1. Chem. Rev.綜述：磁性納米粒子: 合成、各向異性和應用
各向異性是材料的一個重要且廣泛存在的特性，它提供了所需的方向相關特性。特別是，將各向異性引入磁性納米粒子（MNPs）已經成為獲得對許多應用至關重要的新特性和功能的有效方法。近日，布朗大學孫守恒教授，德克薩斯大學阿靈頓分校J. Ping Liu綜述了各向異性金屬納米粒子、它們的合成及其潛在應用的研究進展。1）磁性部分突出顯示了MNPs的磁化各向異性，以及MNP結構、形狀和表面變化如何影響它們的磁化強度和矯頑力值，以及它們從鐵磁到超順磁性的磁化過程。2）合成部分重點介紹了立方鐵氧體、六方鐵氧體、金屬鐵或鈷、過渡金屬合金、稀土金屬合金和其他具有各向異性控制的合金錳氧化物的代表性固溶相方法，以實現納米級磁性的優化。3）具有良好控制磁性的MNPs可作為磁共振成像和磁加熱的敏感探針，作為制造先進納米材料的理想構件，這些材料對于永磁體、磁記錄和磁傳輸應用非常重要，并且作為活性和選擇性催化劑來促進對綠色化學和可持續能源至關重要的各種化學反應。Zhenhui Ma, et al, Magnetic Nanoparticles: Synthesis, Anisotropy, and Applications, Chem. Rev., 2021DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00860https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00860
2. Chem. Rev.綜述：膠體無機配體封端的納米晶：先進功能納米器件的基礎、現狀和見解
膠體納米晶（NCs）是組裝各種功能薄膜和器件的獨特構件。溶液處理的無機配體（IL）封端的膠體碳納米管在電子、光電和熱電方面的應用尤其有前景，相關器件的性能可以大大超過有機配體封端的同類器件。這反過來又突顯了制備IL封頂的NC分散體的重要性。用短小的、導電的無機配體取代覆蓋在NCs上的初始大體積、絕緣性配體是制備IL封端NCs的液相配體交換的關鍵步驟。溶液相配體交換是非常有吸引力的，NC墨水濃度高，配體交換完整，并且在NC表面覆蓋均勻。近日，佐治亞理工學院林志群教授，華南農業大學鐘新華報道了綜述了基于液相無機配體交換（SPILE）反應制備IL封端的NCs的研究現狀。1）首先，綜述了IL封端的膠體NCs的合成、SPILE機理、基本反應原理、表面化學和高級表征等方面的發展和最新進展。2）其次，給出了噴霧過程中的一系列重要因素，并舉例說明了ILE注入后NC分散體的性質是如何演變的。3）第三，綜述了利用無機試劑對鈣鈦礦型NCs進行表面改性的研究進展。鈣鈦礦型NCs由于其柔軟的離子性質，不能承受極性溶劑或發生SPILE。4）第四，綜述了IL封端的NCs的廣泛應用研究進展，包括NCs合成、NCs固體和薄膜制備技術、場效應晶體管、光電探測器、光伏器件、熱電和光電催化材料。5）最后，總結了在這一領域仍然存在的挑戰，并提出了進一步推動IL封端的NCs在未來實際應用中的發展方向。Wenran Wang, et al, Colloidal Inorganic Ligand-Capped Nanocrystals: Fundamentals, Status, and Insights into Advanced Functional Nanodevices, Chem. Rev., 2021DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00478https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00478
3. Chem. Rev.綜述：紅磷：用于可持續能源開發與環境修復的一種新興光催化劑
光催化是一種有效的常年解決方案，通過收集取之不盡、用之不竭的可再生太陽能來解決與環境污染和能源短缺相關的根深蒂固的挑戰。迄今為止，人們已經研究了大量的光催化材料，目前的研究浪潮集中在具有迷人的物理化學和半導體特性的新型、成本低廉、高效無金屬半導體的開發。最近出現的紅磷（RP）半導體完美地歸入了這一類別，這歸功于它豐富的儲量、低成本和不含金屬的特性。更值得注意的是，磷家族中著名的紅色同素異形體驚人地被賦予了更強的光吸收特性、有利的電子能帶配置、易于功能化和修飾以及高穩定性。基于此，莫納什大學Siang-Piao Chai綜述了RP在光催化中的作用和意義。1）作者首先概述了不同的RP同素異形體及其化學結構，然后詳細總結了它們的物理化學和半導體性質，如電子能帶結構、光吸收特性和載流子動力學。2）作者概述了開發各種RP同素異形體和基于RP的光催化體系的最新合成策略。3）作者總結了RP與其他半導體的修飾或功能化，以促進有效的光催化應用，以評估其作為高效光催化體系的通用性和可行性。4）作者最后對RP光催化劑面臨的挑戰和未來的研究方向進行了展望，以期推動基于RP的光催化體系的可行性發展。這篇綜述旨在通過拓寬對合理工程的認識以及微調RP的電學、光學和載流子性質，促進多功能RP光催化體系的合理開發。Cheng-May Fung, et al, Red Phosphorus: An Up-and-Coming Photocatalyst on the Horizon for Sustainable Energy Development and Environmental Remediation, Chem. Rev., 2021DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00068https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00068
4. JACS：一類高缺氧鈣鈦礦衍生物的氧離子和質子電導率
具有高離子導電性的功能氧化物具有許多重要的技術應用。近日，杜倫大學John S. O. Evans，Ivana Radosavljevic Evans報道了一類與鈣鈦礦相關的化合物的氧化離子和質子電導率的通式A3OhTd2O7.5，其中Oh是一個八面體配位的金屬離子，Td是一個四面體配位的金屬離子。1）相比于鈣鈦礦ABO3或鈣鐵石（brownmillerite）A2B2O5結構，ABO2.5的四面體含量較高，導致其四個頂點中只有三個在多面體框架中連接，為O2?遷移提供了潛在的低能機制。2）研究人員利用Rietveld精修和中子對分布函數（PDF）分析確定了Ba3YGa2O7（P2/c，a=7.94820(5) ?，b=5.96986(4)?，c=18.4641(1) ?，β=91.2927(5) ?）的低溫和高溫平均和局域結構，以及與O2?離子遷移有關的向高溫P1121/a結構（1000 °C時，a=12.0602(1) ?，b=9.8282(2) ?，c=8.04982(6) ?和γ=107.844(3) ?）。3）研究人員報道了Ba3YGa2O7.5的離子電導率，以及引入額外氧化物空位和填隙物的組合物。大多數相在低溫下表現出質子導電性，在高溫下表現出氧化物離子導電性，Ba3YGa2O7.5在高溫下保持了質子導電性。而Ba2.9La0.1YGa2O7.55和Ba3YGa1.9Ti0.1O7.55是主要的氧化物離子導體，其電導率比母體化合物高一個數量級。Chloe A. Fuller, et al, Oxide Ion and Proton Conductivity in a Family of Highly Oxygen-Deficient Perovskite Derivatives, J. Am. Chem. Soc., 2021https://doi.org/10.1021/jacs.1c11966
5. AM：一種基于導電微橋的可伸縮電子機械聯鎖策略
包含關鍵傳感、數據傳輸、顯示和供電功能的可伸縮電子產器件對新興的可穿戴醫療應用至關重要。迄今為止，實現單個功能器件的可伸縮性的方法已經被廣泛研究。然而，這些可伸展器件實現全可伸展系統的集成策略仍在探索之中，其中可靠的可伸展互連是一個關鍵因素。基于此，哈工大Longtao Jiang，南洋理工大學陳曉東教授，中國科學院深圳先進技術研究院Zhiyuan Liu報道了提出了一種無焊策略，實現了將單個軟器件組裝到可軟圖案化電路上，從而形成一個多功能系統。1）為了在沒有額外焊料的情況下實現堅固的互連，研究人員采用了機械互鎖結構和化學粘合劑來提供足夠的附著力。無焊可延伸互連（SLSIs）的設計包括彈性導電微橋（CMBs）的可延伸聯鎖結構和具有區域分布的高粘合聚合物（AP）。2）可伸展的CMBs觸發AP的選擇性分布，AP覆蓋的區域產生緊密的層間粘附，暴露的區域使配對CMBs之間的層間導電。因此，通過SLSIs（R/R0≤5，≈35%應變）獲得了可靠的連接。3）作為概念驗證，利用SLSIs將可伸縮應變傳感器和可伸縮超級電容互連到軟件電路上，成功實現了一個自供電的數據采集平臺。這些SLSIs可以作為集成單個可伸縮設備的有價值的技術，以實現全軟多功能平臺。因此，可伸縮電子封裝策略的開發將加速醫療電子集成系統的成熟。Ming Zhu, et al, A Mechanically Interlocking Strategy Based on Conductive Microbridges for Stretchable Electronics, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202101339https://doi.org/10.1002/adma.202101339
6. AM：金屬酚醛網絡包被的樹突狀-分子藥物偶聯物用于腫瘤磁共振成像和化學-化學動力學治療
通過放大內質網應激(ERS)以實現增強的腫瘤治療被認為是設計抗腫瘤納米藥物的重要思路之一。東華大學史向陽教授構建了一種新型、可放大ERS、金屬酚醛網絡包被的樹突狀分子-藥物偶聯物。1）實驗通過苯硼酸部分將樹狀大分子與ERS藥物豐育霉素(Toy)進行偶聯，并利用鐵(Fe)-單寧酸網絡(TF)對其進行包覆而構建了該納米復合物。研究表明，尺寸為50.2 nm的納米復合物在生理環境下是穩定的。而在腫瘤微環境中，由于硼酯鍵能夠對pH和ROS進行反應，因此其能夠快速釋放Toy，進而有效抑制ERS介導的癌細胞適應性。2）與此同時，包被的TF網絡使得該納米復合物能夠通過類芬頓反應產生羥基自由基，進一步放大ERS以改善體內外化學-化學動力學治療效果。此外，TF包覆層也使得該復合物具有顯著的r1弛豫性能，可用于實現體內t1加權腫瘤磁共振成像。綜上所述，該研究通過將金屬酚醛網絡和樹枝狀分子納米技術相集成而構建了一種新型的智能納米復合物，其可通過放大ERS以用于成像指導的癌癥治療。Zhiqiang Wang. et al. Metal–Phenolic-Network-Coated Dendrimer–Drug Conjugates for Tumor MR Imaging and Chemo/Chemodynamic Therapy via Amplification of Endoplasmic Reticulum Stress. Advanced Materials. 2021DOI: 10.1002/adma.202107009https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107009
7. AFM：MAPbI3鈣鈦礦的多級鈍化用于高效穩定的光伏
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的光伏性能和長期穩定性受陷阱態的影響很大。上海交通大學趙一新和Hao Wei等人介紹了一種功能性離子液體1-乙基-3-甲基咪唑鎓三氟乙酸鹽 (EMIMTFA)來鈍化鈣鈦礦薄膜。1）研究發現，1-乙基-3-甲基咪唑鎓陽離子 (EMIM+) 可與PbI2相互作用形成穩定的一維 (1D) 鈣鈦礦EMIMPbI3和三氟乙酸陰離子（TFA-）可以鈍化電子轉移層和鈣鈦礦層之間的界面。2）與廣泛研究的低維鈣鈦礦覆蓋層或準2D結構不同，EMIM+ 陽離子不僅分布在頂面和體相內部，而且還在3D鈣鈦礦薄膜的掩埋界面處積累，實現了多級分布。這種分布模式成功地鈍化了不同的缺陷狀態，導致非輻射復合的顯著減少。3）因此，具有EMIMTFA添加劑的甲基銨碘化鉛基PSC顯示出增強的光伏性能，效率高達22.14%，并提高了長期穩定性。這項工作表明，形成多級低維結構是制備高效穩定的PSC的新策略。Wei, N., Chen, Y., Wang, X., Miao, Y., Qin, Z., Liu, X., Wei, H., Zhao, Y., Multi-Level Passivation of MAPbI3 Perovskite for Efficient and Stable Photovoltaics. Adv. Funct. Mater. 2021, 2108944.DOI：10.1002/adfm.202108944https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202108944
8. AFM：一種具有獨特N1O2配位的鎢單原子催化劑通過氧還原高效電合成過氧化氫
單原子催化劑（SACs）在過氧化氫（H2O2）合成的電化學氧還原反應（ORR）中顯示出巨大的潛力。然而，目前的研究主要集中在3d過渡金屬SACs上，對5d SACs的研究很少。近日，澳大利亞莫納什大學王煥庭教授，Yinlong Zhu，格里菲斯大學Yun Wang報道了通過一種簡單的配位聚合物熱解方法，設計并制備了一種固定在多孔O，N摻雜碳納米片（W1/NO-C）上的新型W SAC。1）研究人員結合像差校正掃描透射電鏡、X射線光電子能譜和X射線吸收精細結構光譜，鑒定了W SAC的一個獨特的局部結構，即由兩個O原子和一個N原子配位的三齒狀W1N1O2。2）值得注意的是，所制備的W1/NO-C通過2e途徑催化ORR，具有高起始電位、寬電位范圍內的高H2O2選擇性和在0.1 m KOH溶液中優異的操作耐久性，優于已報道的大多數最先進的H2O2合成電催化劑。3）理論計算表明，W1N1O2-C部分中與O相鄰的C原子是2e- ORR轉化為H2O2最具活性的位點，具有最佳的HOO*中間體結合能。這項工作為開發高性能的鎢基電化學H2O2合成催化劑提供了新的契機。Feifei Zhang, et al, High-Efficiency Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide from Oxygen Reduction Enabled by a Tungsten Single Atom Catalyst with Unique Terdentate N1O2 Coordination, Adv. Funct. Mater. 2021DOI: 10.1002/adfm.202110224https://doi.org/10.1002/adfm.202110224
9. Nano Energy：一種自支撐連續的ZnSe@碳納米纖維結構作為超長壽命負極助力柔性鋰離子電池
自支撐電極由于不含非電化學活性粘結劑、導電添加劑和集流體而受到廣泛關注。近日，北京大學侯仰龍教授報道了采用靜電紡絲和一步碳化/硒化工藝制備了一種具有柔性的ZnSe@碳納米纖維（ZnSe@CNFs）復合材料。1）得益于納米ZnSe納米粒子包裹在碳納米纖維導電網絡中的結構優勢，該電極表現出優異的電化學性能，包括出色的倍率性能和超長的循環壽命（在5 A g-1下循環3000 mAh g-1，每次循環僅有0.01%的衰減）。2）更重要的是，該自支撐電極可以進一步應用于軟包電池，在0.5 A g-1的700 次循環中具有448.9 mAh g-1的突出容量。此外，這種軟包電池成功地點亮了發光二極管(LED)。即使以不同的角度(90、180和0 °)重復折疊30次，軟包電池仍保持了原始電池的性能。該設計對于推動自支撐電極在柔性/可穿戴電子器件方面的發展具有重要意義。Teng Zhang, Daping Qiu and Yanglong Hou, Free-standing and consecutive ZnSe@carbon nanofibers architectures as ultra-long lifespan anode for flexible lithium-ion batteries, Nano Energy, (2021)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106909https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106909
10. Nano Energy：效率超過24%！基于有機材料鈍化的高效鈣鈦礦太陽能電池
鈣鈦礦和電子傳輸層 (ETL) 之間界面處的表面和晶界缺陷會導致嚴重的非輻射復合，不利于器件的性能和穩定性。有機材料通常用于表面鈍化，但大多數工作將強大的鈍化能力歸因于形成的二維 (2D) 鈣鈦礦。南開大學張曉丹等人證明了有機銨鹽鈍化作用強于2D結構。1）有機鹵化物鹽己烷碘化銨 (HAI) 的靶向作用是在晶界處生長，并在抑制電荷復合而不是形成準二維或二維鈣鈦礦以鈍化表面缺陷方面發揮關鍵作用。2）此外，HAI結構具有超疏水性的鈣鈦礦薄膜，增強了防潮性并防止了Li+擴散到鈣鈦礦薄膜中。結果，將PSC的效率從22.38%提高到了24.07%（認證效率為 23.59%），電壓損失僅為0.35 V。3）HAI表面處理還提高了鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 的運行穩定性，未封裝的器件保持在N2氣氛中連續光照200小時后，仍保留初始效率的81%以上。Pengyang Wang, et al. 2D perovskite or organic material matter? Targeted growth for efficient perovskite solar cells with efficiency exceeding 24%, Nano Energy, 2022. DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106914https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521011630#sec0050
11. ACS Energy Lett.：有機胺在金屬鹵化物鈣鈦礦前體膠體不可逆降解中的關鍵作用：機制和抑制策略
溶液可加工性使鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 成為了優于傳統真空光伏技術的潛在優勢候選者。然而，金屬鹵化物鈣鈦礦（MHP）前體膠體的穩定性問題嚴重阻礙了PSC未來的工業化。大連理工大學Yantao Shi等人闡明了有機胺——去質子化的有機胺陽離子在混合陽離子MHP前軀體的降解中的關鍵作用。1）本研究采用的是最有商業前景的甲脒/甲基銨 (FA+/MA+) 混合陽離子組分。并確定FA-MA+的胺-陽離子反應，而不是MA-FA+。FA-MA+是觸發不可逆降解過程的主要途徑。2）隨后，基于席夫堿反應，醛（如甲醛、苯甲醛和 3-乙醛）用于消除有機胺，以有效抑制前軀體的不可逆降解和所得 MHP 薄膜中H空位陷阱的鈍化。3）此外，最佳效果的苯甲醛可以降低晶界密度，將PSC的光電轉換效率從20.7%提高到了23.3%，同時提高了器件的運行穩定性。Qingshun Dong, et al. Critical Role of Organoamines in the Irreversible Degradation of a Metal Halide Perovskite Precursor Colloid: Mechanism and Inhibiting Strategy, ACS Energy Lett. 2022, 7, 481–489DOI：10.1021/acsenergylett.1c02449https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.1c02449
12. CEJ：氯封端MXene量子點用于提高鈣鈦礦太陽能電池的性能
在 n-i-p 平面鈣鈦礦太陽能電池中，高結晶度鈣鈦礦薄膜和對高濕度的長期穩定性對于高光伏性能和未來的商業化至關重要。上海交通大學陳俊超等人通過一步沉積方法將Cl封端的Ti3C2量子點（表示為 Ti3C2Clx QD）作為添加劑引入鈣鈦礦前驅體溶液中。 1）Ti3C2Clx QDs的Cl末端與Pb2+離子之間的強相互作用可以延緩結晶速率并在薄膜結晶過程中誘導優選的晶粒取向，從而提供具有高結晶度、較少陷阱態和較小殘余物的高質量鈣鈦礦薄膜拉伸應變。2）同時，由于其自上而下的梯度分布，Ti3C2Clx量子點的加入還可以加速氧化錫（SnO2）電子傳輸層（ETL）和鈣鈦礦層之間的電荷提取和有益帶對齊。3）因此，具有Ti3C2Clx QD 的器件可以實現21.31%的效率，1.19 eV的超高開路電壓和可忽略的滯后。此外，通過取代Ti3C2Clx 的OH端基，Cl端基的Ti3C2Clx 量子點可以避免鈣鈦礦中質子化有機胺可能發生的去質子化，從而提高整體穩定性。4）因此，未封裝的器件在室溫下在 40%的相對濕度下老化1000小時后，仍能保持其初始PCE的84%以上，從而表現出出色的長期濕度穩定性。Xiao Liu, et al. Chlorine-terminated MXene quantum dots for improving crystallinity and moisture stability in high-performance perovskite solar cells,DOI：10.1016/j.cej.2021.134382https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721059544#!
