1. Nature Mater.: 納米摩擦學運動中單個原子擴散的表征
長期以來，科學家們一直無法直接觀察到納米摩擦學領域中滑動界面上發生了什么。雖然基于原子力顯微鏡的技術已經在納米尺度上識別了許多摩擦現象，但許多對于缺陷的解釋仍然是歸因于接觸表面的間接或非原位表征造成的。有鑒于此，美國匹茲堡大學的Scott X. Mao教授，Guofeng Wang教授和西北太平洋國家實驗室Chongmin Wang教授等結合了原位高分辨率透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡，直接揭示了原子擴散在金屬接觸摩擦中的獨特作用。
本文要點：
1）提供了摩擦過程中原子尺度界面結構的直接實時觀察，在拉伸應力下，原子擴散形成松散的夾層，作為反滑動凸體之間的潤滑劑，導致極低的摩擦。
2）在壓應力作用下，松散的夾層在平衡距離處成為有序層，導致了低摩擦運動向耗散高摩擦運動的轉變。
3）松散的夾層只在最大黏附應力處存在，在接近平衡距離時消失。此外，粗糙表面的接觸角在界面結構中也起著不可忽視的作用，從而影響原子摩擦的基本機理。
4）該工作揭示了金屬單凸體之間超出一般預期的低摩擦的起源，這突出了原子擴散在決定界面結構和原子摩擦機制中的關鍵作用。
He, Y., She, D., Liu, Z. et al. Atomistic observation on diffusion-mediated friction between single-asperity contacts. Nat. Mater. (2021).
DOI: 10.1038/s41563-021-01091-3
https://doi.org/10.1038/s41563-021-01091-3
2. Nature Chem.: 納米粒子與帶電小分子靜電共組裝成靜態和動態超結構
庫侖相互作用可以用來將帶電的納米粒子組裝成更高維度的結構，但這一過程需要具有相同大小且帶相反電荷的“伴侶”。利用結構簡單的小分子來介導這些帶電納米粒子的組裝，將極大地促進納米結構材料的制造，并充分展示它們在催化、傳感和光子學方面的應用。有鑒于此，以色列魏茨曼科學研究所的Rafal Klajn等深入研究了分子和納米尺度上的靜電相互作用，發現帶3個負電荷的小分子可以在水相中有效地誘導帶相反電荷的納米粒子的自組裝。
本文要點：
1）帶電的納米粒子與尺寸小一個數量級的帶相反電荷的小分子共結晶，可以組裝成膠體晶體，這種膠體晶體以前只能通過具有相同尺寸且帶相反電納米粒子共結晶所獲得。
2）瞬態納米粒子組裝可以使用帶正電荷的納米粒子和可被酶水解成的多價負電荷離子?；谏鲜鼋Y果，開發了一種耗散自組裝(DSA)系統，在持續應用陰離子刺激時帶電納米粒子可以組裝狀態存在。
3）該發現為在水環境中制備和進一步研究靜態和動態納米結構材料提供了一種策略。
Bian, T., Gardin, A., Gemen, J. et al. Electrostatic co-assembly of nanoparticles with oppositely charged small molecules into static and dynamic superstructures. Nat. Chem. 13, 940–949 (2021).
DOI: 10.1038/s41557-021-00752-9
https://doi.org/10.1038/s41557-021-00752-9
3. Nature Chem.：二氧化氮加速氧化溶解在氣溶膠顆粒界面上的二氧化硫
盡管SO2在氣溶膠顆粒物中的多相化學對污染煙霧條件下的空氣質量非常重要，但對其相關機理和動力學缺乏基本的了解。特別是，關于NO2在氣溶膠顆粒物中SO2氧化中的重要性存在著相當大的爭議。有鑒于此，加拿大多倫多大學的Abbatt, Jonathan P. D.等研究人員，報道了二氧化氮加速氧化溶解在氣溶膠顆粒界面上的二氧化硫。
本文要點：
1）在緩沖pH值為4–5時，對大氣相關的潮解顆粒的實驗表明，NO2與SO32-（（1.4±0.5）×1010M-1s-1）反應的有效速率常數比稀溶液中的值大三個數量級以上。
2）氣溶膠粒子表面的界面反應可能會驅動非?？斓膭恿W。
3）研究結果表明，在受污染的煙霧條件下，SO2在氣溶膠表面被NO2氧化可能是硫酸鹽氣溶膠的一個重要來源。
Tengyu Liu, et al. Oxidation of sulfur dioxide by nitrogen dioxide accelerated at the interface of deliquesced aerosol particles. Nature Chemistry, 2021.
DOI：10.1038/s41557-021-00777-0
https://www.nature.com/articles/s41557-021-00777-0
4. Sci. Adv.：鈣鈦礦納米片構建高性能LED
通過溶液相方法合成平板鈣鈦礦LED為實現高性能價格合理的電致熒光器件、大面積顯示器、發光應用提供了一種方式和機會。通過使用較高比例平面躍遷偶極矩TDM（horizontal transition dipole moments）的發光層能夠大幅度提高平板LED的光耦合，但是目前基于各向異性鈣鈦礦材料的發光材料具有外量子效率較低的缺點（外量子效率<5%），這是因為目前難以同時進行調控tdm的取向、實現較高的外量子效率、在納米結構薄膜中實現電荷平衡。< span="">
有鑒于此，浙江大學金一政、葉志鎮等報道一種原位生長了各向異性鈣鈦礦以非常高的比例以面朝上(face-on)取向生長的納米片鈣鈦礦單層薄膜材料，構建了鈣鈦礦LED器件，展示了優異的LED器件性能。在這種鈣鈦礦納米片材料中的平面組成占比達到~84 %，因此在LED器件中實現了~31 %的光耦合效率，這個效率比各向同性器件的性能明顯更高（~23 %）。
本文要點：
1）合成。通過CsPbBr3的前驅液、LiBr、DMSO混合合成鈣鈦礦納米片，其中CsPbBr3前驅液的合成包括PBABr、PEABr、CsBr、PbBr2混合在DMSO溶液中并且在50 ℃反應2 h。LiBr溶液通過將LiBr溶解在DMSO溶液中。
2）作者發現通過在鈣鈦礦前驅液中加入LiBr能夠有效的提高熒光量子產率，在器件中實現了23.6 %的熒光量子產率，展示說明平板鈣鈦礦LED的前景。
Jieyuan Cui et al. Efficient light-emitting diodes based on oriented perovskite nanoplatelets, Science Advance 2021,
DOI: 10.1126/sciadv.abg8458
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg8458
5. Sci. Adv.：具有高溫熱穩定性的納米晶粒構建納米帶
金屬氧化物納米晶材料廣泛使用了其較高的比表面積優勢，在氣體傳感、催化等領域具有應用前景，但是納米尺度晶粒在熱力學上不穩定，導致其具有在高溫環境條件中長大的問題。
有鑒于此，耶魯大學Judy J. Cha、韓國科學技術院Yeon Sik Jung等報道了一種能夠改善金屬氧化物納米帶狀結構穩定性的方法，通過調控金屬/氧的原子比例、納米帶結構的限域作用，納米帶金屬氧化物能夠在900 ℃高溫條件中煅燒過程中保持穩定性。作者合成了平均粒徑為6 nm的SnOx納米帶，發現這種納米帶材料在900 ℃中煅燒36 h后，納米帶的晶粒大小仍得以很好的保持在6 nm，而且結構的整體性得以保持。
本文要點：
1）穩定性機制。作者發現隨著煅燒過程，無定型SnOx納米帶結構中過量的氧元素得以阻礙結晶過程中較小的納米晶粒的合并，因此得以阻礙晶粒的生長。
2）為了展示其應用的性能，作者將這種材料制備氣體傳感器，實現了較高的靈敏度和不常見的長期工作穩定效果。本文研究結果為同時提高金屬氧化物納米材料的性能、提高金屬氧化物納米材料的熱穩定性提供了一種以往未報到的方法。
Hyeuk Jin Han, et al, Unconventional grain growth suppression in oxygen-rich metal oxide nanoribbons, Science Advance 2021,
DOI: 10.1126/sciadv.abh2012
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh2012
6. Chem: 基于Fischer-Tropsch路線的合成氣直接轉化為不飽和烴的研究進展
費托合成法(FTS)引起了人們的極大關注，特別是那些缺乏石油但煤炭或天然氣儲量豐富的國家。近年來，合成氣轉化為烯烴、芳烴等高附加值產品已成為研究的熱點。由于煤炭的不可再生性質和缺乏競爭力的市場價值，開發用于工業化的先進 FTS 技術仍然是多相催化的研究前沿之一。從合成氣中直接合成烯烴和芳烴是一條較為理想的路線，是提高FTS工藝經濟可行性的有效途徑。
有鑒于此，北京大學馬丁教授、王蒙和中國科學院山西煤炭化學研究所溫曉東研究員、德國電子同步加速器的Qingjun Zhu等人，簡要介紹了通過費-托合成法將合成氣直接轉化為烯烴/芳烴的反應途徑。
本文要點：
1）從烯烴生成機理出發，綜述了控制烯烴或芳烴選擇性催化劑功能性質的四個關鍵因素，即活性金屬/相、過渡金屬促進劑、堿促進劑和催化劑載體，并介紹了光催化形式作為一種新的反應體系。
2）最后討論了提高產物選擇性和催化劑穩定性所面臨的挑戰，從新的角度探討了催化劑設計和催化體系的策略，催化劑結構與催化性能關系的理解方法，以及FTO/FTA的產業化前景。
總之，該工作不僅有助于合理設計新型 FTO/FTA 催化劑，并探討了其在未來合成氣化學中的工業應用。
Peng Zhai et al. Development of direct conversion of syngas to unsaturated hydrocarbons based on Fischer-Tropsch route. Chem, 2021.
DOI: 10.1016/j.chempr.2021.08.019
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.08.019
7. Chem: 堿金屬和堿土金屬對綠色氨合成的影響
堿金屬和堿土金屬 (AMs) 在氮活化和氨合成中起著不可或缺的作用。AM氧化物已被用作工業氨合成的催化劑促進劑，而AM金屬則是金屬有機配合物固氮常用的還原劑。隨著綠色氨合成技術的大力推進，AM在通過多種工藝的氮還原過程中發揮著更加突出的作用，并可與可再生能源的采集和儲存相結合。
有鑒于此，中國科學院大連化學物理研究所陳萍研究員等人，討論了AM、N2、H2和NH3之間的豐富化學性質；綜述了AM在非均相固氮和均相固氮方面的經典認識和新進展；并強調了非常規和活性AM材料在未來綠色氨合成中的多功能作用。
本文要點：
1）對氨工業脫碳的需求以及氨在可再生能源儲存中的潛在用途刺激了追求綠色氨生產的巨大研究努力。
2）近年來研究進展的一個突出特點是非常規的活性堿或堿土金屬(AM) 基材料，如氫化物、氫氧化物、電子化合物、氮化物和酰胺，通過有機金屬、熱催化、電化學、電化學、電化學等途徑，積極參與催化氮還原和氨合成。
3）闡明這些基于 AM 的材料與 N2、H2 和 NH3 的獨特化學性質將加深對 AM 多功能性的基本理解，從而為合理開發材料和工藝以解決溫和條件的氨合成提供新的途徑。
Qianru Wang et al. The impact of alkali and alkaline earth metals on green ammonia synthesis. Chem, 2021.
DOI: 10.1016/j.chempr.2021.08.021
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.08.021
8. EES：一種高性能、耐用、低成本的不銹鋼質子交換膜電解槽
質子交換膜水電解（PEMWE）是目前最有前途的可持續制氫技術。然而，由于鈦雙極板（BPPs）和多孔傳輸層（PTLs）的高成本，PEMWE仍無法與當前最先進的技術競爭。近日，德國宇航中心A. S. Gago報道了報告了一種采用采用涂覆不銹鋼（ss）BPPs和PTLs的高性能、耐用和低成本的PEMWE電池。
本文要點：
1）當在PEMWE電池中使用未涂覆ss時，電池迅速去極化，僅在0.15 A cm-2時，就達到2 V。在ss-BPP和ss-PTL上分別涂覆鈦和Nb/Ti非貴金屬涂層后，在保持相同性能的情況下，電流密度可提高13倍。
2）大量物理和電化學表征表明，在ss-PTL上的Nb/Ti涂層可以有效地在與陽極的界面上傳輸水和氣體。加速應力測試（AST）結果顯示，具有涂層ss的PEMWE電池超過1000 h。在測試結束時沒有觀察到膜或電極中存在鐵污染的跡象。
這項研究表明，PEMWE電池幾乎完全可以在ss中制造，從而極大降低了這項技術的成本，并促進了綠色氫氣的廣泛應用。
S. Stiber, et al, A high-performance, durable and low-cost proton exchange membrane electrolyser with stainless steel components, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/d1ee02112e
https://doi.org/10.1039/d1ee02112e
9. Angew：熔鹽一鍋法合成表面端基可控的Mxene
二維Mxene（Ti3C2Tx）的表面端基對其物理化學性質具有有很大影響。常用的刻蝕方法通常會在MXene中引入-F表面端基或金屬雜質。近日，中國科學院上海應用物理研究所王建強研究員，申淼副研究員報道了提出了一種合成無氟、無金屬雜質的Ti3C2Cl2的MS-E刻蝕新方法。通過在LiCl-KCl鹽中保持2.0 V的電解電壓，并在電化學和熱化學的共同作用下得到最終產物Ti3C2Cl2，其中Cl-的電吸收由電解電位決定，AlCl3的解吸由溫度決定。
本文要點：
1）DFT計算表明，有些Ti在高于0.94 V（vs. Ag/AgCl）的電位下會被過度刻蝕。而在一鍋熔鹽工藝中，加入各種無機鹽后，表面端基可由-Cl原位改性為-O或-S，大大縮短了改性步驟，豐富了表面端基的種類。
2）所得到的–O-端基的Ti3C2Tx電極在1.0 A g-1下的比容量為225 F g-1，在10 A g-1下的倍率性能為91.1%，在10 A g-1下進行10000次充放電循環后的容量保持率為100%，優于其他腐蝕方法制備的多層Ti3C2Tx電極。
3）通過這種工藝合成Mxene后不會產生酸性廢液，可重復利用，是一種綠色、可持續的方法。
Miao Shen, et al, One-pot green process to synthesize MXene with controllable surface terminations using molten salts, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110640
https://doi.org/10.1002/anie.202110640
10. Angew：非晶態雙金屬硼化物陣列穩定銥團簇的工程化晶格氧活化用于OER
開發堅固的用于析氧反應（OER）電催化劑需要在材料設計和對電解水的深入理解方面取得重大進展。近日，大連理工大學侯軍剛教授，高峻峰教授報道了在非晶態金屬硼化物陣列上穩定的銥（Ir）團簇表面重構氫氧化物，在10 mA cm-2時獲得了178 mV的超低過電位，并在堿性介質中獲得了極低的過電位。
本文要點：
1）研究發現，Ir團簇的耦合在原子尺度上誘導了高價Co物種和Ir與氫氧化物之間的Ir-O-Co橋的形成，使晶格氧活化和非協調的質子-電子轉移觸發了多個活性中心的本征pH依賴的OER活性。
2）研究人員通過原位18O同位素標記質譜和陰極過氧物種的化學識別，證實了晶格氧氧化機理（LOM）。理論計算表明，該催化劑的OER性能本質上受LOM途徑的控制，有利于反應動力學的進行。
這項工作不僅為電催化劑的合理設計鋪平了道路，而且也為晶格氧參與有前景的OER應用提供了基本見解。
Chen Wang, et al, Engineering lattice oxygen activation of iridium clusters stabilized on amorphous bimetal borides array for oxygen evolution reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202112870
https://doi.org/10.1002/anie.202112870
11. AM：一種光致SnO2/TiO2異質結助力鋰離子電池在能量密度上的突破
通過光照射為鋰離子電池（LIBs）供電將帶來能源存儲技術的范式轉變。近日，華東理工大學江浩教授報道了研制了一種以SnO2/TiO2異質結納米陣列為多功能陽極的光助可充電LIBs。
本文要點：
1）研究發現，LixTiO2 (x≥0)在光照下生成的電子-空穴對協同增強了SnO2和TiO2的鋰化動力學和電化學可逆性。由于SnO2和生成的Sn具有較強的正導帶電位（相對于TiO2），電子可以迅速地涌入SnO2和生成的Sn中，同時空穴也通過達到電荷平衡促進Li+嵌入TiO2中。
2）實驗結果顯示，電流密度為5 mA cm?2時，比容量從1.91 mAh cm?2顯著增加到3.47 mAh cm?2。更令人印象深刻的是，即使經過100次循環，也沒有出現容量損失，這是迄今為止光充電鋰電池的最佳報道性能，這是由于其強大而穩定的光響應電流。
這一發現為通過太陽能的有效轉換和存儲來突破鋰離子電池能量密度的限制提供了一條可行的途徑。
Chen Hu, et al, Light-Motivated SnO2/TiO2 Heterojunctions Enabling the Breakthrough in Energy Density for Lithium-Ion Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202103558
https://doi.org/10.1002/adma.202103558
12. AM：銥修飾的黑磷電催化劑表面依賴的中間吸附調節用于高效PH-通用水分解
二維（2D）黑磷（BP）是一種很有前途的用于催化析氫反應(HER)和析氧反應(OER)的電催化劑。然而，在OER過程中，氧中間體的吸附過于強烈，而在HER過程中，氫中間體的吸附過于弱，極大地影響了其實際的分水應用，在堿性條件下，電流密度達到10 mA cm?2的OER和HER的過電位分別高達450 mV和420 mV。
近日，澳大利亞昆士蘭科技大學Ziqi Sun，東南大學孫立濤教授，昆士蘭大學Yusuke Yamauchi報道了提出了一種有效的改性劑——金屬銥（Ir）納米團簇，用于調節2D BP 電催化劑在HER和OER過程中對反應中間體的吸附行為，從而提高其pH -通用范圍內的整體水分解性能。
本文要點：
1）通過調整BP和Ir物種在碳布(CC)基底上的浸涂順序，研究人員制備了兩種不同的BP-Ir異質結構催化劑：一種是將Ir納米顆粒涂在BP層（BPIr_sur）上，使其在表面暴露Ir納米顆粒，另一種是將Ir納米顆粒涂在CC基底上，然后將BP納米薄片涂在CC基底上（BPIr_be）。
2）實驗結果顯示，相比于商業化Pt/C (Pt/C, 76 mV@10 mA cm?2和444 mV@400 mA cm?2, 在1.0 m KOH中），合成的BPIr_be催化劑對表現出更好的HER電催化活性（1.98 mV@10 mA cm?2和125 mV@400 mA cm?2在1.0 m KOH中）。相比于商業化的RuO2(在1.0 m KOH和0.5 m H2SO4中的360 mV和440 mV)，具有優異的OER性能（290 mV@10 mA cm?2在1.0 m KOH和0.5 m H2SO4）。
3）有趣的是，這種Ir修飾的BP催化劑表現出表面依賴的催化增強。在相同的過電位條件下，通過向電解質系統優化暴露表面，在堿性電解槽中，具有暴露BP表面的BPIr_be的O2周轉頻率（TOF，4.41 s?1）和H2 TOF（22 s?1）比暴露Ir表面的BiIr_sur催化劑分別提高了近12倍和60倍（TOFO2為0.38 s?1，TOFH2為0.37 s?1）。此外，在堿性和酸性條件下，BPIr_be||BPIr_be雙電極對稱電池僅需1.54 V和1.57 V即可達到10 mA cm?2的理想電流密度。
4）密度泛函理論（DFT）計算和實驗結果表明，金屬Ir對2D BP的改性可以很好地調節反應中間體（H*和*O）的吸附，同時形成具有界面耦合效應的金屬Ir-P鍵，有利于電子轉移和降低速率確定步驟的過電位。同時，與BPIr_sur催化劑相比，裸露2D BP表面的BPIr_be催化劑能在較寬的pH范圍內有效地抑制金屬Ir改性劑的氧化程度，實現其在較寬的pH范圍內長時間循環。
因此，在2D BP納米片中引入金屬Ir修飾劑，可以有效地激活異質界面的催化活性，擴大其在各種電催化領域的應用。這種改性的BP催化劑的性能幾乎超過了所有已報道的BP基催化劑。
Jun Mei, et al, Surface-Dependent Intermediate Adsorption Modulation on Iridium-Modified Black Phosphorus Electrocatalysts for Efficient pH-Universal Water Splitting, Adv. Mater. 2021,
DOI: 10.1002/adma.202104638
https://doi.org/10.1002/adma.202104638
