1. Chem. Soc. Rev.：鋰基電池中的多孔有機聚合物
多孔有機聚合物是一類多功能材料，具有許多可以調(diào)控的物理和化學(xué)性質(zhì)，如高化學(xué)吸收率和離子導(dǎo)電性，因而在高級多孔碳材料的合成中備受青睞。近日，華南師范大學(xué)Xin Wang 與加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉等對鋰電池中的多孔有機聚合物及其相關(guān)應(yīng)用進行了概括總結(jié)。
本文要點：
1）根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的不同，多孔有機聚合物可以分為非晶態(tài)和晶態(tài)兩大類。其中非晶態(tài)多孔有機聚合物包括超交聯(lián)型、本征微孔聚合物、共軛微孔聚合物以及多孔芳香框架等。而晶態(tài)有機多孔聚合物則主要是共價有機框架。
2）本教程型綜述簡要介紹了不同類型的多孔有機聚合物的分類和功能以及其在各種不同類型鋰電池中所面臨的挑戰(zhàn)。
3）文章對涉及到多孔有機聚合物的原位與非原位表征手段進行了探討，這些手段對于多孔有機聚合物的結(jié)構(gòu)研究十分重要，而且能夠揭示電化學(xué)過程的相關(guān)內(nèi)在機制。文章最后概述了多孔有機聚合物在電池研究中的未來應(yīng)用前景和機理見解。
Dan Luo et al, Porous organic polymers for Li-chemistry-based batteries: functionalities and characterization studies, Chem. Soc. Rev., 2022
DOI: 10.1039/d1cs01014j
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/CS/D1CS01014J
2. Joule: 大容量Li-S軟包電池的熱失控路徑
鋰硫電池（Li-S）因其超高的理論能量密度而成為最具吸引力的新型儲能體系之一，但其熱安全性評估的研究明顯滯后。最近，中科院青島生物能源與過程研究所崔光磊研究員等對大容量Li-S電池從材料水平到電池水平的熱失控路徑進行了系統(tǒng)研究。
本文要點：
1）研究人員借助加速量熱儀對軟包Li-S電池在絕熱條件下的熱特征進行了分析，并對電極與電解液的熱兼容性、電解液的熱分解路徑進行了系統(tǒng)研究。與傳統(tǒng)鋰離子電池不同的是，Li-S電池的放熱鏈?zhǔn)椒磻?yīng)最初由硫正極衍生物與電解液溶劑（尤其是DOL）的反應(yīng)而引發(fā)。然后，金屬鋰負極與電解液和熔融的硫物種之間的反應(yīng)使得鏈?zhǔn)椒磻?yīng)加劇。
2）研究人員發(fā)現(xiàn)多硫化物的存在使得熱失控條件下整個電池在高溫下的自熱速率下降。軟包電池內(nèi)部的溶劑蒸發(fā)主要導(dǎo)致前期電池內(nèi)壓升高和后期熱誘導(dǎo)的壓力釋放。最后可燃性氣體的溢出是造成電池燃燒甚至爆炸的直接原因。
Lang Huang et al, Thermal runaway routes of large-format lithium-sulfur pouch cell batteries, Joule, 2022
DOI: 10.1016/j.joule.2022.02.015
https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.02.015
3. Joule: 通過協(xié)同化學(xué)工程方法提高錫鈣鈦礦太陽能電池的運行穩(wěn)定性
盡管錫基鹵化物鈣鈦礦具有良好的特性，但一個明顯的限制是快速 Sn2+氧化。因此，制備長效設(shè)備仍然具有挑戰(zhàn)性。海梅一世大學(xué)Rafael S.Sánchez和IvánMora-Seró等人報道了一種化學(xué)工程方法，該方法基于將二丙基碘化銨 (DipI) 與還原劑硼氫化鈉 (NaBH4)的雙添加劑，防止 Sn-HPs 過早降解。
本文要點：
1）該策略允許獲得高于 10% 的效率 (PCE) 并具有增強的穩(wěn)定性。在最大功率點 (MPP) 在空氣中 (60% RH) 5 小時后，初始 PCE 保持不變。值得注意的是， 在N2中的MPP中保持1,300 小時后，器件仍保持96%的初始PCE。這些是 Sn 基太陽能電池的最高報告值。
2）研究結(jié)果表明，當(dāng)加入添加劑時會產(chǎn)生有益的協(xié)同效應(yīng)，突出碘化物在光照性能中的重要作用，并最終揭示控制鹵化物化學(xué)對未來改進 Sn 基鈣鈦礦器件的相關(guān)性。
Jesús Sanchez-Diaz, et al. Tin perovskite solar cells with >1,300 h of operational stability in N2 through a synergistic chemical engineering approach，Joule, 2022
DOI：10.1016/j.joule.2022.02.014
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435122000952#!
4. JACS：通過初始鐵電相變實現(xiàn)半導(dǎo)體Bi2O2Se電子遷移率的巨調(diào)制
高遷移率層狀半導(dǎo)體有可能實現(xiàn)下一代電子和計算。有鑒于此，西湖大學(xué)的李文彬等研究人員，報道了通過初始鐵電相變實現(xiàn)半導(dǎo)體Bi2O2Se電子遷移率的巨調(diào)制。
本文要點：
1）研究人員發(fā)現(xiàn)，在層狀半導(dǎo)體Bi2O2Se中觀察到的超高電子遷移率源于初始鐵電躍遷，該躍遷賦予材料強大的保護，防止庫侖散射導(dǎo)致遷移率降低。
2）基于電子-聲子相互作用和電離雜質(zhì)散射的第一性原理計算表明，在很寬的實際摻雜濃度范圍內(nèi)，Bi2O2Se的電子遷移率可以達到104到106 cm2 V–1 s–1。
3）此外，1.7%的小彈性應(yīng)變可以驅(qū)動材料向獨特的層間鐵電轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致介電常數(shù)大幅增加，低溫電子遷移率大幅提高一個數(shù)量級以上。
本文研究結(jié)果為通過相位和介電工程實現(xiàn)高遷移率層狀半導(dǎo)體開辟了一條新途徑。
Ziye Zhu, et al. Giant Modulation of the Electron Mobility in Semiconductor Bi2O2Se via Incipient Ferroelectric Phase Transition. JACS, 2022.
DOI：10.1021/jacs.1c12681
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12681
5. Angew：用于先進空氣過濾系統(tǒng)的2D-MOF納米片在層狀地毯和管狀超結(jié)構(gòu)中的協(xié)同組裝
清潔的空氣是保證人類健康不可或缺的先決條件。而捕捉有毒小分子需要開發(fā)先進的空氣過濾材料。MOF因其有序的金屬中心和有機部分(結(jié)晶度)而被認為是一種多功能材料，在能量存儲、催化、分離或傳感等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。近日，德累斯頓工業(yè)大學(xué)Stefan Kaskel，Irena Senkovska采用界面合成法成功地合成了層狀DUT-134(Cu) ([Cu2(dttc)2]n，dttc - dithieno[3,2-b:2’,3’-d]thiophene-2,6-dicarboxylate) MOF片狀顆粒。
本文要點：
1）這些顆粒的溶劑輔助組裝有助于形成毫米大小的2D自支撐中間結(jié)構(gòu)層（地毯）。地毯可以很容易地從溶劑轉(zhuǎn)移到平面或曲面襯底上。同時地毯在溶劑中的培養(yǎng)導(dǎo)致由卷狀MOF片組成的管的形成。
2）這些片和管可以通過超臨界去溶劑化，成為可提供具有大量表面暴露的用于化學(xué)吸附的開放金屬位點的多孔材料因此，在動態(tài)吸附實驗中顯示的H2S過濾能力比相應(yīng)的大塊宏觀晶體幾乎高6倍。因此，與傳統(tǒng)的塊狀晶體相比，2D結(jié)構(gòu)的MOF材料分級組裝成地毯狀結(jié)構(gòu)為空氣過濾應(yīng)用提供了顯著的益處。
Friedrich Schwotzer, et al, Cooperative Assembly of 2D-MOF Nanoplatelets into Hierarchical Carpets and Tubular Superstructures for Advanced Air Filtration, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202117730
https://doi.org/10.1002/anie.202117730
6. AM: 通過共溶劑輔助的刀片涂層鈣鈦礦太陽能電池
調(diào)控鈣鈦礦凝固過程，包括成核和晶體生長，在控制薄膜形態(tài)方面起著關(guān)鍵作用，從而影響最終的器件性能。香港理工大學(xué)Kuan Liu，Bolong Huang以及Gang Li等人通過將 EtOH 摻入鈣鈦礦墨水中，證明了一種簡便有效的乙醇 (EtOH) 助溶劑策略，用于高性能室溫刀片涂層鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 和模塊。
本文要點：
1）系統(tǒng)的實時鈣鈦礦結(jié)晶研究揭示了精細的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)演變和相變途徑。時間分辨 X 射線衍射和密度泛函理論計算均表明，混合溶劑體系中的 EtOH 在痕量溶劑輔助轉(zhuǎn)變過程中顯著促進了 FA 基前體溶劑化物 (FA2PbBr4·DMSO) 的形成，調(diào)節(jié)成核和晶體生長之間的平衡，以保證高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。
2）這種策略有效地抑制了非輻射復(fù)合并提高了基于1.54eV帶隙 (23.19%) 和 1.60 eV帶隙 (22.51%) 鈣鈦礦電池的效率，這是小面積器件刮涂制備的 PSC 的最高記錄之一。
3）在 1.54 eV 鈣鈦礦系統(tǒng)中實現(xiàn)了低至 335 mV 的出色 VOC 缺陷，與測得的僅 77 mV 的非輻射復(fù)合損失一致。更重要的是，顯著增強的設(shè)備穩(wěn)定性是這種方法的另一個標(biāo)志。
Liang, Q., et al, Manipulating Crystallization Kinetics in High-Performance Blade-Coated Perovskite Solar Cells via Cosolvent-Assisted Phase Transition. Adv. Mater. 2022, 2200276. https://doi.org/10.1002/adma.202200276
7. AM：尿微環(huán)境啟動的復(fù)合水凝膠貼片重構(gòu)用于促進無疤記憶修復(fù)和尿道恢復(fù)
惡劣的尿微環(huán)境(UME)是尿道修復(fù)所面臨的固有障礙。上海交通大學(xué)傅強教授和同濟大學(xué)張坤研究員創(chuàng)新性地將UME作為設(shè)計源，構(gòu)建了具有UME響應(yīng)性的3D打印水凝膠貼片，以實現(xiàn)無疤痕記憶修復(fù)
本文要點：
1）該水凝膠貼片能夠在激光的激發(fā)下產(chǎn)生活性氧(ROS)，實驗也利用化學(xué)交聯(lián)的硅量子點對其機械強度進行增強。研究發(fā)現(xiàn)，這種復(fù)合支架能夠?qū)δ蛞褐械腃a2+做出響應(yīng)，引發(fā)結(jié)構(gòu)重組，并抑制腫脹，從而進一步提高支架的剛度。系統(tǒng)實驗表明，這種UME響應(yīng)型支架可以通過生成ROS和提升剛度以在體內(nèi)實現(xiàn)對尿道的無疤記憶修復(fù)。
2）機制研究表明，UME響應(yīng)型支架能夠激活細胞增殖和膠原相關(guān)基因(如MMP-1和COL3A1)以及抑制纖維化相關(guān)基因(如TGF-β/Smad)和機械敏感基因(如YAP/TAZ)，進而通過增強膠原沉積、減少纖維化和炎癥以及加速血管生成等途徑實現(xiàn)無疤記憶修復(fù)。綜上所述，該研究提出的設(shè)計原理(UME啟動的結(jié)構(gòu)重組和抗腫脹)可作為尿道修復(fù)的指導(dǎo)性和一般性方法。
Ming Yang. et al. Urine-Microenvironment-Initiated Composite Hydrogel Patch Reconfiguration Propels Scarless Memory Repair and Reinvigoration of the Urethra. Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202109522
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202109522
8. AM：納米工程化中性粒細胞可作為一種細胞聲敏劑以用于可視化聲動力治療
以細胞為基礎(chǔ)的治療技術(shù)因其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的獨特優(yōu)勢而受到了廣泛的關(guān)注。然而，細胞本身的固有功能外圍并不能滿足惡性腫瘤治療的需要。因此，賦予原細胞新的特性以產(chǎn)生具有多功能的活細胞具有重要的應(yīng)用價值。華東師范大學(xué)閆志強研究員采用納米工程方法將定制的脂質(zhì)體與中性粒細胞結(jié)合，構(gòu)建了攜氧聲敏劑細胞Acouscyte/O2，并將其用于對癌癥的可視化診斷和治療。
本文要點：
1）實驗將含氧的全氟化碳和替莫卟吩包被到cRGD多肽修飾的多層脂質(zhì)體(C-ML/HPT/O2)中，然后將該脂質(zhì)體裝入活的中性粒細胞中而制備了Acouscyte/O2。Acouscyte/O2不僅可以攜帶大量的氧氣，而且具有長時間體內(nèi)循環(huán)、炎癥觸發(fā)的募集和分解等性能。研究表明，Acouscyte /O2可選擇性地在腫瘤中積累，有效地提高腫瘤內(nèi)的氧氣水平，并在超聲刺激下觸發(fā)聲動力抗癌治療，從而使得腫瘤完全消融，有效延長荷瘤小鼠的生存時間，并且其產(chǎn)生的副作用極低。
2）同時，實驗?zāi)軌蛲ㄟ^替莫卟吩介導(dǎo)的熒光成像和全氟化碳(PFC)微泡增強超聲成像對腫瘤進行實時監(jiān)測。綜上所述，該納米工程化中性粒細胞Acouscyte/O2是一種新型的多功能細胞藥物，可為實體惡性腫瘤的診斷和聲動力治療提供新的平臺。
Lei Sun. et al. Nanoengineered Neutrophils as a Cellular Sonosensitizer for Visual Sonodynamic Therapy of Malignant Tumors. Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202109969
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202109969
9. AEM：電化學(xué)重構(gòu)的Cu-FeOOH/Fe3O4催化劑用于堿性介質(zhì)中高效析氫
通過在催化劑表面引入無定形結(jié)構(gòu)的表面自重構(gòu)可以誘導(dǎo)大量的缺陷和不飽和位點，從而增強析氫反應(yīng)（HER）活性。近日，錫根大學(xué)Nianjun Yang，武漢科技大學(xué)Xuanke Li提出了一種用于Cu-Fe3O4催化劑表面重構(gòu)的電化學(xué)活化方法。
本文要點：
1）在電化學(xué)活化過程中，在Cu-Fe3O4前驅(qū)體表面的電位刺激下，形成了“溶解-再沉積”的缺陷FeOOH。
2）實驗結(jié)果顯示，Cu-FeOOH/Fe3O4催化劑具有良好的穩(wěn)定性和極低的堿性HER過電位（例如，在?100和500 mA cm?2的大電流密度下的過電位分別為129和285 mV)，明顯優(yōu)于Pt/C催化劑。
3）實驗和密度泛函理論（DFT）計算結(jié)果表明，CuFeOOH/Fe3O4催化劑具有豐富的氧空位，具有優(yōu)化的表面化學(xué)組成和電子結(jié)構(gòu)，從而改善了活性中心和本征活性。此外，采用電化學(xué)活化法在Cu-Fe3O4催化劑表面引入缺陷FeOOH，降低了H2O解離和氫氣生成的勢壘。
這種表面自重構(gòu)策略為制備高效的非貴金屬催化劑提供了一條新的途徑。
Chenfan Yang, et al, Electrochemically Reconstructed Cu-FeOOH/Fe3O4 Catalyst for Efficient Hydrogen Evolution in Alkaline Media, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202200077
https://doi.org/10.1002/aenm.202200077
10. AFM: CsPbBr3-Cs4PbBr6雙相調(diào)節(jié)地高效鈣鈦礦發(fā)光二極管
鈣鈦礦發(fā)光二極管 (Pero-LED) 因其高色純度和溶液處理而引起了廣泛關(guān)注，為下一代固態(tài)照明和顯示器提供了潛在的應(yīng)用。持續(xù)的材料開發(fā)表明，鈍化非輻射缺陷可以提高器件性能。理論上，CsPbBr3-Cs4PbBr6應(yīng)該是 Pero-LED 的模型發(fā)射器，因為它的晶格匹配提供了理想的鈍化和有效的激子限制。然而，到目前為止，Cs4PbBr6的低電荷傳輸阻礙了器件的性能。華僑大學(xué)魏展畫和加拿大多倫多大學(xué)Edward H. Sargent等人開發(fā)了一種雙相調(diào)節(jié)方法來生長 CsPbBr3和Cs4PbBr6鈣鈦礦層，從而實現(xiàn)高效的電注入。
本文要點：
1）基于CsPbBr3-Cs4PbBr6的Pero-LED 的最大 EQE 為22.3%，亮度為 10,050 cd m-2，器件在 130 cd m-2下的T50 為59小時。
Lin, K., et al, Dual-Phase Regulation for High-Efficiency Perovskite Light-Emitting Diodes. Adv. Funct. Mater. 2022, 2200350.
DOI：10.1002/adfm.202200350
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202200350
11. AFM：氨基官能化鈮碳化物MXene作為電子傳輸層和鈣鈦礦添加劑用于制備高性能和穩(wěn)定的無甲基銨鈣鈦礦電池
鈣鈦礦太陽能電池由于其高性能和易于制造而在商業(yè)應(yīng)用中顯示出巨大的潛力。然而，具有良好光電性能和與鈣鈦礦層相匹配的能級的電子傳輸層（ETL）材料仍然需要探索以滿足商業(yè)化的需要。華南理工大學(xué)Huangzhong Yu等人制備了二維 Nb2CTx MXene納米片，用于制備高性能和穩(wěn)定的無甲基銨鈣鈦礦電池。
本文要點：
1）通過肼 (N2H4) 處理將表面-F基團替換為-NH2基團，將其功函數(shù) (WF) 從4.65降低到4.32 eV，以匹配鈣鈦礦層的導(dǎo)帶最小值.此外，將具有豐富-NH2基團的N2H4處理的（T-Nb2CTx）MXene納米片摻入鈣鈦礦前驅(qū)體中，通過與碘離子形成氫鍵來延緩結(jié)晶速率，從而促進高質(zhì)量和定向生長的鈣鈦礦薄膜的形成。
2）因此，具有 Nb2CTx MXene ETL 和 T-Nb2CTx MXene納米片添加劑的PVSC表現(xiàn)出 21.79% 的最高功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE)，相應(yīng)的柔性和大面積器件實現(xiàn)了19.15%和18.31%的最高 PCE。
3）同時，未封裝的器件在存儲 1500 小時后仍保持原始PCE 的 93%。這項工作展示了二維Nb2CTx MXene 在光電器件中的巨大應(yīng)用前景。
Zhang, J., Huang, C., Sun, Y., Yu, H., Amino-Functionalized Niobium-Carbide MXene Serving as Electron Transport Layer and Perovskite Additive for the Preparation of High-Performance and Stable Methylammonium-Free Perovskite Solar Cells. Adv. Funct. Mater. 2022, 2113367.
DOI：10.1002/adfm.202113367
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202113367
12. ACS Nano：富氧空位的釩酸鉀銨鹽用于快速、高穩(wěn)定的儲鋅
釩基材料具有多價態(tài)、離子擴散通道可調(diào)等優(yōu)點，是鋅離子電池正極材料研究的熱點。然而，緩慢的鋅離子插層動力學(xué)和層狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定仍然是制約其進一步發(fā)展的瓶頸。近日，中國計量大學(xué)Jiangying Wang，浙江大學(xué)張啟龍教授，華盛頓大學(xué)曹國忠教授引入鉀離子部分取代釩酸銨中的銨離子，使晶格間距微縮，氧空位增加。
本文要點：
1）合成的釩酸鉀銨（KNVO）具有較高的放電容量（0.1 A g?1下，放電容量為464 mAh g?1）和良好的循環(huán)穩(wěn)定性（5 A g?1放電3 000次以上保持率達90%）。
2）KNVO優(yōu)異的電化學(xué)性能和電池性能歸功于其豐富的氧空位。引入K+部分取代NH4+，似乎可以緩解不可逆的脫氨作用，防止離子插入/提取過程中的結(jié)構(gòu)坍塌。非原位表征表明，[Zn(H2O)6]2+/[Zn]2+的插入/提取過程是可逆的，沒有相變。
3）密度泛函理論（DFT）計算表明，KNVO具有受調(diào)制的電子結(jié)構(gòu)和較好的鋅離子擴散路徑，具有較低的遷移勢壘。
這項工作有望為新型的水基ZIBs和多價金屬離子電池提供一種很有前途的高性能正極材料。
Quan Zong, et al, Potassium Ammonium Vanadate with Rich Oxygen Vacancies for Fast and Highly Stable Zn-Ion Storage, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.1c11169
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11169
