1. Chem. Soc. Rev.：從單結(jié)、異質(zhì)結(jié)到高性能鈣鈦礦太陽能電池的多結(jié)設(shè)計
混合金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PVSC）由于其優(yōu)越的光伏性能、簡便和低成本的制造以及卷對卷大規(guī)模生產(chǎn)和便攜式設(shè)備應(yīng)用的潛力，在過去十年中引起了前所未有的關(guān)注。通過集體組成、界面和工藝工程，對鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系和載流子動力學有了全面的了解，有助于實現(xiàn)25.5%的非常高的認證功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE)。
除了材料特性外，改進的異質(zhì)結(jié)設(shè)計和器件結(jié)構(gòu)演變在提高效率方面也起著至關(guān)重要的作用。異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的采用和/或修飾已被證明可以有效抑制PVSC中的載流子復合和潛在損失。此外，多結(jié)結(jié)構(gòu)的使用已被證明可以減少熱化損失，在鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池中實現(xiàn)了29.52%的高PCE。因此，了解PVSC器件結(jié)構(gòu)從單結(jié)、異質(zhì)結(jié)到多結(jié)設(shè)計的演變，有助于該領(lǐng)域的研究人員進一步將PCE提升至30%以上。香港城市大學Alex. K.-Y. Jen，Zonglong Zhu和國立臺灣大學Chu-Chen Chueh等人總結(jié)了高性能PVSC的單結(jié)、異質(zhì)結(jié)和多結(jié)設(shè)計的演變和進展。
本文要點：
1）對這些設(shè)計的基本原理和工作原理進行了全面回顧。研究人員首先介紹了單結(jié)PVSC的基本工作原理和鈣鈦礦薄膜的固有特性（如結(jié)晶度和缺陷）。
2）隨后，概述和回顧了各種異質(zhì)結(jié)設(shè)計和基于鈣鈦礦的多結(jié)太陽能電池的進展。同時，還總結(jié)了進一步提升性能的挑戰(zhàn)和策略。
3）最后，提供了對鈣鈦礦基太陽能電池未來發(fā)展的展望。研究人員希望這篇綜述能讓讀者快速了解這種新興的可溶液加工光伏技術(shù)，該技術(shù)目前正處于商業(yè)化的過渡階段。
Xin Wu, et al.，Designs from single junctions, heterojunctions to multijunctions for high-performance perovskite solar cells. Chem. Soc. Rev., 2021
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d1cs00841b
2. Sci. Adv.：Ni1-xCoxPS3二維納米片的硫缺陷調(diào)控磁性
對具有強電子學、磁相關(guān)性的二維vdW材料的磁自旋態(tài)是自旋電子學領(lǐng)域中非常重要但是具有非常大挑戰(zhàn)。過渡金屬磷硫化物（MPS3）中通常具有晶體缺陷，能夠顯著影響其物理化學性質(zhì)。有鑒于此，國家納米科學中心何軍、威斯康星大學麥迪遜分校金松等報道研究少層vdW材料Ni1-xCoxPS3納米片材料中的硫缺陷位點對磁交換相互作用和自旋結(jié)構(gòu)的影響。
本文要點：
1）磁性和結(jié)構(gòu)表征與理論計算結(jié)果相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)硫缺陷位點能夠顯著抑制層內(nèi)的反鐵磁耦合相互作用，導致Ni1-xCoxPS3納米片中形成較弱的鐵磁基態(tài)。特別是，調(diào)控鐵磁性態(tài)所需的磁場僅僅<300>數(shù)千Oe）的數(shù)值更低。
2）本文研究結(jié)果為通過構(gòu)建缺陷位點結(jié)構(gòu)實現(xiàn)調(diào)控vdW材料的相關(guān)態(tài)和磁序提供一種非常有效的方法。
Fengmei Wang, et al, Defect-mediated ferromagnetism in correlated two-dimensional transition metal phosphorus trisulfides, Science Advances, 2021, 7(43), eabj4086
DOI: 10.1126/sciadv.abj4086
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj4086
3. Angew：配位不飽和銅槳輪簇的動態(tài)重構(gòu)促進CO2電化學還原為碳氫化合物
電化學二氧化碳（CO2）還原為碳氫化合物涉及多步質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移（PCET）反應(yīng)。盡管，第二配位球工程可有效用于PCET過程。然而，人們對于實際操作條件下的實際催化活性中心仍知之甚少。
近日，華中師范大學余穎教授，武漢理工大學麥立強教授，中科院上硅所易志國研究員報道了合成一種具有不飽和配位銅槳輪（CU-CPW）團簇的缺陷工程的MOF HKUST1，命名為“準MOF(QMOF)”，作為電催化CO2還原的預催化劑，并揭示了其在電化學重構(gòu)過程中的動態(tài)行為。
本文要點：
1）研究人員通過簡單的“霧化均苯三甲酸”策略合成了含CU-CPW簇合物的HKUST1。
2）基于一系列準原位和原位表征方法的實驗結(jié)果，研究人員確定了CU-CPW [Cu2(HCOO)3]團簇為真正的催化活性位點。
3）與配位飽和的Cu槳輪(CPW)相比，CU-CPW團簇加速了PCMET反應(yīng)，導致了深度的CO2還原反應(yīng)。
本研究為開發(fā)高性能多相CO2深度還原催化劑奠定了基礎(chǔ)。
Wei Zhang, et al, Dynamic Restructuring of Coordinatively Unsaturated Cu Paddle Wheel Clusters to Boost Electrochemical CO2 Reduction to Hydrocarbons, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202112116
https://doi.org/10.1002/anie.202112116
4. Angew：MnO2電極中不可逆Li+嵌入的原子學見解
隧道結(jié)構(gòu)的MnO2代表用于可逆能量存儲的開放框架電極材料。它的廣泛應(yīng)用受到循環(huán)穩(wěn)定性差的限制，其結(jié)構(gòu)起源尚不清楚。近日，阿貢國家實驗室陸俊研究員等人報道了MnO2電極中不可逆Li+嵌入的原子學研究。
本文要點：
1）針對 β-MnO2，在電極級（同步加速器 X 射線散射）和單粒子級（透射電子顯微鏡）上結(jié)合先進的原位診斷工具，在Li+離子嵌入/脫嵌時跟蹤了其結(jié)構(gòu)演變。發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定性源于鋰化時β-MnO2和正交晶系LiMnO2之間的部分可逆相變，導致循環(huán)容量衰減。此外，MnO2/ LiMnO2界面表現(xiàn)出多個箭方向無序區(qū)域，嚴重切入主體并破壞其結(jié)構(gòu)完整性。研究結(jié)果可以解釋隧道結(jié)構(gòu)材料的循環(huán)不穩(wěn)定性，基于此，未來的策略應(yīng)該專注于調(diào)整電荷傳輸動力學以提高性能。
Kun He, et al. Atomistic Insights of Irreversible Li+ Intercalation in MnO2 Electrode. Angew. Chem. Int. Ed. 2021.
DOI: 10.1002/anie.202113420
https://doi.org/10.1002/anie.202113420
5. Angew：金屬有機骨架預催化劑中孤立的Cu-S用于高乙烯選擇性電催化CO2還原
銅（Cu）基材料是一種高效的CO2轉(zhuǎn)化為C2+產(chǎn)物的電催化劑，大部分產(chǎn)物可在原位再生。準確設(shè)計預催化劑以獲得用于電催化CO2還原反應(yīng)（CO2RR）的活性中心是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。基于此，華東理工大學楊化桂教授，Peng Fei Liu，王海豐教授報道了采用局部硫摻雜策略在HKUST-1預催化劑上合理構(gòu)建了分離的Cu-S（S-HKUST-1）。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，S-HKUST-1可以原位重構(gòu)得到具有豐富和活性的兩相銅/硫化銅（Cu/CuxSy）界面的Cu(S)基體，在H型電池中可以獲得高的乙烯（C2H4）選擇性，最大法拉第效率（FE）為60.0%。在流動池結(jié)構(gòu)中，電流密度為400 mA cm-2，F(xiàn)EC2H4高達57.2%，F(xiàn)EC2 （C2H4, C2H5OH和CH3COOH的FE）為88.4%。這是Cu基金屬有機和MOF的CO2RR電催化劑中最佳的C2H4選擇性和活性。
2）Operando XAFS分析和系統(tǒng)表征表明，CO2RR過程中存在穩(wěn)定的Cu-S基序，可以穩(wěn)定具有活性的Cuδ+物種。密度泛函理論（DFT）計算進一步揭示了Cu/CuxSy界面上穩(wěn)定的Cuδ+，具有偶聯(lián)位點距離適中，優(yōu)化的*CO中間二聚反應(yīng)的動力學勢壘。
本工作為在原子尺度上合理構(gòu)建預催化劑，設(shè)計高效的CO2RR電催化劑提供了一條新的途徑。
Chun Fang Wen, et al, Highly ethylene-selective electrocatalytic CO2 reduction enabled by isolated Cu-S motifs in metal-organic framework-based precatalysts, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202111700
https://doi.org/10.1002/anie.202111700
6. AM: 通過氧化鈷上的氧空位調(diào)整競爭性吸附位點以增強生物質(zhì)的電氧化
5-羥甲基糠醛（HMF）的電氧化為從生物質(zhì)中獲得高價值化學品提供了一條有前途的綠色途徑。HMF 電氧化反應(yīng) (HMFOR) 是一個復雜的過程，涉及有機分子和 OH? 在電極表面的聯(lián)合吸附和偶聯(lián)。深入了解這些吸附位點和電催化劑上的反應(yīng)過程至關(guān)重要。有鑒于此，湖南大學王雙印教授、鄒雨芹副教授等人，初步闡明了HMF和OH-的吸附行為以及氧空位在Co3O4上的作用。
本文要點：
1）選擇Co3O4和 Vo- Co3O4作為催化劑來研究氧空位在 HMFOR 過程中的作用。通過operando XAS和準operando XPS表征了Vo的結(jié)構(gòu)演化。
2）通過調(diào)節(jié)吸附位點，設(shè)計的 Vo-Co3O4對 HMFOR 顯示出優(yōu)異的活性，在 1 M KOH 和 1 M PBS 溶液中，在 10 mA cm-2下的電位為 90 mV 和 120 mV。
3）相應(yīng)地，OH-與HMF在金屬位點上的競爭吸附不同，OH-可以先填補氧空位(Vo)，通過晶格氧氧化反應(yīng)過程與有機分子耦合，從而加快了5-羥甲基-2-呋喃羧酸(HMFCA)中間體脫氫反應(yīng)的速度決定步驟。
總之，該工作深入了解氧空位的催化機制，這有利于設(shè)計一種新型電催化劑來調(diào)節(jié)多分子的組合吸附行為。
Yuxuan Lu et al. Tailoring competitive adsorption sites by oxygen-vacancy on cobalt oxides to enhance the electrooxidation of biomass. Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202107185
https://doi.org/10.1002/adma.202107185
7. AM：CoOOH中W摻雜與插入的Co空位助力電催化OER
AM：CoOOH中W摻雜與插入的Co空位助力電催化OER電子結(jié)構(gòu)工程通過整合兩種具有相反調(diào)制效應(yīng)的缺陷結(jié)構(gòu)，是充分釋放催化劑性能的關(guān)鍵。近日，澳大利亞格里菲斯大學趙惠軍教授，Ding Yuan，江西師范大學何純挺教授報道了首次提出了通過W摻雜和Co空位來激活CoOOH的析氧反應(yīng)（OER）。
本文要點：
1）密度泛函理論表明，W摻雜劑和Co空位的作用相反，但它們在調(diào)節(jié)Co位點的電子態(tài)方面具有協(xié)同作用，導致接近理想的中間能級，并顯著降低了催化過電位。
2）研究人員接下來通過表面活性劑輔助組裝方法合成的原子薄的Co(OH)2納米片，并用作基體。前驅(qū)體溶液中W6+的加入導致W的取代摻雜和水熱反應(yīng)后生成Co(OH)2-WD。由于W6+摻雜可以與OH-配位形成可溶性WO42-，進一步利用動態(tài)控制堿腐蝕產(chǎn)生Co空位。W摻雜在1 M NaOH中通過OER活化過程部分分離，Co(OH)2基體同時轉(zhuǎn)化為CoOOH，形成CoOOH-WD-CoV。此外，為了完全除去W摻雜劑，首先對Co(OH)2-WD進行重復的堿性水熱處理，產(chǎn)生Co(OH)2-CoV，然后進行OER活化并獲得CoOOH-CoV。
3）實驗結(jié)果證實了電子結(jié)構(gòu)的調(diào)制，并驗證了催化劑顯著提高的催化活性，其用于電催化OER，僅需298.5 mV的小過電位，即可獲得50 mA cm-2的電流密度。
這種摻雜劑和空位內(nèi)插為設(shè)計各種電化學反應(yīng)的高效催化劑開辟了一條新的途徑。
Yuhai Dou, et al, Interpolation Between W Dopant and Co Vacancy in CoOOH for Enhanced Oxygen Evolution Catalysis, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104667
https://doi.org/10.1002/adma.202104667
8. AM：用于構(gòu)建集成光伏的鈣鈦礦太陽能電池
用于低成本和高效率光伏的有機-無機鹵化鉛鈣鈦礦的迅速出現(xiàn)有望影響新的光伏概念。憑借其高光電轉(zhuǎn)換效率、可擴展沉積技術(shù)在玻璃上涂覆鈣鈦礦層的能力、優(yōu)異的光電性能、調(diào)節(jié)透明度和顏色的合成多功能性，收到了廣泛的研究。這使得鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 有望成為建筑集成光伏 (BIPV) 的理想解決方案) 。南洋理工大學Teck Ming Koh和Nripan Mathews等人總結(jié)概述了用于BIPV應(yīng)用的PSC的獨特功能和特性。
本文要點：
1）研究人員討論了半透明、雙面和彩色PSC的有源層、界面層和電極的器件工程和光學管理策略。
2）同時，總結(jié)了PSC在與BIPV相關(guān)的條件下的性能，例如不同的工作溫度、光強度和光入射角。最近在不同國家對PSC進行的戶外穩(wěn)定性測試以及PSC的可擴展性進行了深入研究。
3）最后，討論了實現(xiàn)基于鈣鈦礦的BIPV的當前挑戰(zhàn)和未來機遇。
Koh, T.M., Wang, H., Ng, Y.F., Bruno, A., Mhaisalkar, S. and Mathews, N., Halide Perovskite Solar Cells for Building Integrated Photovoltaics: Transforming Building Fa?ades Into Power Generators. Adv. Mater.. 2021.
DOI：10.1002/adma.202104661
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202104661
9. ACS Nano：硫化聚丙烯腈作為高性能低體積變化負極用于穩(wěn)健的儲鉀
鉀離子電池（KIBs）因其豐富的鉀資源而被認為是一種低成本的電化學儲能技術(shù)。然而，KIBs的實際應(yīng)用仍然受到負極材料較差電化學性能的嚴重影響，在鉀化?脫鉀過程中，負極材料的體積變化較大，限制了其循環(huán)壽命。基于此，北京航空航天大學朱禹潔教授，郭林教授，浙江大學王江偉研究員報道了將低成本硫化聚丙烯腈（S-PAN）作為一種有吸引力的KIBs負極候選材料。
本文要點：
1）研究人員以商品聚丙烯腈和單質(zhì)硫為原料，采用一步熱聚合法制備了S-PAN。
2）研究發(fā)現(xiàn)，S-PAN的儲鉀容量高達569 mAh g(S-PAN)?1，具有較出色的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性（1500次循環(huán)后無容量損失，運行時間約為188天）。詳細的非原位光譜和原位顯微表征表明，S-PAN優(yōu)異的電化學性能歸因于其共價C?S和S?S鍵的高度可逆性，這些鍵在鉀化-脫鉀過程中反復斷裂-再聚合，而體積變化相對較小（小于24.2%）。
3）由高電壓K2MnFe(CN)6正極和大容量S-PAN負極組成的全電池具有誘人的能量密度（290.9 WH kg?1）和長期循環(huán)穩(wěn)定性（1200次循環(huán)，容量保持率95.4%）。鑒于負極和正極材料的高性能和低成本，這種全電池被認為是一種具有競爭力的儲能技術(shù)，適用于電網(wǎng)規(guī)模的應(yīng)用。
Leqing Deng, et al, Sulfurized Polyacrylonitrile as a High-Performance and Low-Volume Change Anode for Robust Potassium Storage, ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.1c07990
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07990
10. AFM：一種具有高熱電性能的柔韌細菌纖維素離子凝膠用于低級熱量收集
以熱電材料為基礎(chǔ)，對低品位和豐富的熱源進行利用對于可持續(xù)社會的發(fā)展至關(guān)重要。然而，具有生物可降解性、批量生產(chǎn)和低成本特性的高性能熱電材料卻鮮有報道。近日，東華大學馮雪凌特聘研究員從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，將天然聚合物（細菌纖維素，BC）和“綠色”溶劑（離子液體，ILs）結(jié)合起來，通過一種簡單而通用的改性共溶劑揮發(fā)方法，獲得了透明、靈活和堅固的離子凝膠（BCIGs）。
本文要點：
1）含有95 wt%的1-乙基-3-甲基咪唑二氰酰胺（[EMIM][DCA]）的BCIGs具有較高的拉伸強度（3.05 Mpa）、類皮膚機械伸長率（40.99%）和明顯的粘附性。
2）BCIGs的熱穩(wěn)定性高達250 °C。此外，它們還具有較高的離子電導率（2.88×10?2 S cm?1）、高離子熱電壓（18.04 mV K?1）和低熱導率（0.21 W m?1 K?1），使室溫下的離子品質(zhì)因數(shù)（ZTi）達到1.33。
3）研究人員通過熱梯度下介觀受限離子輸運模型，將BCIGs優(yōu)異的熱電性能歸因于離子-纖維素相互作用和離子-離子相互作用的協(xié)同效應(yīng)。
4）研究人員進一步展示了一種柔性離子熱電容器（ITEC）裝置，展示了BCIGs在可穿戴能源供應(yīng)方面的潛力。
Kuankuan Liu, et al, Flexible and Robust Bacterial Cellulose-Based Ionogels with High Thermoelectric Properties for Low-Grade Heat Harvesting, Adv. Funct. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adfm.202107105
https://doi.org/10.1002/adfm.202107105
11. AFM：柔性離子共軛微孔聚合物膜用于快速選擇性離子傳輸
具有快速和選擇性的離子傳輸?shù)哪ぴ谂c水和能源相關(guān)的應(yīng)用中具有巨大的潛力，其中，結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計是提高膜性能的關(guān)鍵。共軛微孔聚合物（CMPs）作為一種新興的膜材料，具有孔徑均勻、比表面積大、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但其脆性使其力學性能較差。基于此，阿卜杜拉國王科技大學賴志平教授報道了通過共電聚合法（COEP），制備出一種柔性離子CMPs膜。
本文要點：
1）研究人員根據(jù)分子設(shè)計原理，合成了由電活性咔唑基團和帶有離子端基的長鏈組成的軟離子型CMP單體6-(9H-咔唑-9-基)N，N，N-三甲基己烷-1-溴化銨（CbzC6-N）。將合成的CbzC6-N與剛性單體1，3，5-三(N-咔唑)苯（TCB）結(jié)合，采用共聚法制備了柔性離子CMP（i-CMP）膜
2）通過引入柔性烷基鏈，硬質(zhì)CMP膜在不犧牲固有孔隙的情況下被成功地軟化。更重要的是，離子基團賦予微孔電荷，導致膜的柔軟性和功能化的雙重調(diào)節(jié)。所制備的i-CMP膜的厚度約為40 nm，具有超快的離子傳輸速率和精確的離子篩分性能。
這種共電聚合策略，以及在單體設(shè)計中引入各種官能團，可以為功能化CMP膜的定制化提供一種有效策略。
Zongyao Zhou, et al, Flexible Ionic Conjugated Microporous Polymer Membranes for Fast and Selective Ion Transport, Adv. Funct. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adfm.202108672
https://doi.org/10.1002/adfm.202108672
12. AFM：一種高透氣性化學防護的MOF纖維催化劑
纖維復合材料在較大的表面積和增強分子在介質(zhì)中的傳輸方面具有明顯的優(yōu)勢，適合于各種不同的應(yīng)用。盡管目前的合成方法得到了長足的發(fā)展，但對于將功能材料的特性與復合材料的吸收、傳輸和催化性能相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的研究仍然很少。近日，北卡羅來納州立大學Gregory N. Parsons報道了成功地將UiO-66-NH2 MOF和調(diào)制的MOFHCl薄膜原位集成到聚合物纖維體系中，并通過循環(huán)生長的方法控制MOF的含量（最多重復三個循環(huán)）。
本文要點：
1）模擬DMNP在堿性緩沖溶液（pH為10）下水解時的TOFFiber與TOFFiber/TOFPowder的分析結(jié)果顯示，表面結(jié)合缺陷MOFHCl的催化活性高于其粉末相對應(yīng)物，也高于其他已報道的纖維基質(zhì)上MOF的催化活性。
2）研究人員選擇制備的MOF纖維復合材料，在沒有緩沖的情況下進行了真實的GD降解，并研究了其吸附和擴散特性，有效地限制了不利的蒸汽滲透。此外，對于最高MOF分數(shù)約為14 wt%的MOF-纖維催化劑，在水汽輸送速率（MVTR）為15600 g m-2 day-1時，仍在裸PP纖維載體觀察到的變化范圍內(nèi)。纖維支撐型MOF催化膜的這種出色的水蒸氣傳輸速率克服了許多傳統(tǒng)復合材料系統(tǒng)所具有的透氣性/解毒權(quán)衡。
3）本工作合成的MOF纖維復合材料的催化、吸附和蒸汽傳輸性能也有望通過不同的策略進行調(diào)整，包括合成后處理，從而制造出適用于實際領(lǐng)域的具有更好的危險化學品去除性能的下一代保護材料。此外，將多孔材料整合到纖維網(wǎng)絡(luò)中也可以擴展到功能性口罩領(lǐng)域，以有效過濾各種病原體，包括導致正在進行的全球大流行的COVID-19。
Dennis T. Lee, et al, Highly Breathable Chemically-Protective MOF-Fiber Catalysts, Adv. Funct. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adfm.202108004
https://doi.org/10.1002/adfm.202108004
