1. Science Advances：設計親鋰電子阻擋層用于無枝晶鋰金屬固態電池
全固態電池正成為儲能市場的潛在游戲改變者；然而，它們的實際應用受到固體電解質中不可控的鋰枝晶生長引起的過早短路的嚴重阻礙。雖然各種親鋰中間層可以在一定程度上改善接觸問題，但是它不能減輕從電極到電解質的電子泄漏，先前諸多親鋰中間層是金屬的或者在與鋰反應后包含混合的離子和電子導體。近日，首爾大學Kisuk Kang提出了一種逐層策略，該策略采用親鋰和電子阻擋多層來同時實現鋰/固體電解質界面處的均勻鋰離子傳導和阻擋固體電解質上不期望的電子泄漏。
本文要點：
1）研究人員證明了親鋰Ag層通過增強鋰金屬在LLZTO固體電解質上的潤濕性而提供了13.4 ohm cm2的非常低的界面電阻，而獨特復合結構的電子阻擋LiF層即使在高溫/高電壓下也可以減輕通過固體電解質的電子傳導，同時保持足夠高的鋰離子傳導性。
2）使用多層夾層的鋰對稱電池在60 ℃下表現出3.1 mA cm-2的創紀錄高臨界電流密度（CCD），并且由商業LFP正極和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極制成的混合全電池可以在高電流密度（2 C；~1.0 mA cm?2）顯示出突出的長期耐久性（>3000次），這是迄今為止所報道的最高性能。
這項研究表明，控制鋰和電子傳輸的組合策略對于解決多來源鋰枝晶問題是必不可少的，通過探索親鋰層和電子阻擋層的各種組合，逐層方法開辟了一條通往未來固態電池的道路。
Sunyoung Lee, et al, Design of a lithiophilic and electron-blocking interlayer for dendrite-free lithium-metal solid-state batteries, Sci. Adv. 8, eabq0153 (2022)
DOI: 10.1126/sciadv.abq0153
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq0153
2. Science Advances：堿金屬鹵化物包覆鈣鈦礦型氧化還原催化劑用于正丁烷的厭氧氧化脫氫
1，3-丁二烯是一種重要的化學構件。然而，正丁烷催化水合反應生產丁二烯存在平衡受限、能耗大、易結焦等問題。正丁烷的氧化脫氫（ODHB）可以高效地生產丁二烯，而不會產生平衡限制或結焦。盡管人們已經進行了大量研究，但在傳統的氧氣催化脫氫反應中，單程丁二烯的產率被限制在<23%。此外，使用氣態氧氣需要昂貴的空分設備，并引發了安全問題。近日，北卡羅來納州立大學李凡星教授通過使用來自核殼結構的“鈣鈦礦@熔融LiBr”氧化還原催化劑的晶格氧物種進行了少氧ODH研究。
本文要點：
1）熔融LiBr作為一種有效的促進劑改性氧化還原活性鈣鈦礦氧化物，即La0.8Sr0.2FeO3 (LSF)，用于正丁烷的化學鏈-氧化脫氫（CL-ODHB）。
2）在工作狀態下，氧化還原催化劑由覆蓋在固體LSF襯底上的熔融LiBr層組成。
3）表征和從頭算分子動力學模擬結果表明，LSF上形成的過氧化氫物種與熔融的LiBr反應生成活性原子BR，作為C─H鍵活化的反應中間體。同時，熔融的LiBr抑制了非選擇性二氧化碳的生成，丁二烯的產率為42.5%。
該氧化還原催化劑的設計策略可以推廣到異丁烷轉化制異丁烯等其他低碳烷烴的CL-ODH反應中，為烯烴生產提供了一種通用的途徑。
Yunfei Gao, et al, Alkali metal halide–coated perovskite redox catalysts for anaerobic oxidative dehydrogenation of n-butane, Sci. Adv. 8, eabo7343 (2022)
DOI: 10.1126/sciadv.abo7343
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7343
3. Nature Commun.：耐CO的RuNi/TiO2催化劑用于粗氫的儲存和純化
通過合適的有機底物的催化氫化來儲氫有助于提高氫能的體積密度。在這方面，利用更便宜的工業粗氫來實現儲氫的目標將顯示出經濟上的吸引力。然而，因為粗氫中的CO雜質即使是痕量也能容易地使金屬活性位點失活，所以這種方法還尚未實現。近日，北京大學馬丁教授，華東理工大學Sheng Dai開發了一種具有一氧化碳甲烷化和甲苯加氫性能的強大RuNi/TiO2催化劑，將粗氫儲存和純化的概念變為現實。
本文要點：
1）研究人員采用等濕浸漬法制備了負載型Ru、Ni和雙金屬RuNi催化劑，分別記為2Ru/TiO2，5Ni/TiO2，2RuxNi/TiO2（0.5≤x≤8）。
2）以粗氫（0.5%CO/H2，v/v）和甲苯蒸氣（WHSV =1.4 h?1）為原料，優化后的催化劑在反應24h內可保持60%以上的甲基環己烷收率，并使出口氫氣中CO濃度降至0.01%。
3）結合原子分辨顯微鏡和光譜研究，研究人員認為RuNi/TiO2催化劑種形成的緊密耦合的Ru-Ni團簇是同時實現兩條分離的加氫反應路徑的關鍵。基于它們不同的結合性質，Ru和Ni分別作為CO甲烷化和甲苯加氫的活性中心。
Wang, Z., Dong, C., Tang, X. et al. CO-tolerant RuNi/TiO2 catalyst for the storage and purification of crude hydrogen. Nat Commun 13, 4404 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-32100-x
https://doi.org/10.1038/s41467-022-32100-x
4. Nature Commun.：有機共價改性提高TaS2的熱電性能
有機半導體作為一種新型的熱電材料，由于其分子多樣性、無毒、易加工等優點而備受關注。通過共價修飾將側鏈引入到二維（2D）過渡金屬二鹵化物（TMDs）中，導致其導熱系數顯著降低。近日，中科院化學研究所Jian Zheng，Xue ping Cui，國科大Xinghua Zheng展示了一種簡單的共價修飾策略，它不依賴于邊界或缺陷。
本文要點：
1）實驗中使用的單晶為2H-TaS2。將有機基團(叔丁基異氰酸酯)直接共價鍵合到2D TMDS單晶（TaS2）上，形成側鏈共價修飾的有機/無機雜化結構，簡稱SCCM-TaS2。
2）該方法可用于對層狀大塊單晶進行深入晶格的有機共價改性。這是一種均勻的、無損的共價修飾方法，沒有邊界和缺陷的形成。
3）所得到的有機/無機雜化結構具有良好的穩定性。在443 K時，由于側鏈效應，熱導率顯著降低，顯著改善了ZT?？偟膩碚f，帶有側鏈的有機雜化技術可以有效地增強聲子散射，提高TMDs材料的ZT值。
這一策略也可以推廣到其他層狀材料，如Bi2Se3、TiS2和SnSe2。
Wang, S., Yang, X., Hou, L. et al. Organic covalent modification to improve thermoelectric properties of TaS2. Nat Commun 13, 4401 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-32058-w
https://doi.org/10.1038/s41467-022-32058-w
5. Angew: 非富勒烯受體的中央單元氟化實現效率超過18%的高效有機太陽能電池
受體末端的鹵化物已被證明可以顯著提高有機太陽能電池 (OSC) 的功率轉換效率 (PCE)。盡管研究很少，但如果在最先進的 Y 系列受體的中心單元上應用鹵化，也可以預期類似的顯著結果，因為中心單元已被證明顯著影響分子堆積。南開大學陳永勝，Zhaoyang Yao以及東華大學Zaifei Ma等人設計合成了一對受體CH6和CH4，其特征在于具有/不具有氟化的共軛擴展控制吩嗪中央單元。
本文要點：
1）CH6上的額外氟化導致增強的分子相互作用和結晶度、優異的纖維狀網絡形態和改進的共混膜中的電荷產生/傳輸，因此與CH4的16.49%相比，基于CH6的二元OSC的PCE更高，為18.33% 。
2）該工作為Y系列分子的進一步結構優化提供了不錯的平臺，以提供性能更好的OSC，并揭示了氟化對中心單元的有效性。
Chen, H., et al, Central Unit Fluorination of Non-Fullerene Acceptor Enables Highly Efficient Organic Solar Cells with Over 18% Efficiency. Angew. Chem. Int. Ed..
DOI：10.1002/anie.202209580
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209580
6. Angew：具有多個氧化還原中心的單晶配位聚合物作為高性能鋰離子電池正極
配位聚合物可以同時利用過渡金屬氧化還原和有機配體氧化還原，因此可以作為具有多個氧化還原中心的正極，用于高性能鋰離子電池（LIBs）。近日，華南理工大學Lei Zhang提出了由氯冉酸(CA)的羰基配體配位的Cu2+組成的氯冉酸銅(II)作為具有高容量和高電壓的改進配位聚合物正極。
本文要點：
1）研究發現，CA配體具有較輕的重量和兩個氧化還原活性羰基，用于提供高容量。Cu2+/1+氧化還原位于3.0 V左右，可維持高電壓。同時，Cu2+和CA2–交替排列，通過CuO4正方平面配位形成鏈狀結構，進一步堆積成層狀結構的單晶。所得到的具有單晶性質和層狀結構的CuCA允許具有0.27 eV的低擴散勢壘的高效Li+存儲。此外，有機配體和過渡金屬離子之間的π–d共軛能夠促進沿著CuCA鏈的電子轉移，導致具有0.167 eV的小帶隙的高電子電導率。
2）所開發的CuCA在基于聚碳酸亞丙酯(PPC)聚氧化乙烯(PEO)-雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鋰(LITFSI)-氧化鋁(Al2O3)的準固態電解質中實現了出色的電化學性能，特別是基于3.0 V下Cu2+/1+氧化還原的多個氧化還原中心和2.3 V和2.0 V下每個CA2-配體中的兩個羰基的50 mA g-1下297.0 mAh g-1的高放電容量，160.6 mAh g-1的高倍率容量，是一種極具吸引力的高性能LIBs正極材料。
這項工作為合理開發用于LIBs的高性能配位聚合物正極開辟了一條新的途徑。
Yuwen Luo, Jinlong Liu, and Lei Zhang, A Monocrystalline Coordination Polymer with Multiple Redox Centers as a High-Performance Cathode for Lithium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202209458
https://doi.org/10.1002/anie.202209458
7. AM：燒結過程中非常規晶粒收縮顯著提高PbTe的熱電性能
納米結構工程是在電池、太陽能電池、熱電等領域定制性能的關鍵策略。然而，受顆粒粗化的限制，納米結構效應在材料的制造和使用過程中逐漸退化。近日，南方科技大學何佳清教授，南京理工大學Biao Xu，Liangwei Fu采用簡單的溶劑熱法制備了尺寸均勻的Pb1-xSbxTe納米立方體，并將其作為模型系統。在此基礎上，提出了Pb0.98Sb0.02Te樣品在燒結過程中晶粒收縮的解理斷裂策略。
本文要點：
1）與不含Sb的PbTe樣品中的潔凈晶界相反，Pb0.98Sb0.02Te樣品中的晶界填充有細長晶粒(25±5 nm)，這些晶粒與附近的粗大晶粒(200-300 nm)具有相同的成分，但取向不同。有趣的是，密集的位錯聚集在Pb0.98Sb0.02Te樣品的細長和粗大晶粒之間的界面周圍。這種新穎的分級晶界結構改善了電子輸運并有效散射聲子以將Pb0.98Sb0.02Te的κlat降低至0.37 W·m-1·K-1，接近非晶極限(0.36 W·m-1·K-1)。
2）研究人員最后在815 K時在Pb0.98Sb0.02Te樣品中實現了約1.9的ZTmax，這是n型PbTe的最高ZTmax之一。更重要的是，Pb0.98Sb0.02Te晶粒的尺寸和熱電性能在多次重復測試后幾乎保持不變，證明了分級晶界的熱穩定性及其在熱電器件中的潛在應用，這也得到了器件測試的證實。
Pengfei Xu, et al, Dramatic Enhancement of Thermoelectric Performance in PbTe by Unconventional Grain Shrinking in Sintering Process, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202202949
https://doi.org/10.1002/adma.202202949
8. AM：原子級均質 Ru-Cu 合金納米粒子高效NRR
釕 (Ru) 是氮還原反應 (NRR) 電催化劑最廣泛使用的金屬，因為其具有相對較高N2吸附強度以實現連續反應。最近，據報道，均質的 Ru 基金屬合金，如 Ru-Rh、Ru-Pt 和 Ru-Co 可以顯著提高對氨 (NH3) 的選擇性和形成速率。然而，金屬組合僅限于幾種與Ru混溶的金屬，盡管各種不混溶組合顯示出高 NRR 性能的巨大潛力。近日，韓國科學技術高等研究院 (KAIST) Hee-Tae Jung，Hyeonsu Jeong，Yousung Jung等合成了均質 Ru-Cu 合金納米粒子 (Ru-Cu NPs) ，并用做高效的 NRR 電催化劑。
本文要點：
1）在三維 (3-D) 纖維素/碳納米管 (CNT) 海綿上使用碳熱沖擊 (CTS) 方法使不混溶的 Ru 和 Cu 在原子尺度上以高納米顆粒（NPs）密度均勻混合。
2）理論計算研究表明，均勻混合的Ru-Cu NPs通過抑制質子吸附和強N2結合能力促進*NNH的形成，表現出選擇性NRR。使用 3-D 纖維素/CNT 海綿基底形成高密度的均質 Ru-Cu NPs，可在每個區域誘導大的催化位點，以實現高效的 NRR。
3）纖維素/CNT 海綿上的 Ru-Cu 均質 NPs 合金表現出高的選擇性和 NH3 形成率，分別為 ~31% 和 -73 μmol/h/cm2。這是現有 Ru 基合金金屬組合中選擇性和 NH3 形成率的最高值。
該工作為使用 CTS 方法將各種均質合金應用于高性能電催化 NRR 提供了可行的見解。
Chansol Kim, et al. Atomic-Scale Homogeneous Ru–Cu Alloy Nanoparticles for Highly Efficient Electrocatalytic Nitrogen Reduction. Adv. Mater., 2022
DOI: 10.1002/adma.202205270
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205270
9. AM：用螯合配體調節鋅離子溶劑化化學實現穩定的水系鋅負極
改變水合鋅離子的溶劑化鞘是穩定鋅負極以獲得實用的水系鋅離子電池的有效策略。然而，目前關于合理設計的關鍵點仍然不清楚，包括溶劑分子的性質如何內在地調節鋅離子的溶劑化結構?；诖?，天津大學楊全紅教授，Chen Zhang提出了一個穩定常數作為選擇電解質中配體的通用標準，以提高鋅負極的穩定性。
本文要點：
1）這個穩定常數(K)是配合反應的平衡常數，反映了配體與溶劑化離子之間的結合強度，代表了配合物的穩定性。通常，K值越大，配位化合物越穩定。在使用庫侖效率(CE)測量和線性極化實驗篩選一系列配體后，發現乙二胺四乙酸(EDTA)在所有選擇的配體中具有最高的K值，并且通過完全取代[Zn(H2O)6]2+中的水合H2O分子而與Zn離子強烈溶劑化。
2）密度泛函理論（DFT）結果表明，溶劑化的EDTA-Zn優先吸附在負極表面，阻止了鍍鋅過程中H2O分子的聚集，防止了界面水對負極的腐蝕。此外，鋅離子需要克服高能壘才能從EDTA-Zn配合物中釋放出來，并在負極上沉積鋅。由于EDTA-Zn配合物的穩定性比其它Zn-配體配合物的穩定性高，這產生了稍高的成核過電位，引導更均勻的Zn沉積。
3）結果表明，EDTA-Zn負極在5 mA cm-2的高電流密度下具有超過3000 h的高穩定性。通過將該負極與釩酸銨（NH4V4O10，NVO）正極結合，全電池具有穩定的循環性能，800次循環后容量保持率為68.3 %，每次循環容量衰減僅為0.04 %。
這項工作給出了通過調節離子溶劑化化學來穩定鋅負極的一般原理，即K值決定了Zn2+與通常有害的H2O或其他配體添加劑的競爭性溶劑化。具有不同K值的配體的使用極大地影響鋅離子的螯合-吸附-釋放過程，并因此導致鋅負極的不同腐蝕電流密度和成核過電位。
Rongwei Meng, et al, Tuning Zn-ion Solvation Chemistry with Chelating Ligands towards Stable Aqueous Zn Anodes, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202200677
https://doi.org/10.1002/adma.202200677
10. AEM：碳熱沖擊合成高熵氧化物催化劑：動態結構和化學重構提高OER催化活性和穩定性
混合過渡金屬(TM)催化劑在電催化水分解方面顯示出巨大的前景。傳統的納米材料合成受到室溫平衡和Ostwald熟化的強烈制約。超快的溫度循環能夠合成高熵合金納米顆粒的亞穩定金屬相，這些納米顆粒在水溶液中使用后可以轉化為氧化物/氫氧化物納米顆粒。近日，麻省理工學院李巨教授利用快速焦耳加熱和淬火的方法在碳纖維上原位合成了非貴金屬高熵氧化物（HEO）催化劑。
本文要點：
1）與貴金屬IrO2催化劑相比，不同組成的(FeNiCoCrMnV)HEO納米顆粒對析氧反應(OER)具有更高的催化活性。合成的HEO也表現出比IrO2催化劑高兩個數量級的穩定性，這是由于通過OER過程激活的碳化物與襯底更強的親和力所致。
2）研究發現，合金元素Cr、Mn和V通過促進具有催化活性的TM（Fe、Ni和Co）的不同氧化狀態而影響OER活性。不太穩定的元素（Mn、V和Cr）的溶解導致OER活性的增強。此外，在OER條件下，HEO氧化物納米顆粒的動態結構和化學擾動被激活，通過形成混合的單原子催化劑和超細的氫氧化物納米粒子HEO，增加了ECSA。
Ali Abdelhafiz, et al, Carbothermal Shock Synthesis of High Entropy Oxide Catalysts: Dynamic Structural and Chemical Reconstruction Boosting the Catalytic Activity and Stability toward Oxygen Evolution Reaction, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202200742
https://doi.org/10.1002/aenm.202200742
11. AEM：Mg親鈉晶種的原位電鍍和氟化鈉保護層的形成助力高性能鈉金屬負極
鈉金屬電池由于其高能量密度、低氧化還原電位和廉價的材料價格，被認為是下一代儲能裝置的有前途的候選材料。然而，Na金屬負極通常表現出眾所周知的問題，包括活性Na損失的逐漸增厚的界面和具有安全隱患的不可控Na金屬枝晶生長。近日，澳大利亞伍侖貢大學Yun-Xiao Wang，Chao Wu，溫州大學侴術雷教授，武漢大學Yuliang Cao報道了一種通過水熱組裝和熱還原制備錨定有MgF2納米晶的RGO氣凝膠的簡單方法。
本文要點：
1）具有3D導電骨架和豐富多孔結構的氣凝膠結構降低了局部電流密度，并提供了互連的空隙空間以容納Na金屬的沉積。此外，MgF2組分在實現非枝晶和高度可逆的鍍鈉/剝離中起著關鍵作用。在第一次鍍Na的初始階段，MgF2納米晶體可以轉化成Mg(成核位置)和NaF(固體電解質界面)。這種Mg親鈉晶種保證了均勻的鈉成核和生長。同時，富含NaF的保護層隨著鍍覆/剝離循環而發展，這抑制了Na枝晶生長并防止了持續的電解質耗盡。
2）MgF2@RGO氣凝膠作為多功能主體來調節Na金屬的均勻沉積，使得Na負極具有高度穩定的循環穩定性。進一步，限制在MgF2@RGO氣凝膠主體中的鈉金屬負極和Na3V2(PO4)3 (NVP)正極相結合的鈉金屬全電池提供了增強的循環穩定性和倍率性能，表明其具有巨大的實際應用潛力。
Lingfei Zhao, et al, In Situ Plating of Mg Sodiophilic Seeds and Evolving Sodium Fluoride Protective Layers for Superior Sodium Metal Anodes, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202200990
https://doi.org/10.1002/aenm.202200990
