1. Sci. Adv.：一種固固金屬轉換電化學方法實現可持續水系電池中91%的鋅利用率
在重復的固-液（Solid-to-Liquid，StoL）電鍍和液-固（Liquid-to-Solid，LtoS）剝離過程中，金屬離子（Mn+）的擴散限制聚集（Diffusion-Limited Aggregation，DLA）加劇了金屬陽極的致命枝晶生長。鑒于此，復旦大學晁棟梁教授等報道了一種新的固-固（Solid-to-Solid，StoS）轉化電化學，以抑制枝晶并提高金屬的利用率。
本文要點：
1）這項工作不依賴傳統的StoL金屬陽極，而是使用難溶的金屬碳酸鹽和獨特的StoS轉化反應來構建不含枝晶的水系電池。這種新的電化學可以抑制DLA效應，因為在電極和電解液之間的陰離子傳輸優先，而不是陽離子的長距離擴散，并具有長周期穩定性。具體來說，在放電過程中，難溶碳酸鹽原位還原為金屬，而在充電過程中，金屬與電解液中可用的CO32-和OH?發生反應成核，形成xMn/2CO3·yM(OH)n晶體，與金屬顆粒相鄰，而不是Mn+擴散到電解液中造成濃度差。
2）得益于這一新設計，難溶碳酸鹽2ZnCO3·3Zn(OH)2可在95.7%的利用率下進行充放電，且在3500次循環中無枝晶生長。基于這種新陽極設計的全水系鋅鎳電池具有91.3%的高鋅利用率和270 Wh·kg?1的能量密度，以及超過2000次的長循環壽命。最后基于這種新穎的設計，商業級1-Ah原型軟包電池（prototype pouch cell）的能量密度為135 Wh·kg?1，500次循環后容量保持率為90%。
Z. Hou, A solid-to-solid metallic conversion electrochemistry toward 91% zinc utilization for sustainable aqueous batteries, Science Advances 2022, 8, eabp8960.
DOI: 10.1126/sciadv.abp8960
https://doi.org/10.1126/sciadv.abp8960
2. Sci. Adv.: 單壁碳納米管在催化劑上的生長模式
要理解單壁碳納米管（SWCNT）的生長機制并實現選擇性生長，需要深入了解催化劑的結構-功能關系。利用原位畸變校正的環境透射電子顯微鏡，北京大學李彥教授、北京科技大學王榮明教授揭示了催化劑的狀態和結構對SWCNT生長模式的影響。
本文要點：
1) 通過汽-液-固工藝從熔融催化劑中生長的SWCNT通常具有與催化劑相似的直徑，表明納米管和催化劑之間的尺寸相關性。然而，通過氣固-固-固工藝從固體催化劑中生長的SWCNT的直徑始終小于催化劑，即它們的尺寸之間存在獨立的關系。
2) 由具有獨特原子排列的晶體Co7W6生長的SWCNT的直徑分布是離散的。相反，從晶體鈷中獲得的納米管是隨機分散的。不同的生長模式與生長在金屬間和單金屬催化劑上的SWCNT的不同手性選擇性有關。該發現將有助于合理設計手性可控SWCNT催化劑。
Yang Feng et.al Growth modes of single-walled carbon nanotubes on catalysts Sci. Adv. (2022)
DOI: 10.1126/sciadv.abq0794
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq0794
3. Sci. Adv.：解析酶催化機制的集合功能關系
數十年的結構-功能研究確立了目前對酶的廣泛理解。然而，傳統的結構模型是交換態的更廣泛構象集合的快照。斯坦福大學Herschlag Daniel、Yabukarski Filip以酮類甾體異構酶（KSI）為例，證明了構象系統群對理解功能的必要性。
本文要點：
1) 與先前KSI低溫x射線結構的比較表明，氧陰離子孔催化殘留物的失調會產生有害的突變效應。然而，來自室溫x射線結晶學的系綜信息，結合功能研究，排除了這個模型。系綜函數分析可以通過改變占據狀態的概率（P效應）和改變每個狀態的反應性（k效應）來反褶積效應。
2) 通過系綜函數分析，作者揭示了活性中心內氧陰離子空穴氫鍵減弱和底物重新定位引起的功能效應。集成功能研究將在理解酶以及實現對酶催化和工程新酶的預測性理解發揮不可或缺的作用。
Yabukarski Filip et. Al. Ensemble-function relationships to dissect mechanisms of enzyme catalysis Sci.Adv. (2022)
DOI: 10.1126/sciadv.abn7738
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn7738
4. Sci. Adv.：三維原子力顯微鏡對結晶纖維素-水界面的分子觀測
纖維素是一種自然界中普遍存在的可再生生物結構聚合物，還是植物、細菌和膜的自然層次結構的基本增強成分。然而，在分子水平上對結晶纖維素表面的直接觀察仍很困難。鑒于此，金澤大學Yurtsever Ayhan、Fukuma Takeshi使用原子力顯微鏡（AFM）和分子動力學（MD）模擬，對結晶纖維素-水分子界面進行了觀測。
本文要點：
1) 該工作揭示了水中單個纖維素納米晶（CNC）表面上纖維素鏈排列的分子細節。此外，作者使用3D AFM可視化了CNC表面附近水分子的三維（3D）局部排列。
2) AFM實驗和MD模擬顯示了各向異性的水結構，這由表面拓撲結構和暴露的化學成分決定。這些發現為科研工作者在分子水平上理解CNC和水之間的界面相互作用提供了重要依據。
Yurtsever Ayhan et. Al. Molecular insights on the crystalline cellulose-water interfaces via three-dimensional atomic force microscopy Science Advance (2022)
DOI: 10.1126/sciadv.abq0160
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq0160
5. Nature Commun.：用于CO2電還原為CO的原子分散鎳催化劑中衰減的金屬-載體共軛
原子分散在碳基芳香族載體上的過渡金屬是一類新興的二氧化碳（CO2）電還原催化劑。然而，通過d-π共軛，金屬中心與碳載體的電子離域強烈地阻礙了活性金屬中心的CO2活化。近日，中南大學Min Liu，慕尼黑大學Emiliano Cortés通過引入氰基（-CN），成功減弱了嵌入在C3N4中的原子分散的Ni位點上的d-π共軛。
本文要點：
1）密度泛函理論計算表明，由于d-π共軛的減弱，Ni@C3N4-CN催化劑具有良好的電催化CO2還原（CO2RR）活性。理論預測結果得到了實驗驗證。Ni@C3N4-CN在H型電池中表現出顯著的CO2RR性能，TOF為22,000 hour?1，FECO超過了90%。值得注意的是，即使在低CO2濃度下，Ni@C3N4-CN仍可實現超過90%的FECO。進一步用Ni@C3N4-CN組裝的液流電池的電流密度達到?300 mA/cm2，FECO超過了90%，具有良好的工業化應用前景。
2）程序升溫脫附(TPD)和電催化測試也證實了Ni@C3N4-CN上較完整的C3N4基質具有更好的CO2活性。此外，原位光譜分析表明，氰基改性的SAC更有利于*COOH中間體的形成，這是加速CO2RR的關鍵步驟之一。
Wang, Q., Liu, K., Hu, K. et al. Attenuating metal-substrate conjugation in atomically dispersed nickel catalysts for electroreduction of CO2 to CO. Nat Commun 13, 6082 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-33692-0
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33692-0
6. JACS：二維鐵電Rashba半導體的高通量逆設計
可控電子自旋是自旋電子學的長期目標。近日，中國科學院大學楊金龍院士、胡偉研究員進行了一個逆向設計來搜索2D鐵電Rashba半導體，其自旋織構可以通過電場切換鐵電極化而精確且容易地反轉。
本文要點：
1) 作者利用拉什巴效應定義和鐵電性的設計原理進行反向設計。根據使能設計原則從數據庫中篩選材料后，確定了同時具有Rashba效應和鐵電性的三種潛在結構類型，包括A2P2X6型（空間群P31m）、ABP2X6類型（空間群P1）和AB型（空間組P3m1）。
2) 通過利用優化設計原理對三種類型的結構和材料篩選進行高通量密度泛函理論計算，作者發現14個AB單層是很有潛力的2D鐵電Rashba半導體，因為它們在導帶最小處具有純Rashba效應，2D Rashba結構最薄，鐵電極化可克服能量障礙。電可逆自旋織構使得鐵電Rashba半導體有望成為下一代自旋電子學材料。
Chen Jiajia et.al High-Throughput Inverse Design for 2D Ferroelectric Rashba Semiconductors JACS (2022)
DOI: 10.1021/jacs.2c08827
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08827
7. Chem：作為質子-電子雙導體的2D共軛金屬有機骨架
隨著對高效能量存儲和轉換技術的需求增加，質子-電子雙導體已經成為各種電化學應用中非常需要的組件，例如燃料電池、蓄電池和電催化劑。目前，金屬有機骨架（MOFs）引起了人們對其電子或質子傳導可能性的極大關注。近日，科羅拉多大學博爾德分校Jihye Park合成了一種具有質子/電子雙電導的二維（2D）共軛MOF，即Zn-HHTP-H2O（HHTP，六羥基三苯基）。
本文要點：
1）由于Zn的配位構型從四面體到八面體，研究人員選擇了Zn(II)作為金屬節點。與其他導電MOF中的四面體Zn(II)節點不同，合成產生了具有八面體Zn(II)節點的MOF，其具有面內HHTP和軸向H2O配位。水充當弱配位配體，因此不僅增強親水性以更好地傳導質子，而且為功能分子提供后功能化位點。
2）所得的Zn-HHTP-H2O在343 K和95%相對濕度下，顯示出4.5×10-2 S cm-1的電導率，質子傳導率為1.6×10-5 S cm-1。此外，與原始MOF相比，合成后功能化的具有脲的Zn-HHTP-H2O將質子傳導率提高了10倍，同時保持了相同數量級的電導率。
Choi et al., 2D conjugated metal-organic framework as a proton-electron dual conductor, Chem (2022)
DOI：10.1016/j.chempr.2022.09.016
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.09.016
8. Joule: LLZO原位成形薄鋰陽極的空洞形成與再潤濕分析
鋰離子電池（LIB）在乘用車電氣化中發揮了重要作用。然而，為了促進和加速向電動汽車的過渡，需要具有更高能量密度、更低成本和更高安全性的電池。鋰金屬因其高容量（2062 mAh cm-3），遠大于傳統石墨基電極（760 mAh cm-3），以及低電化學電位（與標準氫電極SHE相比，為3 V），被認為是負極的理想材料。從實驗室規模的厚鋰金屬陽極（>500μm）到薄鋰金屬陽極的轉變(～10–30μm）鋰陽極是成功實施鋰金屬固態電池（LMSSB）廣泛應用的必經之路。然而，Li沿界面的機械變形取決于其厚度，因此急需了解薄Li層與固體電解質之間的界面力學特性。密歇根大學Dasgupta Neil P.、Sakamoto Jeff團隊研究了Li7La3Zr2O12石榴石型固體電解質上原位鍍Li形成的薄Li電極的剝離行為。
本文要點：
1) 作者證明，可用放電容量隨著電流密度的降低和鋰陽極厚度的增加而增加。兩種不同的機制根據電流密度限制薄鋰電極的剝離。
2) 剝離過程中的去濕Li/LLZO界面可以通過熱處理重新建立。這種方法可以集成到未來的充電策略中，該結果為LMSSB的設計、實現和操作提供了新思路。
Lee Kiwoong et.al Analyzing void formation and rewetting of thin in situ-formed Li anodes on LLZO Joule (2022)
DOI: 10.1016/j.joule.2022.09.009
https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.09.009
9. Angew：將吩噻嗪組裝到多孔配位籠中以提高其光催化有機轉化效率
小分子的光催化通常受到催化劑降解和低電子轉移效率的限制。近日，德州農工大學周宏才教授，俄勒岡大學Christopher H. Hendon報道了一種穩定的N-苯基吩噻嗪(PTH)衍生的多孔配位籠(PCC)作為高效光催化劑。
本文要點：
1）通過將光催化PTH部分結合到PCC中，聚集誘導的淬滅(AIQ)顯示出減少。發現催化劑穩定性的改善歸因于PTH部分的協同效應。
2）該催化劑通過光解單電子轉移進行操作，用于光催化脫鹵和硼化。對硼化反應中的催化機理的評估表明，性能的改善是由于電子給體-受體(EDA)與籠更有效地形成。
這一發現為通過超分子化學改善小分子有機光催化劑的光物理性質和穩定性提供了一種潛在的策略。
Hengyu Lin, et al, Assembling Phenothiazine into a Porous Coordination Cage to Improve Its Photocatalytic Efficiency for Organic Transformations, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202214055
https://doi.org/10.1002/anie.202214055
10. Angew：用于不對稱Csp3-Csp3交叉電偶聯的光激發酶
與傳統的有機合成催化劑相比，酶有幾個優點。在過去的二十年里，人們做出了許多努力來進一步擴大合成化學家可用的生物催化反應的范圍，特別是通過擴大用于非生物轉化的酶的譜系。在這方面，光生物催化領域令人振奮的新發展使得現在可以在酶中引入非自然反應性來解決長期存在的合成挑戰。最近來自Hyster小組的研究以前所未有的方式展示了光化學和酶催化的結合如何使Csp3-Csp3鍵的催化不對稱結構具有高的化學和對映選擇性，格羅寧根制藥研究所Sandy Schmidt對其進行了解讀。
本文要點：
1）研究人員展示了一種全新的策略，通過光激發酶實現對映體會聚Csp3-Csp3成鍵反應。雖然該范圍被證明適用于廣泛的偶聯體，但這一概念有望將進一步利用前所未有的化學和對映選擇性sp3-sp3 XEC。由于這種反應性在小分子催化中是未知的，它通過探索光化學和蛋白質科學之間的界面，展示了實現非自然酶反應的力量。此外，這個研究進一步強調，酶反應范圍越來越多地克服了以前的限制，從而解決了人們長期以來的合成挑戰。
Sandy Schmidt, et al, Photoexcited Enzymes for Asymmetric Csp3-Csp3 Cross-Electrophile Couplings, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202214313
https://doi.org/10.1002/anie.202214313
11. AEM：在低溫熱和太陽能加熱條件下利用氨無碳化制氫
催化裂解NH3制H2是構建無碳H2能源體系的基礎之一，但需要具有高活性和低溫耐用的NH3裂解催化劑。雖然設計了各種非貴金屬催化劑，但NH3裂解仍然在相對較高的溫度(600-850°C)下進行。日本國立材料研究所葉金花教授、河北大學Yaguang Li和廣東省科學院新材料研究所Zhibo Zhang等通過理論計算預測，Ni單原子可以將Ni/N的鍵合模式由共價鍵轉變為離子鍵，從而提高NH3裂解活性。
本文要點：
1）作者采用溶膠-凝膠法合成了負載在CeO2納米片上的Ni單原子(SA Ni/CeO2)，其在300℃下催化NH3裂解的H2生成速度為3.544 mmol g?1 min?1，優于所有非貴金屬催化劑和大多數貴金屬催化劑。
2）結合自制的太陽能加熱裝置，在SA Ni/CeO2上進行一次太陽驅動的NH3裂解，其H2產率穩定在1.58 mmol g?1 min?1，是先進弱太陽能驅動NH3裂解記錄值的100倍，顯示出在無碳H2體系中的實際應用潛力。
Li, Y., Guan, Q., Huang, G., Yuan, D., Xie, F., Li, K., Zhang, Z., San, X., Ye, J., Low Temperature Thermal and Solar Heating Carbon-Free Hydrogen Production from Ammonia Using Nickel Single Atom Catalysts. Adv. Energy Mater. 2022, 2202459.
DOI: 10.1002/aenm.202202459
https://doi.org/10.1002/aenm.202202459
12. AFM: 單片集成靈活而堅固的液滴式發電機
開發從環境中獲取能量的可靠技術對自給能電子產品的應用至關重要。而由電極和介電材料組成的具有晶體管啟動結構的液滴式發電機具有從水中獲得可持續能源的優異性能。但是不可避免的機械磨損、化學腐蝕以及電極和電介質材料的界面分離、器件的靈活性不足和性能不穩定等因素限制了它的發展。近日，香港城市大學王鉆開、張超團隊報道了一種簡易的方法來搭建一種單片集成液滴式發電機（MI-DEG）裝置。
本文要點：
1) 該裝置具有高度的靈活性和強大的電氣性能。MI-DEG設備如此靈活和堅固的關鍵在于它充分利用熱熔策略，使設計的聚合物電極和介電材料無縫集成在一起。
2) 結果表明，MI-DEG在長期機械形變和磨損下表現出穩定的電輸出，衰減可以忽略不計，并且在惡劣的腐蝕環境下保持了超過60%的初始電輸出。該研究為靈活、穩健的發電機的合理設計提供了一條新思路，使其在實際應用中更進一步。
Wang, L., Li, W., Song, Y., Xu, W., Jin, Y., Zhang, C., Wang, Z., Monolithic Integrated Flexible Yet Robust Droplet-Based Electricity Generator. Adv. Funct. Mater. 2022, 2206705.
DOI: 10.1002/adfm.202206705
https://doi.org/10.1002/adfm.202206705
