1. Nature Commun.：水分散納米催化劑的工程化組裝實現低成本、綠色CO2捕集
在保持現有工業資產的同時減少CO2排放的一種有效策略是碳捕獲和存儲（CCS）。然而，考慮到大規模CO2捕獲工廠的數量有限以及化石燃料價格的顯著下降，為了成功實現《巴黎協定》的目標，到2030年將需要建造數百座CCS設施。化學溶劑CO2吸收-解吸作為最可行且被廣泛接受的碳分離技術，本身并不綠色，其溶劑再生的高能量需求間接導致了全球CO2排放。此外，分離的能源密集性質強烈影響該過程的經濟性，導致人們不愿投資于CCS項目。因此，開發一系列節能、綠色、零排放的CO2捕獲技術至關重要。
近日，墨爾本大學Kathryn A. Mumford開發了一種新的有效的方法來合成一系列具有工程性質和納米流體行為的水分散納米催化劑，用于低溫CO2的解吸。
本文要點：
1）Fe3O4-COOH納米團簇富含羧酸的表面使得MOF可以在其結構上進行調制生長。重要的是，研究人員在Fe3O4@MOFs中觀察到了從原始MOF的微孔結構到層次化的微介孔網絡的轉變。因此，可以選擇不同的金屬離子和有機配體組合來定制MOF在磁核上的自組裝，從而導致不同的物理化學性質。所獲得的具有結構缺陷和活性金屬中心的材料可以作為一個潛在的平臺來配合具有超酸性的螯合硫酸鹽。
2）實驗結果顯示，Fe3O4–COOH, Fe3O4@MOF, Fe3O4@MOF–SO4三種材料均具有顯著增強的CO2脫附動力學。作為概念驗證，Fe3O4@UIO66-SO4在催化劑濃度僅為0.1 wt%的情況下，表現出最好的催化性能（能耗降低44.7%）和優良的循環性能（5次循環損失約9%）。
3）綜合表征表明，Fe3O4@UIO66-SO4層次化網絡中的缺失連接基缺陷和超酸中心是其高級質子貢獻能力的關鍵因素，從而加速了CO2的脫附性能。
Alivand, M.S., Mazaheri, O., Wu, Y. et al. Engineered assembly of water-dispersible nanocatalysts enables low-cost and green CO2 capture. Nat Commun 13, 1249 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-28869-6
https://doi.org/10.1038/s41467-022-28869-6
2. JACS：Ru-MoO3低溫構建封裝Ru催化位點調節反應選擇性
將納米粒子通過金屬-基底相互作用組裝在基底材料中通常在較高的溫度（≥500 ℃）煅燒實現，導致阻擋催化位點，降低催化反應活性。有鑒于此，大連化學物理研究所包信和院士、傅強等報道在Ru-MoO3催化劑中能夠在250 ℃通過CO2加氫反應氣氛，在比較低的溫度實現了金屬-基底相互作用。
本文要點：
1）在低溫CO2加氫反應過程中，Ru納米粒子將MoO3還原為MoO3-x，表現為含有氧缺陷的覆蓋層修飾在Ru納米粒子表面。這種還原MoO3-x能夠移動到Ru納米粒子表面生成封裝結構Ru@MoO3-x。
2）這種 SMSI催化劑實現顯著改變催化反應選擇性，相對于非封裝Ru催化劑表面以100 %的選擇性生成CH4，這種SMSI型催化劑催化反應選擇性變化，以99.0 %的選擇性生成CO，同時展示了優異的催化穩定性和催化活性。封裝結構催化劑結構通過在O2氣氛中處理，能夠將封裝氧化物層消除，并且重新在催化反應中選擇性生成CH4。本文研究展示說明在真實催化反應過程中能夠動態的進行金屬納米粒子封裝，因此在催化反應中對目標產物實現高選擇性。
Hui Xin, et al, Overturning CO2 Hydrogenation Selectivity with High Activity via Reaction-Induced Strong Metal–Support Interactions, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c12603
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12603
3. JACS綜述：可延展半導體聚合物材料
具有延展功能的聚合物半導體材料在過去10年間得到快速發展，因此發展舒適的柔性類皮膚電子學器件成為可能。通過理性的從分子層次設計，能夠得到可延展的聚合物半導體薄膜，并且半導體薄膜能夠在重復性的機械變形過程中保持穩定的電子學性能。此外，這種聚合物半導體材料的載流子傳輸性能可以達到目前最好的柔性聚合物半導體材料，而且一些比無定形硅的載流子傳輸性能更高。其中重要進展是，通過分子設計實現多種應力能量耗散機制，實現了在多個尺度保持高效率載流子傳輸。斯坦福大學鮑哲南等綜述報道目前可延展型半導體聚合物的最新進展。
本文要點：
1）目前聚合物半導體保證較高的可延展性同時表現較高的載流子傳輸性能，特別是對聚合物鏈動力學和薄膜的形貌角度。
針對器件需要重復和可逆的變形應用需求的本征彈性半導體材料的分子設計角度進行總結，揭示了一種普適性的方法，對聚合物半導體納米限域和生物降解、自修復、光圖案化等需求，保證載流子傳輸的角度進行分子設計進行討論。
2）對未來這個領域的發展前景，包括形貌變化的基本原理、因此導致應力變化和載流子傳輸性能的改變、發展能夠在高應力中保證較高載流子傳輸的聚合物半導體材料進行展望。
Yu Zheng, et al, Molecular Design of Stretchable Polymer Semiconductors: Current Progress and Future Directions, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c00072
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00072
4. JACS: Blatter自由基作為對稱液流電池的雙電極材料
具有氧化還原活性的有機分子可以用做液流電池中的儲能電極材料，但是有機分子在正負極電解液中的交叉影響以及由此造成的化學衰減是導致全有機液流電池電化學性能不佳的重要因素。最近，荷蘭格羅寧根大學的Edwin Otten等發現利用1,2,4-苯并三嗪-4-基（Blatter）自由基的雙極電化學能夠構建具有對稱電解質成分的液流電池。
本文要點：
1）研究人員利用循環伏安測試發現Blatter自由基即便在水存在的情況下也可以表現出高度可逆的電化學行為，其中含有C(3)-CF3取代基的衍生物的電化學行為受水的影響最小。這些有機物能夠在靜置的H型電池中實現可逆的充放電，穩定循環100周后的容量保持率高達90%。
2）研究人員在0.1 M濃度的活性材料的流動狀態下對這些電化學材料進行了測試并證實了其在液流電池的工作條件下同樣具備很高的循環穩定性，而且對稱液流電池中的極性反轉可以被用來實現電池的重新平衡。
Jelte S. Steen et al, Blatter Radicals as Bipolar Materials for Symmetrical Redox-Flow Batteries, JACS, 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c13543
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c13543
5. JACS：金屬在聚合物基質中種子上的區域選擇性沉積
與單金屬納米顆粒（NPs）相比，多金屬NPs通常表現出良好的催化、光學、磁性、和電子性質。除了NPs的大小、組成和形貌外，合成多金屬NPs的一個重要設計參數是組成元素的空間分布。近日，美國西北大學Chad A. Mirkin使用掃描探針嵌段共聚物光刻兩步連續的方式來探索二次金屬在NPs種子上的沉積。
本文要點：
1）研究發現，當采用單元素納米顆粒(Au、Ag、Cu、Co或Ni)作為晶種時，發生了均相生長和非均相生長。
2）研究人員利用鍵強度和晶格失配的熱力學概念對其進行了合理的解釋。具體而言，當種子原子和生長原子之間的異質鍵強度大于生長原子之間的同鍵強度時，就會發非均相生長。
3）由此產生的納米顆粒結構取決于種子金屬和生長金屬之間的晶格失配程度。具體地說，較大的晶格失配（例如，Au和Ni為13.82%）通常會導致異二聚體，而較小的晶格失配（例如，Au和Ag為0.19%）則會導致核?殼結構。有趣的是，當使用異二聚體納米顆粒作為種子時，二次金屬不對稱地沉積在種子的一側。
4）通過設計Ag和Cu在AuNi異質二聚體種子上的沉積條件，研究人員合成了兩種不同的納米結構：i）Au疇上的Ag和Cu；ii）Au疇上的Ag和Ni疇上的Cu。因此，該技術可用于預測合成結構復雜的多金屬納米結構。
Liliang Huang, et al, Regioselective Deposition of Metals on Seeds within a Polymer Matrix, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c11118
https://doi.org/10.1021/jacs.1c11118
6. JACS：FeCo雙原子催化劑改善醇脫氫性能
為了進一步改善單原子催化劑的本征催化活性，通過臨近金屬原子配位調控催化位點發展雙原子催化劑，為開發高活性催化劑提供廣闊的發展空間。有鑒于此，中科院蘭州化學物理研究所崔新江等報道FeCoN6(OH)催化劑中具有Fe-Co雙原子結構位點，能夠協同催化的方式在避免加入氧化劑的條件進行醇脫氫催化。
本文要點：
1）與Fe-SAC或Co-SAC單原子催化劑相比，FeCo-SAC雙原子催化劑具有更加優異的催化活性，實現了高達98 %的產率。該反應能夠將廣泛的芐基醇、脂肪醇轉化為對應的脫氫化有機醛，而且表現優異的產率和選擇性。
2）通過反應動力學發現，FeCo-SAC比Fe-SAC或Co-SAC具有更低的反應活化能；通過理論計算，發現FeCo-SAC的雙原子催化反應路徑與單原子催化路徑顯著區別，因此導致催化反應活性顯著增強。
Ce Liu, et al, Catalytic Activity Enhancement on Alcohol Dehydrogenation via Directing Reaction Pathways from Single- to Double-Atom Catalysis, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c12705
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12705
7. JACS：石墨炔擔載改善亞納米簇CuO催化氧化活性
活化O2分子在氧化反應中是關鍵步驟。有鑒于此，華中師范大學郭彥炳等報道通過石墨炔中的sp雜化C≡C三重鍵作為供電子體，發展了一種高催化活性的穩定催化劑用于活化O2分子。發現亞納米簇CuO/石墨炔基底中的Cu原子與通過橋吸附形式吸附的sp雜化C原子通過相鄰，是關鍵的活化O2分子位點。
本文要點：
1）合成的亞納米簇CuO/石墨炔催化劑在133 ℃展示了最好的CO氧化反應性能，實現了50 %的CO轉化率，比CuO/石墨烯催化劑、CuO/活性炭催化劑的最好催化溫度分別低34 ℃、94 ℃。
2）通過原位DRIFT表征和DFT模擬計算，驗證CuO簇相鄰的sp雜化碳原子比sp2雜化的碳原子更有助于促進碳酸鹽的快速分解，這種分解過程不必克服能壘；CO氣體分子能夠直接與O2分子反應，以0.2 eV的低能壘通過E-R機理進行氧化反應。
本文展示了石墨炔的sp雜化碳能夠在催化反應中實現更低的活化能，改善催化活化O2的能力，有助于發展低溫氧化反應方法。
Chuanqi Pan, et al, Neighboring sp-Hybridized Carbon Participated Molecular Oxygen Activation on the Interface of Sub-nanocluster CuO/Graphdiyne, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c12772
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12772
8. AM：介孔單晶鈦酸鋰助力快充鋰離子電池
由于緩慢的離子擴散動力學和電解液在電池電極中不利的傳質，快充鋰離子電池(LIB)的材料開發仍然面臨著巨大的挑戰。近日，中國石油勘探開發研究院Jianming Li，中科大焦淑紅，北京工業大學Pengfei Yan報道了一種介孔單晶鈦酸鋰（MSC-LTO）微棒，它可以在LiBs中實現出色的快充電性能和優異的長期穩定性。
本文要點：
1）研究人員通過簡單的溶液法合成了MSC-LTO微棒，然后進行了可控熱轉變。所制備的MSC-LTO微棒的特點是具有單晶結構，整個單晶體內部都有相互連接的氣孔。這些特性不僅縮短了鋰離子擴散距離，還允許電解液在電池循環過程中滲透到單晶內部。
2）MSC-LTO微棒表現出前所未有的高倍率性能，在10 C時放電比容量達到~174 mAh g?1，與其理論放電容量接近，在50 C時放電比容量達到~169 mAh g?1。更重要的是，多孔單晶微棒在長期循環測試中極大地緩解了結構退化，在20 C下10,000次循環后提供了約92%的初始容量。
這項工作為設計多孔單晶材料提供了一種新的策略，并為開發用于快充鋰離子電池的材料提供了一個新的平臺。
Xu Jin, et al, Mesoporous single-crystal lithium titanate enabling fast-charging Li-ion batteries, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202109356
https://doi.org/10.1002/adma.202109356
9. Adv. Sci.: 功能化聚乙烯隔膜助力高穩定性鋰金屬電池
金屬鋰負極憑借其超高的理論比容量和最低的氧化還原電位因而在構建新一代高比能鋰電池中備受青睞。然而，直接使用金屬鋰作為負極材料還面臨著嚴峻的挑戰，這是因為存在著枝晶生長、SEI膜重復破裂生成、庫倫效率低等問題。最近，重慶大學Ronghua Wang 和Chaohe Xu等對商品化聚丙烯隔膜進行官能化實現了穩定的金屬鋰-電解質界面。
本文要點：
1）研究人員將含有還原氧化石墨烯、單寧酸和VS4等物質的保護層通過簡單的溶液涂覆的方法覆蓋在商品化12μm厚的聚乙烯隔膜上制備了一種官能化的復合隔膜（TV-PE）。
2）與原PE隔膜相比，TV涂層可調節鋰離子傳輸使鋰離子遷移數從0.48提高到0.68。此外，該功能化涂層結合SEI膜的調控能夠誘導鋰離子實現均勻沉積。即便在30mAh/cm2的高沉積容量下，TV-PE隔膜也能夠實現緊密的鵝卵石狀沉積，進而可以解決枝晶生長以及由此衍生的內部微短路問題。
Qiannan Zhao et al, Functionalized 12 μm Polyethylene Separator to Realize Dendrite-Free Lithium Deposition toward Highly Stable Lithium-Metal Batteries, Adv. Sci., 2022
DOI: 10.1002/advs.202102215
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102215?af=R
10. AEM：Hofmeister效應誘導的質子-勢壘隔膜用于高性能電解MnO2-Zn電池
具有經濟優勢和高能量密度的電解MnO2–Zn電池是大規模儲能的可行候選儲能技術。然而，MnO2–Zn電池中，酸性電解質和鋅金屬負極之間的自發反應導致難以避免的嚴重的質子誘發析氫。基于此，中科大Wei Chen，深圳大學楊金龍利用Hofmeister效應制備了一種基于聚乙烯醇（PVA）的質子阻擋隔膜（PBS）。
本文要點：
1）實驗和理論計算表明，濃硫酸使PVA鏈形成不連續的氫鍵網絡和孤立的親水空穴。這一特性可以有效地阻止質子遷移，阻止質子誘導的析氫，但允許快速的Zn2+遷移，并具有極好的穩定性。
2）與商用陰離子交換膜（8C）相比，含PBS的電解MnO2-Zn電池在6.67 mAh cm?2的高面容量下具有高能量保持率（200次循環91.2%）和出色的倍率性能（20 C），且成本非常低（$1 m?2）。
這項工作為開發穩定的電解MnO2-Zn電池開辟了新的途徑，通過一種經濟有效的制造方法來制備PBS來防止析氫，這是一種通用的方法，可以應用于其他穩定的水基金屬離子電池的設計。
Yuan Yuan, et al, A Proton-Barrier Separator Induced via Hofmeister Effect for High-Performance Electrolytic MnO2–Zn Batteries, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202103705
https://doi.org/10.1002/aenm.202103705
11. ACS Energy Lett.：鈣鈦礦/CIGS 串聯太陽能電池：從認證效率的24.2%到超過30%
盧布爾雅那大學Marko Jo?t和亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心Steve Albrecht等人報道了一種單片鈣鈦礦/CIGS 串聯太陽能電池，其認證的功率轉換效率 (PCE) 為 24.2%。
本文要點：
1）串聯太陽能電池仍然表現出子電池之間的光電流不匹配；因此，光學模擬用于確定最佳器件堆棧。
2）結果表明，基于半經驗材料特性，優化后的器件具有很高的光學潛力，短路電流密度為19.9 mA cm-2 和32% PCE。
3）為了評估其能量產量，研究人員首先確定了CIGS溫度系數，該系數為 -0.38% K-1，顯著高于鈣鈦礦子電池的溫度系數（-0.22% K-1），有利于鈣鈦礦在高架電池的現場操作中溫度。
4）然而，這兩種單結電池的性能都明顯優于組合串聯裝置。在 CIGS 單結器件的情況下，能量輸出提高了50%以上。結果證明了鈣鈦礦/CIGS 串聯太陽能電池的巨大潛力，為此描述了30%PCE 的光學指南。
Marko Jo?t, et al. Perovskite/CIGS Tandem Solar Cells: From Certified 24.2% toward 30% and Beyond, ACS Energy Lett. 2022, 7, 1298–1307
DOI：10.1021/acsenergylett.2c00274
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.2c00274
12. ACS Nano：可見光介導水凝膠的納米生物礦化用于仿生組織工程
生物礦化硬水凝膠在軟生物電子學和仿生組織工程等領域有著廣泛的應用。然而，如何開發快速、通用的光礦化方法以一步制備可定制型BTHs仍然是一項極具挑戰性的任務。西北大學于游教授通過合理設計的磷酸鹽源和高效的釕光化學，開發了一種直接、低成本、可見光介導的納米生物礦化(VLMNB)策略。
本文要點：
1）在相同的條件下，實驗同時構建了具有多重網絡的堅韌水凝膠。在可見光照射下，BTHs可以在短時間內（時間低至60秒）被快速制備。研究表明，原位形成的磷酸鈣顆粒可以有效改善BTH的力學和生物性能，降低其與骨之間的摩擦系數。
2）此外，BTHs中的快速生物礦化和固化過程也有利于其實現可注射和高度靈活的可定制設計等性能，從而推動它們在可定制皮膚修復和骨再生等方面的應用。
Hongqiu Wei. et al. Visible-Light-Mediated Nano-biomineralization of Customizable Tough Hydrogels for Biomimetic Tissue Engineering. ACS Nano. 2022
DOI: 10.1021/acsnano.1c11589
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c11589
