1. Nature Commun.：單原子Co1-N3P1位點空前高的硝基芳烴加氫活性和選擇性
具有M1-Nx配位結構的過渡金屬單原子催化劑（SACs）在硝基芳烴加氫反應中表現出優異的活性和選擇性。調節原子配位結構是進一步提高催化劑性能的一種很有前途的策略。基于此，中科院化學研究所Changyan Cao，陜西理工大學Xiaohu Yu報道了一種具有不對稱單一Co1-N3P1位點的SACs催化劑，該催化劑對官能化硝基芳烴的加氫反應表現出前所未有的高活性和化學選擇性。1）動力學同位素效應和密度泛函理論（DFT）計算結果表明，與最常用的Co1-N4配位相比，Co1-N3P1中Co原子的電子密度增加，更有利于H2的解離。2）在硝基苯加氫反應中，合成的Co1-N3P1 SAC的周轉頻率為6560 h?1，是Co1-N4 SACs的60倍，比目前最先進的M1-Nx-C SACs高一個數量級。此外，Co1-N3P1 SAC對多種取代硝基芳烴表現出較好的選擇性(>99%)，同時還存在其他敏感的可還原基團。這項工作很好地揭示了催化劑性能與SACs配位環境的關系，為硝基芳烴加氫合成芳香胺提供了一種潛在的實用催化劑。Jin, H., Li, P., Cui, P. et al. Unprecedentedly high activity and selectivity for hydrogenation of nitroarenes with single atomic Co1-N3P1 sites. Nat Commun 13, 723 (2022)DOI: 10.1038/s41467-022-28367-9https://doi.org/10.1038/s41467-022-28367-9
2. Nature Commun.：用于高效光電化學水分解的Ta3N5薄膜光陽極的界面工程
界面工程是提高薄膜半導體太陽能轉換器件效率的一種有效策略。Ta3N5薄膜光陽極是一種很有前途的光電化學（PEC）水分解候選材料。然而，在設計Ta3N5薄膜光陽極的底部和頂部界面方面，仍然缺乏協同一致的研究。近日，電子科技大學李嚴波教授報道了一種基于n型摻銦氮化鎵（In：GaN）和p型摻鎂氮化鎵（Mg：GaN）協同設計的Ta3N5/電極和Ta3N5/電解質界面。1）由于異質結構中的全氮化物成分可以通過氧化物前驅體的一步熱氮化過程來獲得，因此可以實現In：GaN/Ta3N5/Mg：GaN的“n-i-p”異質結構。In：GaN和Mg：GaN界面層不僅由于形成的“n-i-p”異質結具有所需的能帶排列而促進從Ta3N5中選擇性地提取電荷，而且由于Ta3N5和GaN層之間形成晶格匹配的界面而鈍化界面陷阱。2）結果表明，采用高活性析氧反應(OER)助催化劑對In：GaN/Ta3N5/Mg：GaN光陽極進行改性后，ABPE從原始Ta3N5光陽極的2.29%顯著提高到In：GaN/Ta3N5/Mg：GaN光陽極的3.46%。3）詳細的機理研究表明，In：GaN層主要通過In摻雜產生的中間禁帶選擇性地從Ta3N5中提取光生電子，從而提高體電荷分離效率。另一方面，Mg：GaN層主要通過鈍化Ta3N5中的表面陷阱來提高表面電荷注入效率。這些結果表明，利用半導體吸光材料的界面工程來構建帶向異質結和鈍化界面缺陷是提高人工光合器件太陽能-燃料轉換效率的有效策略。Fu, J., Fan, Z., Nakabayashi, M. et al. Interface engineering of Ta3N5 thin film photoanode for highly efficient photoelectrochemical water splitting. Nat Commun 13, 729 (2022).DOI：10.1038/s41467-022-28415-4https://doi.org/10.1038/s41467-022-28415-4
3. Nature Commun.：化學環化選擇性催化氨氧化制一氧化氮
在鉑族金屬合金網上選擇性地將氨氧化為一氧化氮是硝酸生產的關鍵步驟，硝酸是一種具有百年歷史的溫室氣體和資本密集型工藝。因此，開發對環境影響小、催化劑成本低的氨氧化替代技術具有重要意義。基于此，中科院大連化物所王曉東研究員，北卡羅來納州立大學Fanxing Li報道了提出并論證了一種化學環化氨氧化催化劑和工藝，以取代昂貴的貴金屬催化劑，減少溫室氣體排放。1）該工藝在650 °C下使用非貴金屬的V2O5氧化還原催化劑，NH3轉化率接近完全，具有良好的NO選擇性，N2O產量可忽略不計。Operando光譜技術和密度泛函理論計算指向了一個改進的MARS-van Krevelen機制，其特點是一個可逆的V5+/V4+氧化還原循環。2）研究發現，V=O位點可能是導致氧化產物生成的催化活性中心。同時，V=O和雙配位氧都參與了氫轉移過程。其優異性能源于連續抽氫的低活化能、易生成NO以及易再生V=O物種。研究結果突出了一個轉變過程，將化學循環策略擴展到以可持續和具有成本效益的方式生產基礎化學品。Ruan, C., Wang, X., Wang, C. et al. Selective catalytic oxidation of ammonia to nitric oxide via chemical looping. Nat Commun 13, 718 (2022).DOI：10.1038/s41467-022-28370-0https://doi.org/10.1038/s41467-022-28370-0
4. EES: 25.1%效率！晶體陣列輔助高質量FAPbI3薄膜制備
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的光伏性能和穩定性與吸收層的質量密切相關。進一步提高鈣鈦礦薄膜的結晶度對PSCs的商業化應用具有重要意義。上海交通大學韓禮元和韓奇峰等人報道了一種規則分布的鈣鈦礦晶體陣列（PCA）來輔助鈣鈦礦吸收層的生長。 1）PCA提供了可以開始結晶的晶核，而不會克服成核的臨界吉布斯自由能，并在溶劑退火下誘導可控的自下而上結晶過程。2）結果，獲得了具有高結晶度和減少晶界的鈣鈦礦薄膜。最大晶粒尺寸超過4 μm，平均晶粒尺寸超過3 μm。基于具有 PCA 的鈣鈦礦薄膜的 PSC 的功率轉換效率分別為25.1%（認證為 24.3%）和 23.1%（認證為 22.3%），面積分別為 0.0784cm2 和1.0085 cm2。3）在 1 個太陽光照下以最大功率點運行2000小時后，器件保持了90%的初始效率，穩定性優異。Zhichao Shen, et al. Crystal-array-assisted growth of perovskite absorption layer for efficient and stable solar cell, Energy Environ. Sci., 2022https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ee/d1ee02897a
5. Angew：HZSM-5分子篩CH3Cl和CO偶聯實現高芳烴選擇性
將甲烷轉化為芳烴等高附加值化學品為發展可持續化學提供了可行的方案，但是轉化為芳烴的反應面臨產物選擇性較低和催化劑穩定性較差的問題。有鑒于此，大連化學物理研究所劉中民、朱文良、劉紅超等首次報道在H-ZSM-5分子篩催化劑上，通過CH3Cl和CO的偶聯反應，進行基于甲烷的催化轉化，實現了特別高的芳烴選擇性（82.2 %），其中BTX（苯-甲苯-二甲苯混合物）的選擇性達到60 %。1）這種改善的反應選擇性同樣能夠在其他類型的分子篩中實現，尤其是在10元環拓撲結構分子篩。通過多種表征技術，發現由乙酰基和烯烴生成2,3-二甲基-2-環丙烯-1-酮（DMCPO）。通過同位素標記分析，發現CO分子能夠插入DMCPO分子和芳烴的環中。2）提出了一種構建芳烴的新型機理，通過生成以上發現的中間體，顯著的降低氫轉移反應，導致顯著提高產物中芳烴的選擇性，導致烯烴的選擇性降低。Xudong Fang, et al, Highly Enhanced Aromatics Selectivity by Coupling of Chloromethane and Carbon Monoxide over H-ZSM-5, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202114953https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202114953
6. Angew：Ag/皮革復合材料構建多功能可穿戴器件
基于天然材料構建多功能可穿戴電子學器件對于能量轉化、電子皮膚、人工智能等多種應用是非常理想的，有鑒于此，西北工業大學顧軍渭等報道通過簡單真空輔助過濾工藝構建了Ag納米線修飾的皮革可穿戴器件，將可視焦耳熱、電磁干擾（EMI）屏蔽、壓阻傳感等功能集成。1）Ag納米線穿透皮革真皮面的微孔-納米孔結構，構建了高效率的導電網絡。得到具有柔性的高強度Ag/leather納米復合材料展示了超低的薄膜電阻（0.8 Ω/sq）。通過較高效率的能量轉變能力，在較低的電壓（2.0 V）實現了108 ℃焦耳熱溫度。器件實現了55 dB的優異電磁屏蔽效率，在檢測人體運動過程中實現了較好的壓電傳感能力。2）本文研究展示這種Ag/leather復合材料是一種下一代可穿戴器件，具有能量轉化、電子皮膚、人工智能等應用場景。Zhonglei Ma, et al, Multifunctional Wearable Silver Nanowire Decorated Leather Nanocomposites for Joule Heating, Electromagnetic Interference Shielding and Piezoresistive Sensing, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202200705https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202200705
7. AM：納米雜化材料通過增強抗腫瘤免疫調節，用于腫瘤治療
腫瘤和免疫抑制性腫瘤微環境極大地限制了納米顆粒用于癌癥免疫療法的抗腫瘤免疫應答。在此，北京化工大學徐福建和趙娜娜等人探討了精心設計的納米顆粒的內在免疫調節作用及其同時觸發腫瘤抗原釋放的能力，從而逆轉免疫抑制并實現有效的抗腫瘤免疫力和增強的癌癥治療。1）通過優化組成和形態，提出了構建蛋黃殼納米雜化材料的簡便策略(Fe3O4@C/MnO2 PGEA，FCMP）。利用FCMP的內在免疫調節作用將巨噬細胞重編程為M1表型并誘導樹突細胞的成熟。2）此外，FCMP的化學，磁性和光學性質有助于通過多重增強化學動力療法（CDT）和協同腫瘤治療誘導擴大免疫原性細胞死亡。利用獨特的蛋黃-殼結構，可以實現精確的T1-T2雙模磁共振成像，并且可以通過充分暴露Fe3O4核和MnO2殼來最大化CDT。發現有效的抗腫瘤作用基本上抑制原發性和遠處腫瘤的生長。此外，該策略可以擴展到具有定制特性的其他蛋黃-殼納米雜化材料的合成。這項工作建立了一個新的戰略，用于制造具有蛋黃殼結構的多功能納米平臺，用于有效的癌癥治療，免疫調節增強抗腫瘤免疫力。Zhao, X., et al., Orchestrated Yolk–Shell Nanohybrids Regulate Macrophage Polarization and Dendritic Cell Maturation for Oncotherapy with Augmented Antitumor Immunity. Adv. Mater. 2022, 2108263.https://doi.org/10.1002/adma.202108263
8. AEM：減少鈣鈦礦大面積太陽能技術的損耗：高效組件和小型面板的激光設計優化
鈣鈦礦太陽能時代僅用了 10 年的研究就證明了 25.5% 的效率，達到了 Si 和 GaAs 等其他光伏技術的性能水平，顯示出潛在的低成本制造和工藝多功能性。然而，這些結果僅在有效面積等于或小于 0.1 cm2 的小面積電池上實現。鈣鈦礦太陽能技術的升級發展需要使用額外的工藝來減少大面積遇到的損失；出于這個原因，激光加工對于將連接的電池設計成模塊是必要的。羅馬第二大學Aldo Di Carlo等人通過優化激光設計、建立幾何填充因子、電池面積寬度和 P1-P2-P3 激光參數之間的關系，減少了鈣鈦礦太陽能組件中的電池到組件損耗。1）將工藝從 2.5×2.5 升級到 10×10 cm2，在 2.25 和 48 cm2 的有效面積上分別實現了 18.71% 和 17.79% 的效率，當從小型模塊擴展到模塊尺寸時，相對損耗僅為 5%。2）在 20×20 cm2上制造了一個小型面板，在 192 cm2 的有效面積上顯示出11.9%的穩定效率和2.3W，這是迄今為止文獻報道的該尺寸中最高的。Castriotta, L. A., et al, Reducing Losses in Perovskite Large Area Solar Technology: Laser Design Optimization for Highly Efficient Modules and Minipanels. Adv. Energy Mater. 2022, 2103420. DOI：10.1002/aenm.202103420https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103420
9. AFM：對稱受體-供體-受體分子作為高效鈣鈦礦太陽能電池的多功能缺陷鈍化劑
盡管鈣鈦礦太陽能電池（PSC）發展迅速，但抑制鈣鈦礦體中的離子缺陷并進一步延長電池的持久穩定性仍然是有待解決的問題。陜西師范大學劉生忠, Dapeng Wang以及Qiang Wang等人開發了一種對稱的有機受體-供體-受體 (A-D-A) 分子，具有茚二烯[1,2-b:5,6-b']二噻吩 (IDT) 的核心結構和羥吲哚的雙臂，命名為IDT-OD，并將其作為一種通用的缺陷鈍化劑，可用于鈍化鈣鈦礦吸收劑中的非輻射復合位點。 1）IDT單元中的S元素和雙邊受體單元中的羰基 C=O 作為路易斯堿有助于鈍化位點，即配位不足的Pb2+陽離子缺陷，而羥吲哚單元中的N-H基團與鹵化物懸掛相互作用。2）具有對稱雙臂的分子結構有助于形成具有更大晶粒尺寸、光滑表面形貌、疏水性和低缺陷態密度的優質鈣鈦礦層。因此，具有適當IDT-OD添加劑的相應PSC的效率顯著提高，從22.77%提高到24.04%，同時具有出色的長期環境和熱穩定性。該研究為離子缺陷鈍化工程向高性能PSC提供了一種有利的方法。Zhao, W., Lin, H., Li, Y., Wang, D., Wang, J., Liu, Z., Yuan, N., Ding, J., Wang, Q., Liu, S. F., Symmetrical Acceptor–Donor–Acceptor Molecule as a Versatile Defect Passivation Agent toward Efficient FA0.85MA0.15PbI3 Perovskite Solar Cells. Adv. Funct. Mater. 2022, 2112032. DOI：10.1002/adfm.202112032https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202112032
10. ACS Nano綜述：傷口敷料：從納米材料到診斷敷料和愈合評估
西安電子科技大學Hossam Haick教授和華東師范大學張閩教授對應用于傷口敷料領域的納米材料及其在診斷和愈合評估等方面的應用研究進行了綜述。1）基于納米材料的傷口敷料在傷口治療中發揮著重要作用，目前也被廣泛應用于輕微甚至危及生命的組織損傷治療。2）作者在文中對在這一多學科交叉領域的研究進展進行了綜述。首先，作者介紹了基于納米材料的紗布和水凝膠的功能優勢及其雜化結構。在此基礎上，作者也對于開發具有實時監測和診斷功能的智能型傷口敷料研究進行了討論，這類敷料能夠在傷口愈合過程中進行實時評估；隨后，作者也探討了基于納米材料的傷口敷料和相關醫療在現實世界中的應用；最后，作者介紹并展望了基于納米材料的傷口敷料在臨床應用中所面臨的挑戰和未來的發展前景。Qiankun Zeng. et al. Wound Dressing: From Nanomaterials to Diagnostic Dressings and Healing Evaluations. ACS Nano. 2022DOI: 10.1021/acsnano.1c08411https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c08411
11. ACS Nano：雙金屬硒化物修飾納米反應器對用于3D打印高負載K?Se電池的Se物種的協同約束和電催化作用
鉀-硒(K?Se，K?Se)電池具有高能量、低成本等優點，被認為是下一代儲能系統的候選材料。盡管如此，Se正極巨大的體積膨脹和緩慢的反應動力學仍然困擾著它的發展。此外，實現高負載K?Se電池良好的面容量和長時間循環仍然是商業應用面臨的艱巨挑戰。近日，蘇州大學孫靖宇教授，Bingzhi Liu報道了設計了一種低碳含量的Se和CoNiSe2共嵌的納米反應器(Se/CoNiSe2?NR)，作為K?Se電池的正極。1）該設計結合了幾個關鍵優點：i）生成的硒物種在空間上被限制在高導電性的納米反應器范圍內，從而緩沖了循環過程中的體積變化，減少了活性硒的不可逆損失；ii）Operando拉曼光譜和非原位X射線光電子能譜/透射電子顯微鏡檢測到的直接固-固轉化減少了電催化納米反應器中Se的損失，提高了K-?Se電池的循環穩定性；iii）與單金屬硒化物NiSe2相比，CoNiSe2對K2Se2/K2Se有更強的吸附，并通過摻入Co使K+擴散得更快，這一點得到了恒電流間歇滴定(GITT)測量和密度泛函理論(DFT)計算的證實。2）結果表明，Se/CoNiSe2?NR正極材料具有良好的反應動力學和較高的電化學可逆性，在1.0 C下循環950次，容量衰減率僅為0.038%，具有多孔骨架結構的3DP Se/CoNiSe2?NR可實現3.8 mg cm?2的高Se負載量。研究工作為多功能Se電池的合理設計提供了創新性的見解，從而有助于制造具有高面容量和長循環壽命的K?Se電池，以實現其實用性。Yifan Ding, et al, Bimetallic Selenide Decorated Nanoreactor Synergizing Confinement and Electrocatalysis of Se Species for 3D-Printed High-Loading K?Se Batteries, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.2c00256https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00256
12. ACS Nano：可拉伸的神經形態晶體管，結合多傳感器和信息處理，用于表皮手勢識別
可拉伸的神經形態晶體管，結合多傳感器和信息處理，用于表皮手勢識別。近日，南開大學徐文濤等人制造了一種納米線通道固有可拉伸的神經形態晶體管 (NISNT)，它可以感知觸覺和視覺信息并模擬神經形態處理能力。該器件展示了 1000 次拉伸循環的出色拉伸耐久性，同時保持穩定的電氣性能。然后將該設備用作并行處理信息的多敏感傳入神經。這些設備與皮膚變形兼容，可連接到手指上，用作適形應變傳感器和用于手勢識別的神經形態信息處理單元。每個設備中的興奮性突觸后電流代表形狀變化，然后使用神經網絡的 softmax 激活處理進行分析以識別手勢。使用 NISNT 的多級神經網絡用于進一步確認手勢。這項工作展示了一種多傳感器人工神經和神經形態系統的想法。Stretchable Neuromorphic Transistor That Combines Multisensing and Information Processing for Epidermal Gesture Recognition. ACS Nano 2022.https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08482
