1. JACS：Fe-N-C提高燃料電池負載鉑納米粒子的穩定性
分散在炭黑上的鉑基納米顆粒耐久性差是長壽命聚合物電解質燃料電池應用面臨的挑戰。最近的研究表明，Fe和N共摻雜碳（Fe-N-C）比傳統的高比表面積碳具有更高的性能。近日，香港科技大學邵敏華通過Fe-N-C提高燃料電池負載鉑納米粒子的穩定性。
本文要點：
1) 在酸性和堿性介質中，Pt/Fe-N-C催化劑在電位循環過程中的電化學表面積保持率遠優于商業Pt/C催化劑。原位電感耦合等離子體質譜研究表明，循環過程中Pt/Fe-N-C的Pt溶解速率比Pt/C小3倍。
2) 密度泛函理論計算進一步表明，Fe–N–C襯底可以為Pt納米顆粒提供強大而穩定的支撐，并通過電子結構調控能夠減輕氧化物的形成。強的金屬-基底相互作用，加上較低的金屬溶解速率和高度穩定的載體，是Pt/Fe-N-C穩定性顯著增強的原因。這一發現突出了碳載體選擇對于實現燃料電池用更持久的鉑基電催化劑的重要性。
Xiao Fei et al. Fe–N–C Boosts the Stability of Supported Platinum Nanoparticles for Fuel Cells. JACS 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c08305
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08305
2. JACS：Au作為F的代替品：以UAu6 vs UF6為例
六氟化鈾（UF6）是核工業中最重要的分子，因為它用于濃縮鈾以生產核反應堆燃料和核武器裂變材料。因此，人們對理解UF6及其衍生物的化學性質產生了濃厚的興趣。然而，由于含鈾分子的復雜電子結構、多重氧化態以及強相對論和自旋-軌道耦合效應，對其化學性質的更深入理解仍然具有挑戰性。例如，雖然UCl6–和UF6–都已通過陰離子光電子能譜進行了研究，并且UCl6-的絕熱電子親和力（EA）已被測量為5.3 eV，但UF6-的EA卻沒有，盡管它可能更高。近日，巴爾的摩大學Kit H. Bowen、弗吉尼亞聯邦大學Puru Jena、華盛頓州立大學Kirk Peterson通過使用Au作為F的替代物來更好地理解UF6和UF6-。
本文要點：
1) 陰離子光電子能譜和第一原理量子化學被用來證明金在多大程度上可以替代UF6及其陰離子中的F。與UF6不同，UAu6表現出強烈的配體-配體（即Au-Au）相互作用，導致三種低級異構體，其中兩種是三維的，而第三種異構體具有環狀準二維結構。
2) 此外，所有UAu6異構體都有開殼電子，幾乎所有情況下都位于中心U原子上。絕熱電子親和力和垂直脫離能分別為3.05±0.05和3.28±0.05 eV，這與計算結果非常吻合。
Rachel M. Harris et al. Au as a Surrogate for F: The Case of UAu6 vs UF6. JACS 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c08231
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08231
3. JACS：闡明局部和非局部速率增強機制在等離子體催化中的作用
等離子體金屬納米顆粒（例如，Ag、Au和Cu）構成了一類通過激發局域表面等離子體共振（LSPR）與光相互作用的材料。與沒有照明的系統相比，照明等離子體納米顆粒催化劑上的化學反應速率顯著提高。有兩種機制被提出來解釋LSPR誘導的化學反應性。一種機制假定反應物的局部等離子體激元誘導的熱電荷載體介導的活化，而另一種機制假設催化劑的LSPR誘導的平衡加熱，導致能量轉移到吸附的反應物并使其發生化學反應。鑒于此，美國密歇根大學Suljo Linic對局部和非局部速率增強機制在等離子體催化中的作用進行了闡明。
本文要點：
1) 作者開發了一種適合于準確原位催化劑溫度和動力學反應速率測量的裝置。在α-Al2O3負載的等離子體單金屬Ag納米粒子催化劑上CO氧化反應的研究中，作者使用此裝置研究了LSPR誘導的速率增強，并探索了不同的Ag負載量和聚集水平。
2) 催化劑的平衡加熱不能完全解釋光誘導的等離子體速度增強。即使對于高負載和聚集的銀納米粒子也是如此，其中平衡加熱顯著增加。通過分析發現，與通過反應物的電子激發或反應物的光熱加熱（高度局部化于單個納米顆粒）引起的吸附質（反應物）的等離子體激元誘導活化相關的局部效應在驅動LSPR誘導的化學反應中起著關鍵作用。
Rachel C. Elias, and Suljo Linic. Elucidating the Roles of Local and Nonlocal Rate Enhancement Mechanisms in Plasmonic Catalysis. JACS 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c08561
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08561
4. JACS：PNP型單分子結中的偶極調制電荷輸運
電子和光電子器件中的能帶工程對工業半導體的應用具有重要意義，它可以決定器件的功能和性能。就宏觀器件而言，許多功能器件，如雙極結晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET），可以通過適當的能帶調控，可以獲得高性能和開關導通比。因此，通過能帶工程實現的PNP結構廣泛被應用于各種電子和光電子器件中。近日，中科院高希珂、南開大學賈傳成、郭雪峰對PNP型單分子結中的偶極調制電荷輸運進行了研究。
本文要點：
1) 作者成功地構建了PNP型單分子結，并在單分子水平上探索了PNP結構的固有特性。背對背的天藍分子被設計為具有相反的～1.7D偶極矩，證明已經形成PNP型單分子結。
2) 結合理論和實驗研究，發現本征偶極子可以有效地調節單分子電荷輸運和相應的勢壘。這種在單分子水平上的能帶調控和電荷傳輸調節有利于對分子電荷傳輸機制的深入理解，并為高性能分子納米電路的實際應用開發提供了重要見解。
Li Mingyao et al. Dipole-Modulated Charge Transport through PNP-Type Single-Molecule Junctions. JACS 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c08664
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08664
5. JACS：陽離子的性質嚴重影響負電荷二氧化硅界面水
了解帶電表面上離子的集體行為對于地質和電化學過程至關重要。離子屏蔽了表面電荷，界面場破壞了表面附近的中心對稱性，這些可以通過二階非線性光譜進行探測。基于泊松-玻爾茲曼方程的平均場模型半定量地解釋了電解質濃度對非線性光學響應的影響。然而，為了解釋先前報道的離子特異性對光譜響應的影響，需要理解界面性質中的劇烈離子特異性變化，包括表面酸度和介電常數，或強離子吸附/解吸。近日，馬克斯·普朗克聚合物研究所Johannes Hunger、格拉茨技術大學Douwe Jan Bonthuis、維也納大學Ellen H. G. Backus研究了陽離子的性質對負電荷二氧化硅界面水的影響。
本文要點：
1) 作者使用和頻產生（SFG）光譜來探測不同濃度的堿金屬氯化物溶液（LiCl、NaCl、KCl和CsCl）接觸的帶電二氧化硅表面上水分子的對稱性破壞。發現水響應隨陽離子而變化：與CsCl相比，LiCl的SFG響應顯著增強。果。
2) 在平均場模型中，無論是特定的離子-表面相互作用還是界面附近水的介電常數降低都不能解釋光譜強度隨陽離子性質的變化。分子動力學模擬證實，電化學電位的衰減僅弱依賴于鹽的類型。相反，不同的鹽對光學響應的影響是間接的，通過界面水的重組：直接在界面上水的鹽類型相關排列可以解釋觀察結果。
Johannes Hunger et al. Nature of Cations Critically Affects Water at the Negatively Charged Silica Interface JACS 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c02777
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02777
6. JACS：具有近紅外吸收性能的B?N Lewis對功能化蒽用于癌癥光熱治療
北京理工大學Kanglei Liu、蔣振奇博士和羅格斯大學紐瓦克分校Frieder J?kle通過合成B?N功能化的雙蒽基吡嗪衍生物以構建了新型低帶隙發色團，并進行了光物理和電化學、晶體堆積和理論研究。
本文要點：
1）實驗通過密度泛函理論計算確定了兩個能量相似的構象，證明其核心單元為彎曲的馬鞍狀構象(x-異構體)或鋸齒狀構象(z-異構體)。C6F5取代衍生物(4-Pf)的x射線晶體結構表明，z-異構體在固態中是普遍存在的，而變溫核磁共振研究則表明其在溶液中會發生動態變化。與全碳類似物相比，B?N的融合會導致其HOMO – LUMO帶隙大幅減小，并顯著降低LUMO能量。研究表明，4-Pf在大于700 nm處具有顯著的吸光度，而在整個可見區則幾乎無吸收性能。
2）被封裝在生物降解聚合物DSPE-mPEG2000后，4-Pf納米顆粒(4-Pf-NPs)能夠表現出良好的水溶性、高的光穩定性和極佳的光熱轉換效率（達到41.8%），可作為一種高效的體內外光熱治療試劑。綜上所述，該研究充分揭示了多環芳烴的B?N Lewis對功能化是一種構建新型NIR吸收材料的新策略。
Kanglei Liu. et al. Near-Infrared-Absorbing B?N Lewis Pair-Functionalized Anthracenes: Electronic Structure Tuning, Conformational Isomerism, and Applications in Photothermal Cancer Therapy. Journal of the American Chemical Society. 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c06538
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c06538
7. JACS：利用膨脹擠壓晶格控制立方體的光響應分子釋放
刺激響應性材料對于實現高效的藥物和催化劑控制遞送系統十分重要。溶致性液晶（LLC）具有明確的內部結構，適合捕獲小分子，并且可以分解為低粘度分散體，因而具備作為分子輸送系統的極大應用潛力。最近，來自劍橋大學材料科學與冶金系的Rachel C. Evans團隊首次構建了光響應性立方體LLC分散體，通過使用可光開關的兩親分子實現對LLC結構的外部控制，并能夠按需釋放LLC所捕獲的客體分子。
本文要點：
1) 偶氮苯光表面活性劑（AzoPS）含有一個中性的四甘醇頭部基團和偶氮苯烷基尾部，將其注入油酸/水混合體系，從而形成LLC相，LLC的均質化形成直徑約為200 nm的顆粒分散，通過小角度X射線散射和低溫透射電子顯微鏡證實內部具有雙連續原始立方相；
2) 研究發現，增加AzoPS的濃度會導致立方晶格膨脹，從而調整內部的納米結構。而紫外線照射后，立方體內部的AzoPS則會在幾秒內發生異構化，因而導致立方體晶格的擠壓和晶格參數的降低；
3) 基于這種擠壓機制，研究者成功地在幾分鐘內實現了尼羅河紅客體分子從立方體結構中的光觸發釋放，該光控LLC結構轉變的方法在下一代納米遞送系統的發展提供了潛在方案。
Rachel C. Evans, et al. Light-Responsive Molecular Release from Cubosomes Using Swell-Squeeze Lattice Control. J. Am. Chem. Soc. (2022).
DOI: 10.1021/jacs.2c08583
https://doi.org/10.1021/jacs.2c08583
8. AM：探索機械穩定的固體電解質界面及其在設計策略中的意義
循環期間二次電池陽極不可避免的體積膨脹對固體電解質界面(SEI)施加了力。電池性能與SEI在循環載荷條件下保持完整的能力密切相關，這基本上歸結為SEI的機械性能。SEI的易變性和復雜性以及其納米級厚度和環境敏感性使得對其機械性能的解釋存在許多障礙。人們采用了各種各樣的方法來研究SEI的機械性能，并產生了不同的意見。在技術和理論層面缺乏共識阻礙了有效設計策略的發展。香港理工大學Biao Zhang等概述了SEI的基本和理想的機械性能，可用的機械表征方法以及為了更高的測試精度值得注意的重要問題。
本文要點：
1）作者仔細研究了以前通過調整SEI機械性能來優化電池性能的嘗試，闡明了這些努力中的不一致性，并探索了潛在的原因。
2）最后，作者提出了一套研究方案，通過提高SEI的機械穩定性來加速實現卓越的電池循環性能。
Gao, Y. and Zhang, B. (2022), Probing the Mechanically Stable Solid Electrolyte Interphase and the Implications in Design Strategies. Adv. Mater. 2205421.
DOI: 10.1002/adma.202205421
https://doi.org/10.1002/adma.202205421
9. AM：混合維度Pt-Ni合金多面體納米鏈作為直接甲醇燃料電池雙功能電催化劑
Pt納米催化劑由于其合適的吸附/脫附能量而在直接甲醇燃料電池(DMFCs)中起著關鍵作用，然而其受到尺寸依賴性活性和穩定性之間不平衡關系的影響。鄭州大學Haizhong Guo和武漢大學Ziyu Wang等制備了具有納米多面體-納米線-納米多面體結構的有序組裝的混合維度Pt-Ni合金多面體納米鏈(Pt-Ni PNCs) 用于DMFCs的雙功能電催化劑，有效地減輕了尺寸效應。
本文要點：
1）Pt-Ni PNCs對甲醇陽極氧化反應(MOR)的質量活性是商業Pt/C的7.23倍。原位傅里葉變換紅外光譜和CO剝離測量表明Pt-Ni PNCs對CO中毒具有顯著的穩定性。對于陰極氧還原反應(ORR),通過Pt-Ni PNCs獲得了超過Pt/C的正半波電位，并且它可以很好地保持10，000次循環而幾乎沒有活性衰減。
2）所設計的納米結構可以緩解零維小尺寸Pt-Ni合金納米晶的團聚和溶解問題，豐富了一維鏈狀納米結構的表面原子臺階和活性晶面。這項工作提出了一種策略，通過在混合維度上構建新的界面關系來改善鉑基納米催化劑的催化性能，以緩解由尺寸效應引起的催化活性和催化穩定性之間的不平衡。
Xia, T., et al, Mixed-Dimensional Pt-Ni Alloy Polyhedral Nanochains As Bifunctional Electrocatalysts for Direct Methanol Fuel Cell. Adv. Mater. 2206508.
DOI: 10.1002/adma.202206508
https://doi.org/10.1002/adma.202206508
10. ACS Nano：用于高效滲透能量轉換的離子二極管共價有機骨架膜
顯示離子二極管效應的異質膜在滲透能轉化中極具應用前景。然而，現有的異質膜缺乏分子級設計的離子通道，從而限制了它們的功率密度。近日，阿卜杜拉科技大學Lai Zhiping報道了用于高效滲透能量轉換的離子二極管共價有機骨架膜。
本文要點：
1) 離子二極管共價有機骨架（COF）膜具有明確的離子通道、不對稱的幾何形狀和表面電荷極性，可以作為高性能滲透動力發生器。COF二極管膜由異質結組成，該異質結結合了帶正電荷的超薄COF層和由多孔COF納米纖維支架支撐的帶負電荷的COF層，顯示出實現快速單向離子擴散和陰離子選擇性的離子二極管效應。
2) 密度泛函理論計算表明，陰離子和COF通道之間的差異化相互作用有助于提高I? 在其它陰離子上傳輸。因此，COF二極管膜在50倍NaCl和NaI梯度下分別達到19.2和210.1 W m–2的高輸出功率密度，這優于最先進的異質膜。這項工作表明COF二極管膜在陰離子傳輸和能量相關應用方面具有巨大的潛力。
Gao Li et.al An Ionic Diode Covalent Organic Framework Membrane for Efficient Osmotic Energy Conversion ACS Nano 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c07813
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07813
11. ACS Nano：硫代磷酸酯基全固態電池的單層至多層納米顆粒陰極涂層
由硫代磷酸鋰超離子固體電解質（SE）和高容量陰極活性材料（CAM）組成的塊狀固體電池（SSB）因其在下一代電化學儲能中的潛在應用而備受關注。然而，這種電池系統中關鍵部件之間的兼容性問題很難克服。近日，卡爾斯魯厄理工學院Ma Yuan、Tang Yushu、Brezesinski Torsten報道了一種保護性陰極涂層，該涂層可顯著降低電池運行期間CAM和SE之間有害副反應的發生率。
本文要點：
1) 作者使用預成型的HfO2納米顆粒作為層狀富鎳氧化物CAM、LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2（NCM85）的二次粒子涂層。HfO2納米顆粒穩定分散體的制備使得能夠沉積厚度≤11納米的均勻涂層。
2) 當與基于Li6PS5Cl的顆粒堆疊SSB結合時，涂覆的NCM85在可逆性、電池容量、壽命和速率能力方面表現出優于未涂覆NCM85的性能。作者還使用物理和電化學表征技術研究了保護涂層在減緩電化學機械降解方面的有效性。此外，在漿料澆鑄SSB和基于液體電解質的鋰離子電池中證明了涂覆NCM85對濕法處理的適應性。
Ma Yuan et.al Single- to Few-Layer Nanoparticle Cathode Coating for Thiophosphate-Based All-Solid-State Batteries ACS Nano 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c07314
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07314
12. ACS Nano：用于高效淡水生產的界面電荷調制多功能MoS2Ti3C2Tx滲透電極
淡水生產對于解決全球水資源短缺至關重要。近日，為了提高淡水生產能力和保證淡水質量，北京化工大學崔駿、中國環境科學研究院席北斗設計了一種界面電荷調制的MoS2/Ti3C2Tx改性碳纖維（CF/MoS2/Ti3C2Tx）滲透電極。
本文要點：
1) 為了最大限度地提高CF/MoS2/Ti3C2Tx的脫鹽和降解效率，將光催化組分引入膜電容去離子（PMCDI）裝置，得到了具有高脫鹽能力的MoS2/Ti3C2Tx層狀結構。同時，優異的降解性能是由于形成了兩個光電催化活性中心，定向生成單線態氧（1O2）和羥基自由基（?OH）。
2) 嵌入的Cl-（脫鹽）作為電子轉移橋優化了MoS2/Ti3C2Tx的電荷分布，增強了光電催化活性。在Ti3C2Tx的末端O原子上形成缺電子（脫鹽）和富電子（再生）區域分別加速了?OH和1O2的生成。從而實現了高效優質海水淡化和降解的相互促進。
Qie Hantong et.al Interfacial Charge-Modulated Multifunctional MoS2/Ti3C2Tx Penetrating Electrode for High-Efficiency Freshwater Production ACS Nano 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c07810
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07810
