1. Nature Chemistry：化學計量二維非范德華AgCrS2在室溫下具有超離子行為
層狀材料在二維結構中的應用引起了人們極大的興趣。通過范德華相互作用將各層連接在一起的材料，如石墨或過渡金屬二鹵化物，可以通過各種過程以保留單層結構和成分的方式剝離，但這對于層間相互作用較強的固體來說是困難的。有鑒于此，中國科學技術大學的吳長征等研究人員，報道了化學計量二維非范德華AgCrS2在室溫下具有超離子行為。
本文要點：
1）研究人員證明了AgCrS2（AMX2家族的一員）（其中A是一價金屬，M是三價金屬，X是硫族元素）通過嵌入四烷基銨陽離子（根據其合適的氧化還原電位選擇）的剝落。
2）剝離納米片由夾在兩個CrS2層之間的Ag層組成，其結構類似于塊體中的結構。
3）其在室溫下表現出超離子行為，在298K下的離子電導率為33.2 mScm-1，源于Ag+離子在相鄰四面體間隙之間快速跳躍；在塊體中，該行為僅在673K以上觀察到。
Jing Peng, et al. Stoichiometric two-dimensional non-van der Waals AgCrS2 with superionic behaviour at room temperature. Nature Chemistry, 2021.
DOI：10.1038/s41557-021-00800-4
https://www.nature.com/articles/s41557-021-00800-4
2. Chem. Rev.: 單原子(鐵基)催化劑的合成與應用
負載型單金屬原子催化劑 (SAC) 由孤立的活性金屬中心組成，這些中心在惰性載體（如石墨烯、多孔碳和金屬氧化物）上進行多相催化。它們的熱穩定性、電子特性和催化活性可以通過單金屬原子中心和相鄰雜原子（如氮、氧和硫）之間的相互作用來控制。由于活性催化中心的原子分散，催化所需的金屬量可以減少，從而為控制給定轉化的選擇性以及提高催化劑周轉頻率和周轉次數提供了新的可能性。
有鑒于此，捷克帕拉茨基大學Radek Zbo?il、德國羅斯托克大學萊布尼茨催化研究所(LIKAT Rostock)的Matthias Beller教授和印度化學技術研究所 (ICT)的Manoj B. Gawande等人，綜述了Fe-SACs的合成，重點介紹了單原子(SA)錨定在碳/石墨烯載體上的研究進展。描述了使用各種光譜技術對這些先進材料的表征及其在不同研究領域中的應用。在適用的情況下，著重介紹了為理解Fe-SACs基催化劑的具體行為而進行的機理研究，包括理論模型的使用。
本文要點：
1）SAC 是催化、電催化和光催化應用的新興領域，并且在均相和多相催化劑之間建立了完美的協同作用。此外，SACs比均相催化劑更優越，因為它更容易在反應過程結束時回收它們，此外，SACs還具有許多吸引人的特性，如最大限度地提高原子效率，以及類似于均相體系的高活性和高選擇性。SAC 已經顯示出其作為各種應用（包括 ORR、OER、HER 和有機轉化）的高效和強大催化劑的實力。此外，使用實驗數據和 DFT 理論模型在理解催化劑制備、表征和機理方面取得了重大進展。
2）MOFs是制備SACs的理想起始材料;然而，很少有TM被全面探索。最近，研究人員探索了一種通用配體介導的方法，用于大規模(>1 kg)合成過渡金屬(Cr, Mn, Co, Fe, Ni, Cu, and Zn) SACs。為了進一步調節活性，多金屬MOFs可用于多金屬SACs的合成。然而，除了優異的活性外，所有催化現象都因活性位點的擴散或可及性而受到限制。
3）為了進一步改變單一金屬催化劑的催化現象，可以利用二維材料如MXenes、MoS2、HBN以及更多的二維納米材料來合成和應用SACs。制備SACs的多孔金屬氧化物載體主要用于氣相和溶液相的有機轉化，包括電化學應用。金屬氧化物載體的孔隙率一直是一個問題，但二維二氧化硅納米片或介孔二氧化硅可以作為SACs應用的替代載體，這仍有待進一步探索。
Baljeet Singh et al. Single-Atom (Iron-Based) Catalysts: Synthesis and Applications. Chem. Rev., 2021.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00158
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00158
3. PNAS: 由 CO 和 H2 驅動的質子交換膜燃料電池
在質子交換膜燃料電池 (PEMFC) 中，CO 電氧化長期以來被認為是不可克服的，即使 H2 中的微量 CO 也會嚴重毒害陽極催化劑并導致巨大的性能下降。有鑒于此，中國科學院長春應用化學研究所葛君杰研究員等人，描述了一類原子分散的IrRu-N-C陽極催化劑，能夠氧化CO, H2，或兩者的混合氣體。
本文要點：
1）開發了一種新的質子交換膜燃料電池陽極催化劑IrRu-N-C，其中 Ir 和 Ru 單原子均勻分布在氮-碳復合材料中。由于臨近的Ir和Ru單原子位點之間的相互作用，水解離和CO電氧化變得極為容易，原本的毒化物種CO被轉化為燃料。
2）Ru-N配位的單原子位點對COOR和HOR并無催化性能，但是Ru-N4的引入大幅提升了Ir-N4的催化活性，表現出明顯的協同作用。當使用純 CO 時，該催化劑在 800 mA?cm-2 時表現出最大電流密度，而基于 Pt/C 的電池停止工作。
3）IrRu-N-C催化劑同時具備優異的COOR和HOR活性，當使用H2、CO或兩者混合氣作為燃料時，該催化劑表現出優異的催化性能。在燃料電池中IrRu-N-C具備超高的抗CO毒化能力，超過目前最好的抗毒化催化劑商業PtRu/C，可以在1000 ppm CO存在的條件下有效工作。
總之，這種新型催化劑有望解決質子交換膜燃料電池陽極毒化問題。
Xian Wang et al. Proton exchange membrane fuel cells powered with both CO and H2. PNAS, 2021.
DOI: 10.1073/pnas.2107332118
https://doi.org/10.1073/pnas.2107332118
4. Matter: 具有軟離子晶格的可重構半導體
合成理解對于設計具有受控特性的鹵化物鈣鈦礦以及為創建新的結構系列鋪平道路至關重要。隨著合成方法的擴展，特別有必要闡明鹵化物鈣鈦礦的形成以及它如何影響它們的相關特性，以形成統一的設計原則。從這個角度來看，加州大學伯克利分校楊培東等人總結了無機鹵化物鈣鈦礦納米結構合成界的關鍵里程碑，并強調了鹵化物鈣鈦礦的反應動力學和熱力學如何將它們與傳統的無機半導體區分開來。
本文要點：
1）研究人員提出了一個回顧性觀點，在概念上將物理化學理論與先進的合成相結合，并解決該領域中關鍵問題以及可能的解決方案。
2）該觀點旨在闡明鹵化物鈣鈦礦的結構特性、合成可調性和環境穩定性之間的關系，并為用于高效穩定器件的新一代鹵化物鈣鈦礦納米結構提供展望。
Mengyu Gao et al. The making of a reconfigurable semiconductor with a soft ionic lattice, Joule, 2021.
DOI：10.1016/j.matt.2021.09.023
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2590238521004689
5. EES：磺胺基電解質穩定電極-電解質界面以實現高電壓Li||LiCoO2電池
以LiCoO2（LCO）為正極的高電壓鋰金屬電池具有較高的體積和重量能量密度。然而，LCO在電壓超過4.5 VLi下的穩定循環仍然是一個挑戰。近日，麻省理工學院李巨教授，Yang Shao-Horn，Jeremiah A. Johnson報道了選用了對碳酸鹽溶劑氧化脫氫具有較高表面反應性的單晶LCO顆粒。
本文要點：
1）研究人員采用一系列原位和非原位技術，研究了磺酰胺基電解質（DMCF3SA中1 m LiFSI）的氧化穩定性和不同電位下LCO表面CEI的演變，揭示了電解質在穩定LCO單晶表面中的作用。
2）研究發現，這種磺酰胺基電解質通過抑制LCO表面降解和副反應，極大地改善了商用LCO正極在4.5至4.7 VLi高充電電壓下的循環性能。特別是，使用磺酰胺類電解質，LCO正極在4.55 VLi和4.6 VLi下的容量保持率分別達到89%和85%，具有出色的庫侖效率（CE達到99.84%）和倍率性能。此外，這種磺酰胺基電解液還可以在鋰基體上實現CE高達99.7%的鍍鋰/剝離。
3）研究發現，通過使用磺酰胺基電解質，表面退化、阻抗增長以及氣體析出和鈷溶解方面的不良副反應均得到良好的抑制。
研究工作突出了構建穩定的抗應力腐蝕開裂（SCC）的電極-電解質界面（EEIs）的重要性，并為設計用于高電壓LMBs的新型電解質提供了一種新的途徑。
Weijiang Xue, et al, Stabilizing electrode–electrolyte interfaces to realize high-voltage Li||LiCoO2 batteries by a sulfonamide-based electrolyte, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/d1ee01265g
https://doi.org/10.1039/d1ee01265g
6. AM：鈣鈦礦太陽能電池光伏參數光強分析
關于鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 的出版物數量繼續呈指數增長。雖然PSC的效率超過了25.5%，但并不是每個研究實驗室都能重現這個高效率的結果。不幸的是，并不總是清楚哪個主導機制是導致性能下降的原因。臺灣大學Yulia Galagan等人開發了一種簡單的JV參數光強度分析方法，可以了解太陽能電池中出現的機制和限制設備性能的原因。
本文要點：
1）所開發的方法得到漂移擴散模型的支持，旨在幫助解釋鈣鈦礦太陽能電池中界面或體復合、串聯或分流電阻的寄生損失。
2）這種方法不僅可以幫助指出器件中批量或界面重組的主導地位，還可以確定哪個界面更有缺陷。為此類JV參數的光強度分析提供了詳細和逐步的指導。所提出的方法和本研究的結論得到了一系列案例研究的支持，顯示了所提出的方法在實際例子中的有效性。
Glowienka, D. and Galagan, Y. (2021), Light intensity analysis of photovoltaic parameters for perovskite solar cells. Adv. Mater..2021
DOI：10.1002/adma.202105920
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105920
7. AM: 以“一石二鳥”方式固氮的等離子體半導體光催化劑
由于在提高太陽能到化學轉化效率方面具有吸引力的等離子體增強效應，等離子體光催化受到了很多關注。然而，光催化效率仍然很低，主要是由于等離子體產生的熱電荷載流子的快速復合導致載流子壽命短。雖然等離子體金屬-半導體異質結構可以改善熱載流子的分離，但當它們越過肖特基勢壘時，很大一部分熱載流子會丟失。有鑒于此，香港中文大學王建方教授等人，展示了一種無肖特基勢壘的等離子體半導體光催化劑 MoO3-x，該催化劑可以以“一石二鳥”的方式有效地固N2。
本文要點：
1）展示了一種用于光催化固N2的無肖特基勢壘的等離子體光催化劑 MoO3-x球。等離子體 MoO3-x 球是通過一種簡便的氣溶膠噴霧方法制備的。氣溶膠噴霧過程中的缺氧環境允許在 MoO3-x 球體中產生氧空位 (OV)，其濃度高達 ~20%。
2）MoO3-x 中的氧空位充當“石頭”。它們通過充當 N2 分子化學吸附的活性位點并誘導局部表面等離子體共振以產生熱電荷載流子而“殺死兩只鳥”。
3）受益于這種獨特的策略，等離子體 MoO3-x 在 1064 nm 波長以下的 NH3 生產中表現出顯著的光反應性，表觀量子效率超過 1%，太陽能到氨的轉換效率為 0.057%，無需任何空穴清除劑。
總之，該工作顯示了等離子體半導體直接用于光催化的巨大潛力。
Haoyuan Bai, et al. A Schottky-Barrier-Free Plasmonic Semiconductor Photocatalyst for Nitrogen Fixation in a “One-Stone-Two-Birds” Manner. Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202104226
https://doi.org/10.1002/adma.202104226
8. AM: 用于分離、傳感和催化的大環基多孔有機聚合物
隨著材料科學的飛速發展，多孔有機聚合物(POPs)以其超高的比表面積和靈活的分子設計等獨特的性能受到了人們的廣泛關注。以精確的方式結合特定功能的能力，使POPs在分子吸附、分離和催化等領域具有廣闊的應用前景。因此，許多不同類型的POPs被合理的設計和合成，以擴大先進材料的范圍，賦予它們獨特的結構和性能。近年來，具有良好主客體絡合能力的超分子大環作為新型有機高分子聚合物的強大交聯劑，在不同空間尺度上具有良好的組織結構和性能。與未摻入大環的對應物相比，基于大環合成的POPs具有不同尋常的多孔性、吸附性和光學性質。
有鑒于此，吉林大學楊英威教授等人，綜述了基于大環的POPs的合成、性質及其在分離、傳感和催化等方面的應用研究進展。
本文要點：
1）在將超分子大環化合物作為構建無定形或結晶 POPs 材料的核心構單元方面已經做出了重大努力。它們在廣泛的應用中顯示出非凡的潛力，包括選擇性氣體吸附、分子分離、水凈化、重金屬分離、光學傳感和多相催化。
2）從孔隙率的角度來看，超分子大環化合物的摻入為調節孔隙率和孔表面工程提供了一種有效的方法。迄今為止，實現超過5000 m2g-1的高表面積仍然是一項令人鼓舞的成就。由此產生的分層多孔結構通常由交錯的骨架和大環部分的固有空腔產生的相互連接的空隙空間組成。由于具有廣泛的結構多樣性，內部空腔和外部通道形成了明確的環境傳遞特定分子的不同路徑，從而有效地識別分子。例如，CDs的親水外部和疏水內部腔往往會產生獨特的路徑，分別運輸極性和非極性溶劑。
3）此外，孔壁上表面改性劑的精確控制是引發多種應用的關鍵，特別是選擇性氣體吸附和催化。在分子設計方面，基于大環的 POPs 的獨特之處在于它們保留了吸引人的主客體特性和可修改的性質，使擴展網絡成為拓寬先進多孔材料范圍的寶貴平臺。最重要的是，結構-功能關系的闡明允許固有的大環屬性和多孔骨架的互補利用，從而可以在分子尺度上綜合控制結構和功能。
Zheng Li et al. Macrocycle-based porous organic polymers for separation, sensing, and catalysis. Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202107401
https://doi.org/10.1002/adma.202107401
9. AM：胺功能化的碳納米點電催化劑用于CO2轉化為甲烷
通過電化學二氧化碳（CO2）還原（CO2RR）制備的甲烷（CH4）既可以作為燃料，也可以作為氫載體，在碳捕獲和利用方面受到了人們極大的關注。而設計具有高活性和高選擇性的電催化劑用于提高CO2到CH4轉化效率具有重要意義，但同時極具挑戰性。近日，萊斯大學Liang Wang，Pulickel M. Ajayan，辛辛那提大學Jingjie Wu報道了一種分子調整策略，即提出了氮摻雜石墨烯量子點（GQDs）的原位胺官能化，用于高效的CO2轉化為CH4。
本文要點：
1）實驗結果顯示，在CH4部分電流密度為170和258 mA cm?2時，胺功能化的氮摻雜GQDs的CH4法拉第效率（FE）分別為63%和46%，接近甚至超過最先進的Cu基電催化劑。此外，這些GQD還能將CO2轉化為C2產物，主要包括C2H4和C2H5OH，最高FE約為10%。
2）系統分析表明，CH4產率與胺基含量呈線性關系，而C2產率與吡啶基N摻雜劑含量呈正相關。
這項工作為在工業相關水平上合理設計具有CO2到CH4轉化效率的碳催化劑提供了洞察力。
Ram Manohar Yadav, et al, Amine-Functionalized Carbon Nanodot Electrocatalysts Converting Carbon Dioxide to Methane, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202105690
https://doi.org/10.1002/adma.202105690
10. AM：不銹鋼纖維布上生長的致密硅納米線網絡用于柔韌耐用的鋰離子電池負極
硅納米線（Si NWs）具有高比容量，是一種很有前途的鋰離子電池（LIBs）負極材料。實現足夠的無粘結劑Si NWs的質量負載受到低比表面積、機械不穩定和導電性差的集電器（CCs）以及復雜/昂貴的制造工藝的限制。近日，利默瑞克大學Kevin M. Ryan，Tadhg Kennedy報道了用簡單的玻璃器皿裝置在導電、柔韌、耐火、機械堅固的不銹鋼交織纖維布（SSFC）上實現了可調質量負載和致密Si NWs的生長。
本文要點：
1）研究發現，SSFC CC有助于Si NWs的致密生長，其開放結構允許在鋰循環期間為膨脹/收縮提供緩沖空間。
2）Si NWs@SSFC負極在500次循環中表現出穩定的性能，平均庫侖效率超過99.5%。質量負載量為1.32 mg cm?2的Si NWs@SSFC負極經200次循環后，在0.2 C下的面容量穩定為2 mAh cm?2。
3）研究人員采用掃描和透射電子顯微鏡對不同質量負載量的Si NWs@SSFC負極循環前后的形貌進行了表征，考察了循環鋰對負極形貌的影響。
4）值得注意的是，這種方法可以大規模制造堅固而靈活的無粘結劑Si NWs@SSFC結構，使其適用于高能量密度LIBs的實際應用。
Sumair Imtiaz, et al, Dense Silicon Nanowire Networks Grown on a Stainless-Steel Fiber Cloth: A Flexible and Robust Anode for Lithium-Ion Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202105917
https://doi.org/10.1002/adma.202105917
