1. JACS：巴基碗表面重構提升倒置鈣鈦礦光伏性能
盡管具有多方面的優勢，倒置鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 的功率轉換效率 (PCE) 仍然低于常規電池，這主要是由于化學、物理和能級不匹配引起的復合能量損失 (Eloss) ，特別是在鈣鈦礦和富勒烯電子傳輸層（ETL）之間的界面處。為了解決這個問題，北京大學深圳研究院楊世和和廈門大學謝素原院士等人介紹了一種在鈣鈦礦-ETL 界面分子分層的巴基碗（氨基心環烯）的碘化銨衍生物。
本文要點：
1）除了鈍化富含PbI2的鈣鈦礦表面外，氨基心環烯增強了垂直偶極子并增強了與ETL更相容的表面n型特征，從而提高了電子提取和傳輸動力學并抑制了界面損耗。
2）結果，冠軍PSC實現了超過22%的出色PCE，與對照組設備 (~20%) 相比要好得多。此外，由于巴基碗對碘化物遷移的鎖定以及由此產生的界面離子遷移屏障的增加，器件的穩定性顯著提高。這項工作突出了巴基碗在鈣鈦礦多功能表面工程對高性能和穩定PSC的潛力。
Zhou Xing, et al. Surface Re-Engineering of Perovskites with Buckybowls to Boost the Inverted-Type Photovoltaics, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI：10.1021/jacs.2c05235
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c05235
2. JACS：配體調控Co催化炔烴氫烷基化
炔烴的區域選擇性氫烷基化反應能夠從同一個炔烴出發合成烯烴的不同異構體，這種反應過程具有較大的價值，但是合成過程存在不小的挑戰。有鑒于此，中國科學技術大學傅堯、陸熹等報道發現發現通過選擇不同的配體，能夠實現生成預測性的反應產物，當分別使用雙惡唑啉（L1）、吡啶-惡唑啉（L8），反應中分別生成(E)-1,2-雙官能團修飾的烯烴、1,1-雙官能團修飾的烯烴。
本文要點：
1）當反應從端炔烴和烷基鹵化物出發，實現了優異的E/Z立體選擇性和區域選擇性；當反應使用內炔烴作為反應物，生成三個官能團修飾的烯烴。
2）該反應表現廣泛的端炔烴、內炔烴兼容性，對活化/惰性烷基鹵化物兼容，具有較高的官能團兼容。
Yan Li, et al, Ligand-Controlled Cobalt-Catalyzed Regiodivergent Alkyne Hydroalkylation, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c06279
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c06279
3. JACS：表征界面低濃度Pt物種的NMR
目前人們需要發展能夠表征材料表面的稀釋表面分子物種的方法，通過這種表征方法能夠用于發展設計Pt基異相催化劑，以及增強催化劑的性能。195Pt ssNMR表征是一種比較理想的表征技術，因為195Pt的各向同性化學位移和化學位移各向異性（CSA）對于局部化學環境和電子結構非常敏感，但是通常Pt在催化劑的表面位點結構非常復雜，特別是Pt的含量比較低（0.2-5 wt %），而且CSA效應導致195Pt ssNMR信號變寬。
有鑒于此，愛荷華州立大學Aaron J. Rossini、蘇黎世聯邦理工學院Christophe Copéret、里昂第一大學Anne Lesage等報道一種ssNMR表征方法，這種方法中使用快速MAS和通過1H或者31P核進行間接測試，能夠快速的得到195Pt MAS NMR光譜。這種方法能夠在數分鐘或者幾個小時內對多種單個Pt物種修飾在SiO2的樣品（3-5 wt % Pt）得到高分辨率的寬帶195Pt MAS NMR光譜。
本文要點：
1）通過低功率的長壽命側邊選擇性激發、同時將飽和脈沖引入t1-噪聲消除的偶極雜核多重量子相干，測試過程實現了優異的回波共振回波飽和脈沖雙共振，或者J分辨度的脈沖序列。隨后通過一系列1D NMR光譜對195Pt NMR重建，分析195Pt MAS NMR得到195Pt的化學位移張量參數，通過零階近似密度泛函理論計算能夠很好的預測195Pt CS參數張量，通過簡單和可預測的軌道模型，能夠將CS參數張量與Pt的電子結構、配位環境之間建立聯系，這種方法為表征低濃度的Pt界面物種的電子結構和詳細配位結構提供機會。
Amrit Venkatesh, et al, Molecular and Electronic Structure of Isolated Platinum Sites Enabled by the Expedient Measurement of 195Pt Chemical Shift Anisotropy, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c02300
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02300
4. JACS：非熱plasma改善CO2加氫反應機理研究
通過非熱plasma方法增強CO2加氫反應是一種具有前景的克服熱催化反應局限性的方法，但是人們對催化劑表面由于NTP產生的活化物種仍沒有定論。有鑒于此，北海道大學Shinya Furukawa、東京工業大學Tomohiro Nozaki等報道對Pd2Ga/SiO2合金催化劑在NTP活化CO2加氫反應與熱催化反應之間進行對比，研究NTP的催化機理。
本文要點：
1）發現熱催化、NTP促進的催化反應，都實現了100 %的CO選擇性。但是，與相同條件的熱催化反應相比，通過NTP驅動CO2催化反應的CO2轉化提高2倍，而且NTP方法能夠打破反應的熱力學平衡的局限。
2）NTP驅動催化反應機理。通過原位IR表征NTP活化物種和合金催化劑的表面，鑒定在NTP催化反應過程中催化劑的表面物種。在反應條件過程中通過原位XAS精細結構分析發現NTP導致催化劑不僅發生結構重組，而且能夠排除通過加熱方法激活催化劑的可能。
3）通過催化劑在CO2加氫反應過程中進行原位表征，發現催化反應過程中振動激發CO2得到顯著的增強。實驗研究結果與DFT計算結果之間相互符合，證實了振動激發CO2分子能夠直接與Pd催化位點的吸附氫之間反應，而且由于相鄰的Ga位點導致促進反應過程生成甲酸。
通過DFT計算，推測單齒甲酸物種的主要的分解反應過程是plasma活化的氫物種導致。這項研究為發展高活性CO2加氫催化劑、實現NTP輔助的電氣化化學反應提供機會。
Dae-Yeong Kim, et al, Cooperative Catalysis of Vibrationally Excited CO2 and Alloy Catalyst Breaks the Thermodynamic Equilibrium Limitation, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c03764
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03764
5. JACS: 聚合物點作為 [FeFe]-氫化酶自組裝和太陽能驅動氫演化的光敏膜囊泡
一種利用酶生產太陽能燃料的半人工光合作用方法依賴于有效的光敏劑，該光敏劑需要與酶活性相匹配并且具有長期穩定性。聚合物點 (Pdots) 是生物相容的光敏劑，在 pH=7 的條件下處于穩定狀態，還具有易于修改的表面形態。因此，Pdots 可以被認為是驅動基于酶系統生成太陽能燃料的潛在光敏劑。鑒于此，烏普薩拉大學Gustav Berggren和Haining Tian等人詳細介紹了由二元聚合物點和來自萊茵衣藻的 HydA1 [FeFe]-氫化酶組成的生物混合組件內的相互作用。
本文要點：
1）通過瓊脂糖凝膠電泳、低溫透射電子顯微鏡 (Cryo-TEM) 和低溫電子斷層掃描 (Cryo-ET) 證實了氫化酶直接附著在環形 Pdots 表面上。超快瞬態光譜技術用于表征光致激發和Pdots 內的電荷解離。該研究表明，異質結 Pdots 的供體-受體結構的實現導致有效的亞皮秒電荷分離，從而增強氫析出 (88460 μmolH2·gH2ase-1·h-1)。[FeFe]-氫化酶在Pdots 上的吸附產生了穩定的生物混合組裝，在此氫氣產生持續數天，同時氧化還原介質存在時可達到 37500 ± 1290 的 TON。
2）這項工作代表了結合聚合物納米顆粒和酶的均質生物混合系統的一個例子。詳細的光譜研究提供了對光收集、電荷分離和傳輸研究的理解，這對于構建效率超過自然和人工系統的半人工光合系統至關重要。
Mariia V. Pavliuk, et al. Polymer Dots as Photoactive Membrane Vesicles for [FeFe]-Hydrogenase Self-Assembly and Solar-Driven Hydrogen Evolution. J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI:doi.org/10.1021/jacs.2c03882
https://doi.org/10.1021/jacs.2c03882
6. JACS：非Pt族單原子ORR催化劑性能描述
目前人們通常使用經驗性的合成-測試迭代方法發展非Pt族金屬高活性ORR電催化劑。有鑒于此，達姆施塔特工業大學Ulrike I. Kramm、柏林工業大學Peter Strasser等報道通過基于非Pt族貴金屬單金屬ORR電催化劑的動力學描述符的反應活性動力學分布圖能夠用于來理解催化反應活性，而且有助于發展和設計高性能催化劑。這項方法的關鍵是分析氮配位單金屬碳催化劑（MNC）的催化表面位點密度（SD）和催化轉化數目（TOF），以及SD和TOF在控制ORR催化反應動力學參數過程起到的作用，并且通過SD-TOF給出二維反應活性圖。
本文要點：
1）作者考察SD和塊體催化劑的整體單金屬位點總數目之間的關系，將其命名為催化反應位點的使用參數，因此能夠給出優化MNC催化劑性能的指導因素參數。
2）通過兩種不同N-和C-前驅體原料（Zn-咪唑、共價鍵連的聚苯胺）出發合成兩套FeNC、CoNC、SnNC催化劑，從本征的動力學ORR參數和催化劑的結構、形貌、化學性質角度研究和比較催化活性。進一步的討論合成的指導思想和如何進一步改善。這項研究方法能夠擴展至其他類型的催化劑，而且可能用于在液體電解液燃料電池或者氣體擴散流動相電池考察動力學性能。
Fang Luo, et al, Kinetic Diagnostics and Synthetic Design of Platinum Group Metal-Free Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction Using Reactivity Maps and Site Utilization Descriptors, J. Am. Chem. Soc. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c01594
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01594
7. AEM：用于高性能鋰離子電池的新型Mo1.5W1.5Nb14O44負極材料的快充電性能
具有Wadsley-Roth相的Nb是很有前途的鋰離子電池負極材料，但其固有的低導電性仍然嚴重限制了其倍率性能。近日，田納西大學Sheng Dai采用離子熱合成輔助摻雜的方法制備了一種新型的摻雜Mo1.5W1.5Nb14O44（MWNO）材料。
本文要點：
1）用中子粉末衍射儀和像差校正掃描電子顯微鏡對MWNO的晶體結構進行了詳細表征，揭示了Mo6+摻雜完全占據了T1四面體晶位。而在半電池中，MWNO表現出增強的快充電性能。
2）研究人員通過紫外-可見漫反射光譜、密度泛函理論(DFT)計算和電化學阻抗譜研究了性能改善的原因，揭示了禁帶寬度的收窄提高了MWNO的電導率。此外，operando X射線衍射表明，MWNO在電化學反應過程中表現出典型的基于固溶體相轉化的鋰離子插入/提取機理，并具有可逆的結構演變。恒電流間歇滴定技術和DFT證實了Mo6+/W6+摻雜提高了MWNO的鋰離子擴散率。
3）在與LiNi0.5Mn1.5O4組合的全電池中，MWNO具有增強的導電性和鋰離子擴散性，成功地證明了其快充電性能和實用性。因此，這項工作闡明了離子熱合成在儲能材料中的潛力，并從機理上理解了摻雜對提高材料電化學性能的作用。
Runming Tao, et al, Insight into the Fast-Rechargeability of a Novel Mo1.5W1.5Nb14O44 Anode Material for High-Performance Lithium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202200519
https://doi.org/10.1002/aenm.202200519
8. AEM：將導電聚吡咯結合到聚酰亞胺COF中用于無碳超高能超級電容器
盡管氧化還原活性共價有機骨架（COFs）可以存儲電荷，但存在較差的電子傳導性。它們的電容作用是通過將H+離子儲存在酸性電解液中實現的，通常被限制在一個小的電壓窗口(0-1V)內。增加此窗口意味著更高的能量和功率密度，但這會危及COF的穩定性。有利的是，COF的大孔允許在更寬的電壓下存儲可極化的大體積離子，從而達到更高的能量密度。基于此，印度科學教育與研究學院Ramanathan Vaidhyanathan，德累斯頓工業大學Stefan Kaskel描述了一種通過增加系統中氧化還原活性雜原子的數量來提高COF衍生存儲系統的電子活性的方法。
本文要點：
1）提出了一種無導電碳或氧化還原活性氧化物的高電壓區COF-電極-電解液體系。在聚酰亞胺碳纖維中合成了導電聚吡咯(PPy)鏈，以獲得約10000倍的電子導電率。
2）使用該復合材料組裝的無碳準固態電容器在水凝膠電解質中顯示出高的贗電容（358 mF cm?2@1 mA cm?2）。此外，氧化還原活性聚酰亞胺COF、聚吡咯和有機電解液之間的協同作用使得寬電壓窗口(0-2.5V)可提供高能量(145 uWh cm?2)和高功率密度（4509 uW cm?2）。
3）將聚酰亞胺-COF和聚吡咯合并為一種材料可使電荷和質量傳輸阻力降至最低。此外，計算和實驗表明，即使將模塊/單體的本征電子部分平移到COF上，也可以獲得優異的電化學活性。這一發現揭示了COF受限聚合物在作為無碳儲能材料方面的作用。
Sattwick Haldar, et al, Incorporating Conducting Polypyrrole into a Polyimide COF for Carbon-Free Ultra-High Energy Supercapacitor, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202200754
https://doi.org/10.1002/aenm.202200754
9. AEM：陽離子-空位有序超結構提高鎢青銅負極的循環穩定性
Nb基鎢青銅氧化物由于其結構的開放性和可調性，最近成為用于鋰離子電池（LIBs）的快充電負極材料。然而，具有鎢青銅結構的電極通常會受到Li+嵌入/脫嵌引起的結構變化的影響，導致循環性能不佳。基于此，為了克服這一局限性，復旦大學車仁超教授開發了一種新型的四方鎢青銅(TTB)結構Ba3.4Nb10O28.4(BNO)，作為鋰離子電池的負極材料，具有優異的循環性能。
本文要點：
1）研究人員在BNO內部發現了一種前所未有的陽離子-空位有序超結構，具有周期性的活性和非活性中心分布。通過多種表征和理論研究，證明這種超結構可以促進鋰離子的擴散，分散鋰離子嵌入引起的結構應變，從而實現穩定的鋰離子存儲。
2）由于超結構誘導的局部結構穩定性，BNO塊體和Ba3.4Nb10O28.4@C（BNO@C）微球在2 C循環250次后容量保持率>90%，在10 C循環2000次后容量保持率接近90%。
這些結果對于建立陽離子-空位有序超結構與Li+存儲性能之間的結構-性質關系，促進穩定的鎢青銅負極的合理設計具有重要意義。
Xuhui Xiong, et al, Cation-Vacancy Ordered Superstructure Enhanced Cycling Stability in Tungsten Bronze Anode, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202201967
https://doi.org/10.1002/aenm.202201967
10. Advanced Science：鎢摻雜誘導的擇優電子填充提高無定形硫化鉬大電流析氫反應活性
目前，在高電流密度下工作的析氫反應（HER）仍缺乏高效、耐用和經濟高效的電催化劑，這對大規模實施可再生能源制氫提出了巨大的挑戰。近日，復旦大學Shuyu Zhang，Qiongrong Ou采用等離子體法制備了非晶態硫化鉬/氮摻雜還原氧化石墨烯納米復合材料（a-MoWSx/N-RGO），作為高性能HER電催化劑。
本文要點：
1）通過調整等離子體處理時間和化學組成，研究人員獲得了一種最佳的a-MoWSx/N-RGO催化劑，在1000 mA cm?2的電流密度下，該催化劑用于HER的過電位為348 mV，同時工作24 h幾乎不衰減，性能優于工業Pt/C催化劑和已報道的雜原子摻雜的MoS2基催化劑。
2）基于密度泛函理論（DFT）的計算發現，在合理的W摻雜水平下，由于額外電子優先填充在2S2?處，催化活性中心(2S2?)在高電流密度下表現出良好的催化性能。此外，W的引入傾向于降低電子結構能量，導致更接近于零的正△GH?。然而，過量的W引入會導致結構損壞和在高電流密度下更差的HER性能。
這項工作提供了一條路線，合理地設計高性能的催化劑，用于工業電流密度下的HER。
Dai Zhang, et al, Boosting Hydrogen Evolution Reaction Activity of Amorphous Molybdenum Sulfide Under High Currents Via Preferential Electron Filling Induced by Tungsten Doping, Adv. Sci. 2022
DOI: 10.1002/advs.202202445
https://doi.org/10.1002/advs.202202445
11. Nano Energy：通過微熔鹽離子交換制備用于鋰離子電池的低Li/Ni混合的富Ni層狀氧化物正極
在傳統的層狀過渡金屬氧化物的合成中，高溫過程不僅會導致鋰（Li）的蒸發損失，而且還會促進Li+和Ni2+不可避免的陽離子混合，導致它們的化學計量比發生嚴重變化，從而結構不穩定。近日，中南大學Jun-chao Zheng，華盛頓州立大學Xia-hui Zhang報道了一種以鈉基層狀氧化物（NaNi0.85Co0.06Mn0.09O2）為前驅體在鋰熔鹽中與Li+離子交換的通用離子交換法制備低Li/Ni混合的富鎳層狀氧化物材料LiNi0.85Co0.06Mn0.09O2（NCM85）的方法。
本文要點：
1）通過研究離子交換時間和附加熱處理對層狀氧化物材料結構和性能的影響，研究人員建立了富鎳NCM85材料的加工-結構-性能關系。
2）研究人員還進一步證明了這種離子交換方法的普適性，以及包括LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiNi0.5Mn0.5O2在內的其他層狀氧化物材料的工藝-結構-性能關系。
這種通用的離子交換方法和通用的工藝-結構-性能關系可以指導其他鋰離子電池層狀氧化物材料的合理設計和合成。
Yu-hong Luo, et al, Towards Ni-rich layered oxides cathodes with low Li/Ni intermixing by mild molten-salt ion exchange for lithium-ion batteries, Nano Energy, (2022)
DOI：10.1016/j.nanoen.2022.107626
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107626
12. Nano Energy：異質雙金屬硫化物@層狀Ti3C2Tx-Mxene作為協同電極實現高能量密度水基混合超級電容器
水系混合超級電容器（AHSCs）具有長循環穩定性和高功率密度，表現出良好的電化學性能。然而，低能量密度限制了它們商業化的發展。為了提高能量密度，蘭州大學韓衛華教授，Muhammad Sufyan Javed，深圳大學Tayyaba Najam提出了一種將鎳鈷硫化物（NCS）納米花嵌入剝離的Ti3C2Tx?MXene層中的異質結構復合材料（HS?NCS@MXene）。
本文要點：
1）NCS納米花均勻分散在MXene層內，形成三明治狀結構。而HS?NCS@Mxene在三電極體系中表現出顯著的贗電容性能。在2.5 A g?1下，容量可達2637 F g?1(1582 C g?1)，循環壽命穩定在10000次以上，容量保持為初始值的96%。此外，研究發現，HS NCS @ MXene復合材料中的電荷存儲機制是法拉第和電化學雙層存儲的結合。
2）研究人員將HS NCS@MXene作為正極，活性炭作為負極(HS NCS@MXene//AC–AHSC)，組裝成AHSC。實驗結果顯示，HS NCS@MXene//AC–AHSC可以在最高1.6 V的電位范圍內工作，并在1.5 A g-1下提供226 F g-1的高電容，穩定的循環壽命(92%)可達20000次循環。此外，HS NCS@MXene//AC–AHSC還具有80 Wh kg-1的高能量密度，功率密度為1196 W kg-1，超過了最近報道的性能。
NCS和MXene的協同效應使HS NCS@MXene復合材料能夠為AHSCs提供出色的電化學性能。
Muhammad Sufyan Javed, et al, Heterostructured bimetallic–sulfide@layered Ti3C2Tx–MXene as a synergistic electrode to realize high-energy-density aqueous hybrid-supercapacitors, Nano Energy, (2022)
DOI：10.1016/j.nanoen.2022.107624
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107624
