1. Chem. Rev.：用于能源應(yīng)用的新興鹵化鋁材料
對具有多個陰離子的半導(dǎo)體材料進行功能改進，使其在材料科學(xué)領(lǐng)域充滿新的挑戰(zhàn)和機遇。由混合硫族和鹵素陰離子組成的新興半導(dǎo)體材料，稱為“硫族鹵化物”。由于這些材料具有多功能性，因此從理論/計算科學(xué)到實驗材料科學(xué)，這些材料都受到研究界的廣泛關(guān)注。近日，新南威爾士大學(xué)Mahesh P. Suryawanshi對用于能源應(yīng)用的新興鹵化鋁材料進行了綜述研究。
本文要點：
1) 作者全面概述了新興的鉍和銻基以及新型銅、錫、鉛、銀和混合有機-無機鈣鈦礦基硫鹵化物的發(fā)展。首先強調(diào)設(shè)計和開發(fā)這些硫族鹵化物材料的高通量計算技術(shù)。然后，利用高性能器件的理論和實驗基礎(chǔ)，討論它們的光電子性質(zhì)、能帶結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)化學(xué)。
2) 接下來，概述了合成的最新進展及其在能量轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備中的廣泛應(yīng)用。最后，總結(jié)了該領(lǐng)域的發(fā)展阻礙和重要研究方向，并對未來的研究方向提出了展望，以進一步促進硫族鹵化物材料在未來實際應(yīng)用中的發(fā)展。
Uma V. Ghorpade, et al. Emerging Chalcohalide Materials for Energy Applications Chem. Rev. 2022
DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00422
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemrev.2c00422
2. EES：一種實現(xiàn)高電壓醚基電解質(zhì)的溶劑分子重構(gòu)策略
與鋰金屬負極（LMA）高度兼容且耐高壓的電解質(zhì)對于高能量密度鋰金屬電池（LMB）至關(guān)重要。最近有研究展示了局部高濃度電解質(zhì)(LHCEs ),然而，這需要極高的鹽與溶劑比（SSR；SSR≥1：2）在不犧牲電化學(xué)性能的情況下降低SSR是一個巨大的挑戰(zhàn)。基于此，香港科技大學(xué)趙天壽院士，Yiju Li提出了一種溶劑分子重構(gòu)策略來構(gòu)建一種基于1，3-二氧戊環(huán)（DOL）的低SSR (1:3.6)的“定域中濃度電解質(zhì)”，它具有優(yōu)異的Li兼容性（庫侖效率:99.2%）和高耐壓性（~4.7 V）。
本文要點：
1）研究人員利用可控的聚合過程來清除不穩(wěn)定的游離DOL溶劑分子，并使它們重構(gòu)以形成具有內(nèi)在更高抗氧化性的聚醚。更重要的是，游離DOL溶劑分子的清除和重建誘導(dǎo)產(chǎn)生更有利的富含陰離子的溶劑化構(gòu)型，這可以有效地鈍化具有高含量無機氟化物以及彈性聚醚衍生鏈段的陽極和陰極。
2）因此，裝配基于DOL的“局部中濃度電解質(zhì)”的Li||NCM622全電池可以在4.6 V的高截止電壓下穩(wěn)定循環(huán)。并獲得347 Wh kg-1的高能量密度。
這一工作提供了一種用較少的鹽來調(diào)節(jié)溶劑化結(jié)構(gòu)的有效策略，并且可以豐富高能量密度LMBs的先進電解質(zhì)體系。
Xudong Peng, et al, A Solvent Molecule Reconstruction Strategy Enabling a High-Voltage Ether-based Electrolyte, Energy Environ. Sci., 2022
DOI: 10.1039/D2EE02344J
https://doi.org/10.1039/D2EE02344J
3. EES：基于大規(guī)模易組裝微結(jié)構(gòu)單元的超耐鹽太陽能海水淡化系統(tǒng)
太陽能海水淡化是一種零污染、低能耗的離網(wǎng)凈水技術(shù)。然而，水蒸發(fā)后的鹽渣嚴重威脅著太陽能熱能系統(tǒng)的可持續(xù)利用。雖然復(fù)雜的加工方法和復(fù)雜的材料設(shè)計緩解了鹽分積累的問題，但這些努力顯著增加了加工和制造成本。近日，東華大學(xué)朱美芳院士，徐桂銀利用微結(jié)構(gòu)單元容易組裝過程中不完美的嵌合作用產(chǎn)生的缺口，為鹽的排泄提供途徑，解決鹽的積累問題。
本文要點：
1）基于微結(jié)構(gòu)單元的易組裝，研究人員提出了一種制造大規(guī)模耐鹽(SR)系統(tǒng)的便捷解決方案。
2）在高達20 wt%和25 wt%的氯化鈉溶液中，SR系統(tǒng)在1次太陽照射下分別獲得了91.5%和84.42%的創(chuàng)紀錄的能量效率。此外，親水性光熱材料在3.5wt%和過飽和鹽水中分別穩(wěn)定工作180天以上和2000分鐘以上，無積鹽現(xiàn)象。
3）通過集成太陽能海水淡化系統(tǒng)生產(chǎn)淡水的成本可以低至約$1 m-3。因此，這種由光熱材料一步組裝而成的SR系統(tǒng)為太陽能海水淡化的大規(guī)模應(yīng)用提供了一種很有前途的方法。
Chenyang Dang, et al, Ultra salt-resistant solar desalination system via large-scale easy-assembly of microstructural units, Energy Environ. Sci., 2022
DOI: 10.1039/D2EE03341K
https://doi.org/10.1039/D2EE03341K
4. EES：離子橫向遷移加速鹵化物鈣鈦礦器件的退化
長期以來，可移動離子的遷移一直被認為是基于鹵化物鈣鈦礦的設(shè)備性能下降的一個來源，但關(guān)于這個問題的機制和程度的細節(jié)仍然很少。近日，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Christian M. Wolff，Daniel A. Jacobs發(fā)現(xiàn)，在廣泛的穩(wěn)定性測試中，由電極邊緣(如金屬化或透明導(dǎo)電氧化物的邊界)引起的基板平面上的電勢差異可以在行為和退化中發(fā)揮主要作用。
本文要點：
1）研究人員觀察到了由雙陽離子和三陽離子混合鹵化物鈣鈦礦制成的太陽能電池中離子橫向遷移的明顯跡象，其影響包括反向偏壓應(yīng)力、光照MPP跟蹤，甚至是存儲時間的結(jié)果。
2）在它們最溫和的形式中，這些效應(yīng)表現(xiàn)為器件邊界周圍的調(diào)制光致發(fā)光強度模式，這些模式隨著施加的偏置和時間的變化而傳播到周圍區(qū)域。研究表明，離子漂移擴散模型提供了一個令人信服的匹配這些模式，包括它們的電壓依賴。
3）在MPP跟蹤的背景下，研究人員在太陽能電池中觀察到一種嚴重的材料退化形式，其空間分布和電壓依賴與離子橫向遷移模型相匹配，并具有高精度。因此，獲得了離子介導(dǎo)的退化模式的證據(jù)，該模式在器件邊界附近以高速率進行，但仍然在整個有源區(qū)中運行。
這種“整體”和“邊界”退化之間的聯(lián)系對鈣鈦礦型太陽能電池和LED器件的設(shè)計以及對它們在長期穩(wěn)定性測試中的特征行為的理解都有多方面的影響。
Daniel A. Jacobs, et al, Lateral ion migration accelerates degradation in halide perovskite devices, Energy Environ. Sci., 2022
DOI: 10.1039/d2ee02330j
https://doi.org/10.1039/d2ee02330j
5. EES：防凍電解液重構(gòu)富LiF中間相助力超低溫LiCoO2電池
由于鋰離子在石墨負極中間層中的高反應(yīng)能壘，以及在低溫下形成的不穩(wěn)定的固體電解液界面相(SEI)，商用石墨||LiCoO2(LCO)電池的最低工作溫度被限制在~-20 °C。具有理想的無主體性質(zhì)的鋰(Li)金屬有望支持LCO正極的低溫運行，但Li||LCO電池的低溫應(yīng)用面臨著傳統(tǒng)電解液的災(zāi)難性問題，包括Li+的溶劑化結(jié)構(gòu)高、去溶能低、Li+飽和濃度低、無鋰SEI和陰極電解液界面(CEI)(低于7%)、Li+電導(dǎo)率和擴散系數(shù)小。近日，哈工大何偉東教授，Yuanpeng Liu使用甲酸異丁酯(IF)作為防凍劑，其熔點為-132°C，粘度為0.30 Pa·s，設(shè)計了一種低配位數(shù)(0.07)、高脫溶能(-27.97 eV)和高Li+飽和濃度(1.40×10-10 mol/s)的氟硫電解液。
本文要點：
1）所形成穩(wěn)定的富LiF SEI(10.48%)和CEI(17.91%)層，具有大的Li+電導(dǎo)率(1.00×10-5 mS cm-1和6.65×10-5 mS cm-1)和大的擴散系數(shù)(1.10×10-21m2 s-1和2.07×10-20 m2 s-1)。
2）得益于該電解液，Li||LCO電池在-70 °C下提供了前所未有的循環(huán)性能，包括170次循環(huán)中110 mAh g-1的穩(wěn)定容量。因此，該工作為發(fā)展超低溫LCO電池提供了契機。
Jipeng Liu, et al, Reconstruction of LiF-rich interphases through an anti-freezing electrolyte for ultralow-temperature LiCoO2 batteries, Energy Environ. Sci., 2022
DOI: 10.1039/D2EE02411J
https://doi.org/10.1039/D2EE02411J
6. AM：在乳酸中引入α-FeOOH的NiOOH的形成和穩(wěn)定：析氧和尿素氧化反應(yīng)的復(fù)合電催化劑
NiOOH被認為是電化學(xué)氧化反應(yīng)中最具活性的中間體，但由于其高氧化能而難以直接合成。近日，吉林大學(xué)黃科科教授理論計算預(yù)測α-FeOOH能夠降低形成能并提高NiFe基層狀雙氫氧化物(LDH)中NiOOH的穩(wěn)定性。
本文要點：
1）令人鼓舞的是，研究人員通過添加額外的Fe3+源，在水熱處理中成功地制備了由α-FeOOH和LDH組成的復(fù)合物，并通過后續(xù)的電氧化方法獲得了穩(wěn)定的NiOOH。
2）X射線光電子能譜(XPS)和X射線吸收譜(XAS)證實，得益于α-FeOOH的強電子俘獲能力，它有效地促進了Ni/Fe位點周圍的電荷再分布，激活了LDH的Ni原子。d帶中心被優(yōu)化以平衡吸收和解吸能量，因此Gibbs自由能壘朝著析氧反應(yīng)(OER)和尿素氧化反應(yīng)(UOR)顯著降低，并最終顯示出195 mV的突出超電勢，10 mA/cm2電流密度下的電壓為1.35 V。
這項研究為復(fù)雜的多電子反應(yīng)引入了一個新的相，從而提供了一種構(gòu)建高效催化劑的新策略。
Minmin Cai, et al, Formation and stabilization of NiOOH by introducing α-FeOOH in LDH: composite electrocatalyst for oxygen evolution and urea oxidation reactions, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202209338
https://doi.org/10.1002/adma.202209338
7. AM：增強柔性模具壽命，用于膠粘劑復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的卷對卷放大制造
目前，人們已經(jīng)開發(fā)出具有微或納米結(jié)構(gòu)的各種功能復(fù)雜三維圖形表面，并證明了它們優(yōu)于非圖形光滑表面的性能。然而，大規(guī)模生產(chǎn)這種復(fù)雜的微/納米圖案表面具有挑戰(zhàn)性，這大大限制了它們的商業(yè)化。雖然使用柔性模具的卷對卷(R2R)制造已經(jīng)實現(xiàn)了這種功能表面的大規(guī)模生產(chǎn)，但模具重復(fù)性差的問題還沒有解決。近日，馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所Metin Sitti報道了一種使用兩步固化工藝在紫外光固化R2R系統(tǒng)中顯著提高微圖案柔性硅膠模具與高粘性聚氨酯丙烯酸酯(PUAs)的重復(fù)性超過1000個循環(huán)的策略。
本文要點：
1）盡管具有復(fù)雜的三維下凹幾何形狀和高黏性的微結(jié)構(gòu)，但通過提出的策略，模具的可重復(fù)性從10秒循環(huán)大幅提高到1000多次。
2）這兩步工藝將實現(xiàn)微/納米結(jié)構(gòu)粘合劑的規(guī)模化生產(chǎn)，如本研究中演示的壁虎啟發(fā)的超纖維粘合劑，以及各種其他功能微/納米結(jié)構(gòu)表面，通過提高靈活的模具壽命。
Jae-Kang Kim, et al, Enhanced Flexible Mold Lifetime for Roll-to-Roll Scaled-Up Manufacturing of Adhesive Complex Microstructures, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202207257
https://doi.org/10.1002/adma.202207257
8. AM：一種通過激活非反應(yīng)性襯底的高效半透明和串聯(lián)太陽能電池
在制備半透明(ST)鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)和串聯(lián)太陽能電池時，原子層沉積(ALD)是一種特別吸引人的濺射緩沖層技術(shù)。然而，當(dāng)襯底與ALD反應(yīng)物不發(fā)生反應(yīng)時，ALD過程變?yōu)閸u狀生長，形成針孔層，對防濺射產(chǎn)生不利影響。近日，暨南大學(xué)麥耀華教授，Yuzhao Yang，Shaohang Wu，于利希研究中心Weiyuan Duan進行了以ALD SnOx為濺射緩沖層的p-i-n結(jié)構(gòu)PSCs。P-i-n結(jié)構(gòu)PVK太陽電池中常用的電子傳輸層(ETL)PCBM是阻止ALD SnOx逐層生長的非反應(yīng)性襯底。
本文要點：
1）研究人員通過引入反應(yīng)中心來激活PCBM層，以形成不透水的ALD層。通過引入反應(yīng)點/AlD SnOx作為濺射緩沖層，研究人員成功地制備了鈣鈦礦/硅(雙面拋光)串聯(lián)太陽電池和ST-PSCs太陽電池，其PCE分別為20.25%和23.31%。
2）此外，經(jīng)過5100小時的老化后，帶有反應(yīng)中心的未封裝器件的初始功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)仍保持在99%以上。因此，這項工作為制備穩(wěn)定的PSCs、ST-PSCs、串聯(lián)太陽電池以及相關(guān)的規(guī)模化太陽電池提供了一條很有前途的途徑。
Bohao Yu, et al, Impermeable Atomic Layer Deposition for Sputtering Buffer Layer in Efficient Semi-Transparent and Tandem Solar Cells via Activating Unreactive Substrate, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202202447
https://doi.org/10.1002/adma.202202447
9. AM：用于可溶液加工的大規(guī)模2D納米片的高度各向異性和透明導(dǎo)電配位聚合物的尺寸控制
目前，控制導(dǎo)電配位聚合物的尺寸是一個關(guān)鍵的科學(xué)興趣。近日，韓國科學(xué)技術(shù)研究院Kahyun Hur，Min-Seok Kim，高麗大學(xué)Yun-Mo Sung提出了氯化銅硫脲（CuCl-TU）配位聚合物的基于溶液的尺寸控制策略，其能夠形成厘米級的2D納米片以用作透明電極。
本文要點：
1）盡管CuCl-TU聚合物的帶隙很寬(4.33 eV)，但通過極化子介導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移，2D片的電導(dǎo)率在室溫下能夠達到4。s cm-1，無有意摻雜。這導(dǎo)致高度各向異性的電子傳導(dǎo)率，取決于材料的取向，高達大約103的差異。
2）此外，通過替代備選硫脲候選物，研究人員證明了有可能通過尺寸控制預(yù)先設(shè)計具有所需功能性、穩(wěn)定性和孔隙率的CuCl-TU結(jié)構(gòu)。
這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計下一代可以在室溫下工作的透明導(dǎo)電材料提供了藍圖，從而擴展了它們在不同領(lǐng)域的適用性。
Bong Lim Suh, et al, Dimensional Control of Highly Anisotropic and Transparent Conductive Coordination Polymers for Solution-Processable Large-Scale 2D Sheets, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202206980
https://doi.org/10.1002/adma.202206980
10. AM：超小金屬納米粒子在短介孔通道中的原位限制用于高效和選擇性的持久電催化硝酸鹽還原
電催化還原是去除NO3-和制造高價值含氮化合物的可持續(xù)方法，然而，其受到緩慢動力學(xué)、低選擇性和差穩(wěn)定性的嚴重阻礙。近日，復(fù)旦大學(xué)Wei Li報道了一種原位限制策略，構(gòu)建高效的單金屬/雙金屬基電催化劑，用于持久的NO3-還原。
本文要點：
1）通過簡單的分子介導(dǎo)的界面組裝方法，超小CuPd合金納米粒子可以很好地分散和限制在核殼結(jié)構(gòu)碳納米管@介孔碳基底（CNTs@mesoC@CuPd）的介孔孔道中。所獲得的CNTs@mesoC@CuPd顯示出745.8 m2·g-1的高表面積、微小的納米顆粒尺寸(~5.3 nm)、超薄且垂直的介孔通道(孔徑約7 nm)和1D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
2）研究人員通過這種簡單的方法制備了一系列單金屬/雙金屬電催化劑，包括CNTs@mesoC@FePd、CNTs@mesoC@NiPd、CNTs@mesoC@Pd、CNTs@mesoC@Cu、CNTs@mesoC@Fe和CNTs@mesoC@Ni。CNTs@mesoC@CuPd催化劑在100 mg/L NO3--N電解質(zhì)中顯示出近100%的NO3-轉(zhuǎn)化效率、98%的N2選擇性和超過30天的令人印象深刻的穩(wěn)定性。此外，在200 mg/L的NO3--N電解液中，最大去除能力可達到30000 mg N/gCuPd。
3）原位DEMS和同位素標記實驗清楚地揭示了用于電催化NO3-還原的雙金屬和單金屬催化劑分別顯示出對N2和NH3的排他性選擇性，由于不同的電子結(jié)構(gòu)，這可以通過DFT計算和XPS分析進一步揭示。
Hui Xu, et al, In situ Confinement of Ultrasmall Metal Nanoparticles in Short Mesochannels for Durable Electrocatalytic Nitrate Reduction with High Efficiency and Selectivity Adv. Mater., 2022
DOI: 10.1002/adma.202207522
https://doi.org/10.1002/adma.202207522
11. AM：面向透氣性皮膚集成電子產(chǎn)品的超薄水凝膠薄膜
在個性化診斷、治療和人機界面方面提供革命性能力的皮膚電子設(shè)備需要皮膚和電子設(shè)備之間的無縫集成。一個常見的問題是，是否可以引入一種理想的接口，將薄膜電子設(shè)備與柔軟的皮膚直接連接起來，使皮膚能夠自由呼吸，集成在皮膚上的電子設(shè)備能夠穩(wěn)定工作。近日，清華大學(xué)Xiaomin Xu開發(fā)了一種低過敏性超薄水凝膠界面，允許薄膜設(shè)備在皮膚上長期粘附超過一周，而不會限制皮膚的自然運動，導(dǎo)致皮膚刺激或加速設(shè)備性能退化。
本文要點：
1）研究人員提出了一種簡單的制造方法，可生產(chǎn)厚度低至7 μm、可伸縮性大于100 cm2的水凝膠薄膜。所得超薄水凝膠膜顯示出組合的特征，包括高水蒸氣滲透性、極高的機械順應(yīng)性、高透光率和生物相容性。
2）這種水凝膠界面具有幾微米到幾十微米的厚度，確保了與皮膚花紋、折痕和凹痕的一致性，允許變形以補償應(yīng)力并避免皮膚自然運動過程中的破裂。高水蒸氣透過率(WVTR)和良好的皮膚-水凝膠水交換保證了在與電子設(shè)備耦合時不受干擾的經(jīng)表皮水分損失和皮膚的自由呼吸。
3）研究人員證明了通過超薄水凝膠界面將多種類型的有機薄膜器件，即有機場效應(yīng)晶體管(OFETs)、有機電化學(xué)晶體管(OECTs)和有機光伏(OPV)與皮膚集成的可行性。
這項工作提供了一種簡易的解決方案，以無縫的方式將薄膜電子設(shè)備與軟皮連接起來，并將促進皮集成電子設(shè)備的普遍適用性。
Simin Cheng, et al, Ultrathin Hydrogel Films toward Breathable Skin-Integrated Electronics, Adv. Mater., 2022
DOI: 10.1002/adma.202206793
https://doi.org/10.1002/adma.202206793
