1. Science: 通過表面硫化構建高效倒置鈣鈦礦太陽能電池的異質結
具有高功率轉換效率 (PCE) 和穩定性的鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 已在常規nip器件中得到報道，但更易于在串聯太陽能電池中使用的倒置PSC通常具有較低的 PCE (22%至23%) 。華東師范大學物理與電子科學學院方俊鋒團隊采用六甲基二硅硫烷將鈣鈦礦薄膜表面硫化成PbS富鉛層，為倒置太陽能電池構建了穩定的鈣鈦礦異質結。 1）形成的鉛硫 (Pb-S) 鍵提高了鈣鈦礦界面處的費米能級，并為電子提取產生了額外的背面場。 2）由此產生的倒置器件表現出>24%的功率轉換效率 (PCE)，具有1.19 V的高開路電壓，對應于0.36 V的低電壓損失。 3）強Pb-S鍵可以穩定鈣鈦礦異質結并加強具有相似晶格的潛在鈣鈦礦結構。具有表面硫化的器件在85°C老化2200 小時或在55°±5°C連續照明下在最大功率點運行1000小時后保留超過90%的初始PCE。
XIAODONG LI, et al. Constructing heterojunctions by surface sulfidation for efficient inverted perovskite solar cells, SCIENCE, 2022 DOI: 10.1126/science.abl5676https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl5676
2. Sci. Adv.：低維鈣鈦礦化合物實現高效穩定鈣鈦礦太陽能電池
晶格組裝過程中的吸收劑是導致非輻射復合和材料降解的主要原因，這嚴重影響鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的效率和穩定性。西安交通大學吳朝新，Hua Dong, Jingrui Li和香港城市大學任廣禹等人通過用低維（LD）類鈣鈦礦覆蓋光敏層，證明了PSC性能的顯著提高。1）三維 (3D) 鈣鈦礦表面的配位不足的Pb離子和金屬Pb通過來自有利晶格匹配的 3D/LD 界面的Pb-I 鍵合有效地鈍化。 2）LD（0D 和 1D）類鈣鈦礦具有良好的穩定性和疏水性，可以在惡劣的環境條件下對3D有源層提供出色的保護。PSC 的功率轉換效率為24.18%，在經過認證的獨立光伏測試實驗室中測試的。研究人員還制造了一個有效面積為1 cm2的3D/0D器件，PCE為22.94%。3）在最大功率點工作條件下連續照明800小時后，未封裝的器件可保持90%的初始效率。此外，還可以制造具有 21.76%高PCE的基于3D/0D的柔性設備，以證明這種新方法對不同形式設備的普遍適用性。JINBO CHEN, et al. Highly efficient and stable perovskite solar cells enabled by low-dimensional perovskitoids, Sci. Adv., 2022https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.abk2722
3. Angew：異質結構PdPdSe納米片中的異常p-d雜化相互作用促進乙二醇電氧化的C-C鍵斷裂
用于直接乙二醇(EG)燃料電池中乙二醇(EG)完全氧化的高性能電催化劑因具有較高的能量效率而備受青睞。近日，河南農業大學Yuchen Qin，Cuilian Xu，天津大學Zhicheng Zhang報道了采用一步法制備了Pd-PdSe異質結構納米片（Pd-PdSe HNSs）。1）研究發現，這些Pd-PdSe HNSs具有獨特的電子結構和幾何結構，其中非常規的p-d雜化相互作用和拉伸應變效應共存。2）與工業Pd/C和Pd NSs催化劑相比，Pd-PdSe HNSs對乙二醇氧化反應（EGOR）的比(質量)活性分別提高5.5（6.6）和2.5（2.6）倍。特別是Pd-PdSe HNSs的最佳C1路徑選擇性達到44.3%，從而突出了Pd-PdSe HNSs優異的C-C鍵斷裂能力。3）電化學原位FTIR光譜和理論計算表明，特殊的p-d雜化作用和拉伸應變效應能有效地降低C-C鍵斷裂活化能，加速CO*氧化，促進EG的完全氧化，提高催化劑的催化性能。Yuchen Qin, et al, Extraordinary p-d Hybridization Interaction in Heterostructural Pd-PdSe Nanosheets Boosts C–C Bond Cleavage of Ethylene Glycol Electrooxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202200899https://doi.org/10.1002/anie.202200899
4. Angew：一條簡便且前所未有的獲得耐熱甲醛衍生聚酯庫的途徑實現環縮醛和酸酐的高活性和選擇性共聚
開發生產聚酯的新策略可以擴大可生物降解材料的種類。有鑒于此，浙江大學的張興宏等研究人員，開發一條簡便且前所未有的獲得耐熱甲醛衍生聚酯庫的途徑，實現環縮醛和酸酐的高活性和選擇性共聚。1）研究人員首次公開了環縮醛（由甲醛和二醇制成）和酸酐的交替共聚，使用5個環縮醛和9個酸酐得到45種前所未有的聚酯。2）在較寬的反應溫度范圍內（25至140 ℃），各種無金屬Lewis/Brnsted酸作為高活性催化劑通過陽離子機理進行這些共聚。3）動力學研究表明，環縮醛和酸酐的共聚將“環縮醛-聚縮醛”的化學平衡向左移動，從而生成交替度大于99%的聚酯。4）所得聚酯具有高氧含量（[O]：[C]高達6:7）、分子量2.0-33.3 kDa、窄多分散性1.2-1.5、低玻璃化轉變溫度（-64至-27 ℃）以及高分解溫度（275至324 ℃）。Xun Zhang, et al. A Facile and Unprecedented Route to a Library of Thermostable Formaldehyde-derived Polyesters: Highly Active and Selective Copolymerization of Cyclic Acetals and Anhydrides. Angewandte Chemie, 2022.DOI：10.1002/anie.202117316https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202117316
5. Angew：光酶法還原CO2的烯烴鍵合共價有機框架工程
在全球能源和環境危機的背景下，開發新的二氧化碳減排和轉化技術具有深遠的意義。有鑒于此，南開大學的陳瑤等研究人員，開發了光酶法還原CO2的烯烴鍵合共價有機框架工程。1）研究人員構建了一種新型的二氧化碳還原人工光酶系統，使用合理設計的介孔烯烴連接共價有機框架（COF）作為多孔固體載體，用于共固定甲酸脫氫酶（FDH）和Rh基電子介體。2）通過調節Rh電子介體的摻入量，有利于從NAD+中再生煙酰胺輔因子（NADH），表觀量子產率可高達9.17±0.44%，超過了所有報道的由晶體框架材料構建的NADH再生光催化劑。3）最后，組裝的光觸媒-酶耦合系統可以選擇性地將CO2轉化為甲酸，效率高，重復使用性好。本文研究展示了第一個使用COFs固定酶的例子，用于利用太陽能生產增值化學品的人工光合作用系統。Zhengfeng Zhao, et al. Engineering Olefin-Linked Covalent Organic Frameworks for Photoenzymatic Reduction of CO2. Angewandte Chemie, 2022.DOI：10.1002/anie.202200261https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202200261
6. AM：通過斜射角沉積生長的高度各向異性有機金屬鹵化物鈣鈦礦納米壁
偏振器是當前光電設備（如顯示器或照相機）中無處不在的組件。然而，對光偏振的控制是一個未解決的挑戰，因為現有顯示技術的主要缺點在于顯著的光學損耗。在這種情況下，有機金屬鹵化物鈣鈦礦（OMHP）可以發揮決定性作用，因為它們具有靈活的合成方法，具有可調節的帶隙和光致發光等設計光學特性，以及具有低非輻射復合率的優異發光。因此，除了其出色的電性能外，混合鈣鈦礦已成為光伏和光電子學的首選材料。在不同的 OMHP 納米結構中，納米線和納米棒最近已成為控制照明或檢測器應用的光偏振的關鍵參與者。塞維利亞材料科學研究所ángel Barranco和Juan Ramon Sanchez-Valencia等人展示了通過掠角沉積制備高度對齊和各向異性的甲基銨碘化鉛鈣鈦礦納米壁，與大多數基板兼容。1）它們的高取向度為樣品提供了光吸收和光致發光等各向異性光學特性。2）此外，它們在光伏器件中的實現為它們提供了偏振敏感響應。3）基于真空的簡便方法，開發了一代偏振敏感鈣鈦礦基光電器件（如照明器具或自供電光電探測器）。Castillo-Seoane, J., et al, Highly Anisotropic Organometal Halide Perovskite Nanowalls Grown By Glancing Angle Deposition. Adv. Mater..DOI：10.1002/adma.202107739https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107739
7. AM：鹵化物鈣鈦礦中非諧性的不同表現
鉛基鹵化物鈣鈦礦 (PbHaP) 晶體被證明具有強烈的非諧結構動力學。這種行為很重要，因為它可能是它們卓越的光伏特性的起源。最近研究了雙鈣鈦礦Cs2AgBiBr6作為光電子應用的無鉛替代品。然而，它沒有表現出PbHaPs的優異光伏活性。因此，為了探索PbHaPs中非諧波結構動力學和光電特性之間的相關性，魏茨曼科學研究院Omer Yaffe等人研究了Cs2AgBiBr6 的結構動力學并將其與鉛基模擬CsPbBr3進行比較。1）研究人員使用與溫度相關的拉曼測量，我們發現這兩種材料確實是強非諧波的。盡管如此，它們的非諧行為的表達明顯不同。 2）Cs2AgBiBr6在整個測量溫度范圍內具有明確定義的正常模式，而CsPbBr3在200 K以上顯示正常模式圖片的完全分解。3）研究人員認為正常模式圖片的分解意味著平均晶體結構可能不是正確的開始點了解晶體的電子特性。除了主要發現之外，我研究人員還發現了一個未報告的Cs2AgBiBr6相，低于 ～37 K。Cohen, A., et al, Diverging Expressions of Anharmonicity in Halide Perovskites. Adv. Mater.. DOI：10.1002/adma.202107932https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107932
8. AM：超支化聚(β-氨基酯)可作為強效通用的胞質蛋白遞送平臺
胞質蛋白遞送是基于蛋白的生物技術和實現細胞內靶點治療的前提。能夠與蛋白質復合形成納米組裝體的聚合物是最重要的一類材料，其具有制備簡易，蛋白質負載效率高，不需要純化和能夠維持蛋白質生物活性等優點。穩定的蛋白包封和高效的細胞內釋放是胞質遞送的兩個關鍵卻相反的過程，而目前能夠解決這一矛盾沖突的聚合物還很少。有鑒于此，蘇州大學殷黎晨教授構建了主鏈嵌入苯硼酸(PBA)的超支化聚β-氨基酯(HPAE)，其中PBA可通過氮-硼 (N-B)配位作用增強對蛋白的包封效率，并能在被腫瘤細胞內的H2O2氧化后引發聚合物降解和蛋白釋放。1）實驗通過優化分支度、電荷密度和PBA分布而構建了具有最佳性能的A2-B3-C2-S2-P2。其能夠有效地將多種具有不同分子量(1.6-430 kDa)和等電點(4.1-10.3)的蛋白質/多肽遞送到癌細胞中,包括酶、毒素、抗體和CRISPR-Cas9核糖核蛋白(RNPs)等。2）實驗結果表明，A2-B3-C2-S2-P2能夠在體內外介導實現有效的皂草素胞質遞送。從而產生顯著的抗腫瘤作用。綜上所述，該研究所開發的胞質蛋白遞送平臺能夠為蛋白質藥物的發展提供新的推動力。Xun Liu. et al. Tailoring Hyperbranched Poly(β-amino ester) as a Robust and Universal Platform for Cytosolic Protein Delivery. Advanced Materials. 2022DOI: 10.1002/adma.202108116https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202108116
9. AEM：非晶態磷化鈷上鹵素摻雜的碳點作為強電催化劑用于整體水分解
設計穩定高效的析氫析氧雙功能催化劑(HER/OER)對發展水分解制氫具有重要意義。近日，鄭州大學盧思宇教授報道了一種新型的鹵素(X=F，Cl，Br)摻雜碳點修飾的非晶態磷化鈷（X-CDs/CoP），這種碳點可以通過選擇X-CDs來調節，使其具有海膽、白皮松和合歡樹等類型的結構。1）研究發現，不同X-CDs的不同特性導致了不同的形成機制和最終結構。2）海膽狀F-CDs/CoP晶體作為雙功能催化劑具有優異的電催化性能，在堿性溶液中表現出優異的HER/OER活性和持續穩定性。對于整體水分解，在1M KOH中，實現10 mA cm?2的電流密度，僅需要1.48 V的低電池電壓。此外，100 h后催化劑的降解性能可以忽略不計，表現出良好的長期循環穩定性。3）密度泛函理論（DFT）計算表明，F-CDs/CoP催化劑電催化性能的提高是由于CoP與F-CDs之間的偶聯界面優化了氫/氧吸附能，加速了水的裂解動力學。這項研究為合理設計性能優異的過渡金屬磷化物電催化劑提供了指導。Haoqiang Song, et al, Halogen-Doped Carbon Dots on Amorphous Cobalt Phosphide as Robust Electrocatalysts for Overall Water Splitting, Adv. Energy Mater. 2022DOI: 10.1002/aenm.202102573https://doi.org/10.1002/aenm.202102573
10. AEM：鈷摻雜穩定的具有活性和耐久的亞2 nm鉑納米團簇用于具有低Pt負載量的PEMFC陰極
隨著鉑（Pt）負載量的降低，質子交換膜燃料電池（PEMFC）在高電流密度（HCD）區性能損失嚴重。較小的電催化劑粒徑來實現較高的電化學活性表面積（ECSA）是解決這一問題的關鍵。然而，亞2 nm納米團簇較差的電催化活性和穩定性限制了其尺寸縮小的潛力。基于此，華北電力大學Jianguo Liu，南京大學Jia Li報道了采用一種高效、可擴展的微波輔助多元醇還原法成功地合成了小于2 nm的Co摻雜Pt納米團簇。1）與未摻雜的Pt和商品Pt相比，Co摻Pt納米團簇的ECSA明顯提高。此外，Co摻雜的Pt納米團簇表現出前所未有的亞2 nm納米團簇的MA和耐久性。這種納米團簇摻雜策略在穩定和活化小尺寸電催化劑方面的通用性被其他3D過渡金屬（Fe，Ni）摻雜所證實。2）結構和成分表征以及密度泛函理論（DFT）計算表明，摻雜降低了納米團簇的總能量，實現了尺寸控制。摻雜劑使d帶中心下移，優化了含氧中間體的結合能。從而提高了納米團簇的活性。此外，摻雜還增大了空位形成能，提高了材料的耐久性。3）Co摻雜的Pt納米團簇在整個電流密度范圍內表現優于商用Pt，與最近發表的論文中的先進鉑基催化劑相當。在H2-Air PEMFC測試中，由于Pt負載量減少而造成的HCD性能損失顯著降低。此外，經過30 K循環方波加速耐久試驗(ADT)，摻雜Co的Pt/C比商用Pt/C更穩定。由于過渡金屬摻雜策略成功地解決了鉑納米團簇的活性和穩定性問題，因此這項工作對于促進低鉑負載量質子交換膜燃料電池中鉑納米團簇的研究具有重要意義。Xiao Duan, et al, Cobalt-Doping Stabilized Active and Durable Sub-2 nm Pt Nanoclusters for Low-Pt-Loading PEMFC Cathode, Adv. Energy Mater. 2022DOI: 10.1002/aenm.202103144https://doi.org/10.1002/aenm.202103144
11. AEM：Ge提高無機CsPbI3鈣鈦礦太陽能電池性能
針對穩定的CsPbI3鈣鈦礦太陽能電池，Ge首次整合到基于DMAPbI3的前驅體系統中。中科院物理所Lin Gu和Dongmei Li等人發現Ge摻入能夠改變CsPb1-xGexI3薄膜的結晶生長，并通過降低CsPbI3形成能來降低退火溫度和處理時間。1）研究人員實現了19.52%的冠軍功率轉換效率 (PCE)，認證的PCE為18.8%，這是外來元素摻雜CsPbI3 PSC的最高性能。2）此外，GeO2的原位形成可以鈍化晶界和表面缺陷，從而顯著提高鈣鈦礦薄膜及相關器件的耐濕性。在連續的白色 LED (6500 K) 照明和氮氣氣氛下，在0.85 V的固定偏壓下，實現了出色的操作穩定性，超過3000小時PCE沒有退化。這項工作表明，3）通過同時提高鈣鈦礦結晶度和鈍化晶界和界面缺陷，Ge摻入是穩定CsPbI3鈣鈦礦太陽能電池的一種有前途的方法。Meng, F., et al, Ge Incorporation to Stabilize Efficient Inorganic CsPbI3 Perovskite Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2022, 2103690. https://doi.org/10.1002/aenm.202103690
12. ACS Nano：一種面向高性能電化學電容器的電化學腐蝕法制備無氟Ti3C2Tx的簡化方法
MXenes在電化學儲能和其他方面的應用已經得到了廣泛的研究。然而，在傳統的MXenes合成方法中，使用了涉及高毒性HF或類似物的耗時的多步驟步驟。此外，?F端基不可避免地存在于這些MXenes中，不利于超級電容器和電池的性能。基于此，佐治亞理工學院Chingping Wong，井岡山大學Bo Liu，南京林業大學Jizhang Chen報道了開發了一種無氟電化學刻蝕方法來合成Ti3C2Tx，刻蝕效率高達92.2%。1）特別值得一提的是，聲化法可以在不使用任何有害的有機插入劑的情況下制備d-Ti3C2Tx薄片，比以前報道的所有電化學蝕刻方法都要簡單和省時得多。所得EE-Ti3C2Tx不含F元素，含有?Cl末端官能團，橫向尺寸為～3.8 μm，～厚度為3.9 nm，比HF-Ti3C2Tx更穩定。2）此外，采用真空過濾法制備了EE-Ti3C2Tx薄膜，該薄膜具有良好的力學性能（強度為20.52 MPa，模量為13.4 GPa）和較大的電導率（1663 S cm?1）。用于超級電容器時，EE-Ti3C2Tx薄膜可提供出色的比電容（323.7 F g?1、1.39 F cm?2和1160 F cm?3），在已報道的性能最好的MXenes中名列前茅。此外，將Ee-Ti3C2Tx薄膜用于組裝柔性準固態ZHC器件，實現了20.8 mWh cm?3和249.9μWh cm?2的高能量密度。Jizhang Chen, et al, Simplified Synthesis of Fluoride-Free Ti3C2Tx via Electrochemical Etching toward High-Performance Electrochemical Capacitors, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.1c09004https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09004
