1. Chem. Soc. Rev.綜述：用于電催化的多孔有機聚合物
多孔有機聚合物（POPs）是一類由有機結構單元通過共價鍵連接而成的輕質多孔網絡材料，具有高比表面積、孔徑可調、成分和結構可設計等特點。POPs作為電催化劑，由于其結構和組成保存完好，在析氫反應（HER）、析氧反應（OER）、氧還原反應（ORR）、CO2還原反應（CO2RR）、N2還原反應（NRR）、硝酸鹽/亞硝酸鹽還原反應、硝基苯還原反應、氫氧化反應和苯甲醇氧化反應等眾多電催化反應中表現出良好的活性，并取得了長足的進展?；诖耍?/span>國家納米科學中心韓寶航研究員，丁雪松副研究員系統地綜述了POPs在上述這些電催化反應中應用的最新進展。1）作者對POPs的合成工藝、組成、結構、性能以及在電催化中的作用機理進行討論和總結，主要集中在它們的最新進展。2）盡管合理的設計和精細的合成使得POPs在眾多的電催化反應中取得了一定的進展，但POPs在電催化反應中的實際應用和廣泛應用仍然面臨著許多困難和挑戰。作者最后在現有文獻的基礎上，對未來面臨的主要挑戰和相應的可行性研究方向提出了自己的觀點。本綜述有望對POPs在電催化中的應用有一個詳盡而深刻的認識和未來的發展方向。Dong-Hui Yang, et al, Porous organic polymers for electrocatalysis, Chem. Soc. Rev., 2022https://doi.org/10.1039/d1cs00887k
2. EES：多孔金屬電極用于碳捕獲溶液的高效電解
碳酸氫鹽電解槽可以將富含碳酸氫鹽的碳捕獲溶液轉化為碳產品（例如，CO），并生成氫氧化物，以便與廢舊CO2進一步反應。這些電解槽可以將上游碳捕獲與電化學CO2利用聯系起來，而無需高溫或加壓步驟。近日，不列顛哥倫比亞大學Curtis P. Berlinguette報道了開發了一種碳酸氫鹽電解槽，該電解槽采用獨立的多孔銀電極，而不是廣泛應用于氣態CO2電解槽中的復合碳電極。1）這種自支撐多孔金屬電極相比于復合碳電極制造更簡單，同時較高的親水性有助于將3.0 M碳酸氫鹽溶液有效電解成CO：在100 mA cm-2時，常壓下，生產CO的法拉第效率為59% ，而在100 mA cm-2和4個大氣壓下，可達到95%。這些性能指標可媲美氣體進料CO2電解槽的性能指標。2）這種自支撐多孔金屬電極與商用電解槽中使用的電極排列更緊密，也比復合碳電極更耐用。此外，多孔金屬電極對碳捕獲溶液中常見的雜質也有更強的抵抗力。此外，這種基于自支撐多孔金屬電極的碳酸氫鹽電解槽有利于碳捕獲方案，其中OH-溶液與CO2反應形成富含碳酸氫鹽的溶液。Zishuai Zhang, et al, Porous metal electrodes enable efficient electrolysis of carbon capture solutions, Energy Environ. Sci., 2022https://doi.org/10.1039/d1ee02608a
3. EES：一種基于緊密堆積均勻鋰形貌的高效和無負極鋰金屬電池
無負極鋰金屬電池(LMB)是實現大容量儲能的理想選擇，它們不需要傳統的石墨電極或多余的鋰金屬負極。目前的無負極LMBs存在庫侖效率(CE)較低的問題，其主要原因是鋰的剝離效率較低。開發先進的電解液是最大限度地提高鍍鋰和剝離CE并將容量衰減降到最低的一條很有前途的途徑。然而，人們對先進電解質改善性能的機理認識不足，這無疑阻礙了無負極LMBs的實用化發展。近日，德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram報道了結合原位同步輻射X射線技術和非原位技術，比較了電解液對具有Cu集流體的無負極LMBs中Li電鍍分布和動力學的影響。1）研究了三種商用電解質：傳統碳酸鹽基電解質(LP57)、雙鹽電解質和LHCE。利用X射線衍射(XRD)圖譜定量了無負極軟包電池電極區晶態Li的橫向分布。然后根據電化學容量和衍射法晶態鋰相定量的差異，推導出總的非晶態Li（非晶態Li和SEI）。通過比較電池在循環壽命不同階段的鋰離子，揭示了無負極LMBs的降解機理，解釋了不同電解液電池的不同電化學性能。2）此外，研究人員還設計了Operando XRD實驗，研究了不同電解液鍍鋰過程中Cu負極上晶態Li含量的變化。進一步利用Operando光學池觀察了不同電解液中鋰的電鍍和剝離過程，解釋了Cu負極上Li的不同形貌。這項研究深入研究了電解質對LMBs性能的影響，從而有助于開發高效的無負極LMBs。Laisuo Su, et al, High-efficiency, anode-free lithium-metal batteries with a close-packed homogeneous lithium morphology, Energy Environ. Sci., 2022https://doi.org/10.1039/D1EE03103A
4. Angew: 基于可交聯體CsPbBr3納米晶體中的熱載流子弛豫
在光子轉換過程中，光致熱載流子的快速冷卻是主要的能量損失通道。電子科技大學劉明偵和墨爾本大學Trevor A. Smith等人報道了與單烷基鏈油胺配體相比，覆蓋有交聯聚硅氧烷殼的CsPbBr3納米晶體中的熱載流子冷卻速率降低了 3 倍。1）熱載流子的弛豫依賴于載流子-聲子耦合 (CPC) 過程，它是納米結構鈣鈦礦材料中耗散能量的重要通道。2）通過低溫光致發光光譜測量來測量兩個樣品中的CPC強度。基于阻尼振蕩模型闡明了有機配體對CsPbBr3納米晶體中CPC的影響。3）這補充了傳統的基于極化子的CPC模型，通過涉及配體對納米晶格振動的阻力對CPC的阻尼效應。4）該模型還解釋了觀察到的CPC強度的線性溫度依賴性。該工作能夠預測配體在未來應用中對鈣鈦礦納米晶體性能的影響。Zeng, P., Ren, X., Wei, L., Zhao, H., Liu, X., Zhang, X., Xu, Y., Yan, L., Boldt, K., Smith, T..A. and Liu, M. (2022), Control of Hot Carrier Relaxation in CsPbBr3 Nanocrystals Using Damping Ligands. Angew. Chem. Int. Ed.. DOI：10.1002/anie.202111443https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202111443
5. AM：實現高效噴墨打印鈣鈦礦量子點發光二極管的通用三元溶劑墨水策略
對于下一代電致發光量子點 (QD) 顯示器，噴墨打印技術已被認為是最有前途的低成本和大規模制造圖案化量子點發光二極管 (QLED) 的技術之一。開發高質量和穩定的量子點墨水是推動該技術走向實際應用的關鍵一步。針對銫鉛鹵化物 (CsPbX3) 鈣鈦礦QD及其相應的噴墨打印 QLED，南京理工大學曾海波和Bo Xu等人提出了一種通用的三元溶劑墨水策略。1）通過這種量身定制的三元無鹵溶劑（環烷、正十三烷和正壬烷）配方，獲得了高分散性和穩定性的CsPbX3QD墨水，其印刷適性和成膜能力遠優于二元溶劑（環烷烴和正十三烷）體系，從而產生質量更好的鈣鈦礦量子點薄膜。2）因此，在噴墨打印的綠色鈣鈦礦QLED中實現了創紀錄的8.54%的峰值外量子效率 (EQE) 和 43883.39 cd/m2的最大亮度，遠高于基于二元溶劑系統的器件 (EQE) ～2.26%）。3）此外，三元溶劑系統在噴墨打印的紅色和藍色鈣鈦礦 QLED 以及鎘 (Cd) 基 QLED 中表現出普遍適用性。4）這項工作展示了一種為高效噴墨打印QLED以及未來其他溶液處理電子設備量身定制通用三元溶劑QD墨水系統的新策略。Wei, C., Su, W., Li, J., Xu, B., Shan, Q., Wu, Y., Zhang, F., Luo, M., Xiang, H., Cui, Z. and Zeng, H. (2022), A Universal ternary-solvent-ink Strategy Towards Efficient inkjet-printed Perovskite Quantum Dot light-emitting Diodes. Adv. Mater.. DOI：10.1002/adma.202107798https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107798
6. AEM：一種應變松弛紅磷自支撐負極用于非水系鉀離子電池
紅磷(RP)作為一種很有前途的鉀離子電池負極材料，因其理論容量高、氧化還原電位低、天然資源豐富而受到廣泛關注。然而，由于巨大的體積膨脹和較差的電子導電性，RP表現出明顯的容量衰減和快速的結構退化。基于此，武漢理工大學麥立強教授，吳勁松教授，羅雯報道了開發了一種應變松弛自支撐柔性RP/碳電極，通過蒸發-冷凝（V-C）方法將非晶態RP封裝到三維互聯的多通道硫和氮共摻碳納米纖維中。1）由于S-N共摻雜的協同作用，碳基體對RP具有更強的吸附能，可有效緩解RP體積變化引起的巨大應力。原位透射電子顯微鏡(TEM)研究和化學力學模擬表明，多孔碳基質可為RP在鉀化過程中的體積變化提供空間，鉀化晶體聚集釋放應力和快速屈服應變弛豫。原位拉曼和非原位x射線衍射(XRD)和密度泛函理論(DFT)計算揭示了RP@S-N-CNFs的單電子鉀化/脫鉀機理和更快的動力學。2）作為KIBs的自支撐負極，RP@SN-CNFs電極表現出高的可逆容量、優異的倍率性能和非凡的耐久性（以2 A g?1循環2000次后為282 mAh g?1）。結果表明，該方法不僅克服了合金化型電極的上述局限性，更重要的是揭示了界面親和性磷碳負極的應力松弛行為，為大體積膨脹負極的應用提供了新的思路。Wencong Feng, et al, A Strain-Relaxation Red Phosphorus Freestanding Anode for Non-Aqueous Potassium Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2022DOI: 10.1002/aenm.202103343https://doi.org/10.1002/aenm.202103343
7. AEM：液態金屬補救硅微粒以實現高穩定、出色性能的體積鋰存儲
作為鋰離子電池負極的硅微粒材料（SiMP）比昂貴的納米顆粒材料具有更高的體積容量和更少的界面反應。然而，其實際應用面臨的最大挑戰是在循環過程中的膨脹和粉化，導致電氣斷開和電極極化。近日，天津大學楊全紅教授，吳士超副教授報道了使用液態金屬（LM）作為導電介質在電化學循環過程中連接粉碎的SiMP。1）首先，LM，即共晶鎵銦合金(EGaIn)和被包圍的SiMP被包裹在一個碳殼中，形成Si/LM@C膠囊，在該膠囊中，可流動的LM穿透簡單的裂紋，并在破碎的Si碎片之間重新建立強大的電連接。這種內部修復消除了循環過程中產生的“死”硅。2）其次，以甲烷為原料，通過化學氣相沉積(CVD)在LM催化劑上生長了超長的碳納米纖維(CNF)網絡，實現了Si/LM@C膠囊的互連。這些CNF在Si/LM@C膠囊之間提供了導電網絡。纏繞在一起的碳納米纖維結合了Si/LM@C膠囊，對電極變形起到了緩沖作用。3）該復合材料（Si/LM@C-CNF）具有優異的機械和電學完整性，表現出出色的儲鋰動力學、低的電極電阻和高倍率/循環性能。獲得了4.15 g cm?3的極高材料密度和1.75 g cm?3的高電極密度，實現了超高體積容量。在5 A g?1的高電流密度下循環150次，在1 A g?1下循環200次，體積容量分別達到936 mAh cm?3和1578 mAh cm?3。這些結果為具有較高體積能量密度的SiMPs實用化緊湊型鋰電池的開發鋪平了道路。Ziyun Zhao, et al, Liquid Metal Remedies Silicon Microparticulates Toward Highly Stable and Superior Volumetric Lithium Storage, Adv. Energy Mater. 2022DOI: 10.1002/aenm.202103565https://doi.org/10.1002/aenm.202103565
8. Nano Lett.：分層設計的紡織品中Janus潤濕性和熱傳導的集成用于全天個人輻射冷卻
個人冷卻紡織品是應對嚴重的熱相關公共健康威脅和提高工業工人生產率的一種有前途途徑。當前的冷卻策略主要集中在被動的白天輻射上，缺乏對利用協同輻射、傳導和蒸發散熱的全天冷卻方法的研究。基于此，東華大學丁彬教授，俞建勇教授，王先鋒研究員報道了通過可擴展的靜電紡絲方法，然后進行單面親水等離子體處理，制備了具有Janus潤濕性和熱傳導性的分級聚氨酯/氮化硅纖維膜（PU/Si3N4-FM）。1）PU/Si3N4-FM輻射冷卻紡織品集導熱暢通、定向輸水和蒸發性能于一體。值得注意的是，Si3N4由于其高折射率和熱導率是一種很有前途的散射體，而PU由于其良好的彈性和太陽透過率而被用作基質。2）PU/Si3N4復合材料基體(PU/Si3N4-FM -CM，固體結構，無孔)和纖維結構的分層設計獲得了91%的強HBIR發射率（ε(—)HBIR），同時，聚合物/無機基體的本征Si?N，C?O和N?H鍵振動提供了93%的高ε(—)HBIR。3）與傳統的棉衣皮膚模擬器相比，PU/Si3N4-FM覆蓋的皮膚模擬器在陽光直射下的溫度下降了21.9 °C，夜間的溫度下降了2.8 °C。PU/Si3N4-FM覆蓋的皮膚模擬器降溫所需的最低出汗量為0.5 mL h?1，遠低于典型活動者的出汗率。由于其出色的冷卻性能和可擴展的制造工藝，這種分層設計的PU/Si3N4-FM有望對個人冷卻紡織品實現革命性改進。Dongyang Miao, et al, Integration of Janus Wettability and Heat Conduction in Hierarchically Designed Textiles for All-Day Personal Radiative Cooling, Nano Lett., 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03801https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03801
9. Nano Lett.: 鉛鹵化物鈣鈦礦納米晶體作為自旋激光增益介質
自旋極化電荷不僅賦予了傳統激光器新的功能，而且由于自旋簡并性的提升，還降低了激光閾值。II-VI和III-V 半導體作為自旋激光增益介質已被廣泛研究；然而，極化程度受到輕空穴和重空穴簡并性的限制。中國科學技術大學Fengjia Fan和Jiangfeng Du等人評估了CsPbBr3納米晶體的應用潛力。1）CsPbBr3這種納米晶體具有低帶邊簡并性，因此由于能帶倒置結構和大自旋軌道耦合而具有高度極化——作為自旋激光器的增益介質。 2）該實驗和數值模擬結果表明，在自旋弛豫壽命內，可以通過使用圓偏振光激發來極化電荷來降低光學增益閾值。同時，實現自旋激光器需要延長自旋弛豫壽命。Beibei Tang, et al. Evaluating Lead Halide Perovskite Nanocrystals as a Spin Laser Gain Medium, Nano Lett. 2022DOI：10.1021/acs.nanolett.1c03671https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c03671
10. ACS Nano：一種自回彈弧形摩擦電納米發電機陣列用于運動分析中的自供電傳感
在具有挑戰性和危險性的馬術運動中，基于分布式、便攜、實時傳感技術的運動學分析和損傷預防尤為重要。基于此，內蒙古工業大學Ding Nan，中國科學院北京納米能源與納米系統研究所,Baodong Chen等研究人員報道了開發了一種柔性自回彈弧形摩擦電納米發電機（SRC-TENG），解決了上述問題，并展示了其在運動學分析中的自供電傳感方面的應用。1）通過簡單有效的設計，普通材料通過自回彈弧形結構發展成為一種具有3000次以上耐久性和優異回彈穩定性等力學性能的微型生物力學能量采集器。在4.52 cm2的尺寸下，在60 MΩ的外部負載電阻下，功率密度可達1.25 mW/m2。2）進一步，為了給騎手和教練員提供實時的統計數據和跌倒預測，將傳統馬術運動推向先進水平，研究人員研制了一套響應時間為16 ms的自供電騎行特性傳感系統。這項工作不僅可以促進摩擦電納米發電機在微型生物機械能量采集方面的發展，而且還擴大了自供電系統在智能運動監控和輔助方面的應用范圍。Yutao Hao, et al, Self-Rebound Cambered Triboelectric Nanogenerator Array for Self-Powered Sensing in Kinematic Analytics, ACS Nano, 2022DOI：10.1021/acsnano.1c09096https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09096
11. ACS Nano：一種通過并聯電路由磁定向導電復合材料制成的柔性和超高靈敏度觸覺傳感器
開發具有高性能和多功能傳感功能的柔性電子皮膚，對于從醫療監護到人工智能等領域的應用都具有重要意義。為了模仿和超越人體皮膚的高規系數傳感特性，傳感器的結構設計和合適的材料選擇必不可少。基于此，中科院寧波材料所Hua Yang Li，中科院北京納米能源與納米系統研究所Guang Zhu等研究人員報道了展示了一種由磁性排列的導電復合材料實現的超高靈敏度的觸覺傳感器。1）研究人員將鍍鎳碳纖維(NICF)定向嵌入到聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片上，在磁場作用下組裝成磁對準導電復合材料壓阻式傳感器(MAPS)。更具體地說，為了提高地圖的靈敏度，用具有隨機分布的尖晶石結構的砂紙模具來修飾PDMS表面。因此，該MAPS顯示了15525 kPa?1的異常壓力靈敏度，是前人工作的200倍。2）MAPS的超高靈敏度有助于形成并聯電路和隨機分布的尖晶面，從而擴大了壓力載荷下的電阻范圍。3）這些MAPS可以用來監測不同頻率和強度的水波，并識別由魚游泳而引起的波浪。4）使用磁性排列的NICF和尖晶石表面結構，研究人員成功地提供了一種提高批量生產的整合傳感器靈敏度的范例，展示了在觸摸顯示器、醫療保健監測和機器人人工智能中應用超高靈敏度MAPS觸覺傳感器的巨大潛力。Yang Jiang, et al, A Flexible and Ultra-Highly Sensitive Tactile Sensor through a Parallel Circuit by a Magnetic Aligned Conductive Composite, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.1c08273https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08273
12. ACS Nano：一種通過低缺陷工程石墨烯的仿生多功能石墨烯?環氧防腐涂層
盡管石墨烯被認為是最理想的抗腐蝕填料。然而，迄今為止，一些重要問題仍未解決，包括分散性差、排列無序、結構缺陷和電偶腐蝕，從而阻礙了其在金屬防護中的潛在應用。基于此，中科院寧波材料所Jiheng Ding，Haibin Yu報道了設計并制備了一種具有交替的“珍珠狀”結構的復合涂層，以突出環氧涂層和工程石墨烯的最佳特性。1）聚多巴胺(PDA)作為“縫合劑”，基于苯環與石墨烯骨架的相似性，用于修復石墨烯的結構缺陷，賦予石墨烯優異的不滲透性和分散性。2）采用環氧層和PDA-G層交替噴涂的方法制備了生物激勵復合涂層(I-PDA-G-EP)，其中PDA可以將石墨烯層與環氧層作為膠水結合，形成“互鎖”結構，增強界面相互作用，保證涂層的完整性和致密性。3）研究人員通過電化學和鹽霧試驗，研究了環氧樹脂、共混復合材料和生物激發復合涂層保護的鋼的腐蝕行為。結果表明，仿生涂料的防腐性能遠高于環氧和共混復合涂料(PDA-G-EP)。此外，交替層賦予生物激發涂層高度各向異性的導熱性和導電性。這一受生物啟發的策略旨在為石墨烯基防腐涂層的高性能和功能特性的集成提供一條潛在的途徑。Jiheng Ding, et al, Bio-inspired Multifunctional Graphene?Epoxy Anticorrosion Coatings by Low-Defect Engineered Graphene, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.1c08228https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08228
