1. Chem. Rev.: 氧電催化反應下的吸附能在電催化反應中（如電解水、氫燃料電池、電化學固氮、電化學碳氧化反應等），中間體的吸附能是描述反應活性的重要描述符，它是構建催化劑結構與催化劑活性的橋梁，因此也被用于輔助理解電催化反應過程和設計高活性的催化劑體系。鑒于此，新加坡南洋理工大學劉斌團隊對氧電催化過程的吸附能進行了總結歸納。闡明了吸附能被選為描述符的來源以及將吸附能作為連接催化劑結構和活性橋梁的內建關系。如何調節吸附能來提高催化劑活性以及影響吸附能的主要因素和實驗調控策略。并對運用吸附能來設計更高活性的催化劑進行了展望。1）系統介紹了氧電催化過程中的活性描述符，闡述了催化劑結構與吸附能關系的理論體系（scaling relatinship, Activity volcano plot, BEP relationship, d-band theory）以及吸附能對催化劑活性、選擇性和穩定性的影響關系。2）列舉了獲取吸附能的方法，如DFT理論計算、電化學探測方法（醇氧化反應（AOR）、前析氧反應氧化還原峰、CO氧化、吸附劑覆蓋率）、熱力學—動力學方法、機器學習。3）總結了調控吸附能的策略，物理結構調整（吸附中間體的覆蓋度、缺陷、官能團、晶面調控、顆粒尺寸、合金效應、應力形變、摻雜、單原子催化和核殼結構）、電化學結構調整（配體作用和載體作用）4）歸納了吸附能的外部影響因素，電場影響、溶劑效應、pH、陽離子以及陰離子Junming Zhang, Hong Bin Yang, Daojin Zhou, and Bin Liu Adsorption Energy in Oxygen Electrocatalysis （2022）DOI：10.1021/acs.chemrev.1c01003https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c01003
2. Nature Commun.：采用前驅體原子化策略建立單原子催化劑庫和生產線
單原子催化劑（SACs）以其優異的催化性能引起了人們的廣泛研究興趣。然而，由于缺乏通用和可擴展的制備方法，SACs的應用仍然受到極大阻礙。近日，中山大學紀紅兵教授，北京大學馬丁教授展示了一種制備SACs的前體霧化策略，包括通過超聲霧化和隨后的煅燒將含有金屬前體的溶液液滴噴霧到載體表面上。1）以Pd1/FeOx的合成為例，硝酸四氨合鈀（[Pd(NH3)4](NO3)2, 2 .45 mmol L?1）的水溶液通過超聲波霧化器霧化成體積約為 40 μm3 的極小液滴，并以約 40 mL h-1 的速率噴在 FeOx 上，均勻分布在鐵盆上。利用紅外燈和加熱板將FeOx粉末加熱到60 °C以上，從而快速去除水分。噴霧后，仔細收集樣品，并在管式爐中于400 ℃下煅燒。2）研究人員利用這種方法適成功合成了一系列催化劑，包括具有不同金屬位和載體的19個SACs和3種SACs衍生物（單原子合金，雙原子催化劑和雙金屬SAC）。此外，可以通過自制的生產線進行放大，生產能力超過1 千克/天。進一步，研究人員通過鈴木-宮浦交叉偶聯中相同的表征結果和催化性能證明了良好控制的催化劑均勻性。這一策略為進一步研究SACs奠定了基礎，并有望加速SACs從基礎研究到工業應用的趨勢。
He, X., Zhang, H., Zhang, X. et al. Building up libraries and production line for single atom catalysts with precursor-atomization strategy. Nat Commun 13, 5721 (2022)DOI：10.1038/s41467-022-33442-2https://doi.org/10.1038/s41467-022-33442-23. Nature Commun.：α-AlF3的多色超長磷光
基于各種核熒光團的有機熒光和磷光材料的設計受到了廣泛關注，但目前還不清楚無機材料是否存在類似的發光單元。受發光金屬鹵化物鈣鈦礦(MHP)的BX6八面體結構啟發，四川大學吳鵬教授等提出BX6八面體可能是發光無機材料的核結構。1）作者從具有AlF6八面體的α-AlF3中發現了激發依賴性顏色可調的磷光。作者通過改變尺寸和中心金屬(B)以及配體(X)對BX6單元進行進一步的探索，還發現了KAlF4、(NH4)3AlF6、AlCl3、Al(OH)3、Ga2O3、InCl3和CdCl2的發光。2）α-AlF3的磷光可歸因于簇集發光，即F原子的n個電子通過空間相互作用使AlF6八面體靠近而產生微弱的磷光。這些發現將加深對BX6八面體基發光材料的認識，并有助于進一步發展BX6八面體基發光材料。
Cao, P., Zheng, H. & Wu, P. Multicolor ultralong phosphorescence from perovskite-like octahedral α-AlF3. Nat Commun 13, 5712 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-33540-1https://doi.org/10.1038/s41467-022-33540-14. EES：揭示Zn-Al合金負極超長循環和快速動力學混合電解質的溶劑化結構和去溶劑化動力學
盡管鋁（Al）金屬負極具有很高的理論容量，并且儲量豐富，但鋁離子的可逆和快速多價存儲仍然具有挑戰性，它們的大電荷密度導致與其他組分的強烈靜電相互作用和緩慢動力學。近日，成均館大學Ho Seok Park，清華大學張強教授報道了Zn-Al合金負極在含Al3+的混合電解液中創紀錄的高電鍍/剝離時間（48000 h）和高倍率性能。1）在腈基混合電解質中，與碳酸鹽基和酰胺基混合電解質和水性電解質相比，Zn上更可逆的Al沉積歸因于弱的Al3+–溶劑相互作用和快速的Al3+轉移動力學。特別是，腈基電解質的這些電化學行為源于獨特的溶劑化結構、H2O、有機溶劑和Al3+之間的相互關系以及結合/游離溶劑在去溶劑化時的構象變化，這得到了理論模擬、二維紅外相關光譜和其他表征的證實。2）實驗結果顯示，具有Zn-Al合金負極(25 μm)、二氧化釩/碳納米管（8 mg cm-2）和活性碳(10 mg cm-2)正極的全電池具有高比容量(183mAhg1和1.08mAhcm2)和長循環45000次的長循環壽命，大大超過了其他鋁基全電池。Qingyun Dou, et al, Unveiling solvation structure and desolvation dynamics of hybrid electrolytes for ultralong cyclability and facile kinetics of Zn–Al alloy anodes, Energy Environ. Sci., 2022https://doi.org/10.1039/d2ee02453e
5. EES：一種高倍率高效熔鹽式鈉-氧電池
盡管堿金屬-氧電池可以提供比鋰離子電池更大的比能量，但由于氧電極動力學緩慢和氧電極和堿金屬電極上的寄生反應，往往存在功率密度、可循環性和能量效率低的問題。近日，麻省理工學院邵陽教授，Graham Leverick采用NaNO3/KNO3/CsNO3共晶鹽電解液和β-Al2O3膜研制了一種熔鹽型Na-O2電池，其中液態Na和β-Al2O3之間的穩定界面比熔鹽型Li-O2電池更具優勢。這種熔鹽Na-O2電池具有較高的能量(33 mW h cm-2geo)和功率密度(19 mW cm-2geo)和穩定的循環(400次循環，0.5 mA h cm-2geo，5 mA cm-2geo)。1）拉曼光譜、壓力跟蹤和滴定測量表明，熔鹽Na-O2電池的放電產物主要為Na2O2。硝酸根離子的氧化還原被認為是放電時形成Na2O2的關鍵。熔鹽Na-Ar電池表現出NaNO3的電化學還原為Na2O 和N aNO2。另一方面，在O2環境中，生成的Na2O和NaNO2可以進一步與O2反應生成Na2O2和再生NaNO3。2）研究人員利用18O標記實驗，證明了熔鹽Na-O2電池中的氧還原反應是通過硝酸鹽介導的機制進行的，通過這種機制，NaNO3促進了明顯的2e-/O2整體反應生成Na2O2。這項研究提出的硝酸鹽熔鹽Na-O2電池為開發高能量、高功率密度的堿金屬-O2電池提供了一條新的途徑，電池結構可以穩定堿金屬電極。
Yun Guang Zhu, et al, A high-rate and high-efficiency molten-salt sodium–oxygen battery,https://doi.org/10.1039/d2ee01774a6. EES：自適應雙電極雙電層用于高性能鋅金屬電池
兩性離子液體(ZIL)含有共價鍵合的陽離子和陰離子部分，具有潛在的電化學應用前景。近日，北京化工大學陳仕謀教授成功在鋅金屬電池的正負極界面上構建了一種自適應雙電層。1）自適應雙電層通過在電解液中添加鋅添加劑，在電場作用下，通過陽離子和陰離子部分選擇性地聚集在電極表面，在鋅負極上形成動態靜電屏蔽層，在正極上形成獨特的貧水界面。2）原位表征和電化學研究表明，ZIL中咪唑陽離子和磺酸基團的π-π堆積可以及時形成電場驅動的自適應EDL，有利于鋅離子的均勻沉積，避免了正極材料的溶解。3）得益于這一策略，Zn//Zn電池實現了無枝晶鍍Zn/剝離，與基礎電解液相比，運行壽命(3500 h)提高了35倍，在高電流密度(10 mA cm-2，20 mAhcm-2)下，鋅利用率高達85%。此外，Zn//NaV3O8·1.5H2O電池表現出超快充放電(20 A g-1循環3000次，容量保持率88%)，超高面積容量3.38 mAh cm-2(540次循環保持率91.15%)，高質量負極(10.16 mg cm-2)。這項研究為兩性離子液體在水系金屬電池中的應用提供了可行性。
Yanqun Lv, et al, Engineering Self-adaptive Electric Double Layer on Both Electrodes for High-Performance Zinc Metal Batteries, Energy Environ. Sci., 2022https://doi.org/10.1039/D2EE02687B7. Angew：用于鋰碳氟化物電池液體電解質的陰離子密度
對高能電源日益增長的需求極大地刺激了鋰碳氟化物（Li||CFx）電池的發展。近日，華中科技大學Heng Zhang，Zhibin Zhou全面研究了具有巧妙選擇的鹽陰離子的非水系液體電解質的基本物理和電化學性質，旨在解釋陰離子密度對Li||CFx電池性能的實質性影響。1）研究發現，CFx材料的轉化型反應與鹽陰離子的同一性高度相關，特別是通常由Gutmann給體數衡量的陰離子物種的電子多價性。具體而言，LiBF4基電解質在各種放電電流下（例如，674 (LiBF4)、651 (LiClO4) > 579 (LiPF6)、558(LiTFSI)> 224 mAh g?1 (LiSO3CF3)、0.1 C）表現出比其他電解質體系更高的比容量，盡管其離子電導率適中(例如，6.08 (LiSO3CF3) < 8.73 (LiBF4) < 13.22 (LiTFSI), 13.32 (LiClO4) < 15.38 mS cm?1 (LiPF6), 25 °C）。2）XRD、SEM和XPS表征的結合表明，在這五種陰離子中，具有中等供體數(DN = 6.0 kcal mol-1)的BF4陰離子通過“推拉”效應(對輕微正電荷碳原子的中等溶劑化能力(push))促進了輕微離子C-F鍵的電化學解離，同時易于Li+離子的去溶劑化(pull)。這有效地促進了作為放電產物的石墨碳和結晶LiF的形成，從而提高了LiBF4基電解質在放電過程中的比容量。最重要的是，目前的工作不僅推進了對CFx正極轉換反應的機理理解，而且為使用其他轉換材料(如硫、金屬氟化物)的高能電池的開發提供了深刻的見解。
Xingxing Wang, et al, Anion Donicity of Liquid Electrolytes for Lithium Carbon Fluoride Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202211623https://doi.org/10.1002/anie.2022116238. Angew：菁染料偶聯介導pH響應肽自組裝構建新型3D材料
超分子自組裝結構的形成是自然系統中生理功能和結構的基本前提，在人工體系中模擬和復現生物大分子的自組裝對探索生命奧秘和革命生物醫用材料均有重要意義。近年來，人們愈發關注合成肽在水溶液中的自組裝行為，合成肽具有組成可控性、功能多樣性，以及合成簡單性等特點，能夠在水中自組裝成纖維、管、囊泡及膜網絡等結構。但拓展其適用性的一個關鍵是精確控制和調節定義明確的組裝結構，現階段對于如何設計初級序列誘導分子間相互作用得到高度組織的組裝過程和結構，仍面臨巨大挑戰。近日，柏林弗雷大學的Beate Koksch等人設計了一種簡單的、易于合成的pH敏感肽，并在N端偶聯的菁染料Cy5結合，基于染料介導的自組裝構建新型的自組裝肽3D結構。1) pH為7.4時，合成肽組裝成無支化層狀棒型結構，pH為3.4時，則形成二維膜狀結構，所得的兩種組裝體均顯示了H聚集體的光譜特征；2) 菁染料Cy5部分的耦合促進了這兩種超微結構的形成，而合成肽中酸性和堿性氨基酸側鏈的質子化狀態決定了其最終的三維結構；3) 該合成肽組裝的材料可以通過cryo-TEM和cryo-ET進行精細表征，在微米尺度上揭示了兩種高度有序的3D肽組裝結構。
Fernandes, R., Koksch, B. and et al. Cyanine Dye Coupling Mediates Self-assembly of a pH Sensitive Peptide into Novel 3D Architectures. Angew. Chem. Int. Ed. 2022.DOI: 10.1002/anie.202208647https://doi.org/10.1002/anie.2022086479. Angew：具有條件型光活性的有機金(III)配合物用于實現響應氧消耗的癌癥治療
光動力治療(PDT)是一種時空可控、有效的抗癌方法，但其在乏氧條件下往往活性較低。光激活化療(PACT)則是一種不依賴于O2的治療方式，但其也不具備利用O2進行強效光敏的能力。中山大學鄒濤濤教授構建了一種環金屬化金(III)-炔配合物，其具有從PDT到PACT的進化型光活性，可用于實現有效的癌癥治療。1）一方面，金(III)配合物可以作為雙重光敏劑和底物，以含氧條件下產生PDT活性；而當溶液和細胞環境中的O2耗盡時，金(III)配合物的PDT活性會進化為高效率的PACT性能。2）另一方面，該條件型PDT-to-PACT活性也可由外部光敏劑（核黃素和原卟啉）所觸發，進一步提高其在紅光照射下的腫瘤選擇性和深部組織穿透性，進而實現強大的抗癌功效。
Yunli Luo. et al. Organogold(III) Complexes Display Conditional Photoactivities: Evolving From Photodynamic into Photoactivated Chemotherapy in Response to O2 Consumption for Robust Cancer Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202212689https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.20221268910. Angew：MXene調節鈣鈦礦垂直生長用于高性能太陽能電池
鈣鈦礦（perovskite，PVK）薄膜的界面缺陷是導致PVK太陽能電池（PSCs）不穩定和光電轉換效率低的主要因素。鑒于此，中科院化學所李明珠研究員等在PSCs中使用SnO2-MXene復合電子傳輸層（ETL）來改善界面接觸并鈍化SnO2/鈣鈦礦界面處的缺陷。1）通過引入MXene同時改變SnO2的電子特性和鈍化過氧化物與SnO2之間的界面。MXene和過氧化物的晶格匹配能夠通過抑制過氧化物生長過程中集中應力的產生來誘導過氧化物的垂直排列的晶體生長。此外，MXene的引入不僅減少了SnO2薄膜的表面缺陷，而且還為電子從過氧化物薄膜到SnO2 ETL的傳輸搭建了橋梁，從而使電子積累被明顯抑制。2）與基于SnO2的器件相比，基于SnO2-MXene器件的光電轉換效率（PCE）提高了15％，其短路電流高達25.07 mA cm-2。此外，即使在環境空氣中相對濕度為30-40%的條件下存放500小時后，未封裝的器件仍能保持其初始效率的90%左右。在這項工作中，MXene和過氧化物的晶格匹配為在過氧化物相關器件的精確界面工程中使用類似材料提供了參考。
C. Wu, et al, MXene-Regulated Perovskite Vertical Growth for High-Performance Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202210970.DOI: 10.1002/anie.202210970https://doi.org/10.1002/anie.20221097011. AEM: 2D金屬有機框架邊緣缺陷促進鋰硫電池動力學
鋰硫電池因其極高的能量密度而受到廣泛關注。然而，由于多硫化物的穿梭效應和轉化動力學緩慢等原因，它們的實際應用仍受到阻礙。為解決上述問題，國內外學者做出了大量的努力，包括功能性硫復合材料的設計與優化、功能性電解液的改性、隔膜/夾層的功能化。其中，設計具有特殊結構和功能的宿主材料是一種有效的策略。碳材料導電性好，結構多孔，重量輕，制備容易，可為LiPSs的固硫吸附提供充足的空間。而非極性碳對極性聚硫化物的吸附能力較弱，不足以抑制LiPSs的穿梭。因此，迫切需要探索一種先進的、集吸附和催化于一體的多功能載體材料。因此，加拿大滑鐵盧大學陳忠偉院士，華南師范大學Xin Wang，中國汽車電池研究院有限公司Jiantao Wang等人推斷，在二維MOF表面造孔也可以暴露出豐富的金屬活性位點，結合孔邊緣的修飾，有利于LiPSs的吸附，加速Li-S電池的反應動力學。1）本文通過精確的熱解策略，成功地實現了二維缺陷沸石咪唑鹽骨架-7（ZIF-7）的可控造孔，首次制備了具有豐富活性邊緣的多孔二維ZIF-7，作為Li-S電池多功能硫宿主材料。2）研究在高硫負載條件和軟包電池及其彎曲測試中，Li-S電池仍表現出出乎意料的循環穩定性，具有良好的應用前景。這項工作提供了一種合理的結構設計策略來解決穿梭效應，增強了LiPSs的反應動力學，促進了先進鋰-硫電池的進一步發展。
Xingbo Wang, et al. Creating Edge Sites within the 2D Metal-Organic Framework Boosts Redox Kinetics in Lithium-Sulfur BatteriesDOI：10.1002/aenm.202201960https://doi.org/10.1002/aenm.20220196012. AEM：Ru/In雙單原子調制電荷分離顯著加速光催化水分解制氫
光催化制氫技術是解決能源危機和環境問題的一項有前景的技術。然而，在沒有犧牲劑和輔助催化劑的情況下，光催化水分解法大規模制氫仍然具有挑戰性。廈門大學黃小青教授、蘇州大學Xing Fan和廣東工業大學徐勇教授等利用Ru/In單原子在TiO2上的雙摻雜(Ru-In SA/TiO2)有效調節純水光催化分解過程中光生載流子的分離。1）Ru-In SA/TiO2的氫氣演化速率達到174.1 mol h?1，比Ru單原子修飾TiO2、In單原子修飾TiO2和原始TiO2的氫氣演化速率分別提高了6倍、18倍和53倍。更重要的是，Ru-In SA/TiO2在沒有犧牲劑的情況下，光催化水分解的性能優于大多數報道的光催化劑。2）詳細的研究表明，Ru/In雙單原子的修飾導致Ti3+的顯著增加和氧空位的富集，從而加速電荷分離。特別是飛秒瞬態吸收光譜分析表明，Ru單原子的摻雜促進了TiO2光生電子向Ru的轉移，而In單原子的摻雜則促進了TiO2價帶光生空穴向In單原子的轉移，這是一種有效的電子-空穴分離。本工作不僅提供了一種不需要犧牲劑的純水分解制氫的高效光催化劑，而且促進了催化劑設計和改性的基礎研究。
Peng, H., Yang, T., Lin, H., Xu, Y., Wang, Z., Zhang, Q., Liu, S., Geng, H., Gu, L., Wang, C., Fan, X., Chen, W., Huang, X., Ru/In Dual-Single Atoms Modulated Charge Separation for Significantly Accelerated Photocatalytic H2 Evolution in Pure Water. Adv. Energy Mater. 2022, 2201688.DOI: 10.1002/aenm.202201688https://doi.org/10.1002/aenm.202201688
