1. Nature Commun.：廢木質素連續加工成高價值碳納米管纖維
可再生生物質材料的高價值利用對人類的可持續發展具有重要意義。例如，由于生物質含有大量的碳，它們是制備碳納米管（CNT）纖維的理想候選者。然而，由于前驅體的復雜化學結構，以生物質為碳源連續制備這類纖維仍然是一個巨大的挑戰。近日，東華大學朱美芳院士，Chao Jia，Hengxue Xiang證明了生物質資源可以作為CNT纖維的原料，并利用FCCVD方法實現了CNT纖維的連續制備。
本文要點：
1）作為概念驗證，以木質素為碳源，開發了高性能CNT纖維。為了實現CNT纖維的連續制備，需要將木質素溶解在合適的溶劑中，在催化劑的作用下，在1300 ℃以上的高溫下完成合成反應。
2）木質素衍生的碳納米管纖維具有1.33 GPa的前所未有的高拉伸強度，導熱系數達到33.21 W m?1 K?1，電導率達到了1.19×105S m?1，超過目前報道的大多數生物質基碳材料。
3) 更重要的是，木質素衍生CNT纖維的連續制備與120m h?1的生產速度相結合，使其規模化制備成為可能，這將極大地促進木質素材料在高端領域的應用。
Liu, F., Wang, Q., Zhai, G. et al. Continuously processing waste lignin into high-value carbon nanotube fibers. Nat Commun 13, 5755 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-33496-2
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33496-2
2. Nature Commun.：光氧化還原協同N-雜環卡賓/鈀催化的烯烴烷基化反應
用現成的試劑實現簡單烯烴的三組分碳酰化具有挑戰性。過渡金屬催化的分子間碳酰化作用適用于有張力環或導向基團的烯烴。基于此，中科院化學所Song Ye，Chun-Lin Zhang報道了光氧化還原協同NHC/Pd催化單烷基鹵化物與烯烴的烷基酰化反應。
本文要點：
1）這種多組分偶聯反應使用了容易獲取的原料，具有廣泛的官能團相容性。廣泛的芳香醛和簡單的烷基鹵化物直接與苯乙烯偶聯，實現了從良好到高的產率以提供合成有用的酮。此外，以氯仿或四氯化碳為烷基自由基前驅體時，得到了一系列含季碳的氯代環丙烷。
2）這種方法不需要外源光敏劑或外部還原劑。機理研究表明，在光氧化還原協同NHC/Pd催化下，鹵化物中的烷基和醛中的酮基參與了催化反應。目前，實驗室正在進行進一步的機理研究和反應開發。
Han, YF., Huang, Y., Liu, H. et al. Photoredox cooperative N-heterocyclic carbene/palladium-catalysed alkylacylation of alkenes. Nat Commun 13, 5754 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-33444-0
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33444-0
3. Matter：分子聚集在可充電有機陰極中的關鍵作用
可充電有機正極重新點燃了人們對鋰電池的廣泛研究興趣。目前的研究主要集中在提高其比電容或工作電壓的分子化學方面。然而，有機正極的氧化還原反應不可避免地會引起分子聚集的變化，這一點大多被忽略。近日，天津大學Zhen Li，楊全紅教授，Jun Zhang合成了三種具有代表性的以吩噻嗪和吩惡嗪為基團的p型有機正極材料。
本文要點：
1）盡管三種p型有機正極材料的分子化學相似，但由于它們的分子聚集不同，它們的電池性能明顯不同。PM-2S的性能最佳，尤其是循環穩定性和倍率性能。在500次循環后，5C下的比容量仍保持在77 mAh g-1，在10C的高倍率下，其可逆容量也高達78 mAh g-1。
2）系統研究表明，PM-2S獨特的分子柔性和對稱性有助于穩定的高能級分子聚集結構，因為它們減少了結構重組對晶體的不利影響，導致了充放電過程中分子堆積的可逆變化。從而獲得了具有高循環穩定性和倍率性能的優異的電化學性能。
這項研究首次通過分子結構的設計揭示了分子堆積效應及其在電化學中的關鍵作用，為設計高性能的金屬電池有機正極材料提供了指導。
Wang et al., The key role of molecular aggregation in rechargeable organic cathodes, Matter (2022)
DOI：10.1016/j.matt.2022.09.008
https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.09.008
4. JACS：金屬單原子位點催化的研究進展與展望
單原子位點催化劑（SASCs）具有原子利用率最大化和活性位點孤立的特點，是近年來催化研究的一個非常繁榮的分支。各種SASCs已經開發，在許多催化應用中表現出優異的性能。SASCs研究的主要目標是為制備高性能催化劑建立可行的合成策略，深入了解活性位點結構和催化機理，開發具有工業價值的實用催化劑。清華大學李亞棟院士和李治教授等介紹了SASCs及其相關催化劑，分析了這些催化劑在工業應用中目前面臨的挑戰，并提出了未來可能的發展路徑。
本文要點：
1）作者描述了SASCs的發展歷史、前沿的表征技術和獨特的催化行為。作者還討論了兩種新型催化劑，雙原子位點催化劑(DASCs)和納米單原子位點催化劑(NSASCs)在擴展SASCs催化方面的進展和潛力。
2）最后，作者描述了SASCs和相關催化劑在工業應用中面臨的挑戰和機遇，以及SASCs未來可能的發展前景。
Xiao Liang, et al. The Progress and Outlook of Metal Single-Atom-Site Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 2022.
DOI: 10.1021/jacs.1c12642
https://doi.org/10.1021/jacs.1c12642
5. Angew：缺水有機溶劑中的無定形碳酸鈣團簇納米球
無定形碳酸鈣(ACC)作為結晶碳酸鈣生物礦物的關鍵中間相，由于其長程無序性和不穩定性，其結構一直是個謎。近日，中科大俞書宏院士，Li-Bo Mao采用氣體擴散法在缺水乙醇-水二元溶液中合成了穩定的ACC納米球。
本文要點：
1）研究人員利用冷凍電鏡揭示了ACC納米球的團簇結構。離子濃度的變化可以改變ACC納米球的大小和均勻性，但對團簇亞結構沒有影響。此外，基于團簇的亞結構與納米球的非晶態密切相關。因此，這種亞結構是ACC所固有的。
2）這些ACC納米聚集體表現出類液體的變形能力，可以在一維和二維模板上沉淀形成超薄的ACC涂層。由于ACC一直被認為是各種晶型碳酸鈣的重要前體，因此，這些發現不僅可以為在非水體系中合成ACC提供理論基礎，而且還可以直接用于在不同的襯底上制備超薄礦物涂層以滿足各種應用。
Yi-Ming Ju, et al, Amorphous Calcium Carbonate Cluster Nanospheres in Water-Deficient Organic Solvents, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202211254
https://doi.org/10.1002/anie.202211254
6. Angew：多元銅鋅合金層使水系鋅離子電池具有超穩定鋅金屬負極
構建穩定的表面改性層是抑制水系鋅離子電池金屬鋅（Zn）負極枝晶生長和副反應的有效策略。近日，清華深圳國際研究生院康飛宇教授，Yan-Bing He，Man-Chung Tang為了提高Zn金屬負極的循環穩定性和庫侖效率，在Zn箔上構建了一層高韌性的多元銅鋅合金層（Cu-Zn@Zn）。
本文要點：
1）Cu-Zn合金層與沉積的Zn原子的高結合能可以通過限制Zn原子在Zn表面的擴散而顯著地增加形核位置。因此，主要發生在Zn表面的Zn原子聚集和“尖端效應”得到了顯著抑制。此外，這種多元Cu-Zn合金層不僅有效地緩解了Zn在循環過程中的晶格扭曲，而且與Zn基材具有很強的結合強度，不易脫落，而且顯著減少了Zn負極與電解液的直接接觸面積，從而抑制了HER和腐蝕反應。
2）結果表明，基于Cu-Zn@Zn電極的對稱電池具有5496 h的超長循環壽命，1 mA cm-2下的低過電位為30 mV，實現了1 mAh cm-2的容量。此外，該電池具有優異的循環穩定性，600次循環后容量保持率達88.2%。
這項工作提出了一種新的策略，作為金屬或合金材料表面改性的設計指南，以開發高性能的鋅金屬負極和其他金屬負極，用于先進的下一代可充電電池。
Boyu Li, et al, Multicomponent Copper-Zinc Alloy Layer Enabling Ultra-Stable Zinc Metal Anode of Aqueous Zn-ion Battery, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202212587
https://doi.org/10.1002/anie.202212587
7. Angew: 銅/氧化鋅單原子催化劑上CO2加氫：水促進甲醇的瞬態合成
利用可再生的氫氣使二氧化碳氫化，為可持續的碳循環提供了一種極具前景的方法。然而，水在二氧化碳加氫過程中的作用仍存在爭論。在此，中國科學技術大學 Li Hongliang團隊通過研究發現，水含量過低或過高都會阻礙Cu/ZnO催化劑上的甲醇合成。
本文要點：
1) 對于ZnO載體上的Cu單原子催化劑，在170℃，30 bar（CO2:H2=1:3）條件下，水的最佳含量為0.11 vol.%。引入最佳含量的水后，甲醇選擇性立即達到99.1%，同時CO2的轉化率呈火山型趨勢，且最大值為4.9%。
2) 作者通過機理研究發現，水在H原子和CO2/中間體之間起橋梁作用，從而促進COOH*和CH2O*的轉化。活性增強伴隨著產生更多的水通過水煤氣轉換反應與CO反應，致使甲醇選擇性增加。
Wenlong Wu, et al. CO2 Hydrogenation over Copper/ZnO Single-Atom Catalysts: Water-Promoted Transient Synthesis of Methanol (2022)
DOI: 10.1002/anie.202213024
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213024
8. Angew：用于氧還原的M-N-Cs比活性和四吡咯Fe-N4位點本征活性的評價
在電催化轉化中，M-N-C電催化劑被認為是取代昂貴的貴金屬基材料的關鍵。然而，由于評價不同活性位點(如Fe-N-Cs中的吡咯Fe-N4位點)的內在活性的方法有限，它們的發展受到阻礙。目前，基于活性位點印跡隨后離子交換反應的新合成方法，例如Zn-to-Fe，正在產生具有突出活性的單中心MN-Cs。近日，德國聯邦材料研究所（BAM）Tim-Patrick Fellinger基于相同的置換原理，采用了保守的鐵提取來部分去除Fe-N-Cs中N4空穴的鐵離子。
本文要點：
1）具有相同形態性質和僅在Fe含量上不同的Fe連接的催化劑允許人們容易地確定活性位點的密度和它們的周轉頻率。
2）通過這種方式，研究人員可以了解M-N-Cs的比活性，并且對于單中心催化劑，可以獲得該中心的內在活性。
這種新方法超越了依賴于探針分子的方法的局限性，并與那些技術一起，提供了一種新的工具來揭示Fe-N-C催化劑和M-N-Cs的復雜性。
Davide Menga, et al, Evaluation of the Specific Activity of M-N-Cs and the Intrinsic Activity of Tetrapyrrolic Fe-N4 Sites for the Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202207089
https://doi.org/10.1002/anie.202207089
9. Angew綜述：金納米團簇催化的結構工程
原子級精確的金納米團簇為探索納米金催化劑的結構和性質之間的關系提供了很好的平臺。納米團簇由金屬核和表面配體殼組成，核和殼都對催化性能有顯著影響。由于它們的精確結構，可以很容易地識別團簇的活性金屬位點，并且可以揭示催化反應中的配體效應。近日，清華大學Quan-Ming Wang等對金納米簇催化劑活性位點的構建以及配體對催化性能的影響進行了總結。
本文要點：
1）作者重點介紹了四種產生開放金屬位點的方法：部分去除配體以暴露一些金屬位點；利用配體的體積獲得可接近的金原子；表面幾何錯配法（SGM）預組織未配位的金原子；雜原子摻雜構建活性位點。
2）此外，作者總結了金納米團簇在催化活性、選擇性和穩定性方面的配體效應。
3）最后就金團簇催化的未來方向與挑戰提出了自己的觀點。
Zong-Jie Guan, et al. Structural Engineering toward Gold Nanocluster Catalysis. Angew. Chem. Int. Ed., 2022
DOI: 10.1002/anie.202209725
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209725
10. Angew：金屬-有機框架MFM-300(Sc)中的可切換金屬位點用于高效非均相催化
金屬有機框架 (MOF) 將非均相催化劑的穩定性、限域性和與均相催化劑的分子可調性相結合，因此受到了廣泛關注。墨西哥國立自治大學Ilich Ibarra等揭示了MOF MFM-300(Sc)中罕見的可逆客體誘導的金屬-半可遷移連接鍵動力學，以打開/關閉催化開放金屬位點。
本文要點：
1）作者使用模型Strecker氫氰化反應作為概念驗證證明了這種具有非永久性開放金屬位點的MOF的催化活性。催化活性被證明是完全可逆的，在多個循環中保持了MFM-300(Sc)的轉化性能和結構完整性。
2）實驗結果得到了量子計算的證實，量子計算揭示了由Sc開放金屬位點驅動的反應機制。這一發現為設計集成可切換金屬位點的新型有效且易于再生的非均相MOF催化劑鋪平了道路。
Peralta, R..A., Lyu, P., López-Olvera, A., Obeso, J..L., Leyva, C., Cheon Jeong, N., Ibarra, I. and Maurin, G. (2022), Switchable Metal Sites in Metal-Organic Framework MFM-300(Sc): Lewis Acid Catalysis Driven by Metal-Hemilabile Linker Bond Dynamics. Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript.
DOI: 10.1002/anie.202210857
https://doi.org/10.1002/anie.202210857
11. AM：機器學習加速了高效混合質子-電子導電氧化物作為質子陶瓷電池空氣電極的發展
目前，高性能質子陶瓷電池(PCCs)的發展受到缺乏高效的混合質子-電子導電氧化物的限制，這種氧化物可以作為空氣電極來滿足電解質的高質子導電性。盡管在過去的幾十年里進行了大量的研究，但混合質子-電子導電氧化物的開發仍然處于試錯的過程中，這是一個非常耗時和成本高的過程。廣州大學葉思宇院士等在已有文獻數據的基礎上，引入機器學習(ML)方法來加速高效混合質子-電子導電氧化物的發現。
本文要點：
1）作者預測3200種氧化物的水合質子濃度(HPC)可用于評價質子傳導，這對提高PCCs的電化學性能至關重要。然后作者進而評價高性能計算的特性重要性，為快速、準確地設計和開發高效的混合質子-電子導電氧化物提供指導。此外，作者制備了篩選的(La0.7Ca0.3)(Co0.8Ni0.2)O3 (LCCN7382)，實驗HPC與預測結果充分吻合。
2）此外，含有LCCN7382的PCC在電解和燃料電池模式下均表現出滿意的電化學性能。本研究除了開發了一種有前景的PCC空氣電極外，還為基于ML的混合質子-電子導電氧化物的開發開辟了新的途徑。
Wang, N., Yuan, B., Tang, C., Du, L., Zhu, R., Aoki, Y., Wang, W., Xing, L. and Ye, S. (2022), Machine learning–accelerated development of efficient mixed protonic–electronic conducting oxides as the air electrodes for protonic ceramic cells. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2203446.
DOI: 10.1002/adma.202203446
https://doi.org/10.1002/adma.202203446
12. ACS Nano：由正交石墨烯和氮化硼納米帶構建的超彈性、高導電性、超疏水和強大的電磁屏蔽混合氣凝膠
三維(3D)彈性氣凝膠具有多種用途，但通常受到其較低的熱和電傳輸效率的限制。近日，西北工業大學Qiang Song，Qiangang Fu，Haojie Song展示了一種策略，使用由六方氮化硼納米帶(BNNRs)和原位生長的正交結構石墨烯(OSG)組成的混合碳/陶瓷結構單元來制備高導熱和高導電性的氣凝膠。
本文要點：
1）高縱橫比比的BNNR首先被連接成一個三維彈性和導熱骨架，其中OSG的水平石墨烯層為電子和聲子傳導提供了額外的超通道，而OSG的垂直石墨烯薄片極大地改善了整個骨架的表面粗糙度和電荷極化能力。
2）得到的OSG/BNNR雜化氣凝膠在45.8 mg cm?3的低密度下表現出非常高的熱導率和電導率(分別高達7.84W m?1 K?1和340 S m?1)，與已報道的碳氣凝膠或陶瓷氣凝膠相比具有極大的優勢。
3）此外，該混合氣凝膠還具有寬溫度恒定超彈性(從?196到600 °C)、低電壓驅動焦耳加熱(在1?4 V時高達42?134 °C)、強疏水性(接觸角高達156.1 °)和強大的寬帶電磁干擾屏蔽效果(2 mm厚度時高達70.9分貝)等綜合性能，所有這些性能在反復機械變形和長期浸泡在強酸或堿溶液中時都能很好地保持。
4）利用這些非凡的綜合性能，研究人員證明了OSG/BNNR雜化氣凝膠在可穿戴電子產品中在調節體溫、防水和污染、除冰以及保護人類健康免受電磁干擾方面的巨大潛力。
Lei Feng, et al, Superelastic, Highly Conductive, Superhydrophobic, and Powerful Electromagnetic Shielding Hybrid Aerogels Built from Orthogonal Graphene and Boron Nitride Nanoribbons, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c07187
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07187
