1. Nature Commun.：可伸縮超吸濕聚合物薄膜用于在干旱環境中進行可持續的水分收集
獲取無處不在的大氣水是一種可持續戰略，能夠分散性的獲得安全管理的水，但由于在低相對濕度(≤30%RH)下的日產水量有限，因此仍然具有一定挑戰性。近日，德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授將開發的高吸濕性聚合物薄膜（SHPFs）作為一種新型的吸附材料，用于從干旱氣候地區（RH<30%）中收集大氣水。
本文要點：
1）SHPF的聚合物基質由可擴展的、廉價的、無毒的生物材料（KGM和HPC）組成，這有利于增強吸附-解吸動力學的分級多孔結構。此外，KGM/HPC網絡抑制了吸濕性鹽粒子在水化過程中的聚集，從而實現了顯著的吸水率和穩定的循環性能。
2）通過電加熱輔助HPC鏈的親水-疏水切換，SHPF中捕獲的水可以迅速釋放，從而導致14-24個循環的運行，每天的產水量高達13.3 L kg-1。考慮到SHPF的厚度很薄，將SHPF縮放到多層吸附劑床或垂直吸附劑陣列中有望進一步提高單位面積的產水量，并改善致密性。
這種SHPF填補了技術空白，以開發具有成本效益和可持續的AWH系統，從而解決干旱缺水地區的迫切需求。
Youhong Guo, et al, Scalable super hygroscopic polymer films for sustainable moisture harvesting in arid environments, Nat Commun, 2022
DOI: 10.1038/s41467-022-30505-2
https://doi.org/10.1038/s41467-022-30505-2
2. Nature Commun.：雜原子工程化的TiO2用于甲烷高效光催化無氧化轉化制乙烷和氫氣
甲烷非氧化偶聯反應（NOCM）是同時生產多碳和氫氣的重要過程。盡管基于氧化物的光催化在溫和的條件下為NOCM提供了機會，但由于CH4被晶格氧過度氧化，其選擇性和耐用性都無法令人滿意。近日，中科大熊宇杰教授，龍冉教授，南京大學姚穎方以TiO2這一廣泛應用的氧化物光催化劑為概念驗證模型，在氧化物表面晶格中引入Pd-SA，成功克服了篩選一系列單原子金屬（SAs）用于光催化NOCM的局限性。
本文要點：
1）根據材料的模擬，Pd-O4單元對表面TiO2的價帶頂（VBM）貢獻最大，使光生空穴積累，從而使Pd SAs上的C-H鍵解離。此外，Pd穩定?CH3的獨特特性使其成為反應中間體偶聯的反應位點。
2）實驗結果表明，Pd SAs改性催化劑(Pd1/TiO2)用于光催化NOCM具有最高的C2H6產率，在350 nm處的表觀量子效率為3.05%，C2H6產率高達0.91 mmol g-1 h-1。更重要的是，Pd-O4在VBM中的占據狀態抑制了CH4與晶格氧的過氧化，使生成C2H6的選擇性達到94.3%，大大提高了氧化物光催化劑的穩定性。
3）此外，選擇相關元素(即Si)來摻雜TiO2晶格，以進一步穩定次表面晶格氧，從而提高催化劑的耐久性超過了24 h。
Wenqing Zhang, et al, High-performance photocatalytic nonoxidative conversion of methane to ethane and hydrogen by heteroatoms-engineered TiO2, Nat Commun, 2022
DOI: 10.1038/s41467-022-30532-z
https://doi.org/10.1038/s41467-022-30532-z
3. Nature Commun.：用于在酸中高選擇性地電化學制H2O2的氫鍵鈷卟啉骨架的理論指導設計
在酸中進行選擇性雙電子氧還原反應來合成過氧化氫（H2O2）極具挑戰性，而且缺乏有效的非貴金屬基電催化劑在很大程度上阻礙了這一反應的進行。盡管金屬大環前景看好，但開發相對較少。促進其固有的催化活性或增加活性中心的表面暴露具有重要意義。近日，蘇州大學李彥光教授，Lu Wang，Youyong Li，中科院福建物構所Tian-Fu Liu利用高通量密度泛函理論計算，篩選了32種不同類型的金屬卟啉用于2e-ORR合成H2O2。其中，鈷卟啉具有最佳的ORR活性和選擇性，理論過電位低至0.04 V。
本文要點：
1）在理論預測的指導下，通過TCPP-Co在溶液中的自組裝制備了氫鍵鈷卟啉骨架。PFC-72-Co具有結構結晶度高、比表面積大、催化中心豐富等特點。
2）PFC-72-Co能在0.1MHClO4中用于電催化ORR高效穩定地獲得H2O2，起始電位為0.68 V，在較寬的電勢窗口內H2O2選擇性>90%。此外，在0.55 V時，其TOF值估計為10.9 s?1，遠遠超過其有機或無機競爭對手以及最先進的Pt/Pd-Hg合金。
研究展示了氫鍵金屬卟啉框架的電催化作用，有望擴展這些有趣材料的潛在應用。
Xuan Zhao, et al, Theory-guided design of hydrogen-bonded cobaltoporphyrin frameworks for highly selective electrochemical H2O2 production in acid, Nat Commun, 2022
DOI: 10.1038/s41467-022-30523-0
https://doi.org/10.1038/s41467-022-30523-0
4. Nature Commun.：高熵合金組分異質性導致強度的異常變化
雖然高熵合金以往被認為是元素隨機排列的固溶體，最近人們發現高熵合金的多個元素的排列在納米尺度產生改變。有鑒于此，浙江大學余倩、西安交通大學丁俊等報道通過TEM表征原位壓縮實驗樣品的變化情況，并且與分子動力學模擬結合，研究高熵合金的組分異質性變化對其機械性能的影響。
本文要點：
1)當逐步降低樣品的尺寸，樣品首先表現經典的與傳統合金材料類似“尺寸降低-性能增強”效應。但是當將樣品的尺寸降低至臨界值180 nm，發現材料的平面滑移由均勻的變形轉變為不均勻，這種變化是由于尺寸降低導致元素分布的異質性改變導致，并且呈現異常變化的“尺寸降低-性能降低”作用。
2)通過原子計算建模，發現這種現象是因為在個數納米尺度上產生元素組分分布改變導致。研究結果說明，納米尺寸元素組分的變化能夠對高熵合金材料的機械性能產生影響，通過控制納米尺寸局部元素分布將顯著影響高熵合金材料的性能。
Yan, J., Yin, S., Asta, M. et al. Anomalous size effect on yield strength enabled by compositional heterogeneity in high-entropy alloy nanoparticles. Nat Commun 13, 2789 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-30524-z
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30524-z
5. Nature Commun.：電催化氫氣-雙電層復合電容器
傳統的雙電層電容器能夠作為一種具有高比容量和高循環壽命的能量存儲器件，但是傳統的雙電層電容器的能量含量較低，因此這種電容器難以在能量存儲領域得到廣泛應用。有鑒于此，中國科學技術大學陳維等報道為了解決雙電層電容器的低能量問題，報道了一種電催化氫氣電容器復合器件，其中含有氫氣負電極和碳基正電極組成，器件能夠在寬pH區間（0-14）溶液和寬溫區（-70 ℃~60 ℃）運行。
本文要點：
1)這種器件在25 ℃和1 A g-1條件于9 M H3PO4溶液中運行的比能量和功率分別達到45 Wh kg-1和458 W kg-1。性能是雙電層電容器的容量的4.5倍。器件在30 A g-1仍具有高達141 F g-1的比電容和100000圈壽命。因此說明器件具有實際能量存儲的應用前景，
2)器件在10 A g-1和25 ℃在1 M H3PO4溶液中運行能夠在100000圈循環后保持85 %容量，展示了構建一種復合結構電容器件，說明通過組裝電化學H2負電極能夠顯著改善雙電層電容器器件的性能。
Zhu, Z., Liu, Z., Yin, Y. et al. Production of a hybrid capacitive storage device via hydrogen gas and carbon electrodes coupling. Nat Commun 13, 2805 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-30450-0
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30450-0
6. Nature Commun.：plamsa處理在PtSe2中形成梯度缺陷
缺陷工程是材料科學領域中的一個關鍵技術，為現代半導體領域提供豐富的空間，為固體物理的研究提供材料平臺。目前均勻摻雜是缺陷工程領域的主要方式，但是在一些包括人工調控缺陷分布的相關研究中，人們發現人為的改變缺陷分布情況能夠導致材料中產生各種物理性質，尤其是對稱性破缺有關的性質。有鑒于此，蔚山科學技術院(UNIST) Jung-Woo Yoo、Hosub Jin、Zonghoon Lee等報道通過選擇性進行plasma處理，在二維PtSe2薄膜中構建層-層梯度變化的缺陷，打破了空間反演對稱性，導致材料形成Rashba效應。
本文要點：
1)通過掃描隧道電子顯微鏡表征發現，Se缺陷能夠產生到深入材料內部7 nm，而且Se/Pt原子的比例沿著層變化表現線性變化趨勢。這種打破對稱性導致形成 Rashba效應，因此在實驗中觀測到非互易傳輸行為，并且通過第一性原理計算模擬驗證。這項工作為發展自旋和動量相互糾纏的缺陷調控提供更多空間，為新型電子學領域的應用提供機會。
Jo, J., Kim, J.H., Kim, C.H. et al. Defect-gradient-induced Rashba effect in van der Waals PtSe2 layers. Nat Commun 13, 2759 (2022)
DOI: 10.1038/s41467-022-30414-4
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30414-4
7. Matter: 雙極傳輸寬帶隙鈣鈦礦用于有機太陽能電池
陽極界面層 (AIL) 對有機光伏 (OPV) 的性能至關重要。香港理工大學李剛等人首次證明了MAPbBr3是一種有效的溶液處理 AIL，具有2.3-eV的帶隙和高空穴和電子遷移率。
本文要點：
1）PM6:BO-4Cl基于帶有MAPbBr3 AIL的未退火器件，表現出15.5%的較高效率。F4TCNQ進一步摻雜到MAPbBr3中以增加功函數和鈍化缺陷，將效率提高到17.3%。
2）結合MAPbBr3/F4TCNQ AIL，基于PM6:BTP-eC9:PC71BM的未退火器件實現了18.3%的高效率。倒置器件進一步證明了MAPbBr3在OPV中的雙極性能力。
3）因此，MAPbBr3成功地發揮了多種功能：下轉換層、能量供體和影響體異質結 (BHJ) 形態的紋理化晶種層。這一發現證明了寬帶隙鈣鈦礦材料作為極具前景OPV界面材料的實用性。
Cenqi Yan, et al. Ambipolar-transport wide-bandgap perovskite interlayer for organic photovoltaics with over 18% efficiency, Matter, 2022
DOI：10.1016/j.matt.2022.04.028
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238522001801#!
8. EES：通過磷-氧鍵合的FeNi催化劑實現BiVO4光陽極用于高性能穩定的太陽能水分解
太陽能光電化學（PEC）水分解是一種很有前途的太陽能轉換技術，但其它實際應用仍受到緩慢的析氧反應動力學的嚴重阻礙。近日，中科院蘭州化物所畢迎普研究員發現磷氧鍵結合的FeNi催化劑和BiVO4光陽極能顯著提高PEC水氧化活性和穩定性。
本文要點：
1）研究人員采用電化學沉積和煅燒處理的方法首次在摻氟SnO2(FTO)襯底上制備了純BiVO4光陽極。隨后，通過溶液沉積和磷化處理相結合的方法，在BiVO4光陽極表面合理構建了FeNiPOx催化劑。結果顯示，在1.23 V（與可逆氫電極(RHE)相比，AM 1.5G）下，獲得了創紀錄的6.73 mA cm-2的光電流密度，并具有出色的長期耐用性。
2）詳細的實驗和分析結果清楚地表明，P-O界面鍵的引入導致了FeNi催化劑與BiVO4光陽極之間的電子密度重新分布和強烈的電子耦合。更具體地說，這種界面特征不僅促進了Bi位向Fe原子的電子轉移，顯著提高了PEC活性，而且促進了Ni原子向V位的電子注入，穩定了BiVO4晶格中的V原子，保證了結構的穩定性。
這項工作為設計用于太陽能水分解應用的高效光陽極提供了新的見解。
Zhenzhen Zhang, et al, High-performance and stable BiVO4 photoanodes for solar water splitting via phosphorus-oxygen bonded FeNi catalysts, Energy Environ. Sci., 2022
DOI: 10.1039/D2EE00936F
https://doi.org/10.1039/D2EE00936F
9. Angew：球磨固相合成用于全天候鈉離子電池的高晶化普魯士藍類似物Na2-xMnFe(CN)6正極
普魯士藍類似物（PBAs）具有一系列優點，被認為是用于鈉離子電池（SIBs）的優良正極材料。然而，其商業化仍然受制于較差的穩定性、大量的[Fe(CN)6]缺陷和骨架中的間隙水等影響，這與晶體的快速生長有關。近日，溫州大學侴術雷教授，伍倫貢大學Jiazhao Wang，上海大學Li Li報道了一種“鹽中水”納米反應器策略，它能夠在受限的反應區內制造高度結晶的PBAs，而不需要任何添加劑的幫助。
本文要點：
1）制備的錳基正極材料（MnHCF-S-170）在-10 °C到50 °C的寬溫度范圍內表現出快速穩定的電化學性能，并提高了空氣穩定性。
2）在此基礎上，以MnHCF-S-170為正極，軟碳為負極，進行了全電池實驗。進一步，利用原位粉末X射線衍射(PXRD)和原位拉曼光譜進一步揭示了MnHCFS-170的高度可逆性。
研究結果表明，這種“鹽包水”納米反應器策略是實現低成本大規模生產PBAs的一種有前途的途徑，并為其在SIBs中的實際應用鋪平了道路。
Jian Peng, et al, Ball Milling Solid-state Synthesis of Highly Crystalline Prussian Blue Analogue Na2-xMnFe(CN)6 Cathodes for All-climate Sodium-ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202205867
https://doi.org/10.1002/anie.202205867
10. AM：6.87%效率的柔性鈣鈦礦太陽能組件
咖啡環效應導致的不均勻性、界面接觸不良和針孔嚴重影響了柔性鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的印刷可靠性。受藤壺生物膠的啟發，南昌大學陳義旺和胡笑添等人引入了NiOx/左旋多巴的仿生界面層 (Bio-IL)，以抑制打印鈣鈦礦模塊過程中的咖啡環效應。
本文要點：
1）Bio-IL中粘性官能團的配位作用可以固定三相接觸線（ three-phase contact line），抑制鈣鈦礦膠體顆粒在印刷和蒸發過程中的傳輸。此外，由于靜電吸引和非凡的潤濕性迅速揮發，鈣鈦礦前體的沉降速度加快。
2）超親水性 Bio-IL 在大面積基板上提供均勻分布，從而促進了用于異相成核和結晶的完整和均勻的液膜。在不同的大面積基板上打印鈣鈦礦薄膜，咖啡環效應可忽略不計。
3）因此，倒置柔性PSC和鈣鈦礦太陽能模塊的效率分別達到21.08%和16.87%。這種策略確保了打印 PSC 的高度可靠的可重復性，并且良率接近 90%。
Fan, B., Xiong, J., Zhang, Y., Gong, C., Li, F., Meng, X., Hu, X., Yuan, Z., Wang, F. and Chen, Y. (2022), A Bionic Interface to Suppressing the Coffee-ring Effect for Reliable and Flexible Perovskite Modules with a near 90% Yield Rate. Adv. Mater..
DOI：10.1002/adma.202201840
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202201840
11. AEM: 電解液設計實現超低溫水溶液鋰離子-溴電池
水溶液離子電池在低溫條件下往往會受限于電解液的低離子電導和電極材料的遲滯動力學而無法正常工作。近日，中科院大連化物所Yanbin Yin與Xianfeng Li等通過電解液設計實現了高性能超低溫水溶液鋰離子-溴電池。
本文要點：
1）研究人員報道了一種含有LiBr和四丙基溴化銨（TPABr）的功能化電解液(TFE)，這種電解液即便在-60℃的超低溫環境下也刻意保持液態并具有高離子電導率。更重要的是，TFE還可以在室溫和低溫環境下都賦予正極材料高可逆比容量和優異的倍率性能，這得益于Br2/Br-電對快速的反應動力學和TPABr優異的固溴能力。
2）研究人員還發現1,4,5,8-萘四羧酸二酐衍生聚酰亞胺負極材料（NDPI）在TFE電解液中也能夠在室溫和低溫環境下表現出良好的電化學性能。因此，這種鋰離子-溴水溶液全電池能夠在室溫到-60℃的寬溫程中實現高能量密度、高功率密度和良好的循環穩定性。
Mingtan Wang et al, A ?60 °C Low-Temperature Aqueous Lithium Ion-Bromine Battery with High Power Density Enabled by Electrolyte Design, Advanced Energy Materials, 2022
DOI: 10.1002/aenm.202200728
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202200728
12. ACS Nano: 用于高性能量子點發光二極管的混合 Ti3C2TX MXene-銀納米線的柔性透明電極
開發具有高導電性、光學透明性和可靠的機械柔韌性和穩定性的電極對于眾多溶液處理的光電應用非常重要。盡管具有高導電性的透明 Ti3C2TX MXene 電極很有前景，但由于薄片結和表面粗糙度導致的高薄層電阻，它們對顯示器的適用性仍然有限。在此，延世大學材料科學與工程系Cheolmin Park已制造出適用于全溶液處理的量子點發光二極管 (QLED) 的柔性透明電極(FTE)。
本文要點：
1）MXene-銀納米線 (AgNW) 混合電極 (MXAg) 由高導電性 AgNW 網絡與溶液處理的 MXene 薄片混合而成。使用 MXene 薄片高效焊接線對線接頭會產生具有低薄層電阻和高透明度的電極，其電阻和透明度分別約為 13.9 Ω sq–1 和 83.8%。
2）為進一步確保 MXAg 混合電極的機械穩定性，使用聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）的薄聚合物緩沖層，并進行了溫和的熱處理。物理嵌入PMMA的 MXAg電極(MXAg@PMMA)的功函數可以通過控制混合薄膜中 MXene 的量來調節。該電極有助于開發高性能溶液處理 QLED，其最大外量子效率和電流效率分別約為 9.88% 和 25.8 cd/A ，具有優良的彎曲穩定性。
3）這種基于溶液處理納米導體的功函數可調的柔性透明電極為開發新興的高性能、可穿戴、經濟高效的軟電致發光器件提供了一種方法。
Wei Jiang, et al. Flexible and Transparent Electrode of Hybrid Ti3C2TX MXene–Silver Nanowires for High-Performance Quantum Dot Light-Emitting Diodes. ACS Nano 2022
DOI:10.1021/acsnano.2c01514
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01514
