1. Nature：鈣鈦礦-BiVO4柔性人工樹葉器件制備太陽燃料
將光吸收結構和催化劑集成到同一個器件構建的光電化學人工樹葉能夠顯著的降低太陽能燃料的生產成本，但是目前的催化劑和材料沉積技術限制了器件的大規模化，而且當使用易碎或者較大的塊體材料將影響這種器件的運輸和部署。有鑒于此，劍橋大學Erwin Reisner等報道通過使用薄層柔性基底以及修飾碳基保護層，搭建質量非常輕的人工樹葉器件，實現了優異的光催化分解水和還原CO2性能。
本文要點：
1）在0.1個太陽光照射條件，以鉛基鹵化物鈣鈦礦作為光陽極，擔載于修飾銦錫氧化物涂層的聚對苯二甲酸乙二醇酯基底，使用Pt作為催化劑，實現了4266 μmol g-1 h-1的制氫性能，當使用Co催化劑分子修飾光陽極進行CO2光化學還原，反應產物的CO:H2選擇性達到7.2。這種質量非常輕的鈣鈦礦-BiVO4光電器件的太陽能制備氫效率、太陽能制CO效率分別為0.58 %和0.053 %。
2）這個工作通過質量非常低的樹葉光電器件實現了光電催化分解水和合成氣，通過將傳統的玻璃基底替換為柔性薄膜基底，這種人工樹葉的單位質量催化活性顯著提高，并且通過大規模制備技術能夠生成低于100 mg cm-2的獨立的漂浮樹葉，當構建面積達到100 cm2的器件仍保持非常高的產率。通過鈣鈦礦光陽極與高活性光催化劑集成緊湊的光電器件，在低光照條件CO2還原反應實現了較高的選擇性。這種概念性的器件為池塘/海洋等開放空間水源中進行太陽能制備燃料提供可行和幫助。
Andrei, V., Ucoski, G.M., Pornrungroj, C. et al. Floating perovskite-BiVO4 devices for scalable solar fuel production. Nature 608, 518–522 (2022)
DOI: 10.1038/s41586-022-04978-6
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04978-6
2. Science：多氟化物低溫降解
全氟化物/多氟化物PFAS（Per- and polyfluoroalkyl substances）分子是一種持久性存在、能夠在生物體內累積的水溶性污染物，人們發現水源中的全氟化物/多氟化物的濃度足以對人類健康產生危害。目前人們降解PFAS分子的方法主要是通過非選擇性的降解機理進行。有鑒于此，西北大學William R. Dichtel、加州大學洛杉磯分校K. N. Houk等報道發現一種通過氫氧化鈉輔助脫氟的方法，這種方法在非質子的極性溶劑中將PFAS分子降解，分解過程通過反應活性多氟烷基自由基中間體，在24 h內能夠以78~100 %的轉化率將分子中的氟原子轉化為氟離子。
本文要點：
1）脫氟反應的機理與常見的單碳鏈縮短機制（one-carbon-chain shortening mechanisms）并不一致，作者通過計算化學鑒定了反應的路徑機理，并且通過實驗進行驗證。除了直鏈分子，支狀全氟烷基醚羧酸以及其他類型PFAS分子可能同樣以類似的方式降解，而且可能拓展至活化其他種類的極性基團。
2）與其他降解PFAS的方法相比，本文的方法對氟烴底物分子實現了選擇性降解能力，表現較高的氟離子回收，反應生成的副產物較少，而且能夠在非常溫和的條件進行反應。
Brittany Trang, et al, Low-temperature mineralization of perfluorocarboxylic acids, Science 2022, 377 (6608), 839-845
DOI: 10.1126/science.abm8868
www.science.org/doi/10.1126/science.abm8868
3. Nature Catalysis：通過電催化Fenton實現陰極、陽極雙電極甘油轉化
通過甘油等生物質衍生物的電化學增值生成高價值化學品，能夠為利用生物質原料、以及化學品制備過程的脫碳提供一種具有持久性的路線和方法。但是目前人們主要通過電化學陽極氧化的方式進行甘油的增值化反應，該過程中伴隨著在陰極生成氫氣。有鑒于此，威斯康星大學麥迪遜分校金松、J. R. Schmidt等報道一種電化學陰極方法進行甘油的增值化，作者基于相關實驗發現的NiSe2在酸性電化學合成H2O2具有高選擇性和穩定性的優勢，通過電化學-Fenton反應過程在NiSe2電極生成C3氧化產物。
本文要點：
1）作為一種概念性的實驗，通過仔細的控制電化學-Fenton反應生成羥基自由基過程，能夠在NiSe2陰極和Pt陽極上都進行電化學甘油增值化反應，實現了以高選擇性生成高附加值的C3產物，在較低的能量輸入條件實現了較高的甘油催化轉化。
2）電化學甘油催化轉化體系能夠在較小的偏壓條件工作（<0.2 V），而且通過理論預測發現通過進一步優化，電化學催化體系能夠在無偏壓條件工作。這項研究工作為電化學Fenton過程與陽極氧化反應之間建立線性匹配提供機會，為電化學生物質增值化提供經驗和幫助。
Sheng, H., Janes, A.N., Ross, R.D. et al. Linear paired electrochemical valorization of glycerol enabled by the electro-Fenton process using a stable NiSe2 cathode. Nat Catal 5, 716–725 (2022)
DOI: 10.1038/s41929-022-00826-y
https://www.nature.com/articles/s41929-022-00826-y
4. Nature Mater：共軛聚合物框架材料膜實現快速水分子凈化傳輸
發展能夠阻止溶質傳輸同時允許水分子快速傳輸的膜具有非常重要的意義。設計這種性能優異的膜需要從分子水平進行微結構設計，從而能夠保證精確的分子篩選能力的同時具有較高的水流量。有鑒于此，阿卜杜拉國王科技大學韓宇(Yu Han)、Vincent Tung、Ingo Pinnau、新加坡國立大學Jianwen Jiang等報道設計并通過化學氣相沉積法合成了超薄（~1 nm）的規則共軛聚合物骨架結構材料薄膜CPF，并考察這種分離薄膜的性能。
本文要點：
1）這種CPF膜具有規則的尺寸為10.3×3.7 ?的菱形亞納米通道，分離性能與通過材料堆疊排列實現分離功能的碳納米管或石墨烯膜不同。
優化的CPF膜的在混合離子的高鹽溶液通過滲透壓進行分離，H2O/NaCl分離選擇性達到~6900，水的滲透性能達到~112 mol m-2 h-1 bar-1，對鹽的阻礙選擇性達到>99.5 %。
2）通過分子動力學模擬，發現水分子能夠通過在疏水性通道中形成連續的三維網絡在膜材料快速和整體的穿透。這種規則CPF薄膜材料為設計具有精確分子分離功能的新型碳基薄膜材料提供經驗。
Shen, J., Cai, Y., Zhang, C. et al. Fast water transport and molecular sieving through ultrathin ordered conjugated-polymer-framework membranes. Nat. Mater. (2022)
DOI: 10.1038/s41563-022-01325-y
https://www.nature.com/articles/s41563-022-01325-y
5. Nature Mater：原位觀測高倍率Li電池的單顆粒充電動態變化
理解電池在真實操作過程中的離子插層和電池降解機理，是實現和提高最新發展的高倍率電池電極材料性能的關鍵。有鑒于此，劍橋大學Clare P. Grey、Akshay Rao、Christoph Schnedermann等報道通過實驗室原位光學散射顯微鏡方法研究微米尺寸的柱狀Nb14W3O44顆粒陽極材料在高倍率充放電循環過程的工作情況。
本文要點：
1）通過比較XRD信號，直接的觀測發現顆粒的伸長；通過對單個顆粒在電池工作過程中狀態和帶電荷情況的變化進行研究，發現在單個顆粒內部，由于隨電荷狀態呈現連續變化的散射強度，能夠直接觀測非平衡動力學相分離現象。
2）通過相場建模（由脈沖梯度場NMR、電化學實驗結果）實驗說明相分離的動力學機理，相分離來自隨著攜帶電荷量有關的Li離子擴散系數。通過這種非平衡狀態的相分離導致顆粒在高倍率條件進行脫Li的過程中碎裂，尤其是在尺寸較長的顆粒更加明顯，并且可能導致其中的碎片在隨后的電池循環過程中變成電化學斷開狀態。
本文研究結果展示了光學散射顯微成像技術的優勢。與現有表征技術難以表征的缺點對比，光學散射顯微成像技術能夠追蹤快速的非平衡動力學過程。
Merryweather, A.J., Jacquet, Q., Emge, S.P. et al. Operando monitoring of single-particle kinetic state-of-charge heterogeneities and cracking in high-rate Li-ion anodes. Nat. Mater. (2022)
DOI: 10.1038/s41563-022-01324-z
https://www.nature.com/articles/s41563-022-01324-z
6. Nature Commun.：共摻多孔碳納米纖維作為金屬鉀載體用于非水系鉀離子電池
在未來的電化學儲能系統中，鉀（K）金屬是一種極具吸引力的堿金屬負極材料，有望取代鋰金屬。然而，循環過程中鉀枝晶的不可控生長和體積的變化嚴重阻礙了其應用。近日，華中科技大學謝佳教授開發并表征了一種具有單分散的二元活性中心以及N和Zn團簇的層次化多孔碳納米纖維（MSCNFs）。
本文要點：
1）一系列的電化學測試、計算分析和原位/非原位表征表明，這種多孔主體與含鋅的二元親鉀中心一起具有以下優點：(1)高親鉀性，導致K原子較好地成核；(2)重量輕，為高K金屬提供充足的容納空間；(3)有效地誘導均勻的電場和平滑的鍍鉀。
2）結果表明，采用快速熱浸漬（1s達到1cm2）工藝可制備出高K負載量(97 wt.%)和高比容量(以銅箔為正極，首次循環為667 mA h g?1，0.05mA cm?2)的MSCNF-K復合負極。在對稱電池和K-S和K-PPB全電池測試中，所制得的MSCNF-K電極也保持了良好的倍率性能和循環穩定性。
Li, S., Zhu, H., Liu, Y. et al. Codoped porous carbon nanofibres as a potassium metal host for nonaqueous K-ion batteries. Nat Commun 13, 4911 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-32660-y
https://doi.org/10.1038/s41467-022-32660-y
7. Nature Commun.：納米工程化順鉑遞送系統能夠在動物模型和口腔癌患者中誘導抗腫瘤反應
盡管口腔鱗狀細胞癌(OCSCC)的治療取得了一系列重要的進步，但目前OCSCC仍是一種難以治愈的疾病。以鉑為基礎的全身化療往往會導致劑量限制性毒性(DLT)，并影響生活質量。PRV111是一種基于納米技術的系統，可用于局部遞送順鉑殼聚糖顆粒，其能夠穿透腫瘤組織和淋巴通道，并同時避免體循環和毒性。有鑒于此，麻省理工學院Manijeh Goldberg、芝加哥大學Evgeny Izumchenko和Nishant Agrawal1在口腔癌動物模型中評估了PRV11的效果，并隨后在OCSCC患者中進行了臨床實驗。
本文要點：
1）與靜脈、腹腔或瘤內給藥相比，PRV111可使得順鉑在腫瘤中的保留量升高，而不會提高全身藥物水平。研究表明，PRV111能夠在皮下和原位腫瘤模型中產生強大的抗腫瘤反應，并使得致癌物誘導的癌前病變完全消退。在一項1/2期、開放標簽、單組試驗(NCT03502148)中，新佐劑PRV111能夠產生顯著的療效(腫瘤體積縮小≥30%)以及保持良好的安全性，在~7天內使得腫瘤縮小69%，有效率超過87%。
2）實驗結果表明，PRV111不會產生DLT或與藥物相關的嚴重不良事件，且治療6個月內未見局部復發。綜上所述，該研究表明將PRV111與當前的護理標準相結合可以顯著提高OCSCC患者的生存率和健康狀況。
Manijeh Goldberg. et al. A nanoengineered topical transmucosal cisplatin delivery system induces anti-tumor response in animal models and patients with oral cancer. Nature Communications. 2022
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31859-3
8. Joule: 應變對混合鹵化物鈣鈦礦相穩定性的影響
全球對能源的需求正在增長，迫切需要充分發揮太陽能等氣候中和能源的潛力，以減少溫室氣體排放和應對氣候變化。在這方面，鹵化鉛鈣鈦礦成為高效太陽能電池的優秀候選者。然而，這些鈣鈦礦在連續光照下不穩定，會發生稱為離子遷移的過程。離子遷移會導致相位不穩定，阻礙相應設備的長期性能并阻礙商業化。與傳統半導體（例如硅）形成鮮明對比的是，它們表現出柔軟且無序的晶格，直接影響其光電特性，使其特別容易受到應變的影響。荷蘭原子與分子物理研究所納米光子學中心Bruno Ehrler等人強調了在不同長度尺度上控制鹵化鉛鈣鈦礦應變的最常見策略.
本文要點：
1）重點關注壓縮和拉伸應變如何影響離子遷移，從而影響混合鹵化物鈣鈦礦中不希望的相分離。研究人員強調減少的晶胞體積和晶格的極化率在抑制相分離中的作用。
2）最后，研究人員突出了一些關于相偏析機制的最令人費解的問題，并提出了有針對性的實驗來填補理解上的空白，并討論了利用這類材料的明顯弱點（柔軟性和相偏析）作為解決方案的潛力。
Loreta A.Muscarella et al. The influence of strain on phase stability in mixed-halide perovskites, Joule, 2022.
DOI：10.1016/j.joule.2022.07.005
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S254243512200352X#!
9. Joule: 通過離子液體溶劑化直接穩定形成甲脒基鈣鈦礦太陽能電池
甲脒三碘化鉛（FAPbI3）鈣鈦礦的直接穩定的α相形成是構建穩定高效的鈣鈦礦太陽能電池不可或缺的先決條件。然而，α相的形成受到分子添加劑的高度限制。南京工業大學陳永華等人報道了一種通過使用甲基乙酸銨 (MAAc) 離子液體在分子水平上控制前體溶液來直接制造穩定的FAPbI3鈣鈦礦α相的策略。
本文要點：
1）研究發現Ac-和Pb2+之間通過C=O···Pb 螯合的強相互作用使Pb-I 鍵松弛，從而使甲脒碘化物(FAI) 有效插入到軟Pb-I 框架中。
2）分子動力學模擬還表明，前體溶液在 I- 和 Ac-之間發生了配位交換，為FAI提供了反應位點。
3）無論濕度如何，采用一步、無反溶劑處理和空氣制備方法，相應的光伏電池表現出接近24%的效率。長期運行穩定性超過1000小時。
Lingfeng Chao, et al. Direct and stable α-phase formation via ionic liquid solvation for formamidinium-based perovskite solar cells, Joule, 2022
DOI：10.1016/j.joule.2022.07.008
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435122003555#!
10. Angew：用Operando同步輻射表征電催化氧還原中高密度Cu-N4活性中心的重構
新興的單原子中心（SAS）催化劑被認為是最有希望用于陰離子交換膜燃料電池（AEMFCs）氧還原反應（ORR）的鉑替代電催化劑。而SAS中的金屬負載直接影響整個器件的性能。近日，黑龍江大學付宏剛教授，Lei Wang采用雙氮源協同策略設計并合成了一種負載在三維氮摻雜碳納米管/石墨烯納米結構上的高密度Cu SAS（Cu-NC/GC）。
本文要點：
1）首先，用聚醚酰亞胺(PEI)對氧化石墨烯(GO)進行改性，然后與碳納米管(CNTs)形成三維網絡結構。隨后，甲酰胺和甘氨酸的雙氮源被錨定在GO-PEI-CNTs載體上，隨后與0.9 mmol Cu2+源配位。最后，對其進行冷凍干燥，然后在900 °C的惰性環境下進行熱解，以獲得Cu-NC/GC。
2）像差校正的高角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡(HAADF-STEM)結合XAS光譜證實了分散在摻氮碳載體上的負載量為5.61 wt%的Cu SAS主要是Cu-N4構型。
3）在堿性介質中，Cu-N-C/GC催化劑顯示0的高起始電位（Eonset），這比相應的單一氮源衍生的催化劑高得多。進一步組裝的H2/O2 AEMFC可以提供0.9 V的開路電壓，324 mW cm-1的峰值功率密度，以及出色的穩定性。
4）Operando XAS光譜顯示了ORR過程中Cu?N4到Cu?N4/Cu納米團簇(NC)再到Cu?N3/Cu-NC的連續結構轉變，可以調整金屬原子的d帶中心，平衡ORR速率決定步驟的競爭。
Gengyu Xing, et al, Reconstruction of Highly Dense Cu?N4 Active Sites in Electrocatalytic Oxygen Reduction Characterized by Operando Synchrotron Radiation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202211098
https://doi.org/10.1002/anie.202211098
11. ACS Nano：用于光熱轉換和成像的大面積納米纖維膜的有機電荷轉移共晶體
有機光熱材料集高效光熱轉換效應和高柔韌性于一體，在基礎研究和實際應用中產生了巨大的興趣。然而，由于復雜的設計、冗長的合成和有限的可編程襯底，它們的實際應用仍然是一個挑戰。近日，汕頭大學Ming-De Li ，蘇州大學Zuoshan Wang ，Ming-Peng Zhuo 選擇電子供體苯并呋喃和電子受體2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰基醌二甲烷(F4TCNQ)通過自下而上的方法成功制備了高性能的有機光熱材料，并通過靜電紡絲技術將其進一步引入到聚氨酯中形成納米纖維膜。
本文要點：
1）令人印象深刻的是，從冠烯到F4TCNQ的電子離域為冠烯?F4TCNQ(CF)共晶體產生了0.33 eV的窄禁帶，具有理想的近紅外吸收。飛秒瞬態吸收證實了瞬態激發態衰變經歷內轉換(IC)和電荷離解的非輻射衰變，最終返回基態。
2）由于激發 CT 狀態的非輻射轉變，CF 共晶在 15 秒的短時間內暴露于 0.276 W/cm2 功率密度的 808 nm 激光后溫度急劇升高，表明 PCE 高達 69.3%。在功率密度為 0.183 W/cm2 的激光照射下，所制備的 PU 基光熱納米纖維膜的溫度從室溫迅速升高到 52 °C，PCE 高達 53.7%。
3）此外，CF-PU 納米纖維膜在 808 nm 激光照射下表現出優異的光穩定性、耐久性和光熱性能，為大面積光熱膜的制造和光電子領域光熱成像的發展提供了一條可行的途徑。
Yu Dong Zhao, et al, Organic Charge-Transfer Cocrystals toward Large-Area Nanofiber Membrane for Photothermal Conversion and Imaging, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c06064
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c06064
12. ACS Nano：贗電容氮化釩量子點修飾的一維碳籠使高動力學兼容的鈉離子電容器
鈉離子混合電容器（SIHCs）的電池型陽極和電容型陰極之間的動力學不兼容，嚴重阻礙了其整體性能輸出。基于此，福州大學Hongbing Zhan，中科院福建物構所溫珍海研究員將一維N/F共摻碳纖維籠雜化材料(VNQDS@PCNFS-N/F)中的量子級氮化釩(VN)納米點作為獨立陽極，相應的活化N/F共摻碳纖維籠(APCNFS-N/F)作為陰極，構建了一種SIHCs器件。
本文要點：
1）VN量子點與N/F共摻雜的一維導電碳籠的強耦合有效地促進了離子/電子傳輸和插層?轉化?脫層反應，確保了快速的鈉存儲以克服上述動力學不相容。
2）此外，密度泛函理論（DFT）計算有力地表明，VNQDS@PCNFS-N/F構型中豐富的活性中心很好地促進了Na+的吸附/反應活性，從而促進了“本征”和“外在”贗電容，并進一步改善了陽極動力學。
3）組裝的SIHC器件在功率密度分別為157.1和9100 W kg?1時，可以獲得157.1和95.0 Wh kg?1的高能量密度，具有8000次以上的超長循環壽命。因此，這項工作進一步驗證了金屬離子混合電容器的動力學兼容電極設計策略的可行性。
Jun Yuan, et al, Pseudocapacitive Vanadium Nitride Quantum Dots Modified One-Dimensional Carbon Cages Enable Highly Kinetics-Compatible Sodium Ion Capacitors, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c05662
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c05662
