1. Nature Commun.：原子分散的Pd催化劑的結構調節用于選擇性催化腈加氫
腈類催化加氫的產物選擇性與催化劑的結構密切相關。近日，東北大學孫宏濱，中科院金屬研究所劉洪陽研究員，北京大學馬丁教授報道了在富缺陷納米金剛石-石墨烯（Nd@G）雜化載體上制備了兩種原子分散的Pd物種：Pd單原子（Pd1/Nd@G）和平均三個Pd原子的完全暴露的Pd團簇（Pdn/Nd@G）。結果顯示，兩種催化劑在腈類化合物的催化轉移加氫反應中表現出明顯的差異。
本文要點：
1）研究人員采用沉積-沉淀法制備了原子分散的Pd1/Nd@G和Pdn/Nd@G。除Pd負載量不同外，兩種樣品的物理化學結構均無差異。研究發現，Pd1/Nd@G催化劑用于腈加氫優先生成仲胺（TOF@333 K 709 h-1，選擇性>98%），而Pdn/Nd@G催化劑在溫和的反應條件下對伯胺表現出較高的選擇性（TOF@313 K 543 h-1，選擇性>98%）。
2）詳細表征和密度泛函理論（DFT）計算表明，原子分散的Pd催化劑的結構決定了H2的解離吸附模式，也決定了亞芐基亞胺（BI）中間體的加氫途徑，從而導致了Pd1/Nd@G和Pdn/Nd@G不同的產物選擇性。
在原子分散Pd催化劑上建立的結構-性能關系為設計具有可調選擇性的催化劑提供了有價值的見解。
Liu, Z., Huang, F., Peng, M. et al. Tuning the selectivity of catalytic nitriles hydrogenation by structure regulation in atomically dispersed Pd catalysts. Nat Commun 12, 6194 (2021)
DOI：10.1038/s41467-021-26542-y
https://doi.org/10.1038/s41467-021-26542-y
2. Joule: 用于金屬鹵化物鈣鈦礦高通量實驗探索的機器學習
金屬鹵化物鈣鈦礦 (MHP) 憑借高器件性能、低材料成本和簡便的溶液可加工性的獨特組合，已躍居能源研究的前沿。這些材料的一個顯著優點是它們的組成靈活性允許在所有結晶位置進行多次取代，因此有數千種可能的純化合物和幾乎無限數量的多組分固溶體。利用 MHP 的全部潛力需要快速探索多維化學空間以實現所需的功能。實驗室自動化的最新進展，從定制的全自動機器人實驗室到微流體系統再到移液機器人，已經實現了合成 MHP 的高通量實驗工作流程。田納西大學諾克斯維爾分校Mahshid Ahmadi，香港浸會大學Yuanyuan Zhou，橡樹嶺國家實驗室Sergei V.Kalinin等人概述了自動 MHP 合成的最新技術和用于導航多組分組合空間的現有方法。
本文要點：
1）研究人員強調了現有策略的局限性和陷阱，并制定了必要的機器學習工具的要求，包括因果和貝葉斯方法，以及基于理論和實驗空間協同導航的策略。
2）研究人員認為，自動化實驗的最終目標是同時優化材料合成并完善支撐目標功能的理論模型。此外，自動化實驗的近期發展不會導致完全排除人類操作員，而是將重復操作自動化，將人類角色推遲到高層緩慢決策。最后，還討論了利用機器學習引導的自動化合成開發高性能鈣鈦礦光電子學的新興機會。
Mahshid Ahmadi, et al. Machine learning for high-throughput experimental exploration of metal halide perovskites, Joule, 2021
DOI：10.1016/j.joule.2021.10.001
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435121004451
3. Angew：具有分級孔隙率的金屬-三氮唑骨架衍生FeN4Cl1單原子催化劑用于氧還原反應
目前，人們迫切需要開發具有高單原子密度、良好的電子結構和快速傳質的單原子催化劑（SACs）。近日，北京理工大學王博教授，王璐報道了作為高含氮金屬-有機骨架（MOFs）的一個子類，金屬-三氮唑（MET）骨架可以提高單原子中心的密度和調節電子結構，同時生成豐富的介孔，因此被用作前驅體。
本文要點：
1）研究人員用4,5-二氯咪唑修飾的Zn/Fe-雙金屬金屬熱解得到了分散在層狀多孔摻雜碳基體中的具有高金屬含量（2.78 wt.%）的Fe單原子、FeN4Cl1構型（FeN4Cl1/NC）和孔容比為0.92的中孔。
2）實驗結果顯示，FeN4Cl1/NC在堿性和酸性電解液中均表現出優異的氧還原反應（ORR）活性。密度泛函理論（DFT）計算進一步證實了Cl能優化Fe中心對*OH的吸附自由能，從而促進ORR過程。此外，FeN4Cl1/NC在鋅空氣電池方面也顯示出巨大的潛力。
這一策略有望為選擇、設計和調整MOFs作為構建高性能SACs的前驅體鋪平一條新的道路。
Linyu Hu, et al, Metal-Triazolate-Framework Derived FeN4Cl1 Single-Atom Catalysts with Hierarchical Porosity for the Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202113895
https://doi.org/10.1002/anie.202113895
4. Angew：用于選擇性CO2電還原為CO的有缺陷的雙金屬硒化物
CO2電還原 (CO2RR) 為CO有希望用于碳循環但仍然具有挑戰性。Au被認為是CO2RR最具選擇性的催化劑，而高昂的成本嚴重阻礙了其工業應用。近日，天津大學胡文彬研究員，斯威本科技大學Tianyi Ma和天津大學韓曉鵬研究員等人報道了一種雙金屬硒化物。
本文要點：
1）在此，發現雙金屬 CuInSe2表現出類似 Au 的催化特性：i）Cu 和 In 軌道的相互作用誘導CO2RR中間體的中等吸附強度并有利于反應途徑；ii) 析氫在能量上對 CuInSe2 不利，因為在氫吸附后會發生表面重建和高能量變化。此外，發現Se空位誘導電子重新分布，略微調整能帶結構并優化雙金屬硒化物的CO2RR路線。因此，缺硒的 CuInSe2 (V-CuInSe2) 在水性電解質中實現了與貴金屬相當的高選擇性CO生產能力，并且 V-CuInSe2 陰極在水性 Zn-CO2電池中表現出令人滿意的性能。
2）這項工作表明，設計具有類似貴金屬特性的具有成本效益的催化劑是開發高效電催化劑的理想策略。此外，由于其獨特的結構、電子和催化性能，過渡雙金屬硒化物類作為活性和成本效益好的電催化劑顯示出廣闊的前景。
Jiajun Wang, et al. Defective bimetallic selenides for selective CO2 electroreduction to CO. Angew. Chem. Int. Ed. 2021.
DOI: 10.1002/adma.202106354
https://doi.org/10.1002/adma.202106354
5. Angew：機械力化學合成的雙金屬有機骨架玻璃柔性電極用于OER
金屬有機骨架（MOFs）的熔融行為在材料科學、凝聚態物理和化學工程等領域引起了人們廣泛的研究興趣。近日，澳大利亞昆士蘭大學侯經緯報道了通過熔化形成Co基ZIF-62（[Co(Im)2-X(bIm)X]晶體（ZIF-62(Co)）和吸附的Fe(III)乙酰丙酮化物[Fe(acac)3]，提出了一種制備雙金屬Fe-Co ZIF玻璃的新策略。
本文要點：
1）為了了解熔體淬火引起的化學環境的變化，以及機械力化學涂層在CC基材上形成穩定的ZIF涂層的機理，研究人員進行了一系列的研究。研究發現，高溫化學反應的ZIF-62(Co)液體有助于Fe和咪唑配體之間形成配位鍵，淬火后將Fe金屬節點結合到骨架中。
2）研究人員將制備的Fe-Co ZIF玻璃用于電催化在水分解和金屬-空氣電池等許多電化學能量轉換系統中的重要的半反應-析氧反應(OER)，進一步證明了MOFs和CC之間的高催化活性和令人滿意的界面電子轉移。
這種新型的雙金屬MOF玻璃，與在柔性基板上用于分散粉末和表面涂層的簡單且可擴展的機械力化學合成技術相結合，為催化器件的組裝提供了巨大的機會。
Rijia Lin, et al, Mechanochemically Synthesised Flexible Electrodes based on Bimetallic Metal-organic Framework Glasses for the Oxygen Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202112880
https://doi.org/10.1002/anie.202112880
6. Angew.: 適度表面偏析促進CoCu催化劑上CO2加氫反應的選擇性乙醇生產
眾所周知，鈷銅 (CoCu) 催化劑在催化CO/CO2加氫反應方面具有潛在的工業應用價值。并且 CoCu 合金已被闡明為反應過程中的主要活性相。然而，由于元素表面偏析甚至脫合金現象，CoCu合金的實際表面形貌仍不清楚。有鑒于此，天津大學趙志堅教授等人，結合理論和實驗，描述了表面偏析和 CoCu(111) 表面不同 CO 覆蓋率對 CO2 加氫反應反應性的雙重影響。
本文要點：
1）為了模擬 CoCu 合金，選擇了一個 5 層 3×3 CoCu(111) 表面作為催化劑模型，該模型足夠大來描述不同 CO 壓力下的表面偏析趨勢，也可以用于后續詳細計算加氫反應。
2）設定的溫度分別為 473 K 和 723 K，分別對應于 CO2 加氫反應的反應溫度和 CO 預還原溫度。為了增強表面篩選過程，應用了改進的遺傳算法對nCO-(3×3)- CoCu (111)表面進行全局優化，n范圍為0 - 9，對應于0 - 1ML的表面覆蓋度。
3）發現C-O鍵斷裂與中間體*CH2O進一步加氫之間的角力關系是促進乙醇生產的關鍵步驟。
Sihang Liu et al. Moderate Surface Segregation Promotes Selective Ethanol Production in CO2 Hydrogenation Reaction over CoCu Catalysts. Angew., 2021.
DOI: 10.1002/anie.202109027
https://doi.org/10.1002/anie.202109027
7. Angew：具有可修飾位點的連續多孔芳香族骨架膜用于用于優化氣體分離
由分子篩或金屬有機骨架（MOFs）組成的連續微孔膜具有高選擇性和高滲透性。在氣體分離方面得到了廣泛的研究。多孔芳香族骨架材料（PAF）以其優異的穩定性和結構靈活性，適用于廣泛的分離。目前，主流的PAF膜通常是用聚合物基體制備而成，但其分散的實體和邊界缺陷削弱了其選擇性和滲透性。此外，由于PAF的不溶性，連續型PAF膜的合成仍然是一個主要的挑戰。近日，東北師范大學朱廣山教授，田宇陽報道了設計并合成了一種帶有陽離子骨架的PAF（iPAF-5）。
本文要點：
1）研究人員采用表面引發法制備了連續的IPAF-5膜。具有不同反陰離子(如Cl-、Br-或BF4-)的膜被用來分離包括H2、CO2和N2在內的氣體。合成的IPAF-5(Cl)膜允許所有氣體通過，其連續通道具有合適大小的開口。而用溴（Br-）或四氟硼酸（BF4-）取代氯離子時，由于這兩種離子半徑都比Cl-大，導致膜的開孔率變小，因此，當N2通過iPAF-5(Br)和iPAF-5(BF4)膜時，其動態直徑較大的N2的滲透率明顯低于其他較小的氣體。從而大大提高了對H2/N2和CO2/N2的選擇性。
2）實驗結果顯示，以Br-為反離子的膜對H2/N2的選擇性為72.7%，H2透過率為51844個氣體滲透單位（GPU）。當反離子被BF4-取代時，膜的CO2透過率為23058 GPU，CO2/N2的最佳選擇性為60。
這項研究表明，具有可調孔徑的連續PAF膜在各種氣體分離場合具有廣闊的應用前景。
Yue Ma, et al, Continuous Porous Aromatic Framework Membranes with Modifiable Sites for Optimized Gas Separation, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202113682
https://doi.org/10.1002/anie.202113682
8. AM：含小偶極分子的電解質用于高電壓水系可充電電池
高壓水系可充電電池是下一代儲能系統的有力競爭者，具有安全、高比能量等優點，但由于缺乏具有寬電化學穩定窗口的低成本水溶液而受到嚴重限制。水電解質的分解主要是通過水分子與溶劑化鞘層中水分子之間的氫鍵網絡來實現。近日，香港城市大學支春義教授，Jun Fan報道了將三種偶極小分子（甘油、赤蘚糖醇和丙烯酰胺）分別用于鋰、鈉和鋅離子電池的高安全性和寬的電化學穩定窗口（大于2.5 V）的水電解質。
本文要點：
1）研究人員通過從頭算MD模擬研究了溶劑化鞘層結構，發現三種偶極分子耗盡了載流子溶劑化鞘層中的水分子，破壞了水分子間的氫鍵網絡，從而有效地擴展了電化學穩定窗口。
2）實驗結果顯示，由鈦酸鋰和錳酸鋰組成的電池在含甘油的電解液中具有2.45 V的輸出電壓，400次循環后仍保持119.6 mAh g-1的比容量。
這項工作為開發低成本的高壓電解液用于水系儲能系統提供了另一種策略。
Batteries, et al, Small dipole molecule-containing electrolytes for high-voltage aqueous rechargeable, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202106180
https://doi.org/10.1002/adma.202106180
9. AM綜述：先進的多功能水系可充電電池的設計：從材料和器件到系統
多功能水系可充電電池（MARBs）是一種安全、經濟、可擴展的電化學儲能裝置，具有傳統電池無法實現的附加功能，具有前所未有的應用前景。盡管MARBs是當今科學研究和工業發展中最令人興奮和發展最快的課題之一，但仍然缺乏對MARB領域的歷史和進展的系統性綜述。基于此，東南大學孫立濤教授，Qichong Zhang，南洋理工大學魏磊教授，南京大學姚亞剛教授從設計原則的角度出發，綜述了MARBs的最新進展和進一步的挑戰與機遇。
本文要點：
1）作者首先概述了由功能材料和集成系統組成的MARBs的設計原理。集中總結了集電器，電極材料，電解質，隔膜，凝膠電解質，基材，包裝材料以及平面和纖維形器件的新型集成系統的功能材料設計。
2）作者接下來總結了MARBs的最新進展和實際應用，從智能ARBs到集成系統。
3）作者最后根據目前的發展情況，對這一領域仍面臨的主要挑戰和預期解決方案進行了總結：i）在ARBs中引入更多的功能材料（開發新的功能材料是在ARBs中實現新功能的有效策略）；ii）性能的調節和平衡（如果忽略ARB的基本電化學性質，那么只追求ARB的通用性和功能性的常見策略可能是不可取的）；iii）MARBs中更多功能的開發（為滿足現代電子工業日益增長的需求，構建尺寸更小、功能更多的ARB至關重要）；iv）制定性能評估標準（迄今為止，亟待解決的一項最緊迫的任務是要求建立一個統一的標準來評估ARBs的性能）；v）機理研究（為了進一步揭示和更好地理解潛在的機制，有必要追蹤材料的結構，組成和形態及其相關性的變化）；vi）可穿戴性能（未來MARBs的另一個非常有前途的研究方向是成功地建立或改進將其編織成織物或衣服的技術，以實現良好的可穿戴性能）；vii）市場需求（未來MARBs蓬勃發展的最大推動力可能是經濟市場需求）；viii）轉向商業應用（目前，大多數MARB仍處于研發階段，主要是在實驗室生產和研究）。
Lei Li, et al, Advanced Multifunctional Aqueous Rechargeable Batteries Design: From Materials and Devices to Systems, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104327
https://doi.org/10.1002/adma.202104327
10. AM：具有超過1 μm厚光敏層的同質結鈣鈦礦量子點太陽能電池
迄今為止報道的基于膠體量子點 (QD) 的溶液處理太陽能電池普遍存在厚度公差差且難以與大規模溶液印刷技術兼容的問題。然而，最近出現的鈣鈦礦量子點具有獨特的高缺陷容限，尤為適合高效光伏。蘇州大學Jianyu Yuan等人首先通過開發內部P/N同質結，展示了具有超過1 μm厚活性層的高效CsPbI3鈣鈦礦QD太陽能電池。
本文要點：
1）研究人員將有機摻雜劑2,2'-（全氟萘-2,6-二亞甲基）二丙二腈（F6TCNNQ）引入CsPbI3 QD陣列中，以制備不同的載流子型QD陣列。
2）詳細的表征揭示了QD的成功電荷轉移摻雜和從n型到p型的載流子類型轉換。隨后，P/N同質結鈣鈦礦QD太陽能電池已使用不同的載流子型QD進行組裝，光電轉換效率提高了15.29%。
3）最重要的是，這種P/N同質結策略首次實現了QD太陽能電池顯著的厚度公差，1.2 μm厚的QD活性層顯示出創紀錄的12.28%的高效率，并展示了未來印刷制造的巨大潛力量子點太陽能電池。
Zhang, X., Huang, H., Ling, X., Sun, J., Jiang, X., Wang, Y., Xue, D., Huang, L., Chi, L., Yuan, J. and Ma, W., Homojunction Perovskite Quantum Dot Solar Cell with Over 1 μm-Thick Photoactive Layer. Adv. Mater. 2021.
DOI：10.1002/adma.202105977
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105977
11. AM：CsPbBr3微晶鈣鈦礦薄膜中局部單光子發射器的普遍存在
全無機鹵化物鈣鈦礦最近引起了很多研究的關注，因為它們有可能解決有機-無機雜化鈣鈦礦目前面臨的不穩定性問題。同時，固體薄膜中的鹵化物鈣鈦礦表現為微米級形態，其功能不可避免地受到各種納米級實體的內部或外部存在的影響。南京大學Xiaoyong Wang, Tao Yu以及Min Xiao等人采用不同密度的單CsPbBr3微晶制造全無機固體薄膜，研究表明在4 K處可以普遍觀察到非常尖銳的光致發光峰，線寬窄至數百μeV。
本文要點：
1）這種光致發光峰的單光子發射性質得到證實，其強度在≈30 K以上完全淬滅，表明其可能起源于單個微晶的低勢能區域。
2）在鹵化物鈣鈦礦中發現這種具有豐富結構-性能關系的新型發光物種，必將對相關光電器件和量子光源的發展產生重大影響。
Feng, S., Qin, Q., Han, X., Zhang, C., Wang, X., Yu, T., Xiao, M., Universal Existence of Localized Single-Photon Emitters in the Perovskite Film of All-Inorganic CsPbBr3 Microcrystals. Adv. Mater. 2021, 2106278.
DOI：10.1002/adma.202106278
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106278
12. AM: 二氧化硅氣凝膠使激光驅動照明成為可能
氣凝膠是一種由納米級結構單元以及這些結構單元之間的大量空氣組成的迷人的三維(3D)網絡結構，已被應用于許多新興領域，如光學、能源、環境、航空航天等。然而，針對特定光學應用(如照明)的氣凝膠構建單元的尺寸調整仍然是一個嚴峻的挑戰。有鑒于此，中科院蘇州納米所張學同研究員等人，通過在合成過程中調整表面活性劑濃度，實現了具有精確構建單元控制的二氧化硅氣凝膠。
本文要點：
1）所得的二氧化硅氣凝膠塊體由約24 – 40 nm的球形結構單元組成，連同沿入射光方向故意制造的孔，顯示出在單色激光驅動照明中的令人難以置信的應用前景。
2）由此產生的照度變化系數 (CIV) 低至 8.1%，明顯優于市售毛玻璃漫射器 (139.0%) 和聚合物漫射器 (249.1%)，散斑對比度較人眼可識別的(4%)更低，也更好。照度均勻度在0.770-0.862范圍內遠優于(高于)國際標準化組織(ISO)要求的室內工作場所照明。
3）采用三種不同功率的原色激光器(450、532和638 nm)同時作為光源，可以獲得包括白色在內的可見光譜中任意顏色的光。所制備的二氧化硅氣凝膠具有優異的熱穩定性、高的激光損傷閾值、優異的機械性能和超疏水性，可進一步應用于雨中或水下的長距離和非接觸式激光驅動照明，無需任何額外的封裝組件。
總之，利用二氧化硅氣凝膠作為擴散器，首次實現了這種激光驅動照明，不僅拓寬了各種氣凝膠的應用，也促進了激光作為新一代光源的發展。
Xiaofei Ji et al. Elaborate Size-tuning of Silica Aerogel Building Blocks Enables Laser-driven Lighting. Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202107168
https://doi.org/10.1002/adma.202107168
