1. Chem. Soc. Rev.: 酞菁電催化研究進展
酞菁(Pcs)在電催化中的應用——包括氧還原反應(ORR)、二氧化碳還原反應(CO2RR)、析氧反應(OER)和析氫反應(HER)——近年來引起了廣泛關注。雖然Pcs及其衍生物在結構上與天然卟啉配合物有關，但它們具有成本低、合成方便、化學穩定性好等優點，因此在電催化方面比其他大環更有吸引力。此外，它們的高可定制性和結構多樣性意味著 Pcs 在電化學設備中具有巨大的應用潛力。有鑒于此，北京化工大學王峰教授和張正平副教授等人，綜述了Pcs 的結構和組成，Pcs 及其類似物的合成方法，以及基于 Pc 的多相電催化劑的應用。
本文要點：
1）基于不同電化學反應的機理，提出了用于電催化 ORR、CO2RR、OER 和 HER 的 Pc基材料的優化策略。還討論了不同 Pc材料和 Pc基電催化劑的結構/組成-催化活性關系，以確定未來的實際應用。最后，討論了使用分子 Pcs 和 Pc衍生物作為電催化劑的未來機遇和挑戰。
2）一系列具有良好電化學性能的MPcs及其衍生物被用作ORR、CO2RR、OER和HER的電催化劑。它們的低配位M-N4位點和金屬-氮-碳結構使得非貴金屬位點比傳統的大塊/納米貴金屬電催化劑表現出更好的活性。不同的分子結構(包括中心金屬和Pc大環、Pc支持雜化體和Pc衍生材料)對電催化性能的影響已經被廣泛研究。一般而言，選擇合適的載體和熱處理是提高分子pc電導率和穩定性的最有效策略，從而提高電催化性能。
3）對 Pcs 及其衍生物的研究在以下領域提供了具有挑戰性的研究機會：(1) 精確的分子結構對 Pc 分子的物理和化學性質的影響；(2) Pc基電催化劑的載體效應；(3) 熱解過程中活性與穩定性成反比的問題；(4) (4)從高比活性擴展到高活性電催化表面。
Shaoxuan Yang et al. Recent advances in electrocatalysis with phthalocyanines. Chem. Soc. Rev., 2021.
DOI: 10.1039/D0CS01605E
https://doi.org/10.1039/D0CS01605E
2. Chem. Soc. Rev.：用于改進光伏的多功能二維黑色磷烯平臺
作為二維納米材料家族的最新成員之一，黑磷烯（BP、單層或少層黑磷）在各種形式的太陽能電池中備受關注。這主要是由于其有趣的半導體特性，例如可調的直接帶隙（從體中的 0.3 eV到單層中的 2.0eV）、極高的雙極載流子遷移率、對紅外光的廣泛吸收等。這些吸引人的光電特性使 BP一種用于太陽能電池的多功能納米材料，通過定制載流子動力學、能帶能量排列和光收集，從而促進第三代太陽能電池的快速發展。值得注意的是，與揭示BP基本性質的大量工作形成鮮明對比的是，對 BP效用的研究相對較少，特別是在光伏領域。佐治亞理工學院林志群等人首先總結了支持其在光伏領域應用的BP的一系列獨特特征，旨在為開發新的光伏設計和器件架構提供靈感。
本文要點：
1）概述了可擴展BP生產的最先進合成路線（即自上而下和自下而上），以促進其在光電材料和器件中的應用。
2）在多種摻入BP的太陽能電池方面的最新進展，其中BP可以傳遞電子和/或空穴的提取和傳輸，起到吸光層的作用，提供介電屏蔽以增強激子解離，并改變光吸收劑的形態，包括有機太陽能電池、染料敏化太陽能電池、異質結太陽能電池以及鈣鈦礦太陽能電池。
3）最后，研究人員介紹了這個快速發展領域的挑戰和機遇。
Meng Zhang，et al. A multifunctional 2D black phosphorene-based platform for improved photovoltaics, Chem. Soc. Rev., 2021
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d1cs00847a
3. Angew：多核@多殼空心復合材料的通用合成及其在鋰離子電池中的應用
合理的納米結構設計在解決不同領域的瓶頸問題方面極具成效。尤其是空心多殼結構（HOMs）因其時空有序性、傳質和緩沖作用而脫穎而出。在HOMs中實現多個內核具有重要意義，這可能會賦予它更出色的特性。然而，由于極具挑戰性的制備，這種結構目前幾乎沒有報道?；诖耍?/span>中國科學院過程工程研究所王丹研究員報道了發了一種簡單且可控的策略來在一個HOMs中嵌入多個內核。
本文要點：
1）首先在一個金屬離子富集型碳球中嵌入多個核，然后通過連續模板工藝進行煅燒處理，得到多核多殼結構。該策略適用于各種核材，包括Si納米顆粒（NP）、TiO2 NP、TiO2空心球（HS）、Nb2O5 HS、CeO2 HS、SnO2 HS或其混合物，以及包括CoFe2O4、MnCo2O4、NiCo2O4、ZnO/ZnMnO3等在內的各種殼體。此外，核數和殼數都可以很好地控制。
2）這種結構有利于不同的應用領域。典型地，制備的SiNP@2S-CoFe2O4復合材料作為LIBs的電極，具有良好的儲鋰性能，內殼有效地限制了核的膨脹方向，而外殼保持了穩定的界面和整體結構的完整性，這一點得到了原位透射電子顯微鏡（TEM）分析結果的證實。此外，除了儲能之外，這種結構在多藥物協同傳遞、順序響應釋放以及串聯式催化應用方面也很有應用前途。
Jilu Zhao, et al, General Synthesis of Multiple-Cores@Multiple-Shells Hollow Composites and Their Application to Lithium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed.2021
DOI: 10.1002/anie.202110982
https://doi.org/10.1002/anie.202110982
4. Angew：多環芳烴作為一類有前途的新型正極材料用于鋁離子電池
鋁離子電池（AIBs）作為一種新興的后鋰電池技術，具有鋁儲量大、安全性高等優點，在電網儲能方面具有很大的應用潛力。然而，目前的石墨正極材料由于在充滿電狀態下會形成石墨層間化合物（GICs）而嚴重限制了其容量。近日，中國石油大學（華東）邢偉教授，趙聯明，李學進報道了提出了一種新型的AIBs正極材料—多環芳烴（PAHs），它類似于大共軛π鍵中的石墨，但在充電過程中不形成GICs。
本文要點：
1）量子化學計算結果表明，PAHs可以通過共軛π鍵與AlCl4-相互作用，形成面上相互作用。多環芳烴的理論比容量與多環芳烴中苯環的數量呈負相關。然后，在理論計算的指導下，將三環PAHs，蒽用作為AIBs的正極材料。
2）電化學測試表明，蒽具有157 mAh g-1的高比容量（100 mA g-1），800次循環后仍保持130 mAh g-1的比容量。
本工作為儲能材料的開發提供了一種可行的“理論指導實踐”的研究模式，也為AIBs提供了一類有前途的新型正極材料。
Dongqing Kong, et al, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons as a New Class of Promising Cathode Materials for Aluminum-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202114681
https://doi.org/10.1002/anie.202114681
5. Angew：合成后點擊化學用于調節3D共價有機骨架的孔表面
三維（3D）共價有機骨架（3D COFs）以其吸引人的特性受到人們越來越多的關注。然而，由于合成難度大、結構確定復雜等原因，3D COFs的發展仍然很緩慢。合成后修飾（PSM）通過將功能部分融入到預定的骨架中來避免這些問題，為構建具有特定功能的3D COFs提供了一種有效的替代方法。近日，武漢大學汪成教授報道了考慮到點擊化學的兼容性和效率，選擇著名的銅催化疊氮炔環加成反應（CuAAC）用于3D COFs的PSM。
本文要點：
1）研究人員設計并合成了一系列具有不同乙炔基負載量的高結晶度3D COFs。詳細的結構表征顯示，所有這些炔烴修飾的3D COFs具有高度多孔特性，并采用了7層互穿pts拓撲結構。
2）值得注意的是，這些3D COFs中的乙炔基單元可以與不同的疊氮化合物進行高效的CuAAC反應，并且各種特定的基團可以精確地固定在孔壁上。此外，炔烴標記的3D COFs的孔表面工程可以相應地改變它們的性質，例如，所獲得的點擊產物顯示出更高的CO2/N2選擇性。
這項研究不僅為構建具有所需功能的3D COFs提供了一種有力的策略，而且也有望推動研究人員探索其未來有趣的應用。
Bo Gui, et al, Tailoring the Pore Surface of 3D Covalent Organic Frameworks via Post-Synthetic Click Chemistry, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202113852
https://doi.org/10.1002/anie.202113852
6. AM：具有真正3D宏觀結構和高度工程化微觀結構的3D打印MXene氣凝膠用于提高電和電化學性能
使用3D打印技術將MXenes等2D材料組裝成功能性3D氣凝膠因其制造簡單、可定制的幾何和物理特性以及性能的提高而備受關注。此外，建立簡單的電極制備方法，以阻止電極材料的重新堆疊或聚集，從而釋放電極的性能也具有重要意義。近日，美國堪薩斯州立大學Dong Lin，奧本大學Majid Beidaghi報道了通過三維（3D）冷凍打?。?DFP）制備出一種超輕的3D MXene氣凝膠結構。
本文要點：
1）這種新的制造方法將單向冷凍鑄造（UFC）和按需噴墨打印相結合，以定制氣凝膠的微觀和宏觀結構。與基于擠壓的3D打印不同，3DFP不需要粘彈性剪切稀釋油墨，并且可以使用水(冰)作為支撐材料來制造具有突出特征的真正3D結構。
2）研究人員對3DFP Ti3C2Tx氣凝膠進行了機械、電氣和電化學表征，以評估其在壓阻傳感、柔性/可穿戴電子產品和MSC器件等不同應用方面的潛力。此外，得益于噴墨3D打印方法的優點，制作了由集電器和多孔電極組成的全MXene MSC器件，其中MXene薄膜具有可控的取向。
3）由水平和垂直排列的MXene薄片組成的具有工程微結構的3D打印全MXene MSC器件證明了MXene薄片排列對MSCs電化學性能的重要性。結果表明，具有水平排列的MXenes集電層有助于提高電導率，而具有高孔隙率的垂直排列的集電層在高掃描速率下提供了更好的離子傳輸和改善的性能。
這項研究首次提出了一種水平和垂直排列MXene薄片的全固態MXene MSC器件。結果表明，3DFP是一種簡單、直觀、廉價的電極制造方法，具有極強的可定制性，可以設計電極的微觀和宏觀結構。
Halil Tetik, et al, 3D Printed MXene Aerogels with Truly 3D Macrostructure and Highly Engineered Microstructure for Enhanced Electrical and Electrochemical Performance, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104980
https://doi.org/10.1002/adma.202104980
7. AM：光激活的Fe3O4/Ag/Bi2MoO6納米酶用于自補充和可持續性級聯納米催化癌癥治療
基于納米酶的癌癥催化治療在近年來引起了研究者的廣泛關注。然而，目前納米酶的種類還很有限，其效率也往往受到諸多因素的影響，并且難以在腫瘤微環境(TME)中實現持續性治療。南京工業大學董曉臣教授、宋雪嬌副教授、杭州醫學院牟曉洲研究員和南洋理工大學陳鵬教授設計了一種新型、一體化的Fe3O4/Ag/Bi2MoO6納米粒子(FAB NP)以實現磁共振、光聲和光熱成像指導的化學動力學、光動力學和光熱協同治療。
本文要點：
1）基于其具有的多種納米酶活性(過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽氧化酶)和光動力學特性，FAB NP可在TME中實現持續性級聯納米催化反應以獲得優異的治療效果。
2）實驗詳細揭示了FAB NP所具有的基于納米催化反應和納米酶活性的可持續性和自補充性的工作機理，因此可為設計開發高效、特異性好的納米催化治療型納米酶提供新的思路。
Changyu Cao. et al. Fe3O4/Ag/Bi2MoO6 Photoactivatable Nanozyme for Self-Replenishing and Sustainable Cascaded Nanocatalytic Cancer Therapy. Advanced Materials. 2021
DOI: 10.1002/adma.202106996
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106996
8. Nano Letters：化學機械穩定的超高Ni單晶正極具有增強的保氧性和延遲的相降解
電動汽車（EV）市場對高能量密度鋰離子電池（LIBs）的迫切需求要求進一步提高高Ni低Co正極的鎳含量。然而，高Ni正極固有的化學機械不穩定性和快速容量衰減嚴重阻礙了其商業化。新出現的單晶策略提供了一個有希望的解決方案，但單晶正極的工作和退化機制仍然讓人難以捉摸，尤其是在極具挑戰性的超高Ni（Ni>90%）區域，隨著Ni含量的增加，相變、氧損失和機械不穩定性加劇。
基于此，加州大學歐文分校忻獲麟教授，阿貢國家實驗室Youngho Shin報道了通過基于同步輻射的透射X射線技術和原子分辨率STEM成像相結合，成功破譯了超高Ni單晶正極出色循環性能背后的原子尺度穩定機制。
本文要點：
1）研究人員合成了設計一種組成為LiNi0.96Mn0.02Co0.02O2（SC9622）的新型單晶超高Ni層狀正極。為了進行對比研究，還合成了具有相同設計成分的多晶正極（PC9622）。X射線衍射顯示兩個正極具有幾乎相同的晶格結構，化學分析表明合成的兩個陰極的成分與設計的成分幾乎相同。此外，HAADF-STEM圖像顯示，兩個原始正極都具有精準的層狀結構。
2）通過電化學測試，比較了SC9622和PC9622的性能。長期循環測試表明，PC9622的容量衰減嚴重，100次循環后容量保持率降至55%，200次循環后容量保持率降至38.3%；相比之下，SC9622 100次循環后容量保持率為72%，200次循環后容量保持率為～60%，顯著高于PC9622。
3）研究發現，超高Ni多晶正極中突出的充放電不均勻性、晶間開裂和氧損失相關的相降解在單晶正極中得到了有效抑制，從而提高了單晶正極的化學機械穩定性和循環穩定性。
這種對超高Ni單晶正極退化機理的新認識有望推廣到其他高Ni單晶層狀正極，為當前超高Ni超穩長壽命電池正極的優化和再設計提供了有價值的指導。
Chunyang Wang, et al, Chemomechanically Stable Ultrahigh-Ni Single-Crystalline Cathodes with Improved Oxygen Retention and Delayed Phase Degradations, Nano Lett., 2021
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03852
9. Nano Letters：中空多孔碳膠囊中分離的單原子Ni?N5催化中心助力高效鋰-硫電池
鋰-硫（Li-S）電池存在多種復雜且相互交織的問題，如硫和Li2S/Li2S2的低電子導電性，穿梭效應，鋰多硫化物（LiPSs）緩慢的電化學動力學等問題。基于此，清華大學王定勝，深圳大學蘇陳良教授，山東大學Dong Zhai報道了在理論計算的指導下，采用最佳的Ni-N5活性基團和氮摻雜中空多孔碳構建了一種孤立單原子鎳的多功能催化劑（Ni-N5/HNPC），作為硫正極的理想主體材料。
本文要點：
1）研究人員首先進行第一性原理計算來設計最佳的電極結構，發現Ni?N5/C在放電時表現出最小的動力學勢壘，并對LiPSs表現出中等的吸附強度。
2）在理論計算的指導下，采用自模板法制備了Ni-N5/HNPC，該材料具有氮摻雜的中空多孔碳膠囊，具有均勻分散的Ni-N5配位結構的孤立Ni單原子。
3）實驗結果表明，所制備的Ni?N5/HNPC是用于Li?S電池理想的硫正極材料，Ni?N5/HNPC/S正極材料具有優異的倍率性能（4C倍率下的平均比容量為684 mAh g?1）、長期循環穩定性（500次循環的容量衰減率為0.053%）和良好的高硫負載下的面容量（在硫負載量高達5.1 mg cm?2的情況下，80次循環后的面積容量保持率約為4.0 mAh cm?2）。
4）出色的性能歸因于單原子Ni?N5催化劑對LiPSs的物理化學雙重限制能力的增強以及氧化還原反應動力學的改善。
這項工作突出了單原子催化劑中活性中心配位數的重要作用，為設計高性能Li?S電池的單原子活性中心中空納米結構提供了一種策略。
Shaolong Zhang, et al, Isolated Single-Atom Ni?N5 Catalytic Site in Hollow Porous Carbon Capsules for Efficient Lithium?Sulfur Batteries, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03499
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03499
10. Nano Energy: 超過18%效率！三元聚合物太陽能電池
“三元共混”和“隨機三元聚合”策略均已被證明可有效提高有機太陽能電池 (OSC) 的性能。然而，關于結合這兩種策略的報道仍然很少。查爾姆斯理工大學Ergang Wang，阿卜杜拉國王科技大學Thomas D. Anthopoulos，Yuanbao Lin以及常州大學Weiguo Zhu等人通過將氯和烷基甲硅烷基取代的苯并二噻吩 (BDT) 單元插入到聚合物PM6 中，構建了三元共聚物 PM6-Si30。
本文要點：
1）該三元共聚物與PM6和BTP-eC9均表現出深的最高占據分子軌道和良好的混溶性，使其能夠用作OSC的 PM6:PM6-Si30:BTP-eC9 本體異質結的第三組分。
2）所得電池的最大光電轉換效率 (PCE) 為18.27%，高于優化控制二組分PM6:C9的OSC (17.38%)。
3）PM6:PM6-Si30:BTP-eC9 電池的性能增強歸因于改進的電荷傳輸、有利的分子排列、減少的能量損失和抑制雙分子重組。
4）這項工作證明了無規三元共聚物作為OSC中第三組分的潛力，并突出了構建具有改進光伏性能的三元系統的新策略。
Wenhong Peng, et al. Over 18% Ternary Polymer Solar Cells Enabled By A Terpolymer as The Third Component, Nano Energy, 2021.
DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106681
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521009320#!
11. EnSM：一種零下20°C自愈式鋅離子電池
自愈式水系電池可以提高電池的使用壽命，解決室溫大變形時器件失效帶來的安全問題。然而，在低溫（例如-20 °C）下，由于水電解質中的水分子不可避免地被凍結，它們通常會失去大部分電化學性能和自修復功能。近日，北京理工大學張志攀教授，趙揚特別研究員，清華大學曲良體教授報道了采用一種簡單有效的方法，通過丙烯酰胺單體在水/乙二醇溶液中的原位聚合制備了抗凍自愈聚電解質（AF-SH-CPAM）。
本文要點：
1）研究發現，在AF-SH-CPAM中，乙二醇通過抑制水分子結冰和動態調節高分子鏈與水之間的分子相互作用，同時實現聚電解質的防凍和自愈性能。
2）在此聚電解質的基礎上，首次以鍍金碳納米管/聚苯胺薄膜為正極，鋅箔為負極，制備了工作溫度為-20 ℃的自愈性鋅離子電池。該電池在室溫下的比容量高達233.9 mAh g-1，超過了已報道的鋅/聚苯胺水溶液電池。更令人印象深刻的是，它還顯示出突出的自愈性，在-20 °C下進行三次切割/自愈循環后，容量保持率高達90.4%，這是水系電池低溫自愈功能的新突破。
Xuting Jin, et al, A Self-healing Zinc Ion Battery under -20 °C, Energy Storage Materials (2021)
DOI：10.1016/j.ensm.2021.11.004
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.11.004
12. AFM：具有增強K+擴散動力學的Cu12Sb4S13量子點/少層Ti3C2納米片實現高效的儲鉀
盡管過渡金屬二硫屬化物PIBs負極具有較高的理論比容量，但容量衰減嚴重，循環壽命較差，嚴重阻礙了其發展。近日，北京大學楊槐教授，郭少軍教授報道了合成了一種Cu12Sb4S13量子點/少層Ti3C2納米片復合材料（CAS-Ti3C2）。
本文要點：
1）實驗結果表明，制備的CAS-Ti3C2具有很強的量子點與Ti3C2納米片之間的協同效應，這主要是由于Ti-S鍵的形成，既可以縮短K+的擴散路徑，又可以適應放電/充電過程中嚴重的體積變化。
2）實驗結果顯示，這種特殊設計的CAS-Ti3C2負極在100 mA g?1下200次循環后的可逆比容量為496.7 mAh g?1，1.0 A g?1的大電流密度下，1800次循環后的可逆比容量為175.6 mAh g?1，領先于大多數已報道的過渡金屬二硫屬化物量子點基PIBs負極。
3）綜合研究表明，優異的電化學性能歸因于K+在CAS-Ti3C2負極上的快速擴散動力學和獨特的轉化和再存儲機制。
這項工作將為開發面向先進可充電電池的高能轉換型多金屬硫化物開辟了新的視角。
Yaping Cao, et al, Cu12Sb4S13 Quantum Dots/Few-Layered Ti3C2 Nanosheets with Enhanced K+ Diffusion Dynamics for Efficient Potassium Ion Storage, Adv. Funct. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adfm.202108574
https://doi.org/10.1002/adfm.202108574
