1. Joule: “對稱-非對稱”策略使三元有機太陽電池效率接近19%
大的開路電壓（Voc）損耗是目前追求高效有機光伏（OPV）的主要障礙。為了解決這個問題，浙江大學的陳紅征教授團隊與Lijian Zuo，武漢大學的閔杰教授等人構建了由具有相似吸收曲線的對稱 BTP-eC9 和不對稱 BTP-S9 受體組成的三元 OPV（TOPV），并證明它是一種通過減少能量紊亂和非輻射衰變來增加 Voc 的可行方法。
本文要點：
1）這種策略可以在 TOPV 中實現比二元 OPV 中更高的電壓，而不會犧牲吸收范圍。此外，由于 π-π 堆疊比二元薄膜更強，三元共混物表現出增強的電荷傳輸性能，從而提高了填充因子 (FF)。
2）因此，最佳 TOPV 表現出 18.8% 的冠軍效率（認證為 18.7%），具有 0.861 V 的高電壓和 79.34% 的高FF，代表了認證的單結 OPV 中最好的。這項工作展示了一種增加 Voc 的有效方法，為高效 OPV 鋪平了道路。
Lingling Zhan, et al. Desired open-circuit voltage increase enables efficiencies approaching 19% in symmetric-asymmetric molecule ternary organic photovoltaics, Joule, 2022
https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.02.001
2. Nature Commun.：二維硼烯液晶的合成和光電性能
硼烯（Borophene）被認為是下一代光電二維材料，但是硼烯材料穩定性較差，因此無法實現大規模應用。有鑒于此，東京工業大學Kimihisa Yamamoto等報道發現一種具有層狀結構的液相狀態的硼烯類似物。通過X射線表征、光學顯微鏡、電子顯微鏡、熱力學分析等方法對材料的結構、晶相、基本性質進行表征。
本文要點：
1）合成的層狀液晶硼烯展示了優異的熱穩定性，能夠在350 ℃穩定，而且這種硼烯在<1 V的低電壓控制作用實現光學性質改變。
Kambe, T., Imaoka, S., Shimizu, M. et al. Liquid crystalline 2D borophene oxide for inorganic optical devices. Nat Commun 13, 1037 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-28625-w
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28625-w
3. Angew：通過各向異性動力學轉換構建具有開放納米結構的單晶分級ZSM-5用于甲醇轉化為烴
沸石具有獨特的形狀選擇性、骨架中豐富的催化位點、在苛刻的工業過程中優異的穩定性和低生產成本，因此是石油化學工業中重要的多相催化劑。然而，常規沸石催化劑的微孔結構對傳質造成了很大的障礙，由于焦炭的形成，這促進了反應物向不希望的副產物的轉化。近日，吉林大學于吉紅院士，關卜源教授展示了一種新的各向異性動力學轉換策略來合成具有高度開放納米結構的分級單晶ZSM-5納米籠。
本文要點：
1）這種策略依賴于原位各向異性刻蝕Silicalite-1納米模板和通過反應體系中OSDA(TPAOH)、氧化鋁和SiO2物種的共組裝在Silicalite-1納米模板上連續生長ZSM-5來實現同步各向異性外延再結晶的協同效應。通過微調反應體系中TPAOH的濃度，可以精確控制刻蝕和再結晶過程之間的相對速率差。
2）通過控制生長動力學，制備了具有多種開放幾何結構和可調骨架組成的新型MFI沸石納米結構。
3）實驗結果顯示，與傳統的ZSM-5微晶、納米晶和納米盒相比，具有單晶性、高度開放的納米結構和層次化孔隙的ZSM-5納米籠在甲醇制烴（MTH）反應中表現出顯著延長的催化壽命和低結焦率。
本方法可以極大地擴展用于設計和構建單晶和拓撲復雜的沸石納米結構的工具箱，以用于廣泛的應用。
Guangrui Chen, et al, Construction of Single-Crystalline Hierarchical ZSM-5 with Open Nanoarchitectures via Anisotropic-Kinetics Transformation for the Methanol-to-Hydrocarbons Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202200677
https://doi.org/10.1002/anie.202200677
4. Angew：銠催化N-丙烯酰胺及其衍生物的活性聚合
過渡金屬催化聚合是合成各種功能聚合物最有效的方法之一，目前，人們已經報道了種類繁多的單體可控聚合。取代乙炔（Substituted acetylenes）是一類重要的單體，可通過過渡金屬催化聚合生成具有π共軛多烯骨架的取代聚乙炔。其中，過渡金屬催化共軛末端炔烴苯乙炔衍生物的可控聚合已得到廣泛研究。近日，日本金澤大學Katsuhiro Maeda，Tsuyoshi Taniguchi改進了N-炔丙酰胺及其衍生物的活性聚合方法。
本文要點：
1）研究發現，含芳基取代的1,3,5-己三烯鏈的銠(I)配合物可以作為非共軛末端炔烴聚合的優良引發劑，得到分子量分布較窄的順式規整聚合物。
2）通過考察單體與引發劑的初始投料比對聚合產物分子量和多段聚合的影響，研究人員證實了典型的活性。
3）研究人員還證明了本方法可以實現聚合物鏈端的官能化和合成由聚N-炔丙酰胺和聚苯乙炔嵌段組成的窄分子量分布的新型嵌段共聚物。
本研究開發的活性聚合為合成分子量可控、順式立體規整度高、鏈端結構多樣的聚(N-丙烯酰胺)及其衍生物提供了一種方法。鑒于此類聚合物具有螺旋結構等有趣的特性，該方法將進一步促進基于非共軛炔衍生的聚乙炔的功能材料的發展。
Kosuke Ito, et al, Well-Controlled Living Polymerization of N-Propargylamides and Their Derivatives by Rhodium Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202117234
https://doi.org/10.1002/anie.202117234
5. Adv. Sci.綜述：金屬離子對MXene材料的作用
隨著十幾年的發展，MXene材料的制備、處理、應用得到顯著發展。金屬離子在MXene的剝離、結構調控、表面修飾、組分等方面起到非常重要的作用。這種金屬離子起到的多種作用是歸因于金屬離子與MXene之間存在多種相互作用以及MXene具有的層狀結構、表面結構、含有變價過渡金屬等獨特性質。金屬離子與MXene之間的相互作用對于MXene材料用于金屬離子電池或超級電容器等能量存儲應用至關重要，有鑒于此，天津大學楊全紅、陶瑩等綜述報道金屬離子與MXene之間的相互作用，對其相互作用的種類和相互作用基本原理，因此有助于改善MXene材料的應用和設計。
本文要點：
1）對MXene的發展和剝離研究新發展角度進行介紹，有助于優化和改善合成方法。對金屬離子在合成MXene過程中起到的作用進行分類，討論了相關機理。此外，介紹了MXene材料的金屬離子起到的作用有關代表性研究。
Yu Long, et al, Roles of Metal Ions in MXene Synthesis, Processing and Applications: A Perspective, Adv. Sci. 2022, 2200296
DOI: 10.1002/advs.202200296
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202200296
6. AEM：定向冷凍輔助3D打印解決柔性電池難題：超高的能量/功率密度和不折不扣的機械順從性
隨著柔性/可穿戴電子產品的蓬勃發展，柔性鋰離子電池（LIBs）已經成為人們關注的焦點。然而，在柔性電極中同時平衡優異的能量密度和機械順從性的難題嚴重阻礙了它們的實際應用。近日，四川大學張楚虹教授首次提出了定向冷凍輔助3D打印策略來構建柔性、可壓縮和超高能量/功率密度的LIBs。
本文要點：
1）纖維素納米纖維（CNFs）和碳納米管（CNTs）相互纏繞，形成交織的網絡，并均勻包裹活性材料，確保通過整個印刷電極實現快速電子轉移和應力釋放。此外，定向冷凍誘導的垂直通道可以充當高速離子擴散路徑，這有效地解決了柔性3D打印電極在質量負載增加時離子傳輸緩慢的限制。
2）正如預期的那樣，3D打印LIB實現了創紀錄的高能量密度（15.2 mWh cm–2）和功率密度（75.9 mW cm–2），超過了之前報道的所有柔性LIBs。同時，印刷的柔性全LIBs在彎曲和壓縮狀態下都保持良好的電化學穩定性。
這項工作為LIBs的設計提供了一種可行的途徑，解決了可穿戴和智能電子產品中長期存在的高電化學性能和機械變形問題。
Xiaolong Li, et al, Directional Freezing Assisted 3D Printing to Solve a Flexible Battery Dilemma: Ultrahigh Energy/Power Density and Uncompromised Mechanical Compliance, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202200233
https://doi.org/10.1002/aenm.202200233
7. AEM: 用于全固態電池的高鎳正極的設計原理
電極的微結構是影響全固態電池電化學性能的基礎因素。然而，然而，實現快速離子/電子傳輸途徑的電極設計的關鍵原則還沒有得到很好的闡明。近日，浙江大學凌敏、梁成都、和Liguang Wang等通過不同的電極設計，從與能量密度相關的電極組成和富鎳層狀氧化物的粒度分布方面，研究了電極微觀結構與電化學行為之間的關系。
本文要點：
1）研究人員借助兩種顆粒尺寸不同的高鎳層狀氧化物正極材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM）和具備快速離子傳導能力的Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3 (LSPSC)來研究了復合正極的粒度分布和組成對電化學性能的關鍵影響。復合正極材料通過將NCM與LSPSC按照不同組成比例壓片而成。
2）優化后的電化學性能表明正極活性材料的顆粒大小和電極組分比之間近似正相關。電化學阻抗譜（EIS）技術揭示了電極微觀結構演變引起的界面阻抗變化。研究人員在具備優化組分和粒徑的復合正極材料中對復合電極橫截面進行分析發現高度互聯的正極活性材料和固態電解質顆粒之間存在著有效離子和電子的滲流網絡。直流極化研究表明在離子電導率和電子電導率之間取一個平衡值能夠實現復合正極最佳的倍率性能。
Wei Jiang et al, Revealing the Design Principles of Ni-Rich Cathodes for All-Solid-State Batteries, Advanced Energy Materials, 2022
DOI: 10.1002/aenm.202103473
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103473?af=R
8. AEM: 金屬Bi作為鋰儲存庫改善磷負極的快充能力
磷負極由于具有很高的理論比容量（2596mAh/g）和合適的鋰化電位（0.7V vs. Li+/Li）而被視為構建新一代高比能儲能體系的關鍵負極材料。人們開發出一系列的碳基材料來負載磷以期解決其體積膨脹和導電率差的問題。不過，在快速充電的過程中鋰離子和電子在磷顆粒中的聚集會導致鋰化不均勻和瞬時應力過大，這使得磷負極在快充方面的表現難以令人滿意。最近，天津大學孫潔教授等利用金屬Bi納米顆粒有效改善了磷負極的快充性能。
本文要點：
1）研究人員通過球磨的方法將具有電化學活性的二維金屬Bi納米粒子負載在P/石墨復合物中來作為一種功能化填料。金屬Bi在復合物中也可以像P一樣來相近的電壓區間內脫嵌鋰作為負極材料，不過其初始嵌鋰電位要比P負極要稍高一些。
2）由于Bi和P的界面處存在較強的相互作用，因此Bi的引入還可以提供額外的電子和離子傳輸通道。因此，Bi可以作為一個小型鋰儲層用于在鋰化過程中捕獲鋰以及在P負極之前的脫鋰過程中釋放鋰，從而提高P的利用率，降低體積膨脹/應變，并抑制P顆粒的裂縫。
3）此外，研究人員還發現P負極鋰化過程中易于溶解的LiP5和LiP7還可以被Bi或者鋰化態的Bi捕獲，從而提高整體電化學反應的可逆性。因此，Bi-P/C復合負極在1.3A/g的電流密度下循環650周后的比容量仍然高達2031mAh/g。
Shaojie Zhang et al, Bi Works as a Li Reservoir for Promoting the Fast-Charging Performance of Phosphorus Anode for Li-Ion Batteries, Advanced Energy Materials, 2022
DOI: 10.1002/aenm.202103888
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202103888
9. Nano Lett.：具有光學活性的納米工程化兩歧雙歧桿菌用于腫瘤光熱-免疫治療
設計納米工程化細菌以對抗各種致命疾病具有重要的應用價值。北陸先端科學技術大學院大學Eijiro Miyako通過簡單的培養和洗滌過程，使用聚氧乙烯蓖麻油EL封裝有機染料分子而構建了納米工程化兩歧雙歧桿菌，并同時保持了細菌的形態和活力。
本文要點：
1）實驗所制備的功能化細菌具有吸光度高、熒光特性好、光熱轉化能力強、毒性低、靶向性好、具有抗腫瘤活性等特點。它們在植入性結直腸癌腫瘤中也能夠產生顯著的體內熒光。
2）此外，在近紅外激光的時空誘導下，該功能化細菌能夠實現有效的光熱轉換，并在免疫應答的幫助下使得小鼠腫瘤有效消退。這一研究表明，納米工程化策略可為將活性細菌細胞用于癌癥免疫診療提供有效的幫助。
Sheethal Reghu. et al. Nanoengineered Bifidobacterium bifidum with Optical Activity for Photothermal Cancer Immunotheranostics. Nano Letters. 2022
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04037
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c04037
10. ACS Energy Lett.：基于六氰基鐵酸鎳(ΙΙ)負極的直接熱充電電池用于低品位熱的綠色回收
直接熱充電電池（DTCC）在高溫下通過熱充電和放電，在低溫下進行自我再生，將熱能轉化為電能。近日，香港大學馮憲平報道了一種DTCCNCF，它使用GO正極和NiHCFeII負極，使用環境友好的KCl電解質，用于低品位熱回收。
本文要點：
1）采用NiHCFeII作為負極，不僅可以提高放電容量，而且可以實現器件的循環利用。
2）研究人員系統地研究了不同溫度下從NiHCFeII電極中提取K+的基本熱力學和動力學過程。
3）DTCCNCF實現了3.59%的高熱電轉換效率（相當于卡諾效率的26.2%），與現有技術相比，在低品位熱區處于領先地位。通過熱充電和放電循環，可在100次以上的循環中獲得10 μW/cm2的面功率密度。
4）DTCCNCF經過長期循環后，由于GO和NiHCFeII電極可以通過簡單的化學處理再生，實現了綠色技術和循環經濟，因此可以拆卸再組裝，用于下一個生命周期。此外，這項工作也證明了DTCCNCF的巨大適用性，為在各種應用中有效地收集低品位熱量提供了一種替代方法。
Kaiyu Mu, et al, Direct Thermal Charging Cell Using Nickel Hexacyanoferrate (ΙΙ) Anode for Green Recycling of Low-Grade Heat, ACS Energy Lett. 2022
DOI: 10.1021/acsenergylett.2c00057
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c00057
11. ACS Nano：DNA組裝超晶格薄膜的限制生長
對于包括嵌段共聚物、有機分子和納米顆粒（NP）在內的多種材料，限制，尤其是納米級或微米級孔隙中的限制，會對結晶結果產生巨大影響。近日，美國西北大學Chad A. Mirkin，阿貢國家實驗室Byeongdu Lee研究了DNA功能化納米立方體在DNA功能化襯底上的微尺度方形溝槽中的橫向約束組裝。
本文要點：
1）利用微焦點小角X射線散射（SAXS）和掃描電子顯微鏡（SEM）對超晶格（SLs）進行了表征。結果表明，納米立方體形成簡單立方的、具有方形棱柱形貌和(100)面外取向的SLs，以最大限度地促進DNA鍵合。在平面內，SLs與模板對齊，暴露出它們的{100}側面，并且對齊程度取決于溝槽大小。
2）有趣的是，由SAXS和SEM確定的面內取向分布不一致，表明SLs的內部和外部結構不同。為了理解這種差異，研究人員用X射線光刻技術對SLs的內部結構進行了成像，揭示了在SEM中看起來是單晶的SLs可能具有亞表面晶界，這取決于溝槽的大小。SEM顯示SLs是通過隨機取向的磁疇的形核和生長而生長的，然后結合在一起；這一機制解釋了觀察到的取向和缺陷結構對尺寸的依賴關系。有趣的是，結晶是通過一種不同尋常的生長模式發生的，即連續的SL層生長在幾個錯誤取向的島的頂部。
總體而言，這項工作闡明了橫向限制對DNA功能化納米顆粒結晶的影響，并展示了如何使用X射線層析來洞察納米顆粒結晶。
Cindy Y. Zheng, et al, Confined Growth of DNA-Assembled Superlattice Films, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c00161
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00161
12. ACS Nano：二維高熵金屬磷三鹵化合物用于電催化HER
開發儲量豐富的高效析氫（HER）電催化劑是即將到來的氫能社會的前提。二維高熵金屬磷三鹵代物（MPCh3）兼有高熵合金（HEAs）的近連續吸附能和2D材料的大比表面積的優點，是極具前景的催化材料。近日，哈工大Bo Song系統地研究了一系列二維高熵MPCh3的電催化HER性能，證明了Co0.6(VMnNiZn)0.4PS3 NSs是已報道的MPCh3催化劑中性能最好的催化劑之一，在10 mA cm-2電流密度下，具有65.9 mV的低過電位（η），Tafel斜率為65.5 mV dec?1。
本文要點：
1）適當的光譜表征結合密度泛函計算結果表明，高熵樣品中[P2S6]4?陰離子之間的電子密度發生了重新分布，從而優化了邊緣的S位和基面上的P位的吸氫能。此外，在HER過程中，Co0.6(VMnNiZn)0.4PS3 NSs中邊緣不同的金屬位點（尤其是Mn位點）促進了水的解離。
2）高熵策略增加了活性中心的豐度，具有連續的穩定性和對反應中間體的最佳吸附，從而提高了堿性HER電催化性能。
這項工作不僅證明了HEA概念在硫磷材料體系中的成功應用，而且也為提高2D催化劑的電催化活性提供了一種策略。
Ran Wang, et al, Two-Dimensional High-Entropy Metal Phosphorus Trichalcogenides for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c01064
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01064
