1. Nature Materials：一種寬溫度范圍穩定的高強度輕質應變鎂合金
鎂合金（ρ≈1.8 g/cm3）是所有金屬結構材料中密度最低的合金，其與骨骼，硬木和玻璃纖維增強塑料（GFRP）等天然或人造結構材料類似。因此，鎂合金可應用于輪胎，彈簧，密封件等對結構材料的重量和強度具有一定要求的領域。通常，這些應用的應力范圍在200 MPa，且需對溫度不敏感，此外，材料還應越輕越好。重量比彈性能量密度（U）可對其性能進行量化，U=σ2/2ρE，其中，σ為材料的屈服強度，ρ為密度，E為彈性模量。然而，現有的鎂合金并不能同時做到高強度和低模量，且鎂合金在寬溫度范圍內，彈性和強度也會發生變化。近日，西安交通大學的任曉兵，Yuanchao Ji等人報告了一種摻鈧（Sc）的鎂合金，其具有寬溫度范圍內穩定的模量，且同時實現了低模量和高強度的性能特點。
本文要點：
1）該工作報道了一種摻雜率為21.3 at.% Sc（Mg-21.3Sc）的Mg合金。該合金的密度為2g/cm3，在123K-298K的寬溫度范圍內，保持穩定的楊氏模量（20-23 GPa）和高屈服強度（200-270 MPa）。此外，該合金材料還具有超過一百萬次循環的長疲勞壽命，優于各種鎂合金，GFRP和高強度鋁合金。
2）該工作還進一步分析了Mg-21.3Sc合金的溫度不敏感性的原因，主要是由于合金中的馬氏體衍生的納米級相將過量的點缺陷（此處為Sc）摻雜到具有馬氏體不穩定性的合金中，這些點缺陷充當隨機場以阻止長程應變排序（即馬氏體轉變），從而形成穩定的納米級馬氏體相。
Chang Liu，et al，A lightweight strain glass alloy showing nearly temperature-independent low modulus and high strength，Nature Materials，2022
DOI：10.1038/s41563-022-01298-y
https://doi.org/10.1038/s41563-022-01298-y
2. Nature Nanotechnology：基于相變材料的超低能耗可編程硅基光子集成電路
光子集成電路（PICs）在近年來已經逐漸發展為一項成熟且強大的技術。與電子集成電路相比，PIC是一種集成不同光學器件和光電器件的電路，它在信息傳輸和處理領域有著巨大的優勢，已被廣泛應用于光纖通信，光神經網絡，量子信息處理等領域。但目前，絕大部分的PICs都是針對某一特定應用而對其進行設計并制造的，無法適用于多種應用領域及應用場景，為解決這一問題，研究人員提出了一種硅基可編程PICs，可通過電控和溫控等方式對片上光波導及其他功能器件進行重新配置，從而實現對光信號的再次調控。然而，隨著PIC尺寸的增大，傳統的硅基PIC調諧方法（如熱光學，自由載流子色散效應等），需要較大的編程能量。基于硫族化合物的相變材料（PCM）可解決上述問題，由于其非易失性微觀結構相變，復雜折射率下對比度大和CMOS兼容性等特點，PCM是構建可編程PIC的理想材料。
近日，華盛頓大學的Arka Majumdar，Zhuoran Fang等人采用最先進的納米制造技術設計了一種高度優化的器件，該器件可通過單層石墨烯加熱器對混合PCM-硅基PIC進行非易失性編程，具有極低的功耗。
本文要點：
1）該工作制備了一種利用單層石墨烯加熱器進行非易失性編程的硅基PIC器件，其具有超低的編程能量密度（8.7 ±1.4 aJ /nm3），CMOS驅動電壓（≤ 5 V）和電流（≤ 2.78 mA），以及高循環穩定性（超1000次）。
2）該工作還表明，石墨烯不僅是一種可靠的加熱器，可以由CMOS電子器件控制，還與Si3N4在內的介電材料兼容，可用于任意基板。
Zhuoran Fang，et al，Ultra-low-energy programmable non-volatile silicon photonics based on phase-change materials with graphene heaters，Nature Nanotechnology，2022
DOI：10.1038/s41565-022-01153-w
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01153-w
3. Sci. Adv.：配體失配誘導0D-2D混合維度自組裝
人們通常認為混合維度材料的有序組裝（比如零維納米晶與二維納米片）是基本上不可能的過程，這是因為無法避免產生晶相分離問題。有鑒于此，復旦大學董安鋼、楊東、南洋理工大學Ran Ni等報道通過調節配體的修飾密度，因此將0D納米晶和2D納米片通過溶劑蒸發過程實現了規則自組裝，得到宏觀自支撐混合維度超晶格，具有面外和面內有序結構。
這種具有普適性的配體密度失配方法實現了解決膠體納米片和膠體納米晶共組裝過程中的問題，成功的進行Fe3O4納米晶和石墨烯納米片進行0D/2D混合維度組裝。通過0D/2D獨特的結構特征，這種混合維度組裝體系展示了比傳統納米晶超晶格材料更加優異的物理化學性質。這種自組裝方法為不同維度、不同材料種類的材料進行模塊化構建混合維度材料組裝提供一種具有普適性的方法。
本文要點：
1）這種自組裝過程避免產生晶相分離的關鍵是：0D納米晶和疏水性2D納米片具有相同的分子配體，但是疏水性2D納米片的接枝分子配體密度顯著低于0D納米晶。通過這種配體密度區別，導致混合維度晶體具有類似分子識別的功能，從而促進了具有密集封蓋劑的納米晶自發的分布在接枝分子密度稀疏的納米片之間。
2）通過理論計算，發現納米晶形成插層的現象能夠顯著降低配體修飾納米片之間的短程排斥力，因此這種自組裝現象在能量上是合理的。同時，通過配體分子之間的vdW引力導致面內規則排列，能夠在動力學上穩定層板形成的超晶格。
Tongtao Li, et al, Mismatched ligand density enables ordered assembly of mixed-dimensional, cross-species materials, Sci. Adv. 8, eabq0969 (2022)
DOI: 10.1126/sciadv.abq0969
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq0969
4. Sci. Adv.：各向異性雙面Janus納米粒子集體性受阻運動態
由個體之間產生的相互作用產整體大規模現象是活性材料具有的特征，通過由連接主導的膠體粒子相互作用能夠形成定向規則排列和成群結隊的運動相干態。或者，通過自推進和排除體積相互作用能夠導致自陷或主動相分離產生的致密團簇。有鑒于此，阿貢國家實驗室Alexey Snezhko等報道了膠體顆粒通過感應電荷電泳（induced-charge electrophoresis）效應，導致膠體顆粒產生一種新型受阻運動狀態。
本文要點：
1）通過實驗和理論計算模型之間的結合，展示了顆粒形貌的對稱性能夠在一定的激發參數區間內促進流體力學輔助具有活性的粒子形成束縛態，最終產生自發集體運動受阻的運動態。
2）這種受阻的運動態與通過自我限域阻塞簇運動態不同。這種捕獲靜止狀態過程能夠保留動態變化和重新編輯結構的能力。
Jaideep Katuri, Ruben Poehnl, Andrey Sokolov, William Uspal, Alexey Snezhko*, Arrested-motility states in populations of shape-anisotropic active Janus particles, Sci. Adv. 8, eabo3604 (2022)
DOI: 10.1126/sciadv.abo3604
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo3604
5. Nature Commun.：方鐵錳礦型Ln2O3作為促進劑提高金屬Ni堿性電催化析氫性能
Ni基催化劑的活性位點密度、固有活性和耐久性對其在工業堿性水電解中的應用至關重要。近日，天津師范大學Miao Du，Cheng-Peng Li等開發了一種促進劑，即方鐵錳礦型鑭系金屬倍半氧化物 (Ln2O3)，可通過選擇性高溫還原將其植入金屬 Ni 中，獲得Ni/Ln2O3雜化電催化劑，實現高效的電催化析氫。
本文要點：
1）實驗表明，篩選后的Ni/Yb2O3催化劑顯示出低過電位（20.0?mV at 10?mA?cm-2）、低 Tafel 斜率（44.6?mV dec-1）和優異的長期耐久性（360?h at 500?mA?cm-2），顯著優于金屬鎳和基準Pt/C催化劑。
2）Ni/Yb2O3顯著的析氫活性和穩定性歸因于具有高親氧性和熱力學穩定性的 Yb2O3 促進劑可以大大增加活性位點密度，降低水離解能壘，優化氫吸附自由能， 避免鎳的氧化腐蝕。
該工作不僅開辟了立方方鐵錳礦型 Ln2O3 作為電催化促進劑的應用，而且使 Ni/Yb2O3 成為了商業電解槽的有前景的正極材料。
Hongming Sun, et al. Bixbyite-type Ln2O3 as promoters of metallic Ni for alkaline electrocatalytic hydrogen evolution. Nat. Commun., 2022
DOI: 10.1038/s41467-022-31561-4
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31561-4
6. Angew：用于高性能水系鋅有機電池的二硝基苯正極中的陰離子共插入電荷存儲
高活性和穩定的正極是開發高容量、快速氧化還原動力學和長壽命的水溶液有機鋅電池的關鍵。近日，同濟大學劉明賢教授報道了用于鋅有機電池的高氧化還原活性硝基芳烴，使用對、間和鄰二硝基苯（命名為p-、m-和o-DB）作為模型分子，包括兩個連續的雙電子過程。
本文要點：
1）理論計算揭示了硝基結構異構對芳香骨架的重要影響，它改變了分子內電子分布和主體能級，導致不同的親鋅活性和氧化還原動力學。研究人員綜合研究闡明了陽離子Zn(OTF)+（三氟甲磺酸鹽，OTF -= CF3SO3?）配合物在硝基芳烴基陰極中的兩步氧化還原反應。與堿金屬離子電池完全不同，這種電荷存儲機制阻止硝基芳烴重新排列它們的構型并與相鄰的硝基基元共享Zn2+,從而降低去溶劑化能量損失并在電化學反應中保持結構穩定性。
2）得益于穩定和強大的多電子氧化還原，封裝在碳納米花中的p-DB（p-DB@CF）作為有機正極提供了402 mAh g-1的大可逆容量，以及高達25000次循環的出色穩定性，這使鋅有機電池具有230 Wh kg-1的高能量密度。此外，硝基芳烴的電化學指標可以通過調節硝基苯骨架上帶有吸電子/推電子功能取代基的側基來控制。
Ziyang Song, et al, nionic Co-insertion Charge Storage in Dinitrobenzene Cathodes for High-Performance Aqueous Zinc?Organic Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202208821
https://doi.org/10.1002/anie.202208821
7. Angew：添加劑誘導Na+溶劑化的富陰離子結構在Na負極上形成富NaF固體電解質界面
高容量鈉(Na)負極由于高反應性而受到枝晶生長的困擾，這可以通過誘導穩定的富NaF固體電解質界面(SEI)來克服。基于此，湖南大學馬建民教授提出了一種實現Na+溶劑化的陰離子富集化結構的策略，以獲得富NaF的SEI。
本文要點：
1）4-乙酰基吡啶中的吸電子乙酰基增加了Na+溶劑化鞘中PF6-的配位數，促進了PF6-分解為NaF。從而形成具有高機械穩定性和界面能的富含NaF的SEI，抑制了Na枝晶的生長。
2）使用含4-APD的電解質，對稱Na||Na電池在1.0 mA cm-2下超過360 h表現出優異的循環性能。同時，Na||Na3V2(PO4)2O2F全電池也實現了增強的穩定性，在200次循環后具有高庫侖效率(97%)和容量保持率(91%)。
這一工作為在SMB的Na負極上構建高效富NaF SEI提供了一個新的研究方向。
Huaping Wang, et al, Formation of NaF-rich Solid Electrolyte Interphase on Na Anode through Additive Induced Anion-enriched Structure of Na+ Solvation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202208506
https://doi.org/10.1002/anie.202208506
8. AM：α-MoO3致密氧-離子陣列中氫鍵網絡促進的無水快速質子輸運
發展高功率電池化學是一項緊迫的任務，以緩解波動的可再生能源，實現可持續和靈活的電力供應。由于質子的小尺寸及其通過Grotthuss機理在水中的超高遷移率，含水質子電池作為高功率能量存儲裝置極具吸引力。由于水分子的氫鍵網絡，Grotthuss的質子轉移速度極快。近日，東京大學Atsuo Yamada通過實驗和理論計算研究了MoO3中的快速質子轉移機制。
本文要點：
1）研究發現，與需要適應離子擴散和儲存的多孔主體的常規插層化學相反，在這項工作中證明的氫鍵網絡中的固態無水質子轉移能夠在密集的氧化物離子陣列中實現快速H+轉移和累積H+儲存，這與水中的Grotthuss機理高度相似，只是氫鍵網絡的形成是基于晶格氧陣列和插層質子而不是水分子。事實上，質子轉移能壘與Grotthuss機制的能壘相當(< 0.4 V)。
2）加上鋅負極和濃縮的Zn2+/H+電解質，這種原型電池成功地超越了大多數含水鋅離子電池和質子電池。因此，進一步探索具有密集和連續氧陣列并因此能夠快速嵌入和轉移H+的其他基質材料不僅對于制造高功率含水H+電池，而且對于使用質子的其他固態離子應用都具有重要意義。
Zihan Ma, et al, Anhydrous fast proton transport boosted by hydrogen bond network in a dense oxide-ion array of α-MoO3, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202203335
https://doi.org/10.1002/adma.202203335
9. AM：在非水系電解質中實現無枝晶鋅金屬負極的表面轉變
目前，在開發可充電鋅電池方面仍然存在重大挑戰，這主要是因為鋅金屬負極的較差的可逆性問題。而鋅電極上的枝晶生長和析氫副反應是開發實用安全鋅電池需要克服的主要障礙。近日，中科大焦淑紅報道了一種低成本、環境友好的非水系電解質，用于無枝晶和無氫鋅金屬負極，這種電解質由廉價的鋅鹽、醋酸鋅（Zn(OAc)2）和低成本的綠色溶劑二甲基亞砜（DMSO）組成。
本文要點：
1）得益于鋅金屬負極與非質子溶劑DMSO的良好相容性和表面重構誘導的無枝晶鋅沉積，Zn金屬負極獲得了高達99.6 %的高平均CE和高達300次循環的優異循環穩定性。
2）在初始活化過程中形成Cu-Zn合金層，有利于Zn吸附原子的表面擴散，實現無枝晶沉積。此外，采用原位EC-AFM技術直接跟蹤了納米級鍍鋅/剝出的形貌演變，揭示了鋅金屬負極的逐層生長機制和邊緣溶出行為。
3）所開發的Zn||Mo6S8全電池具有良好的循環穩定性，循環200次后容量保持率為92.9%。本研究為實際可充電鋅金屬電池非水電解質的設計提供了新的思路，也為鋅金屬負極的生長機理提供了新的認識。
Fanyang Huang, et al, Surface transformation enables dendrite-free zinc metal anode in nonaqueous electrolyte, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202203710
https://doi.org/10.1002/adma.202203710
10. AM：用于高效、穩定和可擴展的倒置鈣鈦礦電池的有機空穴傳輸層
空穴傳輸層 (HTL) 是倒置 p-i-n 鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 的重要組成部分，它們在空穴的提取和傳輸、表面鈍化、鈣鈦礦結晶、器件穩定性和成本方面發揮著決定性作用。目前，探索高效、穩定、高透明和低成本的HTLs對于推動p-i-n PSCs走向商業化至關重要。與無機 HTL 相比，有機 HTL 具有多種優勢，例如可調帶隙和能級、易于合成和純化、溶液可加工性和總體低成本。西北工業大學Kai Wang和沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學Stefaan De Wolf等人系統回顧和總結了用于倒置 PSC 的有機 HTL，包括導電聚合物、小分子和自組裝單分子層 (SAM) 的最新進展。
本文要點：
1）研究人員介紹和分析了它們的分子結構、空穴傳輸特性、能級和相關器件特性以及由此產生的性能。
2）提出了對倒置 PSC 中高效有機 HTL 的設計原則和未來展望的總結。本綜述旨在激發新型有機 HTL 的進一步創新開發，以實現更高效、穩定和可擴展的倒置 PSC。
Yao, Y., Cheng, C., Zhang, C., Hu, H., Wang, K. and De Wolf, S. (2022), Organic Hole Transport Layers for Efficient, Stable and Scalable Inverted Perovskite Solar Cells. Adv. Mater..
DOI：10.1002/adma.202203794
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203794
11. Nano Energy：LiNbO3復合修飾對富鋰層狀氧化物陰離子氧化還原活性的調節
由于陰離子氧化還原的不可逆性，富鋰層狀氧化物正極存在嚴重的界面降解、容量衰減和電壓衰減等問題。近日，上海大學張久俊院士，Bing Zhao，Yong Jiang，Xiaoyu Liu為了穩定晶格氧和提高結構穩定性，提出了LiNbO3包覆、尖晶石異質結構和Nb5+摻雜的LiNbO3一體化改性策略。
本文要點：
1）LiNbO3包覆層可以保護高活性的類過氧氧不受電解液的影響，尖晶石異質結構與三維(3D)鋰輸運通道有助于擴散動力學。更重要的是，Nb5+摻雜在亞表面晶格中調節了局域電子構型，增強了陰離子氧化還原的可逆性。
2）包括態密度和晶體軌道重疊布居在內的理論計算結果揭示了Nb摻雜后，活性O-O二聚體在完全脫氧狀態下仍然與晶體骨架配位，表現出增強的陰離子氧化還原可逆性和結構穩定性。相應的分析表明，摻雜無價電子(4d0)、低電負性的Nb5+陽離子可使Mn-O體系轉變為大電荷轉移、低d軌道斥力的電化學非活性Nb-O體系（Mott-Hubbard區）。此外，這種非活性的Nb-O體系不能提供任何Nb5+陽離子的反應電子，而O 2p軌道上的氧空穴必須隔離，從而提高了陰離子氧化還原的可逆性。
這種綜合的修飾策略為理解和調節陰離子氧化還原的可逆性提供了鼓舞人心的見解，在設計高性能富鋰錳基正極方面顯示出巨大的潛力。
Chao Shen, Yiqian Liu, Libin Hu, Wenrong Li, Xiaoyu Liu, Yaru Shi, Yong Jiang, Bing Zhao and Jiujun Zhang, Regulating anionic redox activity of lithium-rich layered oxides via LiNbO3 integrated modification, Nano Energy, (2022)
DOI：10.1016/j.nanoen.2022.107555
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107555
12. ACS Nano：二維 Verbeekite 的穩定合成：具有高遷移率和面內光學和電學各向異性的單斜PdSe2晶體
PdSe2具有層狀結構。其原子鍵構型具有平面 4 重配位 Pd 原子和層內 Se-Se 鍵，可實現具有不同電子和量子特性的多晶型相，尤其是在原子級薄時。PdSe2 傳統上屬于正交晶系，直接合成其亞穩多晶相仍然是一個挑戰。近日，美國橡樹嶺國家實驗室Kai Xiao等報道了一種環境壓力化學氣相沉積方法來合成亞穩態單斜晶系PdSe2。
本文要點：
1）單斜晶系PdSe2是在誘導硒空位的缺硒條件下選擇性合成的。第一性原理密度泛函理論計算顯示這些缺陷可以降低亞穩單斜相的自由能，從而在合成過程中使其穩定。
2）單斜PdSe2晶體的結構和組成通過掃描透射電子顯微鏡成像、會聚束電子衍射和電子能量損失能譜進行識別和表征。
3）單斜PdSe2薄片的偏振拉曼光譜揭示了它們強的面內光學各向異性。電輸運測量表明，單斜晶系PdSe2表現出n型電荷載流子傳導，電子遷移率高達 ～298 cm2 V-1 s-1 和 ～1.9 的強平面內電子遷移率各向異性。
該工作報道的缺陷介導的生長途徑有望用于其它二維過渡金屬二硫化物的相選擇性直接合成。
Yiyi Gu, et al. Stabilized Synthesis of 2D Verbeekite: Monoclinic PdSe2 Crystals with High Mobility and In-Plane Optical and Electrical Anisotropy. ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c02711
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02711
