1. Matter：激光沖擊蒸發法制備液態金屬納米層連接MOF納米復合材料
金屬有機骨架（MOFs）的導熱系數較低，限制了其在熱相關領域的動力學性能。基于此，美國普渡大學Gary J. Cheng教授，武漢大學Haoqing Jiang報道了采用激光沖擊蒸發的方法在MOF晶體表面沉積均勻的液態金屬納米顆粒（LMNP）薄層，制備了MOF@LMNP納米復合材料。得到的MOF@LMNP復合材料繼承了LMs的高導熱性能，并保持了MOF的高孔隙率。
本文要點：
1）液態金屬選擇性激光吸收引起的局部蒸發使液態金屬顆粒破碎，并以薄層形式沉積在MOF表面。此外，LMNP層起到了3D導熱通道的作用。
2）實驗結果顯示，這種MOF-801@LMNP復合材料與原始MOF相比，具有500%的導熱系數，并且可以在創紀錄的3 min內釋放出70%的容量。
3）當使用MOF-801@LMNP吸收劑的裝置在室外運行時，與現有的MOF集水器相比，其顯示出更佳的集水能力。
通過這種方法將MOF與金屬相結合，為MOF在需要高熱導率和電導率的更廣泛領域的應用鋪平了道路。
An et al., Liquid metal nanolayer-linked MOF nanocomposites by laser shock evaporation, Matter (2021)
DOI：10.1016/j.matt.2021.10.012
https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.10.012
2. EES：非常規直接合成的含N空位的Ni3N/Ni用于高效穩定地析氫
過渡金屬氮化物具有高催化活性、低電阻率、良好耐腐蝕性以及儲量豐富等優點，是一類極具吸引力的催化劑材料，但傳統的合成方法依賴于危險環境下的高溫氮化過程。基于此，澳大利亞國立大學Siva Karuturi，Kylie Catchpole，德國慕尼黑工業大學Haobo Li首次報道了在堿性溶液中采用磁控濺射電化學和PEC HER一步法合成具有三角金字塔納米結構的Ni3N/Ni。特別是濺射的催化劑具有低結晶度，N-空位豐富，較強的H*結合強度和較高的電化學比表面積。
本文要點：
1）實驗結果表明，Ni3N/Ni電極具有與Pt電極相當的HER活性，在10 mA cm-2時的過電位為89 mV。
2）研究人員利用密度泛函理論（DFT）計算，從低的表面自由能（γ）和正的Bader電荷值，以及工作條件下的表面Pourbaix圖中，合理地揭示了N-空位對Ni3N/Ni催化劑高活性和穩定性的重要作用。
3）以Ni3N/Ni為助催化劑的Si光電陰極在0 V（vs. 可逆氫電極(RHE)）下，產生的電流密度為38.8 mA cm-2，起始電位為0.59 V，外加偏置光電流效率（ABPE）為9.3%，在強堿性介質中的耐久性可達50 h以上。此外，沉積在多孔襯底上的Ni3N/Ni催化劑在零間隙電解槽中即使在高電流密度下也表現出優異的性能和穩定性，證明了其實際應用的可行性。
這項工作展示了一種可行的合成其他用于電化學和光電化學能量轉換的過渡金屬氮化物催化劑的一般方法。
Doudou Zhang, et al, Unconventional Direct Synthesis of Ni3N/Ni with N-Vacancies for Efficient and Stable Hydrogen Evolution, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE02013G
https://doi.org/10.1039/D1EE02013G
3. EES綜述：先進的析氫電催化劑用于可持續的氫氣和氯堿聯產
先進的析氫反應(HER)電催化劑與氯堿反應相匹配，是實現低成本、環境友好的氫堿聯產的重要環節。目前，該領域的核心問題是設計和制備在苛刻的氯堿電解條件下具有高活性和穩定性的HER電催化劑。近日，東北師范大學李陽光教授，譚華橋教授，蘇州大學康振輝教授對電解析氫與氯堿工業聯合工藝的最新進展進行了全面的綜述。
本文要點：
1）作者首次明確提出HER電催化劑的設計應結合氯堿行業的實際情況。氯堿條件下HER電催化劑的催化機理和設計原理尚不清楚，相關報道也很少。因此，總結目前與氯堿工業配套的HER電催化劑的設計和合成成果已迫在眉睫。從這一角度出發，作者詳細討論了強堿、高鹽濃度和高溫對HER電催化劑催化性能的影響，為設計可用于氯堿電解的新型HER電催化劑提供了理論依據。
2）作者重點介紹了用于氯堿電解的HER電催化劑的設計、合成、組成、形貌和催化活性等方面的最新進展。總結了氯堿條件下其性能的測試條件和評價標準，以供參考。此外，還對技術和工程方面取得的一些進展進行了綜述。
3）作者最后展望了該聯合技術未來發展的機遇和仍面臨的挑戰。
Lu-Nan Zhang, et al, Advanced hydrogen evolution electrocatalysts promising a sustainable hydrogen and chlor-alkali co-production, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE02798K
https://doi.org/10.1039/D1EE02798K
4. EES：三金屬有機骨架的原位離子交換制備及拓撲轉化用于高效電催化水氧化
采用非貴金屬催化劑的陰離子交換膜電解（AEMWE）為工業制氫提供了一條很有前途的途徑。然而，緩慢的陽極水氧化反應動力學嚴重阻礙了其效率和成本的提高。基于此，中科院上硅所Ya Yan，Xianying Wang，華中科技大學夏寶玉教授，中科大Yuan Kong報道了通過陰離子交換法制備出NiCoFe-NDA超薄納米片，經原位電化學重構活化后，作為AEMWE中水氧化的高效電催化劑。
本文要點：
1）所設計的NiCoFe-NDA/NF電極在電流密度為10 mA cm-2時的過電位為215 mV，在堿性電解液中的Tafel斜率為64.1 mV dec-1，表現出優異的OER活性，明顯低于單金屬MOF和基準IrO2電催化劑。此外，用NiCoFe-NDA陽極組裝的AEMWE電池在0.1 M KOH溶液中1.8 V的電流密度高達325 mV cm-2，并且在近100 h的連續水電解中表現出良好的穩定性。
2）原位/非原位測試均表明，在陽極水氧化過程中，NiCoFe-NDA發生了原位相變，表面重構的NiCoFe-NDA繼承了其拓撲納米片狀結構，形成了活性豐富的富含表面的金屬氧氫氧化物，具有豐富的低配位催化環境，為促進水氧化提供了有利的多金屬偶聯效應。
本工作不僅為探索多元MOF電催化提供了一個參考平臺，也為設計基于MOF的能量轉換技術電催化劑提供了有價值的指導。
Kaihang Yue, et al, In-situ Ion-Exchange Preparation and Topological Transformation of Trimetal-Organic Frameworks for Efficient Electrocatalytic Water Oxidation, Energy Environ. Sci., 2021,
DOI: 10.1039/D1EE02606B
https://doi.org/10.1039/D1EE02606B
5. Angew：精密空間設計的金屬-有機骨架納米薄片用于高效的能量傳遞和光催化
金屬有機骨架（MOFs）和MOFs納米片（NSs）的高效光催化往往受限于其短暫的電荷分離和自猝滅。基于此，美國德克薩斯農工大學周宏才教授，Jiandong Pang，南京師范大學古志遠教授報道了提出了通過能量轉移過程（EnT）來延長電荷分離，從而提高一系列MOF NSs的催化性能。結果顯示，使用NS還可以很好地隔離光催化劑，減少自猝滅。
本文要點：
1）研究人員選擇四(4-羧基苯基)卟啉（H4TCPP）和1,3,6,8-四(對苯甲酸)芘（H4TBAPy）連接物分別作為受體和供體。考慮到MOF NSs的精確空間設計，這些供體和受體部分可以緊密定位在NSs上，從而實現高效的EnT過程，以及高度的位點隔離。其中22%TCPP固載的TBAPy-Zr NS的EnT效率為82%。與未修飾的母體MOF NSs相比，這些MOF NS光催化劑具有較高的光催化活性。
2）研究人員成功地合成了兩種EnT MOF NS 模板，即供體-受體-NS和受體-供體-NS催化劑，結果表明第二種模板催化劑由于其位置隔離的活性光催化劑而比第一種模板具有更高的催化性能。研究人員推測，這種性能上的差異是由于受體-供體-NSs中的位點隔離的TCPP活性中心造成。與TCPP固載的BTB-Zr NS相比，基于EnT過程的TBAPy-Zr NS具有更快的初始反應動力學。
這些結果表明，將光催化受體固定在供體NS上既有位點隔離的優點，又有良好的行為優勢。從而展示了未來應用MOF NSs作為非無害光催化劑載體的可行性，并可用于指導使用較少活性中心的下一代高效光催化劑的設計。
Peiyu Cai, et al, Precise Spatial Designed Metal-Organic Framework Nanosheets for Efficient Energy Transfer and Photocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202111594
https://doi.org/10.1002/anie.202111594
6. Angew：蒽醌共價有機骨架中空管用于鋰硫電池中的粘結劑微添加劑
探索新的共價有機骨架（COFs）在鋰硫（Li-S）電池中的應用形式，可以克服通常作為硫基材料（主要是20~40 wt%的負極負載量）時的低電導率或高負載量等缺點，以最大限度地發揮其低密度優勢，從而獲得輕量化、便攜或高能量密度的器件。近日，華南師范大學/南京師范大學蘭亞乾教授，陳宜法報道了首次將COFs作為Li-S電池粘結劑的微量添加劑。
本文要點：
1）研究人員通過聚偏氟乙烯（PVDF）、1，5-二氨基-4，8-二羥基蒽醌（OH-AAn）和1，3，5-三甲酰基間苯三酚（TP）的原位自組裝，制備了一系列基于蒽醌COF的中空管（PVDF@OH-AAn-COF，記為POAC-x，x=1-5），并將其作為粘結劑（正極質量分數為0.5-4.0 wt%）的微量添加劑。
2）研究發現，引入的POAC-x（x=1-5）能明顯增強粘結劑的性能（如粘度、電解質潤濕和Li+遷移），并能在循環過程中自動修復電極上的機械損傷和裂紋，使活性物質之間的機械和電氣連接比傳統的硫正極更穩定。其中，以POAC-4為微量添加劑（正極質量分數為1.0 wt%）的電極比PVDF基電極的可逆容量提高近一倍（0.5 C循環的初始比容量為1292.5 mAh g-1、805.5 mAh g-1），庫侖效率（CE）約為99.9%。另外，POAC-4電極在2 C下循環600 次后，容量達到517.0 mAh g-1，幾乎是裸電極的兩倍。值得注意的是，所獲得的性能優于大多數已報道的基于COF或粘結劑的Li-S電池。
3）密度泛函理論（DFT）計算表明，蒽醌-COF中空管對LiPSs具有很高的親和力和催化能力，這將在保持高電化學性能方面發揮關鍵作用。
Can Guo, et al, Anthraquinone Covalent Organic Frameworks Hollow Tubes as Binder Micro-Additives in Li-S Battery, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202113315
https://doi.org/10.1002/anie.202113315
7. Angew: Ruddlesden-Popper雜化溴化鉛鈣鈦礦納米片：以固態儲存的穩定膠體
Ruddlesden-Popper 鹵化鉛鈣鈦礦 (RP-LHP) 納米結構可被視為自組裝量子阱或3D 鈣鈦礦的超晶格，具有單個或幾個 (n = 1-4) 鹵化鉛層的本征量子阱厚度；量子阱被有機層隔開。它們可以縮小到單個量子阱尺寸。瓦倫西亞大學Raquel E. Galian和Julia Pérez-Prieto等人報道了化學和膠體高度穩定的混合LHP納米片（NSs）的制備。
本文要點：
1）首次報道了7.4 μm橫向尺寸和2.5 nm量子阱高度（從而在約440 nm處呈現深藍色發射）。
2）NS位于緊密位置，并且沉積在基板上時它們也可以相互連接。該合成基于對甲苯磺酸/十二烷胺 (p TS/DDA) 配體對的使用，并且通過添加EuBr2納米點 (EuND)增強它們的光、化學穩定性和光致發光性能。
3）RP-LHP可以作為固體保存并儲存至少一年。只需將粉末分散在甲苯中，然后用它來制備固體薄膜，就可以根據需要從固體中回收藍色發光膠體，這使它們成為制造設備的非常有希望的候選者。
Pérez-Prieto, J., Cevallos-Toledo, R..B., Rosa-Pardo, I., Arenal, R., Oestreicher, V., Fickert, M., Abellán, G. and Galian, R..E. (2021), Ruddlesden-Popper hybrid lead bromide perovskite nanosheets of phase pure n = 2: stabilized colloids stored in the solid state. Angew. Chem. Int. Ed..
DOI：10.1002/anie.202113451
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202113451
8. Angew：具有可調諧疏水性的二維含氟共價有機骨架用于超高速油水分離
共價有機骨架（COFs）在解決高效油水分離方面具有巨大的潛力，但由于結晶膜的潤濕性和加工性較差而受到嚴重限制。基于此，上海交通大學崔勇教授，華東師范大學黃愛生教授報道了三種骨架上帶有側鏈氟和/或異丙基的二維COF的設計和合成，它們具有可調的超疏水性以及較高的熱穩定性和化學穩定性。
本文要點：
1）APTES改性SSN共價鍵接枝制得的COF@SSN涂層具有優良的疏水性、耐水壓、穩定性和自潔性。
2）作為概念驗證，COF@SSN涂層應用于油水分離過程中的透油，結果顯示，其對各種油水混合物表現出良好的分離效率（>99.5%），特別是對CH2Cl2/水混合物具有(2.84±0.0 8)×105 L m?2 h?1的高滲透通量，且可重復使用達50次。
3）COF@SSN涂層出色的透油通量和較高的水擊穿壓力可以滿足膜的連續操作要求，這可能對降低大規模分離的運行成本起到至關重要的作用。
本研究不僅為制備高油水分離性能的晶體COF膜提供了一種自下而上的方法，而且為開發具有可控潤濕性和可加工性的可用于各種分離過程的新型多孔功能材料奠定了基礎。
Yuhao Liu, et al, Two-Dimensional Fluorinated Covalent Organic Frameworks with Tunable Hydrophobicity for Ultrafast Oil-Water Separation, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202113348
https://doi.org/10.1002/anie.202113348
9. Angew：最大化三維共價有機骨架中的電活性位點以顯著提高電催化CO2RR
具有不可逆鍵的功能性三維（3D）COFs的合成極具挑戰性。近日，北京科技大學姜建壯教授，王海龍教授，德克薩斯大學圣安東尼奧分校陳邦林教授報道了采用2,3,9,10,16,17,23,24八羧酞菁四酸酐M(TAPc) (M = Co, H2)與1,3,5,7-四(4-氨基苯基)金剛烷（TAPA）的聚合反應，成功地合成了三維酞菁(Pc)聚酰亞胺(PI) COFs （MPc-PICOF-3 (M = Co(II)，H2)）。
本文要點：
1）粉末X射線衍射和氣體吸附分析結果顯示，MPc-PI-COF-3呈互穿的pts網組成的3D結構。令人印象深刻的是，CoPc-PI-COF-3獨特的三維多孔結構確保了電極上的電化學表面濃度高達183 nmol cm?2，即32.7%的總金屬酞菁亞基作為活性位點。
2）研究人員用摻雜炭黑的CoPc-PI-COF-3制備了在KHCO3水溶液中用于CO2還原反應的電催化陰極，結果顯示，在?0.60~?1.00 V（vs.RHE）電壓范圍內，CO2轉化為CO的法拉第效率為88?96%。此外，在?0.90 V下獲得了31.7 mA cm?2的大電流密度（JCO）。這兩個參數顯著高于的2D COF對比物（CoPc-PI-COF-1, 5.1%&21.2 mA），此外，在連續20 h的測試中，該電極在?0.80 V下的周轉數為35500，周轉頻率為0.6 s?1。
本研究不僅引入了前所未有的3D酞菁COFs，其電催化CO2RR活性優于2D COFs，而且闡明了導電性較差的3D COFs作為高效電催化劑的光明前景，從而激發了人們對具有巨大電催化潛力的高導電性3D COFs開發的興趣。
Bin Han, et al, Maximizing Electroactive Sites in a Three-dimensional Covalent Organic Framework for Significantly Improved Carbon Dioxide Reduction Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202114244
https://doi.org/10.1002/anie.202114244
10. Angew：配位環境調控原子分散的Zn電催化劑電子結構用于高選擇性氧還原
準確調節氧還原反應（ORR）的選擇性是可再生能源儲存和利用的關鍵，但具有挑戰性。近日，中山大學李光琴教授報道了通過調整催化中心的配位環境，靈活地改變原子分散的Zn位點上的ORR途徑，從而實現了高選擇性的ORR。
本文要點：
1）研究人員通過改變相應的MOFs前驅體的官能團，成功制備出具有O、C配位（ZnO3C）或N配位（ZnN4）的原子分散的Zn催化劑。研究人員通過X射線吸收精細結構（XAFs）確定了Zn電催化劑的配位環境。
2）值得注意的是，ZnN4催化劑通過4e-途徑ORR獲得H2O。而具有獨特O，C配位的ZnO3C催化劑通過可控地調節原子分散的Zn位點的配位環境，在0.1 M KOH中以2 e-途徑ORR生成H2O2，其過電位接近于零，以及高選擇性。
3）密度泛函理論（DFT）計算表明，ZnO3C中Zn周圍電子的減少使Zn的d帶中心下移，從而改變了中間吸附，對2e-ORR具有較高的選擇性。
本工作利用MOFs的結構優點，對不同的ORR途徑合理設計和合成了具有不同配位環境的Zn單原子催化劑。
Tailoring the Electronic Structure of Atomically Dispersed Zn Electrocatalyst by Coordination Environment Regulation for High Selectivity Oxygen Reduction, Jia Yaling, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110838
https://doi.org/10.1002/anie.202110838
11. Nano Letters：粉末狀納米顆粒的自組裝用于大容量、長壽命和超快充的鈉離子電池
同時表現出大容量、快速充電能力和高循環穩定性的電池負極極具挑戰性，因為本質上講，材料的這些性質極具差異。近日，韓國慶尚大學Hyojun Ahn，高麗大學Jae-Chul Lee報道了使用Na?Sn電池系統，所設計的Na離子電池負極性能優于目前的負極，同時提供了大容量、快速充電能力和長循環壽命，而不需要進行表面改性。
本文要點：
1）研究人員制造了一種負極材料，該負極材料可以在超快倍率下工作，而不會在延長電池循環時間的情況下降低容量。結果顯示，在12690 mAh g-1（相當于15 C）的倍率下，自組裝Sn納米結構的負極在未經修飾的容量達到480 mAh g-1，在循環超過1500時保持了99.9%的容量。
2）為了揭示觀察到的結構演變和相關的電化學性質的機制，研究人員解決了四個基本問題：i）通過觀察鈉化過程中塊體Sn晶體中位錯的產生和伴隨的位錯管擴散，研究人員闡明了塊體Sn向納米晶結構的重組過程；ii）研究人員觀察了納米顆粒結構在脫鈉過程中的碎裂過程和隨后的鈉化過程；iii）研究人員采用經典分子動力學(MD)模擬和密度泛函理論(DFT)計算相結合的方法，通過分析電解液在促進碎裂NPs聚結過程中的作用，闡明了碎裂SnNPs自組裝行為的機理；iv）研究人員通過實驗證實，由納米顆粒自組裝而成的結構體系可以顯著提高電池的倍率性能、容量和循環性能。
該方法簡單、可擴展、可擴展到其他體系，為大量獲得納米結構負極材料提供了一條可靠的替代途徑。
Jun-Hyoung Park, et al, Self-Assembly of Pulverized Nanoparticles: An Approach to Realize Large-Capacity, Long-Lasting, and Ultra-Fast-Chargeable Na-Ion Batteries, Nano Lett., 2021
DOI：10.1021/acs.nanolett.1c02518
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02518
12. Nano Letters: 基于單晶超薄鈣鈦礦薄膜的人造結構微激光器
由于其優異的性能，鈣鈦礦微激光器對于集成光子學具有潛在價值。人造微激光器主要是在多晶薄膜上制造的。盡管鈣鈦礦單晶與其多晶對應物相比具有顯著改善的性能，但由于難以生產超薄單晶 (UTSC) 薄膜，基于單晶鈣鈦礦的人工微激光器的探索較少。北京大學Shufeng Wang等人展示了基于鈣鈦礦UTSC薄膜的器件加工，證實了 UTSC 器件的高性能，品質因數為 1250。
本文要點：
1）與多晶相比，單晶器件的品質因數是4.5倍，輻射強度是8倍于多晶相。該實驗首先證明了具有亞波長精細結構的混合鈣鈦礦微激光器可以通過聚焦離子束（FIB）進行處理。
2）此外，還展示了波長可調的分布式反饋 (DFB) 激光器，其調諧范圍約為4.6 nm。該研究為具有優異性能的鈣鈦礦光子器件提供了一種易于應用的方法。
Guodong Liu, et al. Toward Microlasers with Artificial Structure Based on Single-Crystal Ultrathin Perovskite Films, Nano Lett. 2021, 21, 20, 8650–8656
DOI：10.1021/acs.nanolett.1c02618
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c02618
