1. Science Advances：氧化型化學氣相沉積聚合物用于圖案化傳感器
在織物上構建聚合物傳感器對于發展各種各樣的應用具有廣泛前景，尤其是直接在現成的可穿戴或織物上直接構建聚合物傳感器。經典的溶液相處理方法中存在明顯的局限性，因為織物的表面潤濕性非常差。
有鑒于此，普渡大學Sunghwan Lee等報道通過氧化性化學氣相沉積法oCVD(oxidative chemical vapor deposition)，成功的在日常使用的各種織物上均勻擔載PEDOT層，為發展可穿戴傳感器提供經驗。這種oCVD技術非常獨特，能夠實現可調控沉積厚度的同時實現各種圖案化，而且能夠保證織物本身的特點和優勢，比如優異的機械穩定性和透氣性。
本文要點：
1）通過這種oCVD技術的優異性能，成功的在市售一次性手套和口罩上直接沉積圖案化的PEDOT，實現了構建血壓和呼吸頻率監測傳感器。
2）本文的研究成果為發展能夠在皮膚上搭建傳感器用于監控人體的身體健康，給出l了有效和方便的方法。
Michael Clevenger, et al, Binder-free printed PEDOT wearable sensors on everyday fabrics using oxidative chemical vapor deposition, Science Advances, 2021, 7(42), eabj8958
DOI: 10.1126/sciadv.abj8958
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj8958
2. EES：一種由雙層MOF衍生的具有鐵單原子位點的pH通用型ORR電催化劑助力性能出色的柔性準固態可充電鋅-空氣電池
開發一種高效、易制備、非貴金屬的電催化劑用于氧還原反應（ORR）具有重要意義。近日，西北工業大學黃維院士，韓云虎教授報道了開發了一種雙層ZIF-8（一種類沸石結構的MOF）的策略，將含有乙酰丙酮鐵的ZIF-8生長在所制備的ZIF-8核（ZIF-8@Fe/ZIF-8）之外，成功制備出一種負載在層狀多孔CN載體上的富缺陷的單鐵單原子位點催化劑（Fe1/d-CN）。
本文要點：
1）所制備的Fe1/d-CN催化劑在pH通用電解液中，特別是在堿性介質中，具有良好的ORR電催化活性，具有0.950 V（vs RHE）的半波電位，超過了商用Pt/C催化劑87 mV以上。此外，在酸性和中性介質中，Fe1/d-CN催化劑的ORR電催化活性與工業Pt/C催化劑相當。同時，在堿性、酸性和中性介質中，Fe1/d-CN催化劑在過電位為0.90 V、0.75 V和0.55 V時，分別具有22.7 mA cm-2、25.6 mA cm-2和17.1 mA cm-2的超高動力學電流密度（Jk）。
2）研究人員認為，鋅原子在熱解過程中揮發產生的豐富缺陷是催化劑具有良好的pH普適ORR活性的原因。由于缺陷的增加會破壞部分離域的π-電子，進而增強CN載體的Lewis堿性，導致eg-軌道（dz2）的下移，從而優化了Fe活性中心與反應中間體之間的結合強度。此外，Fe1/d-CN催化劑中的層次化多孔CN載體由于電子和質子的輸運而具有優異的pH普適ORR性能。
3）更重要的是，Fe1/d-CN催化劑在pH-通用電解質中表現出優異的耐久性，30 K循環后沒有明顯的損失。同時，基于Fe1/d-CN的柔性準固態鋅-空氣電池在堿性和中性電解液中表現出優異的性能，開路電壓分別為1.50 V和1.20 V，最大峰值功率密度分別為78.0 mV cm-2和15.8 mV cm-2，并具有良好的充放電耐久性和機械柔韌性。
Meiqi Zhao, et al, A pH-universal ORR catalyst with iron single-atom sites derived from double-layer MOF: superior flexible quasi-solid-state rechargeable Zn-air batteries, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE01602D
https://doi.org/10.1039/D1EE01602D
3. EES：具有化學計量電解質的質子陶瓷燃料電池的極高性能
質子導電電化學電池，特別是質子陶瓷燃料電池（PCFCs）具有較高的質子電導率和600 °C以下的低活化能，有望成為下一代能量轉換系統的突破性技術。然而，質子導電氧化物在燒結過程中的化學和物理穩定性較低，導致其電化學性能遠低于預期，限制了其應用。近日，成均館大學Wonyoung Lee報道了通過控制Ba在電解質表面附近的化學勢，成功地展示了一種具有極低歐姆電阻的化學計量比BaZr0.4Ce0.4Y0.1Yb0.1O3-δ（BZCYYb）電解質。
本文要點：
1）鈣鈦礦氧化物中A位陽離子含量與相分離、晶粒生長和質子電導率的強相關性證實了BZCYYb電解質中Ba在燒結過程中的非化學計量比導致了陽離子在整個電解液中的不均勻分布，惡化了其化學和物理穩定性，從而降低了質子電導率。此外，控制Ba的化學勢可以極大地提高化學和物理穩定性，以保持所需的化學計量比化學成分，促進晶粒生長，從而獲得低活化能的高質子電導率。
2）采用化學計量的BZCYYb電解質制作的單電池在陽極支撐配置下，在650 °C和550 °C時的峰值功率密度分別為1.90 W·cm-2和1.01 W·cm-2，具有優異的電化學穩定性。這一單電池性能超過了所有以前報道的PCFC，這主要歸功于電解質降低的歐姆電阻降低（650 °C時為0.060 ohm·cm-2,550 °C時為0.082 ohm·cm-2），這一點可以通過簡單控制燒結過程中的化學勢輕松而穩定地實現。
研究結果為質子導電氧化物電化學體系的電化學性能、熱穩定性和制備工藝的進一步突破提供了更多的可能性。
Mingi Choi, et al, Exceptionally high performance of protonic ceramic fuel cells with stoichiometric electrolytes, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE01497H
https://doi.org/10.1039/D1EE01497H
4. Angew：一種模塊化級聯合成策略用于結構受限的含硼多環芳烴
在多環芳烴（PAHs）中引入B、N或S等主族元素已被證明是一種有效的策略來調節母體π-共軛體系的物理化學性質，如化學反應性、電子能隙、氧化還原行為和固態超分子組織。近日，德國德累斯頓工業大學馮新亮教授，Ji Ma報道了以易得的鄰芳基取代的二芳基炔為原料，通過級聯反應合成了一種結構難于獲得的含硼多環芳烴（sc-B-PAHs）。
本文要點：
1）該多米諾骨牌過程包括硼化環化、1,4-硼遷移和連續的兩次親電硼化反應。通過級聯反應，研究人員合成了B摻雜的[4]螺烯（1a-1i）或BN摻雜的[4]螺烯（1n-1t）和雙[4]螺烯（1u-1v）兩種類型的sc-B-PAHs。
2）值得注意的是，這種合成策略的特點是產率適中（20-50%），底物范圍寬（18例），以及對多種官能團的耐受性等。
3）合成的sc-B-PAHs在常溫下表現出良好的穩定性，研究人員通過X射線晶體學、UV/Vis吸收光譜、熒光光譜和循環伏安對其進行了表征。有趣的是，BN摻雜的[4]螺烯1o在螺旋柱狀超結構中形成了獨特的交替的π堆積對映體二聚體，而BN摻雜的雙[4]螺烯1u則建立了前所未有的π堆積的三聚體三明治結構，具有罕見的2D層狀π堆積。
所報道的合成方法是一種快速合成新型sc-B-PAHs的有力工具，對于闡明結構-性質關系和研究潛在的光電應用具有很大的吸引力。
Jin-Jiang Zhang, et al, A Modular Cascade Synthetic Strategy Toward Structurally Constrained Boron-doped Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109840
https://doi.org/10.1002/anie.202109840
5. Angew：Fe-N-C和Ni-N-C單原子催化劑上的溫度依賴性CO2電還原
由于CO2電化學還原反應（CO2RR）和競爭性析氫反應（HER）的熱力學差異，反應溫度是調節CO2RR選擇性和活性的重要參數。近日，中科院大連化物所汪國雄研究員報道了研究了Fe-N-C和Ni-N-C單原子催化劑在303-343 K溫度范圍內CO2RR隨溫度的變化。
本文要點：
1）在高過電位下，提高反應溫度可分別提高和降低Fe-N-C和Ni-N-C催化劑上的CO法拉第效率。Fe-N-C催化劑上的電流密度隨溫度升高而增大，在323 K時進入平臺期，在343 K時達到最大值185.8 mA cm-2。Ni-N-C催化劑上的CO電流密度在323 K時達到最大值252.5 mA cm-2，在343 K時顯著下降到202.9 mA cm-2。
2）程序升溫脫附（CO-TPD）結果和密度泛函理論（DFT）計算表明，Fe-N-C和Ni-N-C催化劑對CO法拉第效率和電流密度隨溫度變化的差異是由于關鍵反應中間產物在CO2RR過程中吸附強度不同造成的。
這項研究表明，反應溫度是調整單原子催化劑催化性能以提高CO2RR性能的重要參數。
Long Lin, et al, Temperature-Dependent CO2 Electroreduction over Fe-N-C and Ni-N-C Single-Atom Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202113135
https://doi.org/10.1002/anie.202113135
6. Angew：OER預催化劑表面重組中陽離子空位缺陷的演變
研究發現，缺陷可以提高NiFe-LDH的析氧反應（OER）電催化性能。然而，人們對它們的具體構型和在調節電催化劑表面重構中所起的作用仍然無法明確。近日，廈門大學李君濤教授，周堯副教授報道了NiFe-LDH固體中M2+/3+（M=Ni/Fe）由于非質子溶劑分子的溶劑化作用而溶解，形成豐富的陽離子缺陷。
本文要點：
1）與原始NiFe-LDH納米片相比，富缺陷NiFe-LDH納米片的氧化態Fe(3+δ)+（0<δ<1）種類更多，m-o長度更短，m-m距離更長。< span="">
2）密度泛函理論（DFT）計算表明，由此產生的空位缺陷主要由組態VM決定，隨著外加電壓的增加，空位VM趨向于轉變為VMOH，VMOH最終演化為VMOH-H，這是一種活性最強但最難形成的陽離子空位缺陷。
3）OER過程的原位拉曼光譜觀察結果顯示，隨著電壓的升高，NiFe-LDH中的陽離子缺陷有利于晶態Ni(OH)x物種向缺陷態的局域轉化，最終形成局域NiOOH物種。局域NiOOH的產生是空位缺陷VMOH-H形成的殘余產物。因此，陽離子缺陷隨著外加電壓的增加而演化（VM→VMOH→VMOH-H），揭示了NiFe-LDH表面重構過程的本質（結晶Ni(OH)x→無序Ni(OH)x→NiOOH）。
這項研究為NiFe-LDH作為高效OER電催化的典型預催化劑的缺陷誘導表面重構行為提供了洞察力。
Yi-jin Wu, et al, Evolution of Cationic Vacancy Defects: A Motif for Surface Restructuration of OER Precatalyst, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202112447
https://doi.org/10.1002/anie.202112447
7. Angew：空間結構控制：一種棒狀紫精實現水溶液氧化還原液流電池的長壽命
為了滿足人們對可再生能源高效利用的需求，開發和應用安全、低成本的大規模儲能系統具有重要意義。氧化還原液流電池因其獨立的能源/動力部署、低成本、長壽命和高安全性而被認為是解決這一挑戰的一種有前途的替代方案。與無機金屬液流電池不同，水系有機氧化還原液流電池（AORFBs）有多種水溶性氧化還原活性物質可供選擇，如醌、氮氧自由基、紫精、二茂鐵、氮雜環和熒酮。這些有機分子主要由C、H、O和N組成，可降低電池成本。
近日，西安交通大學宋江選教授，Hao Fan報道了通過一種用于中性水溶液有機氧化還原液流電池（AORFB）的空間結構調控策略，首次開發出一種穩定的棒狀磺化紫精（R-Vi）衍生物。
本文要點：
1）研究發現，得到的R-Vi在4,4‘-聯吡啶核環的2,2’,6,6‘-位上有四個單獨的甲基。被束縛的甲基限制了烷基鏈和磺酸陰離子的運動，從而驅動空間結構從S字形變成桿狀。
2）具有大分子尺寸、弱電荷吸引的R-Vi的透過率極低，僅為典型S型紫精的14.7%。此外，甲基的供電子效應使R-Vi在基于單電子儲存紫精AORFBs中具有-0.55 V（vs.SHE）的最低氧化還原電位。
3）采用R-Vi陽極液和K4Fe(CN)6陰極液的AORFB在連續3200次循環中，能效高達87%，容量衰減率僅為0.007%。
Hongbin Li, et al, Spatial Structure Regulation: A Rod-Shaped Viologen Enables Long Lifetime in Aqueous Redox Flow Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110010
https://doi.org/10.1002/anie.202110010
8. AM：通過擴展 π 共軛的有機間隔物實現高效穩定的2D鈣鈦礦電池
2D Dion-Jacobson (DJ) 鈣鈦礦由于缺乏相對于 2D Ruddlesden-Popper 鈣鈦礦的范德華間隙，已成為一種具有優異結構和環境穩定性的新興光伏材料。南開大學劉永勝等人成功開發了一種基于稠合噻吩的間隔物，即TTDMAI，用于 2D DJ 鈣鈦礦太陽能電池。
本文要點：
1）研究發現，使用TTDMA間隔物并延長π共軛長度的 DJ 鈣鈦礦表現出高薄膜質量、大晶體尺寸和由前體溶液中的大晶核誘導的優選晶體垂直取向，導致較低的陷阱密度、降低的激子結合能和定向電荷傳輸。
2）因此，基于TTDMA（標稱 n = 4）的優化 2D DJ 鈣鈦礦器件可提供高達18.82% 的最高PCE。重要的是，基于TTDMA的未封裝器件在N2中儲存 4400 小時（超過6 個月）后可以維持其原始效率的平均99%。此外，與3D同類器件相比，光、熱、環境和操作穩定性也得到了明顯改善。
Xu, Z., Lu, D., Dong, X., Chen, M., Fu, Q., Liu, Y., Highly Efficient and Stable Dion?Jacobson Perovskite Solar Cells Enabled by Extended π-Conjugation of Organic Spacer. Adv. Mater. 2021, 2105083.
DOI：10.1002/adma.202105083
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202105083
9. AM：基于一步成型γ-CsPbI3長方體微晶的深紅色鈣鈦礦發光二極管
具有高化學穩定性的無機 CsPbI3 鈣鈦礦對于具有高色純度的高效深紅色鈣鈦礦發光二極管 (PeLED) 具有吸引力。與基于非原位合成的CsPbI3 納米晶體/量子點的PeLED相比，在高電流密度下具有低電導率和效率下降。同時，從前驅體溶液原位沉積的 3D CsPbI3薄膜可以保持高電導率，但顯示出高陷阱密度。上海交通大學趙一新等人報道了一種新的策略。
本文要點：
1）研究人員證明了引入碘化二銨可以增加前驅體溶液中膠體的尺寸，延緩相變速率，并鈍化原位形成的長方體微晶的陷阱態。
2）基于一步成型的 3D CsPbI3長方體微晶薄膜的PeLED顯示出高達15.03%的峰值外量子效率 (EQE) 值，因為它具有高電導率和減少的陷阱態。
3）此外，這種一步法還具有較寬的加工窗口，這對大面積PeLED模塊的流水線生產具有吸引力。成功制造了 9 cm2 的PeLED ，具有10.30%的峰值 EQE。
Miao, Y., Liu, X., Chen, Y., Zhang, T., Wang, T., Zhao, Y., Deep-Red Perovskite Light-Emitting Diodes Based on One-Step-Formed γ-CsPbI3 Cuboid Crystallites. Adv. Mater. 2021, 2105699.
DOI：10.1002/adma.202105699
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105699
10. AM: 用于高性能有機光伏電池的通用非鹵化聚合物供體
非鹵化聚合物由于其制備成本低的優勢，在有機光伏 (OPV) 電池的商業化方面具有巨大潛力。然而，非鹵化聚合物在溶液中通常具有高 HOMO 能級和較差的自聚集性能，從而導致低功率轉換效率 (PCE)。中科院化學所侯劍輝和Cunbin An等人制備了兩種非鹵化聚合物PB1和PB2，并表現出不同的光伏性能。
本文要點：
1）當聚合物用于制造帶有BTP-eC9的OPV電池時，基于PB1的設備僅提供5.3%的PCE，而基于PB2的設備顯示出出色的 PCE 為 17.7%。
2）在引入PBDB-TF作為第三個組件后，基于PB2:PBDB-TF:BTP-eC9的最佳重量比為0.5:0.5:1 的設備實現了高達 18.4%的PCE。更重要的是，PB2與各種非富勒烯受體表現出良好的相容性，以實現比基于經典聚合物（PBDB-T和PBDB-TF）的器件更好的 CE。
3）當PB2與寬帶隙電子受體 (F-BTA3) 結合時，該器件在1000 勒克斯發光二極管照明的光強度下，對于1 cm2和10 cm2器件分別顯示出27.1%和24.6%的優異 CE。
這些結果為合理設計新型非鹵化聚合物供體以進一步開發低成本材料和拓寬OPV電池的應用提供了新的見解。
Zhang, T., An, C., Cui, Y., Zhang, J., Bi, P., Yang, C., Zhang, S. and Hou, J. (2021), A Universal Non-halogenated Polymer Donor for High-performance Organic Photovoltaic Cells. Adv. Mater.，2021.
DOI：10.1002/adma.202105803
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105803
11. AM：用于電池級高能量密度全固態電池的集成超薄和高離子導電硫化物膜的兩親性粘合劑
目前全固態鋰電池 (ASLB) 中使用的硫化物固態電解質（SE）膜具有高厚度（0.5-1.0 mm）和低離子電導（<25 mS），這限制了電池的能量和功率密度。近日，美國東北大學Hongli Zhu研究員等人報道了一種超低厚度的獨立式SE膜。
本文要點：
1）基于乙基纖維素獨特的兩親分子結構、卓越的熱穩定性和出色的結合能力，本文制造了一種超低厚度為 47 μm的獨立式 SE 膜。以乙基纖維素為有效分散劑和粘合劑，Li6PS5Cl在甲苯中均勻分散，具有優異的成膜性。
2）實現了 4.32 Ω cm-2 的超低面電阻和291 mS的顯著離子電導（比最先進的硫化物 SE 膜高一個數量級）。與這種SE膜組裝在一起的ASLB分別提供了175 Wh kg-1和 675 Wh L-1的電池級高重量和體積能量密度。
Daxian Cao, et al. Zhu, H., Amphipathic Binder Integrating Ultrathin and Highly Ion-Conductive Sulfide Membrane for Cell-Level High-Energy-Density All-Solid-State Batteries. Adv. Mater. 2021, 2105505.
DOI：10.1002/adma.202105505
https://doi.org/10.1002/adma.202105505
12. ACS Nano：混合納米凝膠用于保護溶酶體完整性以用于熒光成像
溶酶體熒光成像技術是一種研究活細胞中溶酶體的生理特性的有效工具，但持續性的光照往往會不可避免地會導致溶酶體發生損傷和造成光毒性。威爾康乃爾醫學院Ching-Hsuan Tung和Weiqi Zhang構建了一種共負載鉑納米顆粒和奎納克林的納米凝膠以用于實現具有最小化光損傷的長期溶酶體示蹤。
本文要點：
1）實驗將順鉑作為交聯劑以保留所有組分，然后通過乙醇將其原位還原成鉑納米顆粒，從而構建了該復合型納米凝膠。
2）實驗結果表明，鉑納米顆粒能夠清除光誘導、可損傷溶酶體膜的活性氧，進而使得該復合型納米凝膠能夠實現對溶酶體的長期奎納克林熒光成像。
Weiqi Zhang. et al. A Hybrid Nanogel to Preserve Lysosome Integrity for Fluorescence Imaging. ACS Nano. 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c05864
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c05864
