1. JACS：一種底物結合的金屬?有機層選擇性催化光氧化還原烯-羰基還原偶聯反應
分子間光氧化還原烯-羰基還原偶聯（ECRC）反應由于酮基自由基的競爭二聚或還原，通常具有較低的產物選擇性。基于此，芝加哥大學林文斌教授報道了開發了一種底物結合的金屬?有機層（MOL）作為選擇性ECRC反應的光氧化還原催化劑。
本文要點：
1）研究人員開發了一種Hf-Ir-OTFMOL，其由三氟化的Hf12 SBUs和光敏化的[Ir(DBB)(dF-(CF3)ppy)2]+（Ir-PS；DBB=4,4‘-二(4-苯甲酰基)-2,2’-聯吡啶；dF-(CF3)ppy=2-(2,4-difluorophenyl)-5-(trifluoromethyl)pyridine]配體組成，作為光氧化還原ECRC反應的選擇性催化劑。結果顯示，在4-氟苯甲醛與丙烯酸甲酯的偶聯反應中，Hf-Ir-Otf MOL使ECRC產物的選擇性比均相對照組提高了一個數量級。
2）光譜和動力學研究表明，Hf-Ir-OTf中的Lewis酸結合并激活了烯烴底物，促進了光生酮自由基的加成。
3）MOL催化的ECRC反應具有良好的官能團耐受性，可容納多種丙烯酸酯底物和芳香族羰基化合物。此外，在Hf-Ir-OTf中，Lewis酸和光敏劑的分級整合使得選擇性ECRC反應具有獨特的催化活性。
MOLs有望成為用于開發具有仿生催化活性的新一代多功能材料的極佳平臺。
Yingjie Fan, et al, A Substrate-Binding Metal?Organic Layer Selectively Catalyzes Photoredox Ene-Carbonyl Reductive Coupling Reactions, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c10180
https://doi.org/10.1021/jacs.1c10180
2. JACS：ZnO/Cu2O/Cu(111)催化劑上的多重位點用于甲烷選擇氧化制甲醇
地球上有豐富的天然氣，因此，利用甲烷（CH4）和氧氣（O2）的混合物在中低溫下實現甲烷到甲醇的直接轉化具有重要意義。近日，紐約州立大學石溪分校Ping Liu，José A. Rodriguez，布魯克海文國家實驗室Sanjaya D. Senanayake報道了開發了一種ZnO/Cu2O/Cu(111)高效催化劑，然后采用反應器測試、掃描隧道顯微鏡、常壓X射線光電子能譜、密度泛函計算和動力學Monte Carlo模擬相結合的方法對其進行了研究。
本文要點：
1）該催化劑能夠在室溫下活化CH4，并在450 K時將CH4和O2的混合物轉化為甲醇，選擇性為30%。這一性能無法在其他多相催化劑上實現，這些催化劑通常需要加水才能將CH4顯著轉化為CH3OH。
2）研究發現，負載在Cu2O/Cu(111)襯底上的ZnO島獨特的粗糙結構提供了多個位點的集合，這些位點在反應過程中顯示出不同的催化活性。在CH4和O2中，ZnO?Cu2O臺階位點由于有效的O?O鍵解離而成為甲醇合成的活性位點，從而能夠以合理的選擇性將甲烷轉化為甲醇。
3）進一步加水后，Zn空位引入的富氧缺陷ZnO中心對CH4轉化表現出優異的催化性能，使得CH3OH選擇性提高到80%以上。因此，在這種情況下，CH4→CH3OH直接轉化所涉及的表面位點不同于那些在沒有水的情況下生成CH3OH的表面位點。
這項研究通過揭示ZnO/Cu2O/Cu(111)上的位點相關行為，為指導高效的甲烷重整反應提供了一種高甲醇選擇性的設計策略。
Erwei Huang, et al, Selective Methane Oxidation to Methanol on ZnO/Cu2O/Cu(111) Catalysts: Multiple Site-Dependent Behaviors, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c08063
https://doi.org/10.1021/jacs.1c08063
3. EES: 開發用于鈣鈦礦太陽能電池商業化的封裝策略
鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）經過十年的研發，以器件穩定性為目標的成果遠遠落后于光電轉換效率的進步，這是其商業化的主要障礙。盡管正在迅速深入了解材料、器件結構和模塊的內在和外在降解機制的起源，以及為提高器件內功能層的穩定性以抑制相和晶體結構而開發的合成策略轉變、離子遷移、形態退化、表面和本體化學反應，正在形成一種共識，即系統封裝在器件和模組架構中必不可少，以有效抵抗惡劣的戶外老化因素。北京理工大學陳棋和Yujing Li等人通過關注PSCs封裝研究的基礎和技術發展，討論了封裝在對抗水分和氧氣侵入的常識中的作用，主要依賴于封裝材料的選擇和封裝結構的優化，以及更寬泛的封裝感，避免鉛泄漏，提高器件中各種材料的內在穩定性。
本文要點：
1）首先，研究人員總結了各種光電器件（發光二極管、有機光伏電池、硅太陽能電池）中當前最先進的封裝方法，以了解它們對 PSC 的可能影響。
2）然后，針對水分和氧氣穩定性、光穩定性和熱穩定性、濕熱穩定性和熱循環穩定性，本綜述重點強調了封裝對這些穩定性的影響。
3）研究人員主張建立標準和一致的程序來評估封裝材料和封裝器件的穩定性，以便進行更量化的調查和比較。
4）最后，通過對封裝的系統概念，即內部封裝，如晶界封裝、表面和界面封裝以及器件級外部封裝，總結了多種技術中的當前封裝材料。該綜述提供了對未來材料設計的展望，有望激發PSC封裝技術的未來發展。
Sai Ma, et al. Development of encapsulation strategies towards the commercialization of perovskite solar cells, Energy Environ. Sci., 2021,
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d1ee02882k
4. EES: 采用二維過渡金屬二鹵化物(TMDC)和碳化物/氮化物(MXene)催化劑的二氧化碳和氮還原反應
改善二氧化碳和氮還原反應（CO2RR 和 NRR）可以減少人為溫室氣體排放，同時選擇性地生產燃料、塑料和化學工業所需的化學品。高效的 CO2RR 可用于替代化石燃料以及重新利用捕獲的 CO2，而新的 NRR 途徑可用于補充或替代能源密集型的 Haber-Bosch 工藝，以在不排放 CO2 的情況下生成 NH3。
有鑒于此，美國可再生能源國家實驗室的Elisa M. Miller和Jeffrey L. Blackburn等人，綜述了使用二維過渡金屬二硫屬化物 (TMDC) 和金屬碳化物/氮化物(MXenes)將 CO2 和 N2 分子（光）電催化和光催化轉化為有用的產品，如一氧化碳、甲醇、甲酸和氨的研究進展。
本文要點：
1）這些高度可調的2D催化劑通過控制缺陷、相、邊緣位點、界面和官能團，來評估它們選擇性和有效地催化 CO2RR 和 NRR 的能力。首先解決CO2RR和NRR的挑戰，特別關注理論機制和最小能量途徑。在討論之后詳細回顧了用于 CO2RR 和 NRR（光）電催化和光催化反應的最先進的 2D TMDC 和 MXene 實驗催化劑，然后討論了這些催化反應的可能領域。
2）盡管最近人們在二維材料及其異質結構上進行了努力，以增強其固有催化活性，但值得注意的是，CO2RR和NRR在反應動力學緩慢和產物選擇性差方面繼續面臨挑戰。實際上，基于2D TMDCs和MXenes的CO2RR和NRR催化劑的合理設計仍有一些未開墾的“土地”，為了達到工業應用所需的效率、穩定性和成本，這些土地仍有待“開墾”。首先，大多數固有 2D TMDC 和 MXenes 的活性位點通常僅限于邊緣。開發用于激活惰性基面（例如應變、相變、缺陷和功能化）并通過不同形態（例如垂直取向的 2D 材料和花形）增加邊緣密度的策略是實現高效 CO2RR 和 NRR 的有希望的途徑。其次，單原子催化劑的最新發展為二維材料作為主體材料開辟了新的途徑。單原子催化劑(SAC)與二維基體材料的耦合，由于其較大的表面/體積比，使得單原子有機會密集修飾。第三，目前二維TMDCs和MXenes的合成過程是復雜的，通常在微尺度上進行。因此，在實現催化劑的商業化之前，迫切需要實現低成本、可重復性和高穩定性的二維材料的工業化生產和制造。第四，催化劑(成分、大小、形狀、氧化態和晶體結構)、電解質(陽離子、陰離子、濃度和pH值),溫度,壓力,和外加電位對CO2RR和NRR方案都是至關重要的，仍然需要優化。
Zhaodong Li, et al. Carbon Dioxide and Nitrogen Reduction Reactions using 2D Transition Metal Dichalcogenide (TMDC) and Carbide/Nitride (MXene) Catalysts. Energy Environ. Sci., 2021.
DOI: 10.1039/D1EE03211A
https://doi.org/10.1039/D1EE03211A
5. Angew：Lewis酸性PtIr多枝體助力高性能Li-O2電池
緩慢的氧反應動力學伴隨著高過電位和來自正極和溶劑的寄生反應，是非質子鋰-氧（Li-O2）電池面臨的主要挑戰。設計高效的催化劑來加速氧反應動力學是開發高性能Li-O2電池的關鍵。基于此，北京大學郭少軍教授報道了一種具有低Lewis酸性Pt原子的PtIr多枝體（multipods），用于改善過電位和穩定性的先進正極。
本文要點：
1）研究人員首先將2，4-戊二酸鉑（Pt(acac)2）、銥(III)-乙酰丙酮（Ir((acac)3)、抗壞血酸、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和油胺在空氣氣氛下混合到錐形燒瓶中。然后，混合物被加熱和攪拌以沉淀出來。最后用環己烷和乙醇的混合物洗滌沉淀物，得到PtIr多枝體。
2）TEM圖像顯示，所制備的PtIr多枝體的長度為45 nm，寬度為10 nm。密度泛函理論（DFT）計算結果表明，由于Pt具有比Ir更高的電負性，導致Pt原子的Lewis酸性比純Pt表面的低，因此電子從Ir向Pt轉移的傾向很強。此外，PtIr表面Pt原子的低Lewis酸性導致高電子密度和d帶中心下移，從而削弱了對中間體（LiO2）的結合能，這是實現低氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）過電位的關鍵。
3）實驗結果顯示，基于PtIr電極的Li-O2電池表現出非常低的放電/充電總過電位（0.44 V）和良好的循環壽命（180次），優于已報道的大部分貴金屬基正極。
本研究為合理設計高效、低Lewis酸度的鋰氧電池用貴金屬催化劑提供了一種策略。
Yin Zhou, et al, Lewis-Acidic PtIr Multipods Enable High-performance Li-O2 Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202114067
https://doi.org/10.1002/anie.202114067
6. Angew：Ir單原子位點納米顆粒的協同催化作用助力耐CO的PEMFC陽極
質子交換膜燃料電池（PEMFC）對微量CO雜質極為敏感，因此對氫的純度提出了嚴格的要求，同時排除了直接使用廉價的粗氫作為燃料的可能性。研究人員認為，單原子催化劑（SACs）能夠與金屬顆粒協同工作，對CO氧化和氫氧化反應（HOR）以及H2+CO混合物都具有良好的催化性能，其中SACs的主要作用是催化CO以及清除顆粒上的CO。
受此啟發，中科院長春應化所邢巍研究員，葛君杰研究員，上海應物所Zheng Jiang報道了首次嘗試用單原子和納米顆粒協同催化來解決陽極CO中毒問題。研究人員成功構建了一種由原子分散的Ir-N單位點和Ir納米顆粒組成的催化劑（IrNP@IrSA-N-C），該催化劑具有優異的HOR和COOR性能，以及在H2和CO混合氣體中出色的耐CO性能。
本文要點：
1）研究人員通過兩步碳化的方法制備了IrNP@IrSA-N-C，其中氮摻雜碳載體（NC-950）首先由咪唑骨架-8（ZIF-8）碳化合成，然后在Ir前驅體浸漬后再進行熱解。同時，還合成了完全由單原子Ir位點組成的催化劑（IrSA-N-C）和Ir納米顆粒（Ir/C-HM）作為對比，以比較它們在HOR和COOR的作用。
2）IrNP@IrSA-N-C催化劑出色的CO耐受性可以歸因于Ir單原子位點和Ir納米顆粒之間的相互作用，其中Ir單原子不僅可以有效地將CO快速轉化為CO2，而且可以通過提供活性OH*物種，在接近于Ir納米顆粒的情況下有效地清除CO。因此，在CO存在的情況下，Ir納米顆粒上的HOR活性中心可以被釋放，從而使催化劑具有良好的抗CO中毒性能。
這項工作不僅為解決陽極致命的CO中毒問題提供了一條途徑，而且還建立了一種新型的相互作用的催化體系，其中單原子位點與納米顆粒之間的協同作用至關重要。
Xiaolong Yang, et al, CO-Tolerant PEMFC Anodes Enabled by Synergistic Catalysis between Iridium Single-Atom Sites and Nanoparticles, Angew. Chem. Int. Ed.2021
DOI：10.1002/anie.202110900
https://doi.org/10.1002/anie.202110900
7. Angew.：鈣鈦礦量子點在鈣鈦礦太陽能電池中的應用
鈣鈦礦量子點 (QD) 保留了鈣鈦礦塊體材料的有吸引力的特性，并由于其量子限制效應而具有額外的優勢，從而使其可用作鈣鈦礦太陽能電池中的光吸收層。美國德州大學奧斯汀分校Weiguang Chi等人對此進行了全面的總結。
本文要點：
1）首先，對鈣鈦礦QD的問題和優勢在純化、鈣鈦礦 QD 的器件制造、光吸收、電荷傳輸和穩定性方面進行了分析。
2）基于交換化學（離子和配體交換）、鈍化工程（離子和配體鈍化）和結構工程（常規/倒置 結構、平面/介觀和尺寸漸變）闡明了增強鈣鈦礦量子點和基于量子點的太陽能電池的有前景的策略。
3）所有這些討論將為鈣鈦礦量子點的進一步發展提供線索，從而推動基于量子點的太陽能電池的發展。
Chi, W. and Banerjee, S., Application of Perovskite Quantum Dots as Absorber for Perovskite Solar Cell. Angew. Chem. Int. Ed..2021.
DOI：10.1002/anie.202112412
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202112412
8. AM：逐步拓撲化學構建的Ni(CN)2/NiSe2異質結用于高效電催化OER
利用基于復雜異質結構的高效電催化劑進行析氧反應（OER）已被認為是提高水分解效率以生產清潔能源氫的一種有前途的策略。然而，在催化劑合成方面，構建具有新型成分和結構的催化活性異質結仍然極具挑戰性。基于此，浙江工業大學陶新永教授，新加坡南洋理工大學樓雄文教授報道了成功開發出一種包括脫水和陰離子交換在內的逐步拓撲化學策略，將Ni-Ni 霍夫曼型配位聚合物（Hofmann-type coordination polymers ，HCP）納米板轉變為獨特的Ni(CN)2/NiSe2異質結構。
本文要點：
1）簡單地說，在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）存在下，研究人員首次在室溫下制備了以水為客體分子的Ni(H2O)2[Ni(CN)4]?H2O Ni-NiHCP納米板。以這些Ni-Ni HCP納米板為前驅體，進一步進行了簡單的熱處理過程，其中包括兩個獨立的表面化學過程：第一個過程是在180 ℃的較低溫度下將客體水分子從主體骨架上除去，然后是在350 ℃下與Se進行陰離子交換(硒化)。通過，這種固相自模板法制備了Ni(CN)2/NiSe2異質結構
2）Ni(CN)2/NiSe2異質結構是由單晶Ni(CN)2納米板和沿晶體排列的NiSe2衛星納米顆粒組裝而成。實驗結果顯示，優化的具有最佳Se含量的Ni(CN)2/NiSe2異質結構表現出較高的電催化OER性能，過電位僅為270 mV，電流密度即可達到10 mA cm?2。
3）研究發現，Ni(CN)2/NiSe2異質結構出色的OER活性主要源于兩組分的協同作用，Ni(CN)2具有較高的本征活性，而NiSe2具有良好的電子導電性，它們的異質界面為催化提供了更好的幾何結構和電子傳遞途徑。
本工作為制備納米級異質結構的高性能Ni基OER電催化劑提供了一條合成途徑，其組成、空間組織和界面構型均可精確控制。
Jianwei Nai, et al, Construction of Ni(CN)2/NiSe2 Heterostructures by Stepwise Topochemical Pathways for Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104405
https://doi.org/10.1002/adma.202104405
9. AM：噴墨打印技術在二維材料上的無缺陷金屬沉積
二維（2D）材料具有許多突出的性質，如高導電性、柔韌性和透明性，使其在電子器件制造中具有吸引力。然而，將2D材料集成到商業器件和電路中具有一定的挑戰性，其結構和性能在制造過程中可能會受到破壞。最近的研究表明，標準的金屬沉積技術（如電子束蒸發和濺射）嚴重破壞了2D材料的原子結構。近日，阿卜杜拉國王科技大學Mario Lanza報道了分析了金屬沉積工藝對多層h-BN形貌和結構的影響。
本文要點：
1）研究發現，機械剝離的h-BN樣品的TEM橫截面圖像顯示出近乎完美的原子結構和尖銳的界面，但當它暴露在17 nm Au的電子束蒸發下時，與相鄰材料的界面變得分散，內部結構變得高度缺陷。此外，EELS和EDS納米化學分析表明樣品中存在O雜質。這些現象在MOCVD生長的h-BN樣品中被Cr濺射而進一步加劇，這可能是較高的本征缺陷密度（這降低了h-BN薄膜的機械和化學穩定性）所致。
2）研究人員發現噴墨打印是一種非常實用的金屬（在我們的研究中是Ag）沉積技術，其不會破壞h-BN堆的結構，從而導致較低的泄漏/擊穿電流，并觀察到穩定的RTN。
研究結果對于理解噴墨打印技術在2D材料中的應用具有重要意義，并且有助于更好地設計和優化電子器件和電路。
Wenwen Zheng, et al, Defect-free metal deposition on two-dimensional materials via inkjet printing technology, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104138
https://doi.org/10.1002/adma.202104138
10. AM：一種實現鉀金屬負極和鉀金屬電池穩定循環的多功能隔膜
鉀金屬電池（KMBs，PMBs）和鉀離子電池（KIBs，PIBs）正引起越來越多的科學關注。鉀基電化學存儲的目標應用是各種固定式電能存儲系統（ESSs），與鋰離子電池（LIBs）相比，ESSs具有成本和供應優勢。此外，鉀基電化學儲能體系也可能具有電化學優勢，在酯類和醚類電解質中，K離子比Li或Na離子具有更弱的Lewis酸性、更小的Stokes半徑和更高的遷移率。然而， K金屬陽極與有機電解質的高反應性導致不穩定的固體電解質界面（SEI）和伴隨的枝晶生長。K枝晶的生長是一個復雜的現象，它與多種因素有關，包括K離子和電子的不均勻擴散以及負極-電解液界面的化學反應和電化學反應。
近日，德克薩斯大學奧斯汀分校David Mitlin，Pengcheng Liu首次報道了一種多功能鉀金屬電池隔膜。
本文要點：
1）研究發現，聚丙烯上的雙層流延微米級AlF3（AlF3@PP）具有最先進的電化學性能：對稱電池在0.5 mA cm-2和0.5 mAh cm-2下，循環1000次(2000小時)后，性能穩定，過電位為0.042 V。此外，在5.0 mA cm-2下，循環600次（14400分鐘）后仍保持了穩定性，過電位為0.138 V。
2）研究發現，循環后的鍍層表面無枝晶，而剝離后的鍍層表面有光滑的SEI。傳統的PP電池很快失效，在電鍍時出現K枝晶，在剝離時出現“死金屬”和SEI團塊。
3）含AlF3@PP的六氰亞鐵酸鉀(III)正極KMBs的容量保持率在100次循環中為91%，而在100次循環中為58%。研究發現，AlF3與K部分反應生成含有KF、AlF3和Al2O3相的人工SEI。AlF3@PP促進了電解質的完全潤濕和吸收，改善了離子導電性，增加了離子遷移數。19F NMR表明，較高的K+遷移數歸因于AlF3與FSI-離子之間的強相互作用。
4）研究發現，潤濕性和性能的提高具有通用性，這在酯基和醚基溶劑、K-鹽、Na-鹽或Li鹽以及不同的商業隔膜中都得到了證實。
Pengcheng Liu, et al, Multifunctional Separator Allows Stable Cycling of Potassium Metal Anodes and of Potassium Metal Batteries, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202105855
https://doi.org/10.1002/adma.202105855
11. AM：共振介導的鈣鈦礦結晶動態調制用于高效穩定的太陽能電池
操縱鈣鈦礦結晶以制備高質量的鈣鈦礦薄膜是實現高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的關鍵。南京郵電大學Runfeng Chen，鄭州大學Zheng Duan和阿卜杜拉國王科技大學Jun Yin等人報道了使用共振空穴傳輸材料（HTM）調節鈣鈦礦結晶的動態策略。
本文要點：
1）該材料能夠在具有中性和帶電共振形式的多個電子態之間快速自適應互變異構，以介導鈣鈦礦晶體生長和原位缺陷鈍化。
2）這種方法基于共振變化 HTM和鈣鈦礦之間的自適應分子相互作用，產生具有光滑表面、定向結晶和低電荷復合的高質量鈣鈦礦薄膜。對于倒置小面積設備 (0.09 cm2)和大面積設備 (1.02 cm2) 分別產生光電轉換效率接近22%和19.5%。
3）此外，觀察到PSC的穩定性非常高。在相對濕度為40~50%的空氣中，在連續光照或75°C 退火條件下1000 小時后，無封裝器件保分別持初始效率的 90%、88% 或 83% 以上。
Xu, L., Wu, D., Lv, W., Xiang, Y., Liu, Y., Tao, Y., Yin, J., Qian, M., Li, P., Zhang, L., Chen, S., Mohammed, O.F., Bakr, O.M., Duan, Z., Chen, R. and Huang, W. (2021), Resonance-mediated dynamic modulation of perovskite crystallization for efficient and stable solar cells. Adv. Mater..
DOI：10.1002/adma.202107111
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107111
12. Nano Lett.: 為癌細胞膜囊泡配備功能性 DNA 作為癌癥免疫治療的靶向疫苗
通過誘導腫瘤特異性免疫反應，腫瘤疫苗最近引起了極大的研究興趣。于此，蘇州大學劉莊和上海交通大學楊宇等人設計了一種靶向納米疫苗，為從腫瘤細胞中收集的細胞膜囊泡 (CMV) 配備功能性 DNA，包括 CpG 寡核苷酸（toll 樣受體 9 的激動劑），以及靶向樹突狀細胞表面特異性C型凝集素-細胞間黏附分子3結合非整合素分子（DC-SIGN）受體在 DC 上過表達的適體。
本文要點：
1）這種 DNA 修飾的 CMV 可以靶向DCs并進一步刺激它們的成熟。值得注意的是，該納米疫苗可以觸發強大的抗腫瘤免疫反應，有效延緩腫瘤生長。
2）此外，將基于CMV的納米疫苗與免疫檢查點阻斷相結合，可以通過消除大部分腫瘤以及防止腫瘤復發的長期免疫記憶來改善治療反應。因此，通過簡單地在從腫瘤細胞中收集的 CMV 上組裝功能性 DNA，研究人員提出了一個通用的 DC 靶向個性化癌癥疫苗平臺，用于有效和特異性的癌癥免疫治療。
Bo Liu, et al., Equipping Cancer Cell Membrane Vesicles with Functional DNA as a Targeted Vaccine for Cancer Immunotherapy. Nano Letters 2021.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02582
