1. Sci. Adv.：用于析氫反應的晶體-納米結構鋁基電催化劑
鉑基催化劑被廣泛用于析氫反應，然而，出于其成本效率權衡考慮，它們的應用受到限制。近日，香港城市大學呂堅院士、李楊楊、西安交通大學吳戈通過組合磁控共濺射合成了Al73Mn7Ru20催化劑。
本文要點：
1) 該電催化劑由被約2納米非晶區域包圍的約2納米中等熵納米晶體組成。該催化劑表現出類似于單原子催化劑的優異催化性能，并且優于基于納米團簇的催化劑。
2) 使用非貴金屬鋁作為催化劑的主要元素，而使用比鉑便宜的釕作為貴金屬組分。該設計策略為開發用于大規模制氫的電催化劑提供了一條有效的途徑。此外，由納米雙相結構的協同效應產生的優異析氫反應活性能夠指導其他合金體系中高性能催化劑的合成。
Liu Sida, et al. A crystal glass–nanostructured Al-based electrocatalyst for hydrogen evolution reaction Sci. Adv. 2022
DOI: 10.1126/sciadv.add6421
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add6421
2. JACS：CeO2負載的Ru單原子用于催化芳烴選擇性加氫脫氧制環己醇
環己醇是廣泛使用的化學品，主要通過氧化化石原料來生產。木質素衍生物的選擇性加氫脫氧具有生產這些化學品的巨大潛力，但獲得高產率仍具有挑戰性。近日，中科院化學研究所韓布興院士，Qinglei Meng，華東師范大學Haihong Wu報道了片狀二氧化鈰負載的Ru單原子（Ru/CeO2-S）中心用于芳烴轉化，包括苯環的有效氫化和C-O鍵的選擇性斷裂。
本文要點：
1）使用水作為反應介質，該催化劑能夠以99.9%的產率成功地將多種芳香族化合物轉化為環己醇。
2）實驗和計算研究為理解Ru單原子和CeO2之間的協同作用提供了見解。研究發現，在催化劑中形成了Ru-O-Ce中心，一個Ru原子與大約四個O原子配位。Ru?O?Ce結構能夠有效地激活苯環結構和分子氫，促進反應中芳烴的選擇性加氫脫氧，這可能與Ru單原子與CeO2的協同作用有關。
3）這種堅固、選擇性好、穩定性好的催化劑在生物質資源轉化為增值燃料和化學品方面具有巨大的應用潛力，此外，這一發現有望通過單原子和載體的協同作用來指導其他新型高效SACs的設計。
Kaili Zhang, et al, Selective Hydrodeoxygenation of Aromatics to Cyclohexanols over Ru Single Atoms Supported on CeO2, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c08992
https://doi.org/10.1021/jacs.2c08992
3. Angew：共價有機骨架原位固定化酶
酶固定化是一種廣泛報道的方法，通過提高酶的穩定性和重復使用性，有利于酶的適用性。在各種現有的固體載體和固定化策略中，在晶體多孔基質中原位封裝酶是設計具有穩定和受保護催化活性的生物雜化物的有力工具。然而，迄今為止，只有少數金屬有機框架(MOFs)和氫鍵有機框架(HOFs)的報道。令人興奮的是，Y. Chen和同事們首次將原位生物包埋擴展到一類新的晶體多孔材料，即共價有機框架(COFs)。巴黎薩克雷大學Clémence Sicard對這項研究進行了解讀
本文要點：
1）報道的原位COF固定化平臺滿足了作為高效固定化基質的所有強制要求，因為它具有較高的催化活性和選擇性，提供了化學和長期穩定性，以及系統的可重用性。由于COFs的固有特性，本研究為酶固定化提供了新的令人興奮的機會。
2）功能化的便利性允許對宿主基質的疏水/親水平衡進行微調，為酶/COF偶對的“按需”設計提供了最大的生物催化效率。COF基質的作用不僅局限于簡單的宿主載體，而且還有助于催化性能，正如之前在MOFs中所演示的那樣，應該會產生前所未有的生物催化劑。
雖然封裝更不穩定的生物實體(更脆弱的酶、核酸、細胞……)面臨著挑戰，但這項工作無疑將成為一個墊腳石，并激發基于COF的研究的一個全新領域。
Clémence Sicard, et al, In-situ Enzyme Immobilization by Covalent Organic Frameworks, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202213405
DOI: 10.1002/anie.202213405
https://doi.org/10.1002/anie.202213405
4. Angew：一種基于可耗能機械聯鎖網絡的界面層助力耐久鋰金屬負極
固體電解質界面(SEI)因其在穩定鋰陽極方面的重要作用而備受關注。然而，天然和諸多人工SEI經常在不可控的枝晶生長或長期重復的體積變化下發生開裂和碎裂，導致容量衰減。近日，上海交通大學Zheng Liang合成了一種具有獨特能耗的機械堅固的輪烷化機械聯鎖網絡（MIN），并將其作為長期穩定的鋰金屬負極的界面層進行了研究。
本文要點：
1）研究人員采用了烯烴修飾的[2]輪烷作為機械互鎖基元，聚[(巰丙基)甲基硅氧烷](PMMS)作為聚合物基質，然后通過硫烯點擊聚合進行有效的光固化過程以獲得MIN。得益于力誘導的[2]輪烷單元的分子內運動，與PMMS鏈通過常見的共價交聯劑連接的對照樣品相比，得到的MIN顯示出更好的強度、韌性、自適應和能量耗散能力。
2）研究人員通過旋涂和光固化過程將MIN進一步整合到Li或Cu箔上。在長時間重復的Li沉積/剝離過程中，即使在高充電容量下，最小界面層也得到了很好的保存，使對稱電池在1 mA/cm2碳酸鹽電解液中的循環壽命延長了1500小時。基于負載13.5 mg/cm2的金屬鋰和LiFePO4負極的全電池穩定循環500次，1 C下的容量保持率為88%。
綜上所述，研究結果表明MIN在長期穩定的鋰金屬負極和其他電池相關領域中具有潛在的應用前景。
Jun Zhao, et al, Durable Lithium Metal Anodes Enabled by Interfacial Layers Based on Mechanically Interlocked Networks Capable of Energy Dissipation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214386
DOI: 10.1002/anie.202214386
https://doi.org/10.1002/anie.202214386
5. Angew：富氮固體電解質界面的原位形成及同時調節溶劑化結構助力先進鋅金屬電池
鋅（Zn）金屬作為一種很有前途的水系電池負極材料，存在枝晶生長、嚴重的鋅腐蝕和析氫問題。山東大學Jian Yang研究了N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為電解液添加劑對鋅陽極性能的改善。
本文要點：
1）研究人員利用核磁共振、FT-IR、DFT計算和MD模擬等證明NMP取代了溶劑化鞘中的一個H2O分子。同時，XPS和ToF-SIMS證實，NMP分解為富氮的SEI層。這一層的形成將有效地保護金屬鋅不受腐蝕性電解液的影響，從而抑制副反應。COSMOL、掃描電子顯微鏡和光學顯微鏡顯示，這一層有利于鋅的均勻沉積和剝離，抑制了枝晶的生長。
2）實驗結果顯示，NMP提高了材料的電化學性能，1000次循環庫侖效率可達99.8%，10 mAh cm-2循環200h，鋅利用率高達85.6%。這些結果超過了沒有NMP的結果。此外，即使在惡劣的條件下，Zn||MnO2全電池仍然表現出令人印象深刻的累積容量。
Dongdong Wang, et al, In-situ Formation of Nitrogen-Rich Solid Electrolyte Interphase and Simultaneous Regulating Solvation Structures for Advanced Zn Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202212839
DOI: 10.1002/anie.202212839
https://doi.org/10.1002/anie.202212839
6. Angew：鐵磁性原子基鋰-硫電池正極中難溶Li2S2-Li2S還原催化的起源和加速研究
加速不溶性Li2S2-Li2S還原催化以減輕穿梭效應已成為高效鋰-硫電池正極的創新范例，如通過提供高密度活性位點實現與固體Li2S2的原位反應的單原子催化劑。然而，關于不同單原子物種在固-固硫還原催化和調節原理上的深刻起源仍不清楚。近日，四川大學Shuang Li，Xikui Liu，Chong Cheng提供了在具有不同金屬N4位的Fes（鐵磁元素(FEs =Fe、Co和Ni)）基SAC正極中不溶性Li2S2-Li2S還原催化的基本來源的比較研究。
本文要點：
1）通過一系列的理論研究，研究人員發現自旋極化（Fe-N4 > Co-N4 > Ni-N4）可以提供自旋電子，減少Li2S2-FEs-N4中反鍵軌道的占據，增強FEs-S相互作用，從而削弱Li2S2中S-S鍵的強度，最終加速陰極界面的Li2S2-Li2S還原催化。
2）研究人員合成了一系列負載在多孔碳上的FEs單原子位點作為正極材料來驗證所提出的機理。隨后，系統的光譜、結構和電化學研究表明，基于Fe-N4的正極表現出最快的Li2S2-Li2S還原動力學和在1 C下200次循環后578 mAh g-1的最高容量保持率(1 C = 1675 mA g-1)，這遠遠超過基于HP-SACo (512 mAh g-1)和HP-SANi (454 mAh g-1)的電池。
研究發現表明，鐵磁性原子的自發自旋極化可以加速不溶性Li2S2-Li2S還原催化，從而為設計用于實際鋰-硫電池的高能量和長壽命的多硫化物還原催化劑提供了一種新的策略。
Rui Yan, et al, Origin and Acceleration of Insoluble Li2S2-Li2S Reduction Catalysis in Ferromagnetic Atoms-based Lithium-Sulfur Battery Cathodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215414
DOI: 10.1002/anie.202215414
https://doi.org/10.1002/anie.202215414
7. Angew：溶劑化結構設計實現96%利用率的大容量鋅負極
水系鋅離子電池(AZB)在大規模儲能方面具有廣闊的應用前景。然而，由于活潑的水分子在水溶液中引起的副反應，鋅的利用率（ZUR）普遍較低。近日，中科大Wei Chen，Zhenyu Li設計了一種新的溶劑化結構，在電解液中引入環丁砜（SL）。
本文要點：
1）理論計算、分子動力學模擬和實驗測試表明，SL重塑了鋅離子的初級溶劑化殼層，顯著減少了鋅負極的副反應，并在大容量下獲得了較高的ZURs。
2）實驗結果顯示，對稱和非對稱電池在24 mAh cm-2的面容量下可以達到最大96%的ZUR。在67%的ZUR下，所研制的Zn-V2O5電池可以穩定循環500次，能量密度為180 Wh·kg-1，Zn-AC電容器穩定循環5000次。
這種電解液結構工程策略為實現高性能AZB的高ZUR鋅負極提供了新的見解。
Mingming Wang, et al, High-Capacity Zinc Anode with 96% Utilization Rate Enabled by Solvation Structure Design, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214966
DOI: 10.1002/anie.202214966
https://doi.org/10.1002/anie.202214966
8. Angew：一種含多氟烷基的非富勒烯受體在有機太陽能電池中實現自分層
對有源層中垂直相分布的精細控制是確保有機太陽能電池（OSC）高性能的關鍵，但也是具有挑戰性的。近日，華南理工大學Fei Huang，Chunchen Liu在PM6：BTP-eC9共混物中加入一種新型的含多氟烷基的非富勒烯小分子受體(NFSMA)，EH-C8F17作為客體，實現了自層析活性層。
本文要點：
1）具有上受主富集層和下層未擾動體相異質結層，獲得了良好的垂直形貌。因此，獲得了18.03%的功率轉換效率，高于不含EH-C8F17的器件的17.40%的效率。
2）此外，得益于這種自分層策略實現的改進的電荷傳輸和收集，厚度為350 nm的OSC具有16.89%的令人印象深刻的PCE。因此，研究結果表明，含多氟烷基的NFSMA輔助自分層可以有效地實現高性能OSCs的理想形態。
Shihao Chen, et al, A Polyfluoroalkyl-Containing Non-fullerene Acceptor Enables Self-Stratification in Organic Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202213869
DOI: 10.1002/anie.202213869
https://doi.org/10.1002/anie.202213869
9. Angew：單納米級等離激元增強的電化學發光
貴金屬納米顆粒是一種重要的電催化劑，在分析、傳感、能量轉換等領域有著廣泛的應用。了解它們的電催化性能對于指導后續催化劑的制備和優化具有重要意義。然而，目前通常是通過測量許多納米顆粒的整體電化學性能來完成的。考慮到納米顆粒的內在異質性，在單顆粒水平上篩選電催化活性非常必要。電化學發光(ECL)是一種涉及由電化學反應激發的探測分子發射的技術。近日，南京大學魯振達教授用等離激元增強電化學發光顯微鏡(ECL)研究了單納米粒子(NP)水平上的等離子體增強電化學發光。
本文要點：
1）Au NP被組裝成有序陣列，提供了一個高通量平臺，可以在順序表征中容易地定位每個NP。
2）研究人員觀察到ECL強度與Au-NP組態有很強的相關性。研究人員首次在單粒子水平上證明了Ru(bpy)32+-TPrA的電致發光主要被小于40 nm的小Au NP猝滅，而被大Au NP (>80 nm)增強，這是由于局域表面等離激元共振(LSPR)所致。值得注意的是，鄰近Au NP的耦合效應進一步增強了ECL強度。此外，時域有限差分(FDTD)模擬結果與實驗結果吻合較好。
因此，這種陣列單個NPs的等離子體增強ECL顯微鏡為篩選單個粒子的電催化活性提供了一個可靠的工具。
Ying Wei, et al, Plasmon-Enhanced Electrochemiluminescence at the Single-Nanoparticle Level, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214103
DOI: 10.1002/anie.202214103
https://doi.org/10.1002/anie.202214103
10. Angew：通過熒光和對化學位移依賴的19F核磁共振實現硝基還原酶活體成像
硝基還原酶(NTR)是一種重要的生物標志物，被廣泛用于評價腫瘤的乏氧程度。雖然已有一些光學方法能夠用于檢測低濃度范圍內的硝基還原酶，但仍缺乏一種不受成像深度限制的有效策略以實現對硝基還原酶的活體監測。有鑒于此，中科院武漢物理與數學研究所周欣研究員構建了一種新型的雙模態近紅外熒光-19F磁共振成像探針FCy7-NO2，并將其用于腫瘤乏氧成像。
本文要點：
1）研究發現，FCy7-NO2不僅可以作為一種快速的近紅外熒光增強探針，用于監測腫瘤中硝基還原酶的生物成像，而且也是一種新型的19F MR化學位移敏感造影劑，能夠用于對硝基還原酶催化的還原進行選擇性檢測。
2）實驗結果表明，FCy7-NO2能夠將兩種互補的成像技術進行集成，進而在不受組織深度限制的大濃度范圍內靈敏地檢測硝基還原酶。綜上所述，該研究開發的探針能夠實現對硝基還原酶的靈敏響應，進而能夠為了解腫瘤的演進及硝基還原酶在乏氧微環境中的生理作用提供一種新的方法。
Shizhen Chen. et al. In Vivo Nitroreductase Imaging via Fluorescence and Chemical Shift Dependent 19F NMR. Angewandte Chemie International Edition. 2022
DOI: 10.1002/anie.202213495
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213495
11. AM綜述：新興的二維金屬氧化物：從合成到器件集成
二維（2D）金屬氧化物以其有趣的物理性質在電子學和光電子學領域引起了越來越多的關注。近日，深圳大學Ye Zhou綜述了2D金屬氧化物的合成及其電子應用的最新進展。
本文要點：
1）首先，2D金屬氧化物的可調性與結構(各種氧化態形式、多晶性等)、晶體和缺陷(各向異性、點缺陷和晶界)以及厚度(量子限制效應、界面效應等)有關。并對其進行了討論。
2）作者然后介紹了除機械剝離外的2D金屬氧化物的先進合成方法，并將其分為溶液法、氣相沉積法和金屬源自然氧化法。
3）作者討論了2D金屬氧化物在晶體管、逆變器、光電探測器、壓電器件、憶阻器等廣泛應用中的各種作用，以及潛在的應用(太陽能電池、自旋電子學和超導器件)。
4）作者最后對2D金屬氧化物存在的挑戰和未來的機遇進行了展望。
Kui Zhou, et al, Emerging Two-Dimensional Metal Oxides: From Synthesis to Device Integration, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202207774
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207774
12. AM：調控聚苯乙烯-馬來酸酐網絡助力超高能量密度和高溫充放電效率的全聚合物介電材料
聚合物薄膜電容器具有功率密度高、充放電速度快、穩定性好等優點，在電子和電力系統中得到了廣泛的應用。然而，電導率隨溫度和外加電場的指數增加大大降低了介電聚合物在高溫下的電容性能。近日，南方科技大學Hong Wang，賓夕法尼亞州立大學Qing Wang報道了第一個通過定制分子結構顯著抑制高場高溫傳導損耗來控制全有機交聯聚合物中電荷陷阱能級的研究，這與目前基于無機填料引入的方法有很大不同。
本文要點：
1）優化了交聯結構的聚合物網絡表現出7.02 J cm?3的超高放電能量密度，150 °C充放電效率>90%，遠遠超過目前的介電聚合物和復合材料。
2）研究人員通過全面的實驗研究和計算證實了不同的交聯結構中的電荷俘獲效應作為高溫電容性能顯著提高的根源。
3）此外，聚合物薄膜電容器還表現出了良好的循環性能和自愈性能。
這項工作為設計能夠在惡劣環境下工作的可伸縮高能量密度聚合物介質提供了一條很有前途的分子結構設計途徑。
Zizhao Pan, et al, Tailoring Poly(styrene-co-maleic anhydride) Networks for All-Polymer Dielectrics Exhibiting Ultrahigh Energy Density and Charge-Discharge Efficiency at Elevated Temperatures, Adv. Mater. 2022
DOI：10.1002/adma.202207580
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207580
