滴的沖擊下，可產生47.5W/m2的峰值功率密度。重要的是，該摩擦電納米發電機在高濕度和各種pH條件下表現出出色的循環性能和運行穩定性。
3）所開發的簡易流程可以擴展到實現各種功能器件。
Yun Chen, et al, Interfacial Laser-Induced Graphene Enabling High-Performance Liquid?Solid Triboelectric Nanogenerator, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104290
https://doi.org/10.1002/adma.202104290
