1. Nature Commun.: 鹵化鉛鈣鈦礦中鉛空位缺陷的鑒定
鈣鈦礦光伏發展迅速，但關于點缺陷的問題仍然存在。雖然實驗已檢測到電活性缺陷的存在，但尚未報道經實驗證實的微觀鑒定。查爾摩斯工學院David J. Keeble等人在密度泛函理論的幫助下，使用正電子湮沒壽命光譜確定了 MAPbI3 (MA = CH3NH3+) 中的鉛單空位 (VPb) 缺陷。薄膜和單晶樣品的實驗均表現出主導正電子俘獲導致空位缺陷，并且確定了~3×1015cm-3的最小缺陷密度。
本文要點：
1）在少數樣品中發現了空位復合體的證據(VPbVI)，但未觀察到MA離子空位的捕獲。該實驗結果支持了其他第一性原理研究的預測，即深層、空穴捕獲、VPb，其中點缺陷是 MAPbI3 中最穩定的缺陷之一。
2）這種在技術相關濃度下直接檢測和識別鹵化物鈣鈦礦中的深層天然缺陷將有助于進一步研究缺陷驅動機制。
Keeble, D.J., Wiktor, J., Pathak, S.K. et al. Identification of lead vacancy defects in lead halide perovskites. Nat. Commun. 12, 5566 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25937-1
2. Joule：一種低成本二氧化錳半固態電極用于液流電池
二氧化錳（MnO2）儲量豐富，價格低廉，有望作為液流電池等長壽命儲能技術的半固態電極。然而，與全液流電池的電解液相比，半固態電極的泵送要求更嚴格，這可能會限制其技術經濟可行性。近日，麻省理工學院Yang Shao-Horn，Thaneer Malai Narayanan報道了將被廣泛研究的MnO2作為一種模型低成本活性材料，以了解半固態電極的組成如何影響其對半固態液流電池（SSFB）成本的貢獻。
本文要點：
1）研究人員首先通過電化學和流變實驗確定了改變半固態電極組成對Zn-MnO2電池電化學性能和漿糊狀半固態電極流變性能的影響。
2）其次，研究人員利用實驗確定的半固態電極的電化學和流變特性，對SSFB系統進行自下而上的技術經濟分析。從已發表的技術經濟文獻中獲得器件和材料成本參數。這種自下而上的方法使研究人員能夠深入了解半固態電極的電化學性能和流變特性之間的權衡，并確定降低SSFB成本的策略。
3）計算了Zn-MnO2 SSFB系統的LCOS，并和其他電化學系統進行了比較，以了解SSFB在長時間儲能方面的競爭力。結果顯示，Zn-MnO2 SSFB可以與鋰離子和VRFB系統相競爭，特別是在長時間儲能（例如>24 h）方面。
Narayanan et al., Low-cost manganese dioxide semi-solid electrode for flow batteries, Joule (2021)
DOI：10.1016/j.joule.2021.07.010
https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.07.010
3. Matter：垂直結晶的Fe摻雜的β-Ni羥基氧化物用于高活性和穩定的析氧反應
層狀過渡金屬羥基氧化物由于其高效的能量轉換性能和材料在析氧反應（OER）中的穩定性而受到越來越多的關注。尤其是，在各種催化劑中，Fe摻雜的NiOOH在堿性介質中表現出了創紀錄的OER性能。理論上，包括Ni4+在內的暴露在NiOOH邊緣的欠配位面被認為具有高OER催化活性。
近日，韓國高麗大學Kwangyeol Lee，慶北大學Sang-Il Choi，韓國科學技術院Yousung Jung，韓國科學技術研究院Hyung-Suk Oh報道了提出了一種合理的合成Fe摻雜的Ni羥基氧化物納米晶的方法，這種納米晶完全暴露了不配位的晶面，并展示了它們作為一種高活性和強健的堿性OER電催化劑的潛力。
本文要點：
1）研究發現，在OER開始前或OER過程中，自發形成了一種垂直晶化的β-Fe/NiOOH層，并通過小平面特異的離子異質外延穩定在所制備的FedpNi-Oh表面。這種獨特的異質外延是抑制惡化晶體剝落的關鍵，即使在惡劣的OER條件下也是如此。
2）原位XAS實驗表明，在OER操作過程中，Fe8Ni⊥β-OOH中Ni2+和Ni4+增加的比例相當，證明了Fe輔助的Ni3+歧化反應。研究還表明，Ni位點+2和+4態的循環是影響催化劑活性的關鍵因素。DFT計算表明，垂直結晶的β-Fe/NiOH中的Fe摻雜導致晶格氧之間的質子轉移，導致Ni3+向Ni2+和Ni4+的局部價態變化，這與XAS觀察結果一致。此外，垂直晶體結構和Fe摻雜的協同作用顯著降低了Ni表面*O中間體的自由能和OER的過電位。
3）NidpFe⊥β-OOH在電流密度為10 mA cm-2時表現出210 mV的低過電位，法拉第效率為94.5%，具有半永久性且不失活，是性能最好的堿性OER催化劑之一。
所描述的合成方法和揭示的真實催化活性中心有望對設計晶面控制和表面組成控制的過渡金屬羥基氧化物作為電催化劑提供有效的指導。
Kim et al., Vertical-crystalline Fe-doped β-Ni oxyhydroxides for highly active and stable oxygen evolution reaction, Matter (2021)
DOI：10.1016/j.matt.2021.09.003
https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.09.003
4. Angew：具有重建羥基氧化物表面的SmCo5用于高溫下的自旋選擇性水氧化
眾所周知，析氧反應（OER）的緩慢反應動力學限制了電解制氫的效率。表面重構鐵磁(FM)催化劑在FM/羥基氧化物界面具有自旋釘扎效應，可以促進與自旋相關的OER動力學。然而，在實際應用中，電解槽是在高溫下運行，這可能會擾亂FM催化劑的自旋取向，進而限制其性能。因此，為了在實際應用中充分利用FM OER催化劑的自旋選擇性電子轉移性能，需要其具有高居里溫度。近日，南洋理工大學徐梽川教授報道了開發了一種具有高OER活性的重構核/殼結構的SmCo5/CoOxHy 催化劑，該催化劑可耐高溫。
本文要點：
1）SmCo5顆粒在0.1 M中性KCl電解液中經歷20個循環伏安（CV）循環的預處理過程，以形成具有OER活性的SmCo5/CoOxHy核/殼顆粒。
2）SmCo5/CoOxHy催化劑的界面自旋由于自旋釘扎效應而部分極化，并可通過磁化過程進一步取向。這種極化的界面自旋促進了自旋選擇性電子轉移，并在高pH下借助自由基效應促進了三重態氧的生成，從而獲得了優異的OER性能。此外，磁化SmCo5/CoOxHy的OER性能的改善在60℃以下仍保持不變，這表明極化的界面自旋在此溫度下保持其取向。
3）這一獨特的性能使優化后的SmCo5/CoOxHy成為設計磁場耦合堿性水電解槽的潛在OER催化劑候選者。未來在這方面的工作將集中于在保持自旋釘扎效應的同時進一步提高溫度。一種可能的方法是通過引入其他陽離子來改變羥基氧化層的磁性，形成(CoxM1-x)OxHy，從而產生具有較強自旋釘扎效應的FM/AFM界面。
Riccardo Ruixi Chen, et al, SmCo5 with a reconstructed oxyhydroxide surface for spin-selective water oxidation under elevated temperature, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109065
https://doi.org/10.1002/anie.202109065
5. Angew：原子精確的均配型炔基保護的Ag15納米團簇用于CO2還原的結構分析和電催化性能
原子精確的Ag納米團簇為在原子水平上揭示結構和電催化性能之間的關系提供了一個理想的平臺。近日，華南理工大學唐正華, 卡內基梅隆大學金榮超教授，重慶大學唐青報道了一種具有均配型炔基保護的[Ag15(C≡CtBu)12+][CH3O-]納米簇合物（簡稱Ag15）的合成、結構分析和CO2RR電催化性能。
本文要點：
1）研究發現，Ag15是迄今為止，所報道的最小的具有兩個自由電子的全炔基保護的Ag超原子。X射線晶體學研究表明，該晶體為體心立方（BCC）結構，具有Ag@Ag8@Ag6金屬核構型。
2）在晶體生長過程中，Ag15可以吸附空氣中的CO2形成一維材料。在CO2RR試驗中，CO生成的FECO最高可達95%，且具有良好的長期穩定性，同時能夠顯著抑制析氫副反應。
3）研究人員利用密度泛函理論（DFT）計算了CO2轉化為CO的每個基本步驟的自由能變化和競爭性HER反應，發現從完整的Ag15 NC中徹底釋放出一個配體（-C-≡CR），即Ag15(C≡C-tBU)11+，暴露出作為CO生成活性物種的未配位的Ag原子。
本研究為制備原子精確的全炔基保護的Ag納米簇合物提供了一條新的途徑，并將推動人們對炔基保護金屬納米簇催化CO2RR的基本機理的理解。
Lubing Qin, et al, Homoleptic Alkynyl-Protected Ag15 Nanocluster with Atomic Precision: Structural Analysis and Electrocatalytic Performance toward CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110330
https://doi.org/10.1002/anie.202110330
6. Angew：一種新型低應變磷酸鹽正極用于高倍率超長循環壽命鉀離子電池
由于鉀離子半徑比較大，大部分PIB正極材料結構穩定性不足，導致其循環性能較差。近日，南京師范大學周小四教授報道了一種新型低應變磷酸鹽材料K3(VO)(HV2O3)(PO4)2(HPO4)（簡稱KVP）的可控合成，并作為PIBs的高效正極。
本文要點：
1）所合成的KVP納米尺正極在20 mA g?1下的初始可逆容量為80.6 mAh g?1，平均工作電位為4.11 V，在5 A g?1下表現出54.4 mAh g?1的優異倍率性能，2500次循環的容量保持率為92.1%。
2）KVP納米尺正極優異的儲鉀性能源于低應變的K+脫/嵌機制、固有的半導體特性和較小的K+遷移能壘。此外，KVP納米尺//聚苯胺插層的鈦酸鹽全電池具有較高的能量密度和較長的循環穩定性，驗證了KVP納米尺正極在PIBs中的優越性。
這種高電壓、低應變的磷酸鹽材料是一種具有競爭力的PIBs正極材料，有望在未來引起更多的關注和研究。
Jiaying Liao, et al, A Novel Low-Strain Phosphate Cathode for High-Rate and Ultralong Cycle-Life Potassium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202112183
https://doi.org/10.1002/anie.202112183
7. AM：多金屬有機骨架納米八面體的合理設計與通用合成助力Li-S電池
金屬有機骨架（MOFs）由中心金屬節點和有機連接物組成，是一類發展迅速、應用潛力巨大的結晶型多孔材料。近日，揚州大學龐歡教授報道了多金屬MnM-MIL-100納米八面體的一步法合成及其在電化學儲能中的應用。
本文要點：
1）研究人員用水熱法制備了單金屬Mn-MIL-100、雙金屬MnM-MIL-100（M=Mg2+、Al3+、Ca2+、Cr3+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Sr2+、Sn2+、Ba2+、Ce3+、Pb2+和Bi3+）和三金屬MIL-100（MnNiCu-MIL-100和MnNiCo-MIL-100）。此外，金屬離子的種類和比例可以在不影響拓撲結構的情況下進行合理的調節。
2）研究人員結合X射線吸收精細結構(XAFS)譜和密度泛函理論(DFT)計算，揭示了含Mn、Ni結點的雙金屬MOF的本征特性。
3）研究人員采用熔融擴散法制備了一系列納米八面體用于鋰硫（Li-S）電池電極材料。電化學測試結果表明，多金屬MOF電極表現出優異的Li-S電池性能，尤其是MnNi-MIL-100@S，具有最高的比容量（1579.8 mAh g?1），循環200次后仍保持708.8 mAh g?1。
4）這一策略還可用于整合不能被結合到母體MOF結構中的金屬離子，以生成單金屬MOF納米八面體，從而合理地生成新穎的多金屬MOF。
這項結果表明，多金屬MOF在電化學儲能方面具有一定的應用潛力。
Wenting Li, et al, Rational Design and General Synthesis of Multimetallic Metal–Organic Framework Nano-Octahedra for Enhanced Li–S Battery, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202105163
https://doi.org/10.1002/adma.202105163
8. AM：基于陽離子π共軛聚合物的高效且光譜穩定的藍色鈣鈦礦發光二極管
金屬鹵化物鈣鈦礦半導體在溶液處理的藍色發光二極管 (LED) 中表現出顯著的潛力。然而，導致陷阱介導的非輻射損失和鹵化物相分離的不滿意的效率和光譜穩定性仍然是藍色鈣鈦礦 LED 尚未解決的主要挑戰。蘇州大學Liang-Sheng Liao，Zhao-Kui Wang和劍橋大學Richard H. Friend, Lin-Song Cui(中國科學技術大學)等人利用芴基 π 共軛陽離子聚合物可以與鈣鈦礦半導體混合，以控制成膜和光電性能。
本文要點：
1）在天藍色和真藍色鈣鈦礦 LED上，分別實現了11.2% 和 8.0% 的創紀錄外量子效率，其國際照明委員會坐標為 (0.08, 0.22) 和 (0.12, 0.13)。
2）此外，具有共軛陽離子聚合物的混合鹵化物鈣鈦礦在外部偏壓下表現出優異的光譜穩定性。該結果表明，π 共軛陽離子聚合物具有實現具有穩定電致發光的高效藍色混合鹵化物鈣鈦礦 LED 的巨大潛力。
Shuai Yuan, et al. Efficient and Spectrally Stable Blue Perovskite Light-Emitting Diodes Employing a Cationic π-Conjugated Polymer, Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202103640
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202103640
9. Small Methods：Mo基干凝膠碳納米籠中高度分散的Mo2C納米點用作高效析氫電催化劑
電化學水分解制氫有望實現氫燃料電池的大規模應用。然而，要實現這一技術，開發價格低廉、貴金屬含量低且具有高析氫（HER）性能的電催化劑至關重要。Mo2C納米顆粒由于其電子結構與鉑相似，近年來作為無貴金屬電催化劑備受關注。然而，如何在納米尺度上合成具有高催化活性的Mo2C仍然是一個巨大的挑戰。此外，盡管人們已經努力防止它們聚集，但這些顆粒在高溫碳化過程中會聚集。
近日，太原理工大學杜建平教授，武漢理工大學麥立強教授，新澤西州立大學Tewodros Asefa報道了采用溶膠-凝膠法制備了具有電催化活性的酒石酸鉬干凝膠，并將其固定在三維碳納米籠中制備了具有電催化活性的Mo2C納米顆粒（Mo2C/C）。
本文要點：
1）在熱解過程中，干凝膠轉變為三維籠狀結構，Mo原子原位轉變為尺寸小于5 nm的超細Mo2C納米顆粒，在碳納米籠中生成了穩定、分散良好的Mo2C納米點。
2）結果表明，這些材料在堿性和酸性溶液中都能很好地電催化HER，同時保持出色的穩定性。此外，研究發現材料中Mo（或Mo2C）的量和熱解溫度對材料的HER電催化活性具有重要影響。特別是在900 °C下制備的Mo含量適中的Mo2C/C-0.5（或Mo2C/C-900）材料，在堿性和酸性溶液中都表現出了優異的活性和較高的穩定性。
該合成策略不僅有利于合成分散良好的Mo2C納米點而不會引起顆粒聚集，而且方法簡單。此外，該合成路線可以很容易地擴展到其他干凝膠，可以作為制備其他分散良好的納米點或用于可再生能源設備的替代貴金屬無金屬電催化劑的前驅體。
Qianqian Du, et al, Highly Dispersed Mo2C Nanodots in Carbon Nanocages Derived from Mo-Based Xerogel: Efficient Electrocatalysts for Hydrogen Evolution, Small Methods 2021
DOI: 10.1002/smtd.202100334
https://doi.org/10.1002/smtd.202100334
10. AEM：從0D到3D的Bi尺寸控制用于具有出色動力學和循環穩定性的儲鉀
鉍（Bi）基鉀離子電池（KIBs）負極因其高容積比容量（3800 mA h mL?1）而備受關注。然而，Bi基材料在循環過程中面臨著巨大的體積變化。近日，中科大余彥教授報道了開發了納米鉍（0D-Bi）、Bi納米分支(1D-Bi)、Bi納米片（2D-Bi）和三維連續體多孔Bi（3D-Bi）等一系列不同維數的Bi材料。深入研究了不同尺寸Bi材料在合金化/脫合金化反應中的形態演變過程。并對維度調控如何提高Bi基電極在動力學優化、電子傳遞加速、充放電時的機械穩定性等方面的性能進行了全面的了解。
本文要點：
1）2D-Bi衍生的連續多孔Bi納米晶顯示出最穩定的結構，能夠適應循環過程中巨大的體積變化。此外，深入的X射線光電子能譜（XPS）揭示了二甲氧基乙烷（DME）衍生的固體電解質界面（SEI）膜的化學組成和結構。
2）得益于獨特的衍生結構和堅固的SEI膜，2D-Bi實現了卓越的長期循環穩定性（10 A g?1下750次循環后的344 mA h g?1）和出色的倍率性能（相對于1 A g?1時的容量，30 A g?1時的容量保持率為88.3%）。當與普魯士藍（PB）正極配對時，組裝的全電池（2D-Bi//PB）具有較高的能量密度（174 W h kg?1，475 W kg?1）和穩定的循環性能。
3）通過X-射線衍射（XRD）分析，研究人員發現二次鉀化過程后形成了立方K3Bi，進一步揭示了其詳細的儲鉀機理。
這些研究有助于推進Bi系材料在KIBs中的理論研究和實際應用。
Xiaolong Cheng, et al, From 0D to 3D: Dimensional Control of Bismuth for Potassium Storage with Superb Kinetics and Cycling Stability, Adv. Energy Mater, 2021
DOI: 10.1002/aenm.202102263
https://doi.org/10.1002/aenm.202102263
11. AEM：傳質強化促進原子分散的Ni-N4位點上的CO2還原
溫和條件下的電催化CO2還原反應（CO2RR）不僅是將CO2轉化為增值化學品和燃料的有效途徑，而且有助于解決化石燃料過度消耗造成的全球變暖問題。然而，由于CO2分子的化學惰性，CO2RR經歷了競爭性的析氫反應和緩慢的動力學過程，從而降低了產物的選擇性和轉化效率。因此迫切需要高效的電催化劑以實現低過電位、高選擇性和大電流密度的CO2RR。
近日，北京科技大學姜建壯教授，王康副教授，中國科學院寧波材料技術與工程研究所陳亮研究員報道了通過一種逐步填孔合成方法，將原子分散的Ni-N4位點錨定在介孔碳上，制備了一種用于電催化CO2RR的活性催化劑A-Ni@CMK。
本文要點：
1）Ni2+和鄰苯二甲腈通過初濕浸漬的方法均勻分散在CMK-3表面。隨后，在N2氣氛中，將混合物在250 °C熱處理1 h，然后在800 ℃熱處理2 h，然后進行酸浸以去除Ni納米顆粒，得到A-Ni@CMK。
2）實驗結果顯示，在較寬的電化學電位范圍內（?0.5?0.9 V vs RHE）的CO產物法拉第效率（FECO）超過80%，在?0.6 V和?0.8 V處的CO部分電流密度分別為24和51 mA cm?2。值得注意的是，A-Ni@CMK催化劑的JCO在0.8 V時可進一步達到366 mA cm?2的工業水平，FECO 超過95%，超過了目前報道的所有Ni-N-C催化劑的JCO，是性能最佳的CO2RR電催化劑之一。
3）密度泛函理論（DFT）計算結果表明，Ni-N4位點對CO2RR的高本征活性導致了較高的選擇性。此外，介孔通道有利于反應物CO2和氣相產物CO的傳質，提高了反應動力學，從而提高了所制備的A-Ni@CMK催化劑的CO2轉化為CO的整體性能。
Baotong Chen, et al, Enhancement of Mass Transfer for Facilitating Industrial-Level CO2 Electroreduction on Atomic Ni-N4 Sites, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202102152
https://doi.org/10.1002/aenm.202102152
12. ACS Energy Lett.：木炭基單原子催化劑用于可充電鋅-空氣電池
低成本、高效的氧還原反應/析氧反應（ORR/OER）雙功能電催化劑對于可充電鋅?空氣電池的應用至關重要。考慮到單原子催化劑（SACs）的高催化活性，大規模制備SACs用于ZABS是可取的，但仍具有挑戰性。近日，華南理工大學彭新文教授，斯坦福大學Khalil Amine，阿貢國家實驗室陸俊教授報道了提出了一種新的、有效的二合一制備板狀SACs的策略。
本文要點：
1）Lewis酸被廣泛應用于制漿工業的早期預處理，將木材水解成5-羥甲基糠醛和其他產品。在本工作中，FeCl3能夠同時部分水解木材中的纖維素和半纖維素，不僅留下了豐富的納米孔，而且在微通道中嵌入了大量的Fe3+離子。碳化后的非摻雜炭化木質炭進一步還原和穩定了配位的Fe3+。
2）將所制備的Fe?N?C單原子催化劑負載在木質多孔炭（SAC-FEN-WPC），不使用粘結劑和碳布，直接用作ZABs的自支撐電極材料。由于具有層次化的多孔結構和單原子均勻分散在木質碳基體上，SAC-FEN-WPC具有較高的ORR/OER反應性，其ORR半波電位為0.85 V（與可逆氫電極相比）和過電位ΔE（EOER?EORR）為0.78 V。而以SAC-FEN-WPC為陰極構建的ZAB具有較高的功率密度（70.2 mW cm?2，準固態）和長期穩定性。
這種方法成功地將單原子Fe?N?C催化劑引入到資源豐富的木材上，為低成本、大規模制備SACs提供了一種很有前途的策略。
Linxin Zhong, et al, Wood Carbon Based Single-Atom Catalyst for Rechargeable Zn?Air Batteries, ACS Energy Lett.2021
DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01678
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01678
