1. Nature Chemistry：將分子催化劑和金屬有機框架結合用于光催化燃料生產
為了從水和二氧化碳等豐富的資源中產生可持續的清潔能源，太陽能燃料生產即將太陽能光收集和人工分子光系統產生高效化學能源載體的結合極具應用前景。目前，已開發出對化學能量轉換具有潛力的分子成分（如高產品選擇性和原子經濟性），其與宿主材料的界面使其具有可回收性、受控的位置定位，以及對催化機制和環境控制選擇性。在各種各樣的載體中，金屬-有機框架（MOF）具有獨特的特性（如孔隙率和多功能性），可以以獨特的方式影響反應環境和材料結構。近日，慕尼黑工業大學J. Warnan將分子催化劑和金屬有機框架結合用于光催化燃料生產。
本文要點：
1) 作者強調了將催化劑和光敏劑等分子復合物接枝到MOF上用于太陽能燃料生產的各種現有合成策略。
2) 對一鍋法和分步法的可行性和局限性進行了批判性評估，并根據其光催化性能和所選實例的實際適用性對所得材料進行了討論。
P. M. Stanley, et al. Merging molecular catalysts and metal–organic frameworks for photocatalytic fuel production Nature Chem. 2022
DOI: 10.1038/s41557-022-01093-x
https://doi.org/10.1038/s41557-022-01093-x
2. Nature Nanotechnology：具有穩態振蕩和耗散信號轉導反饋控制的水凝膠
在反饋控制下，驅動系統脫離平衡是生物系統的特征，其中穩態和耗散信號轉導促進了復雜的反應。這一特性不僅激發了合成系統中的耗散動態功能，而且在設計新路徑方面也提出了巨大挑戰。近日，阿爾托大學Olli Ikkala、坦佩雷大學Arri Priimagi，Hao Zeng報道了由恒定光驅動的兩個耦合水凝膠組成的反饋控制系統，其中系統可以被調諧至具有穩定的穩態自振蕩或阻尼的穩態溫度。
本文要點：
1) 穩定的溫度振蕩可以用于物質運輸，而阻尼的穩態可以實現信號轉導。機械觸發器會引起溫度變化，從而實現響應，例如含羞草中的單觸機械響應激發的彎曲運動，以及金星捕蠅草中的植物算法激發的頻率門控捕捉運動。
2) 該概念為耗散動態材料和交互式軟機器人提供了可推廣的反饋路徑。
Zhang Hang, et al. Feedback-controlled hydrogels with homeostatic oscillations and dissipative signal transduction. Nature Nanotechnol. 2022
DOI: 10.1038/s41565-022-01241-x
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01241-x
3. Nature Nanotechnology：工程納米顆粒在海洋施肥中大規模去除大氣二氧化碳的潛在用途
人工海洋施肥（AOF）旨在安全地刺激海洋中的浮游植物生長并增強碳封存。AOF固碳效率似乎低于天然海洋施肥過程，這主要是由于添加營養物的生物利用度低，以及AOF產生的生物量向深海的出口率低。近日，美國西北國家實驗室Michael F. Hochella Jr探討了工程納米顆粒（ENPs）克服這些問題的潛在應用。
本文要點：
1) 來自123項研究的數據表明，某些ENP會在低于海洋生態系統中有毒濃度的濃度下促進浮游植物的生長。ENPs還可以延長開花期，促進浮游植物聚集和碳輸出，并解決AOF中的次要限制因素。
2) 生命周期評估和成本分析表明，鐵、SiO2和Al2O3 ENP可以實現凈CO2捕獲，并且其成本是傳統AOF的2–5倍，而ENP提高AOF效率且大大提高凈CO2捕獲能力并降低這些成本。因此，基于ENP的AOF可以成為限制全球變暖的緩解策略的重要組成部分。
Peyman Babakhani, et al. Potential use of engineered nanoparticles in ocean fertilization for large-scale atmospheric carbon dioxide removal. Nature Nanotechnol. 2022
DOI: 10.1038/s41565-022-01226-w
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01226-w
4. Nature Commun.：成對電解使鎳催化的α-氯酯和芳基溴化物之間的對映選擇性還原交叉偶聯
電化學不對稱催化已成為一種可持續的、有前途的制備手性化合物的方法，利用陽極和陰極作為工作電極將為有機合成提供一種獨特的方法。然而，陽極氧化和陰極還原的速率和電勢的精確匹配使得這種理想化的電解難以實現。中國科學院大學上海有機化學研究所Tian-Sheng Mei等報道了利用α-氯酯和芳基溴化物之間的不對稱交叉偶聯被探索為模型反應，其中烷基通過在陽極的連續氧化電子轉移過程由α-氯酯產生，而鎳催化劑在陰極被還原至較低的氧化態。
本文要點：
1）在溫和的反應條件下，作者發展了一種成對電解使鎳催化的芳基溴化物和α-氯代酯的對映選擇性還原交叉偶聯，以良好的產率提供了對映富集的α-芳基酯。此外，可以有效地合成各種非甾體抗炎藥(NSAID)衍生物，并且通過這些不對稱電化學還原偶聯可以使許多藥物類似物多樣化。
2）在這一電化學過程中，烷基通過包括陽極氧化的連續電子轉移過程由烷基鹵產生，同時，鎳催化劑通過陰極還原被還原到較低的氧化態。初步的機理實驗強烈支持陽極和陰極氧化還原事件的協同參與。
Liu, D., Liu, ZR., Wang, ZH. et al. Paired electrolysis-enabled nickel-catalyzed enantioselective reductive cross-coupling between α-chloroesters and aryl bromides. Nat Commun 13, 7318 (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-35073-z
https://doi.org/10.1038/s41467-022-35073-z
5. EES: 緊密堆積的Pt1.5Ni1?x/Ni–N–C混合物用于氧還原的中繼催化
在質子交換膜燃料電池（PEMFC）中，在不犧牲Pt活性的情況下減少Pt的使用仍然是一個挑戰。近日，中國科學技術大學吳宇恩、Zhou Huang報道了一種氣體促進脫合金工藝，以制備包含Pt基合金納米晶體（NC）和密集隔離的Ni位點的緊密填充混合電催化劑。
本文要點：
1) 在氨和熱的驅動下，初始Pt1.5Ni NC經歷脫合金過程，因為鎳原子從其上連續分離，從而形成穩定的Pt表層Pt1.5Ni1?x合金。隨后，這些Ni原子將被碳襯底上的相鄰缺陷捕獲，導致大量Ni位點緊密分布在脫合金Pt1.5Ni1?x周圍。
2) 對于多電子轉移的氧還原反應（ORR），其中兩個電子在Ni單位點的還原，相應的中間體（OOH*）快速遷移到相鄰的Pt NC以完成后續的電子轉移。這種高效的中繼催化過程可以大大減少Pt的使用。使催化劑表現出優異的ORR活性，且質量活性（MA）為4.10AmgPt?1。在實際的H2/O2燃料電池測試中，峰值功率密度為1.72Wcm?2，在0.80 V時的電流密度為0.55 A cm?2，這兩個都超過了DOE 2025的目標。
Guo Wenxin, et al. A closely packed Pt1.5Ni1?x/Ni–N–C hybrid for relay catalysis towards oxygen reduction. EES 2022
DOI: 10.1039/D2EE02381D
https://doi.org/10.1039/D2EE02381D
6. Angew：利用雙受體介導的生物正交激活策略實現精確的抗腫瘤光動力治療
對光敏劑進行靶向遞送和特異性激活可大大提高光動力治療的效果。有鑒于此，香港中文大學Dennis K. P. Ng設計了一種雙受體介導的生物正交激活新策略，以增強光動力治療的腫瘤特異性。
本文要點：
1）該策略能夠對基于生物素化二吡啶硼(BODIPY)的光敏劑進行靶向傳遞，該光敏劑被1,2,4,5-四嗪單元和雙環[6.1.0] 壬-4-炔部分結合的表皮生長因子受體(EGFR)靶向環肽所連接，其在原生形式下的光敏劑活性會被淬滅。
2）只有在生物素受體和EGFR都過表達的癌細胞中，這兩種成分才會被細胞優先內化，并經歷逆電子需求的Diels-Alder反應，導致光敏劑的BODIPY核心的光動力活性被恢復。通過使用兩種受體表達水平不同的一系列細胞系進行實驗，研究者證明了這種逐步的“遞送-點擊”方法可以實現對特定類型癌細胞的光動力治療。
Jacky C. H. Chu. et al. Toward Precise Antitumoral Photodynamic Therapy Using a Dual Receptor-Mediated Bioorthogonal Activation Approach. Angewandte Chemie International Edition. 2022
DOI: 10.1002/anie.202214473
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202214473
7. Angew：一種在工業電流密度下水電解槽中實現增值陽極反應的新型電極
在電解槽中制氫被認為是未來能源場景中的關鍵元素，但作為標準陽極反應的析氧反應（OER）是一個復雜的多步反應，需要高過電位，但它又不會增加價值-氧氣通常會被釋放到大氣中。因此，人們對可以在與析氫類似的電流密度下進行的替代陽極反應充滿極大興趣。近日，馬克斯普朗克煤炭研究所Ferdi Schüth，北京工業大學Yufeng Wu介紹了一種在H2O2存在下，通過對基底材料進行金屬改性來制備高級鎳基陽極的通用方法。這些電極在各種有機底物的氧化中維持數百至超過1000 mA/cm2數量級的高電流密度，對增值產物具有高選擇性。
本文要點：
1）這些增值產物在工業中有很高的需求，而所獲得的電流密度在技術工藝的數量級。與OER相比，有機底物的存在降低了電位，這是一個額外的好處。
2）此外，該方法可以以連續的方式進行，實現目標產物的大規模生產。因此，考慮到對所研究的一些產品的高需求，這一發現可能是顯著提高在電解裝置中通過電解制氫的經濟性的一個因素，即在電解裝置中的陰極產生氫氣，并在陽極獲得增值產物，如呋喃二甲酸、己二腈或己二酸。
Changlong Wang, et al, A Novel Electrode for Value-Generating Anode Reactions in Water Electrolyzers at Industrial Current Densities, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215804
DOI: 10.1002/anie.202215804
https://doi.org/10.1002/anie.202215804
8. Angew：操縱OH--介導的陰陽極交叉聯系助力長壽命水系鋅釩電池
正極-負極的相互作用是一個重要但很少被考慮的因素，它引發了鋅離子電池（AZIBs）的降解。近日，廣東工業大學李成超教授，劉曉慶教授設計了一種含ASO添加劑的功能性2.5+0.2 AZIBs電解質，以同時解決鋅腐蝕、枝晶生長和正極變形問題。
本文要點：
1）具體地說，在2.5 M Zn(OTf)2水溶液中引入0.2 M ASO后，即使在低pH環境中，也可以實現無枝晶、高度可逆的鍍鋅/剝離，CE為99.9%。這是因為Al3+優先于H2O在鋅上的吸附，并且在負極表面原位形成了致密的、防水的、鋅離子導電的ZSOH-ZAOSH SEI膜。
2）這兩個因素的協同作用抑制了析氫副反應，從而減緩了OH-在負極表面的持續積累。此外，水解產生的酸性環境也有助于保持NVO陰極的結構完整性。具體地說，在強酸性環境下，NVO的電化學溶解被減緩，并阻止了其向ZVO的相變。此外，在廣泛的放電/充電過程中，NVO中間層中的Al3+殘留物可以作為堅固的層間支柱來穩定NVO正極。
3）得益于2.5+0.2電解液的這些特性，Zn|2.5+0.2|NVO電池在0.2/0.5/2/10 A g?1下，100/200/2000/4000次循環后的高容量保持率為97.6%/100%/99.3%/98.7%。此外，軟包裝電池的循環和循環-休止試驗結果表明，2.5+0.2電解液具有很大的實際應用潛力。
因此，本文從正負極性能關系的角度出發，為穩定水基電池提供了新的見解和有效的電解液設計策略。
Dao-Sheng Liu, et al, Manipulating OH?-Mediated Anode-Cathode Cross-Communication Toward Long-Life Aqueous Zinc-Vanadium Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215385
DOI: 10.1002/anie.202215385
https://doi.org/10.1002/anie.202215385
9. Angew：作為電子供體-受主異質結的鹵化物鈣鈦礦單晶和納米晶薄膜
鹵化物鈣鈦礦是未來光學顯示器和太陽能電池的材料。具有不同鹵化物組成的電子供體-受體鈣鈦礦異質結構在光生載流子的傳輸和捕獲方面具有很好的應用前景。電子束光刻和陰離子交換相結合是發展這種異質結的有希望的方法，但在單晶中制備所需位置的多個異質結具有挑戰性。近日，北海道大學Vasudevanpillai Biju展示了在MAPbBr3微米棒、微孔板或納米晶體薄膜中所需位置的快速激光捕獲輔助帶隙工程。
本文要點：
1）內置的施主-受主雙異質結和多異質結結構能夠從寬帶隙溴化物到窄帶隙碘化物域傳輸和捕獲光生電荷載流子。
2）研究人員從工程能帶和能帶連續性的角度討論了電荷載流子的輸運和俘獲機制。
這項工作為設計用于光伏、光子和電子應用的單異質結、雙異質結和多異質結施主-受主鹵化物鈣鈦礦提供了一種方便的方法。
Md Shahjahan, et al, Halide Perovskite Single Crystals and Nanocrystal Films as Electron Donor-Acceptor Heterojunctions, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215947
DOI: 10.1002/anie.202215947
https://doi.org/10.1002/anie.202215947
10. Angew：非對稱氯化非熔融電子受體制備高效穩定的有機太陽能電池
為了促進有機太陽能電池(OSCs)的應用與發展，迫切需要尋找具有成本效益的有機半導體，但這尚未實現。近日，浙江大學李昌治教授報道了非熔融電子受體的不對稱氯化促進了分子在固體中的密集堆積的3D網絡，并增強了電荷動力學，成功地導致了衍生的OSCs的16.2%的高效率。它代表了迄今為止，由NFREA組成的OSC中的最高效率，也是經典FREA的有利競爭對手。
本文要點：
1）研究人員選擇對稱和不對稱氯代二芳胺作為三硫并[3，2-b]噻吩環的空間芳香鏈，分別合成了NFREAs、L1和L2。研究表明，鹵素取代基對芳香鏈的調制作為一種新的結構設計工具，不僅有利于在固體中構建TiC-TAC-TOE三維堆棧，而且可以優化NFREAs的光電性能。這些特性有助于改善新受主的電荷動力學。
2）結果表明，與具有四個氯原子的對稱的L1相比，非對稱的氯化受體L2可以同時提高電流密度和光電壓，以實現具有相同聚合物施主的高性能OSCs，從15.4%(L1基OSCs)到16.2%(L2基OSCs)。同時，具有增強電荷動力學的L2基OSCs在沒有紫外線過濾的情況下，在一次太陽當量光照下表現出了優越的運行穩定性。
總體而言，這項工作證明了有機半導體的新設計原理可以潛在地改善分子堆積和光伏性能，以實現高性能和穩定的有機半導體。
De-Li Ma, et al, Unsymmetrically Chlorinated Non-Fused Electron Acceptor Leads to High-Efficiency and Stable Organic Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214931
DOI: 10.1002/anie.202214931
https://doi.org/10.1002/anie.202214931
11. AM：用于氣相光電化學制氫的透明多孔導電基底
氣體擴散電極是普通燃料電池和電解電池的基本組件，但通常由石墨碳或金屬材料制成，這不允許光透射，因此限制了基于氣相的光電化學裝置的發展。瑞士聯邦理工學院Kevin Sivula等報道了氟摻雜的二氧化錫(FTO)涂覆的二氧化硅互連纖維氈基底的簡單和可擴展的制備。
本文要點：
1）作者使用2-5微米直徑的纖維，在4mg cm-2的負荷下，得到的基材具有90%的孔隙率、15.8的粗糙度和0.2 GPa的楊氏模量。通過大氣化學氣相沉積形成的100納米FTO保形涂層的表面電阻率為20±3 ω sq-1，在550納米波長的照明波長下入射光損失為41%。作者在基底上建立了各種半導體的涂層，包括Fe2O3(化學浴沉積)、CuSCN和Cu2O(電沉積)以及共軛聚合物(浸涂)，并且證實了與平坦FTO基底相當的液相光電化學性能。
2）最后，用聚合物半導體光電陰極膜組件演示了氣相H2的產生，光電流密度約為1mA·cm–2，法拉第效率為40%。
Caretti, M., et al, Transparent Porous Conductive Substrates for Gas-Phase Photoelectrochemical Hydrogen Production. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2208740.
DOI: 10.1002/adma.202208740
https://doi.org/10.1002/adma.202208740
12. AEM：了解高電催化活性的混合三重導電NaxCa3–xCo4O9–δ氧電極材料
盡管鈣鈦礦結構材料對氧電極反應具有高的電催化活性，但是它們的低相穩定性和高熱膨脹給可逆陶瓷電池的電池制造放大和長期運行穩定性帶來了困難。世宗大學Jun-Young Park、馬里蘭大學Eric D. Wachsman和韓國全南國立大學Sun-Ju Song等介紹了一種基于錯配層結構的高性能電催化劑Na0.15Ca2.85Co4O9–δ(NCCO)。
本文要點：
1）NCCO電池可在低至400°C時實現出色的燃料電池性能，在400°C至800°C時峰值功率密度為0.18至5.15 W cm-2，在600°C至750°C時負電流密度為5.96至15.07 A cm-2(1.4V時)，超過了之前描述的所有可逆(氧和質子)陶瓷電池的值。此外，在負載循環和恒流可逆操作下，NCCO電池在燃料電池和–0.5和–4 A cm-2電解槽模式下的高電流密度分別超過900 h。在Ca3Co4O9+δ中的Ca位摻雜堿性一價Na+離子產生了具有增加的Co氧化態的高密度額外電荷載流子種類，并促進了錯配位層材料的質子吸收和擴散性質。
2）這一發現可以為開發創新的雙功能氧電極催化劑提供新的機會，同時為帶電物質的擴散提供更有利的反應途徑。
Park, K., et al, Understanding the Highly Electrocatalytic Active Mixed Triple Conducting NaxCa3–xCo4O9–δ Oxygen Electrode Materials. Adv. Energy Mater. 2022, 2202999.
DOI: 10.1002/aenm.202202999
https://doi.org/10.1002/aenm.202202999
