1. Nature Energy: 超25%效率！綠色溶液制備α-FAPbI3鈣鈦礦電池
目前鈣鈦礦薄膜的制備大多數是基于高沸點的DMSO和DMF加工的。乙醇 (EtOH) 是一種高極性、低沸點的質子溶劑，可用作無毒、綠色的沉積溶劑鈣鈦礦層。然而，雖然大多數烷基銨可以溶解含有碘化甲脒 (FAI) 的鹵化物在純 EtOH中，PbI2不溶于EtOH。因此無法使用EtOH 作為溶劑用于沉積甲脒三碘化鉛 (FAPbI3) 鈣鈦礦薄膜。因此，韓國蔚山國家科學技術研究所Sang Il Seok和Yonghui Lee等人使用EtOH作為溶劑，設計和合成一種能夠溶劑化PbI2通過路易斯酸堿相互作用，來制備穩定的FAPbI3鈣鈦礦前體。
本文要點：
1）通過共同添加特定量的二甲基乙酰胺的溶液(DMA) 和烷基氯化銨 (RNH3Cl) 在 EtOH 中，作為溶劑。形成均勻致密的FAPbI3薄膜，無需滴加反溶劑。
2）基于SnO2電子傳輸層和RNH3Cl物種的最佳組合，器件的光電轉換效率（PCE）達到 25% 以上。DMF是常規 DMF/DMSO 中的主要溶劑，而使用量相對較少的 DMA作為本研究中的絡合劑，DMSO 是一種綠色溶劑，可用作替代絡合劑。基于以上策略可以實現鈣鈦礦薄膜的綠色制備。
Yun, HS., Kwon, H.W., Paik, M.J. et al. Ethanol-based green-solution processing of α-formamidinium lead triiodide perovskite layers. Nat Energy (2022).
https://doi.org/10.1038/s41560-022-01086-7
2. Nature Materials：BiOI-BiVO4光電化學分解CO2和H2O
人們發展了能夠直接制備太陽能燃料的光電化學器件，但是通常光電化學器件面臨著浸入式吸光材料具有非常有限的穩定性問題，導致光電化學器件的實用化面臨困難和挑戰。有鑒于此，劍橋大學Erwin Reisner、Judith L. MacManus-Driscoll、帝國理工學院Robert L. Z. Hoye等報道發展了一種能夠穩定制氫超過1個星期的光電器件，這種器件將BiOI光吸收材料與高效率的氧化物材料和石墨導電膠結合，因此這種器件能夠用于制氫和CO2還原催化反應，而且導致該器件性能衰減的原因變為催化劑降解。
本文要點：
1）作者創新的設計了由多個像素點構成的光電器件，這種多像素光電器件展示了比傳統單個光電器件更加優異的光電流、起始電壓、器件穩定性。
2）這種含有多個BiOI光陰極和BiVO4光陽極的串聯光電器件能夠在無偏壓的條件穩定的進行長達240 h的水分解，而且當使用Cu92In8合金催化劑構建器件，能夠從CO2生成合成氣。
Andrei, V., Jagt, R.A., Rahaman, M. et al. Long-term solar water and CO2 splitting with photoelectrochemical BiOI–BiVO4 tandems. Nat. Mater. 21, 864–868 (2022)
DOI: 10.1038/s41563-022-01262-w
https://www.nature.com/articles/s41563-022-01262-w
3. Nature Nanotechnology：摻雜導致石墨烯/MoO3異質結的拓撲極化子變化
通過控制載流子的濃度能夠有效的引發材料的相變和調節其光電性質，此外控制載流子濃度還可以引發光子體系中光學響應的拓撲變化。有鑒于此，國家納米科學中心戴慶(Qing Dai)、Hai Hu、斯坦福大學Renwen Yu、巴塞羅那科學技術學院F. Javier García de Abajo等報道在石墨烯/α-MoO3二維異質結的混合性極化子同頻色散輪廓的拓撲變化。
本文要點：
1）通過化學調節石墨烯的摻雜量，發現由于摻雜作用影響極化子的雜化，導致等頻極化子的拓撲表面結構形狀從開放變為閉合。此外，當改變底物時，極化子的色散輪廓形狀主要表現為平坦結構，因此驗證了極化子的傳播呈現可調控的無衍射形式特點，并且能夠實現對光學輪廓拓撲結構的局部進行控制。
Hu, H., Chen, N., Teng, H. et al. Doping-driven topological polaritons in graphene/α-MoO3 heterostructures. Nat. Nanotechnol. (2022)
DOI: 10.1038/s41565-022-01185-2
https://www.nature.com/articles/s41565-022-01185-2
4. Nature Nanotechnology綜述：MOF/COF膜材料在氣體分離領域的發展
耶拿大學A. Knebel、漢諾威萊布尼茲大學J. Caro綜述報道與分子篩膜區別的MOF和COF膜材料在分子篩分領域的發展情況。
本文要點：
1)由有機-無機組分形成的MOF復合材料和全部為有機成分構成的COF膜材料具有強大的氣體分離功能，在目前的氣體分離膜領域起到突破性的進展。與分子篩不同，人們不僅能夠在膜擔載基底上生成純MOF和COF，而且能夠與聚合物混合形成聚合物-填料復合材料。目前人們成功的合成了超過100000種不同結構的量身定制的MOF和COF材料，而且通常在低于100 ℃抽真空處理就能夠活化多孔結構。
2)人們報道了多種多樣的MOF/COF膜合成方法，比如溶劑熱合成、晶種介導生長、反擴散（counterdiffusion）等，其中逐層浸漬和噴涂，化學和物理氣相沉積，電化學生長等方法具有大規模化的前景。
此外，人們合成了具有電場或者光等外部物理刺激響應的膜材料，這種膜的優勢在于能夠對刺激作用產生響應能力，為性能無法令人滿意的分子分離材料打開全新的領域方向。
3)能夠可控進行氣體穿透的膜材料是MOF/COF材料的另一個性質，能夠實現自適應能力的分離過程。MOF/COF離子對于聚合物非常適配，因此能夠搭建混合膜。但是這些膜材料并不是簡單的MOF-聚合物混合物，其中包括交聯或者表面修飾等聚合物-MOF/COF填料相互作用。
Knebel, A., Caro, J. Metal–organic frameworks and covalent organic frameworks as disruptive membrane materials for energy-efficient gas separation. Nat. Nanotechnol. (2022)
DOI: 10.1038/s41565-022-01168-3
https://www.nature.com/articles/s41565-022-01168-3
5. Nature Nanotechnology：MOF衍生多孔碳實現高性能太陽能集水體系
通過太陽能驅動的吸附方式進行集水AWH（atmospheric water harvesting）為干旱地區面臨的淡水危機提供一種解決方案，構建每天能夠實現多重水分吸附-脫附循環的AWH器件實現提高集水效率是解決人們水源需求的關鍵。但是由于在吸附劑的被動式水收集過程中，水分子的吸附-脫附動力學比較緩慢，導致發展具有快速水分吸附-脫附循環的AWH器件具有非常大的挑戰。有鑒于此，南京大學朱嘉、徐凝等報道基于MOF衍生化得到的納米多孔碳作為水分吸附材料，實現了快速的水分吸附動力學和優異的光熱性能，因此構建高產量的AWH器件。
本文要點：
1)通過降低擴散阻礙，在優化結構的AWH器件（吸附位點占比達到40 %、~1 nm孔）實現了優異的水分子吸附動力學。此外，由于優異的太陽能生熱功能和較高的導熱性能，這種碳基吸附材料還具有快速水分子脫附動力學。這種納米多孔碳基AWH器件的快速循環集水器能夠在一個模擬太陽光條件和30 % RH相對濕度實現0.18 L kgcarbon-1 h-1的集水性能（水吸附的時間為45 min，在一個模擬太陽能10 min脫附水分）。
2)這種設計策略為發展高產率的高性能生產干凈水體系的太陽能驅動AWH器件提供幫助。這種方法對多種多樣的碳材料具有普適性，能夠為將更多MOF衍生的納米材料用于集水。
Song, Y., Xu, N., Liu, G. et al. High-yield solar-driven atmospheric water harvesting of metal–organic-framework-derived nanoporous carbon with fast-diffusion water channels. Nat. Nanotechnol. 17, 857–863 (2022)
DOI: 10.1038/s41565-022-01135-y
https://www.nature.com/articles/s41565-022-01135-y
6. Nature Nanotechnology：垂直方向電場調節二維半導體能帶
人們發現對原子層厚度的薄層半導體垂直方向電場能夠調節半導體的電子能帶結構，比如通過垂直方向電場，能夠在本征能帶為0的雙層石墨烯中打開形成一定的能帶。但是，目前人們無法通過相同的機理打開其他二維材料的能帶，這是因為目前器件無法達到所需的電場強度。有鑒于此，日內瓦大學Alberto F. Morpurgo等報道為了解決這個局限性，設計了一種雙重離子門控晶體管器件（double ionic gated transistors），能夠形成高達3 V nm-1的電場強度。通過這種器件，能夠實現連續性的抑制少層半導體過渡金屬層狀化合物WSe2（雙層-七層）的帶隙，將半導體帶隙的數值從1.6eV降低至0 eV。
本文要點：
1）通過對少層二維WSe2的垂直方向施加較強的電場（接近3 V nm-1），實現了對高達1.6 eV半導體能帶進行淬滅。這項工作展示了控制二維半導體材料能帶的一種好方法。
2）這種在二維半導體材料以可逆的方式施加強電場的性質對于未來的研究具有廣闊的應用前景。因為目前相當多的理論計算研究結果預測，當對原子層厚度晶體加入與本實驗強度類似的電場，能夠顯著的調節原子層厚度材料的電子性質。比如，TMD以及其他二維材料的拓撲結構轉變、調節vdW材料以及vdW材料異質結的磁各向異性/磁激子的拓撲電荷/控制電子結構等。但是目前這些理論預測結果還沒有引起學術界的研究興趣，因為這種研究需要使用比目前實驗中常用強度高一個數量級的電場強度。
這項研究解決了可控電場強度的問題，為實驗探索大量未知的電子性質提供機會和可行。
Domaretskiy, D., Philippi, M., Gibertini, M. et al. Quenching the bandgap of two-dimensional semiconductors with a perpendicular electric field. Nat. Nanotechnol. (2022)
DOI: 10.1038/s41565-022-01183-4
https://www.nature.com/articles/s41565-022-01183-4
7. Nature Nanotechnology：外延生長法合成單層“馬賽克”二維材料異質結
控制二維異質結的生長對于研究奇異物理現象和發展新型器件非常關鍵，但是目前合成二維異質結材料仍具有較大的挑戰。有鑒于此，湖南大學段曦東等報道設計合成方法制備單層二維材料的“馬賽克”型異質結。通過激光圖案化的方法和各向異性熱化學刻蝕技術構建周期性的三角形孔，這種方法能夠精確的控制孔的尺寸和原子級的干凈邊界，這種邊界可以作為模板進行外延生長其他二維晶體，從而得到具有原子級異質結界面的單層異質結。
本文要點：
1)通過系統的微結構研究和光譜表征，作者發現馬賽克型異質結中表現周期性變化的化學組成、晶格應力、電子能帶結構。
2)這種精確控制合成單層馬賽克型異質結的方法為調節原子層二維晶體的能帶結構、在空間上調節二維晶體的輪廓提供機會，為研究和發展由二維異質結材料組成的復雜結構器件和集成電路提供平臺。
Zhang, Z., Huang, Z., Li, J. et al. Endoepitaxial growth of monolayer mosaic heterostructures. Nat. Nanotechnol. 17, 493–499 (2022)
DOI: 10.1038/s41565-022-01106-3
https://www.nature.com/articles/s41565-022-01106-3
8. Nature Catalysis：旋轉圓盤電極、膜電極表征電催化劑的異同
燃料電池以及電解水技術是具有價格競爭性的技術，為了實現其大規模應用，發展高效率的氫氣氧化/制氫/氧還原/制氧電催化劑非常重要的工作。通常測試電催化劑的催化活性和耐久性需要使用旋轉圓盤電極（RDE）或者膜電極（MEA）。RDE是一種快速和廣泛使用的技術，MEA通常比較復雜，但是MEA的測試條件更加接近實際情況。
有鑒于此，慕尼黑工業大學Hany A. El-Sayed等總結了目前研究電催化劑性能和耐久性的普適性測試技術，并且比較了RDE、MEA測試結果的區別。
本文要點：
1)通過電催化的方式制備氫氣和催化氫氣的轉化是低碳未來的關鍵技術，獲取更加經濟的氫氣和氫氣高效利用主要依賴于兩種方式：分解水、燃料電池。燃料電池和水電解槽通常在酸性/堿性電解液中工作，目前研究酸性/堿性體系電催化劑的技術和方法通常是相同的。由于目前陰離子交換膜電催化體系主要的挑戰是發展新型離子聚合物和提高聚合物的壽命，因此作者在這項綜述中主要考察質子交換膜燃料電池（PEMFC）、質子交換膜水電解槽（PEMWE）。在PEMFC中，氫氣在陽極Pt電催化劑氧化，得到電子和H+，隨后H+通過質子傳輸膜向陰極移動，電子從外電路中向陰極轉移產生電能；在PEMWE中，反應的方向與PEMFC恰好相反。
目前PEMFC和PEMWE中都需要使用昂貴稀少的Pt族金屬作為催化劑，因此發展高活性含有較少貴金屬含量的試劑級催化劑是至關重要，這需要可靠的方法評價催化劑的活性和穩定性。
2)作者總結了RDE技術適用的條件，以及如何避免對結果產生不恰當的解釋。隨后，展示了目前適用MEA方法測試氫/氧電催化劑面臨的挑戰，提出電催化劑早期發展過程中應該更多的使用MEA測試技術和方法。
Timon Lazaridis?, Bj?rn M. Stühmeier, Hubert A. Gasteiger and Hany A. El-Sayed, Capabilities and limitations of rotating disk electrodes versus membrane electrode assemblies in the investigation of electrocatalysts, Nat Catal 5, 363–373 (2022)
DOI: 10.1038/s41929-022-00776-5
https://www.nature.com/articles/s41929-022-00776-5
9. Angew：金摻雜對原子級精確銀納米團簇雙光子吸收和發光的影響
貴金屬納米團簇的組成可以進行原子級的精確控制。然而，要創建具有預定義光學性質的納米團簇，需要對其結構-性質關系進行全面描述。近日，波蘭弗羅茨瓦夫理工大學Joanna Olesiak-Banska等通過組合實驗研究和時間相關的密度泛函理論模擬 (TD-DFT) 報告了金原子摻雜對銀納米團簇的單光子和雙光子吸收 (TPA) 和發光特性的影響。
本文要點：
1）作者合成了一系列 Ag25-xAux(DMBT)18 納米團簇，其中 x=0、1 和 5-10。對于 Ag24Au1(DMBT)18，研究發現中心 Au 摻雜劑的存在強烈影響線性和非線性光學性質，增加了未摻雜銀納米團簇的光致發光量子產率和雙光子亮度。
2）將單光子和雙光子實驗研究與TD-DFT模擬進行比較，詳細理解了Au摻雜對原子級精確銀納米團簇的結構和光學特性的影響。
3）由于具有改進的雙光子吸收和發光，合成的原子級精確的 AuAg 合金可以用作穩定的發光探針，例如，用于第二生物窗口中的生物成像。
Anna Pniakowska, et al. Gold-doping effect on two-photon absorption and luminescence of atomically precise silver ligated nanoclusters. Angew. Chem. Int. Ed., 2022
DOI: 10.1002/anie.202209645
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209645
10. Angew：作為鋰硫電池硫主體的高熵普魯士藍類似物及其氧化物家族
在鋰硫（Li-S）電池材料領域中，將高熵引入普魯士藍類似物（PBAs）尚未引起人們的關注。近日，基于五種金屬陽離子（Mn2+、Co2+、Ni2+、Cu2+和Zn2+）和K3[Fe(CN)6]，揚州大學龐歡教授開發了以水為溶劑，通過簡單的共沉淀法成功合成了從二元到高熵的16種PBAs。
本文要點：
1）在這些PBA中，研究人員選擇了四種PBA，基于X射線吸收精細結構(XAFS)光譜研究了不同金屬的引入對配位環境的影響，結合元素圖譜分析證實了所有金屬的成功引入。
2）研究人員將NiFe-、NiCuFe-、CoNiCuFe-和CoNiCuMnZnFe-PBA（HE-PBA）納米立方體用作Li-S電池的硫主體材料。LiPS吸附、原位紫外可見(UV-vis)和循環伏安(CV)測量表明，HE-PBA不僅可以作為多硫化物固定劑來增強對多硫化物穿梭效應的抑制，而且可以作為催化劑來促進多硫化物的轉化。電化學測試表明，HE-PBA-S正極具有優異的性能，在0.1C下循環200次后，容量達到570.9 mAh·g-1。
3）此外，PBA作為犧牲前驅體，可以控制從二元到六元的多種納米立方結構金屬氧化物的合成，為其他PBA衍生物的合成提供了實踐指導。
這種從共沉淀和熱解方法中獲得的廣泛的新材料可以促進PBA體系研究的進一步發展，并為硫主體材料的選擇提供有價值的參考。
Meng Du, et al, High-Entropy Prussian Blue Analogues and Their Oxide Family as Sulfur Hosts for Lithium-Sulfur Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202209350
https://doi.org/10.1002/anie.202209350
11. AM：3D打印的高模數高導電性納米結構固體聚合物電解質
先進的固態儲能設備的發展取決于找到新的方法來生產和制造可伸縮的、高模數的固態電解質，這些固態電解質可以同時提供高離子導電性和堅固的機械完整性。近日，新南威爾士大學Cyrille Boyer，Nathaniel Corrigan，Dipan Kundu報道了一種高效的一步法制備固體聚合物電解質的工藝，該固體聚合物電解質由嵌入在剛性交聯聚合物基質中的納米級離子傳導通道組成，通過數字投射3D打印。
本文要點：
1）利用可見光介導的聚合誘導微相分離方法，制備了具有高度可調納米結構的兩個化學獨立的納米結構域的材料。通過制備含有用離子液體膨脹的聚氧化乙烯結構域的材料，獲得了具有突出的室溫（22 °C）剪切彈性系數（G‘>108Pa）和離子電導率（σ）高達3×10-4 S/cm的的堅固固體聚合物電解質。
2）具有納米結構的3D打印電解質被制備成定制的幾何形狀，并應用于對稱的碳超級電容器，展示了制造的可擴展性和電解液的功能。重要的是，這些高性能材料是使用廉價的商用3D打印機按需制造的，這使得具有定制幾何形狀的固體聚合物電解質可以方便地進行模塊化設計。
Kenny Lee, et al, 3D Printing Nanostructured Solid Polymer Electrolytes with High Modulus and Conductivity, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202204816
https://doi.org/10.1002/adma.202204816
12. Nano Lett.：表面等離激元干涉的納米級谷調制
二維（2D）材料中的激子有助于開發改進的光電器件，已引起廣泛的關注。以前的報告基于直接激發，其中平面外照明投射均勻的單模光斑。然而，由于光學衍射極限，最小光斑尺寸為幾微米，抑制了納米級激子的精確操縱和控制。近日，東南大學Tong Zhang等報道了引入面內相干表面等離激元干涉（SPI）場來遠程激發和調制激子。
本文要點：
1）作者展示了六方氮化硼-二硫化鎢-六方氮化硼（hBN-WS2-hBN）異質結構谷態的最先進的遠程激發和近場調制。谷激子在耦合的金納米顆粒-微板系統中在幾納米區域內通過三束SPI處理。通過調整 SPI 相位差可以觀察到選擇性多態谷調制。
2）與平面外光相比，統一的平面內SPI表明空間體積更緊湊，并且為單個或一組設備調制提供了豐富的模式選擇。
該結果不僅為在納米級操控和編碼激子態建立了一個基本平臺，而且提供了面對全光集成谷電子芯片的新途徑用于未來的量子計算和信息應用。
Huan-Li Zhou, et al. Nanoscale Valley Modulation by Surface Plasmon Interference. Nano Lett., 2022
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01442
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c01442
