1. Chem. Soc. Rev.：塑料廢物轉化為有價值化學品的進展和前景
自然界中廢棄的塑料已經造成了嚴重的“白色污染”，然而這些塑料廢物含有豐富的碳資源，可以作為生產商品的原料。因此，有必要將這些塑料廢物轉化為有價值的化學品。近日，中國科學技術大學謝毅院士、孫永福、Jiao Xingchen綜述研究了塑料廢物轉化為有價值化學品的進展和前景。1) 最先進的塑料轉化技術分為兩類，即在劇烈條件下和溫和條件下進行的技術，并討論了轉化機制。由于其優異的轉化效率，在惡劣條件下的策略更接近實際應用，而在溫和條件下的戰略更環保，顯示出巨大的發展潛力。2) 詳細總結了在448至973K溫度范圍內熱解、加氫熱解、溶劑解和微波引發的塑料廢物中鍵斷裂催化。此外，還概述了在接近甚至正常溫度和壓力下塑料廢物中用于鍵斷裂的光催化、電催化和生物催化。最后，提出了一些改進現有技術和深入研究機制的建議和展望，以將塑料轉化為有價值的化學品。Zheng Kai, et al. Progress and perspective for conversion of plastic wastes into valuable chemicals. Chem. Soc. Rev. 2022https://doi.org/10.1039/D2CS00688J
2. EES：多功能類SEI結構涂層在大電流、大容量下穩定鋅負極
水系鋅離子電池的發展和應用仍然面臨著一些挑戰，如枝晶生長和活性水引發的副反應等。近日，哈工大張乃慶教授，Yu Zhang在類SEI結構的Zn負極上構建了PVA@SR-ZnMoO4多功能涂層（SR指SO42-受體）。1）研究發現，PVA@SR外層可以賦予涂層一定的柔韌性，同時增強了鋅離子的遷移率和分散性。內層的ZnMoO4能有效抑制枝晶生長和副反應。2）重要的是，在無機-有機復合內層中，可以在PVA和ZnMoO4之間建立一條快速的鋅離子遷移路徑，確保鋅陽極的大電流運行。3）由于“相互配合”，鋅負極在5 mA cm-2和5 mAh cm-2下具有99.42%的高庫侖效率和1700 h的循環穩定性。此外，Zn/α-MnO2全電池在1.0 A g-1循環1000次后仍能保持141.7mAh g-1的剩余容量。Aosai Chen, et al, Multifunctional SEI-like structure coating stabilizing Zn anode at large current and capacity, Energy Environ. Sci., 2022https://doi.org/10.1039/D2EE02931F
3. EES：用于CO2分離的有機微孔膜研究進展
隨著全球變暖和氣候變化，碳排放已成為全球關注的問題。利用膜技術進行碳捕獲是實現可控碳排放和碳中和的有效途徑。在過去十年中，有機微孔材料表現出優異的物理和化學性能，并引發了新型膜結構的革命。近日，天津大學Guiver Michael D.、Jiang Zhongyi對用于CO2分離的有機微孔膜進行了綜述研究。1) 重點關注先進有機微孔膜的進展，并強調受限傳質機制、設計原則和具有代表性的有機微孔膜及其CO2分離應用。基于物理/化學約束機制討論了有機微孔膜通道中的異常約束效應，以了解CO2分子傳輸行為。2) 提出了三個設計原則，納米組裝工程、網狀工程和微環境工程，以構建特定的膜結構。還總結了四類有機微孔膜材料，即固有微孔聚合物（PIM）、氧化石墨烯（GO）、金屬有機框架（MOF）和共價有機框架（COF）。最后，還對實現從先進膜到實際應用的轉變所面臨的機遇和挑戰進行了展望。Wang Yuhan, et al. Advances in organic microporous membranes for CO2 separation. EES 2022https://doi.org/10.1039/D2EE02449G
4. Angew：非晶態Mo摻雜NiS0.5Se0.5納米片@晶態NiS0.5Se0.5納米棒實現中性介質中高電流密度電催化水分解
開發高活性、堅固耐用、低成本的過渡金屬基電催化劑對中性溶液特別是大電流密度下的整體水分解具有重要意義。近日，海南大學鄧意達教授，Xuerong Zheng采用一步法制備了非晶態Mo摻雜NiS0.5Se0.5納米片和晶態NiS0.5Se0.5納米棒（Am-Mo-NiS0.5Se0.5）。1）在磷酸鹽緩沖溶液中，Am-Mo-NiS0.5Se0.5在10和1000 mA cm?2時的析氫反應（HER）和析氧反應（OER）的過電位分別為48 mV和209 mV和238 mV和514 mV。此外，Am-Mo-NiS0.5Se0.5具有良好的穩定性，至少可穩定300h，不會發生明顯的降解。2）理論計算表明，Am-Mo-NiS0.5Se0.5富缺陷非晶態結構中的Ni位具有較高的電子態密度，增強了H2O的結合能，從而優化了H的吸附/脫附能壘，降低了OER決定步驟的吸附能。Yang Wang, et al, Amorphous Mo-doped NiS0.5Se0.5 Nanosheets@Crystalline NiS0.5Se0.5 Nanorods for High Current-density Electrocatalytic Water Splitting in Neutral Media, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215256DOI: 10.1002/anie.202215256https://doi.org/10.1002/anie.202215256
5. Angew：NaCl促進氮雜包覆的七甲川花菁形成J聚合體以用于監測植物鹽脅迫和光熱治療
七甲氨酸菁的陽離子性質使得它們能夠通過靜電相互作用與鹽形成聚集體。華中師范大學楊光富教授和尹軍教授發現NaCl能夠促進氮雜包覆的七甲川花菁J聚集體的形成。1）NaCl可誘導N-芐氧羰基Cy-CO2Bz形成在890 nm處有吸收的J聚集體。研究發現，該探針對NaCl具有良好的熒光響應性，能夠作為植物鹽脅迫示蹤探針。2）此外，NaCl還可以促進N-乙氧羰基Cy-CO2Et形成J聚集體。與單體在766 nm處的吸收相比，該聚集體會在910 nm處表現出強烈的吸收。實驗結果表明，該J聚集體能夠作為一種光熱劑，其光熱轉換效率可從29.37%提高到57.59%。綜上所述，該研究闡明了新型的花菁J聚集體在示蹤植物的鹽脅迫和促進腫瘤的光熱治療等方面具有良好的應用前景。Xiaoxie Ma. et al. J-Aggregates Formed by NaCl Treatment of Aza-Coating Heptamethine Cyanines and Their Application to Monitoring Salt Stress of Plants and Promoting Photothermal Therapy of Tumors. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202216109https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202216109
6. AM綜述：Ag2Q基硫系銀系(Q=S，Se，Te)熱電材料
熱電技術為可持續能源利用和可擴展電源提供了一種很有前途的解決方案。近年來，以Ag2Q為基礎的(Q=S，Se，Te)銀硫化物是一種潛在的熱電材料，具有復雜的晶體結構、高的載流子遷移率和低的晶格熱導率，甚至具有優異的塑性。近日，中科院上硅所陳立東研究員，上海交通大學Xun Shi綜述了該材料家族的最新進展，從二元化合物到三元和四元合金，包括對多尺度結構和特殊性質的理解、熱電性能的優化以及新材料的合理設計。1）作者強調了“成分-相結構-熱電/力學性能”之間的關系。闡述了二元化合物Ag2S、Ag2Se和Ag2Te的晶體結構、熱電輸運和力學性能。接著轉向它們的三元和四元合金，并概述了組成的變化如何調節結構和性能。此外，還討論了CuAgQ材料作為Ag2Q的衍生物。2）作者總結了由Ag2Q基材料制成的柔性或異型溫差發電器的制作和性能。3）作者最后指出了這些材料進一步研究的面臨的幾個關鍵問題和挑戰。Tian-Ran Wei, et al, Ag2Q-Based (Q = S, Se, Te) Silver Chalcogenide Thermoelectric Materials, Adv. Mater. 2022DOI: 10.1002/adma.202110236https://doi.org/10.1002/adma.202110236
7. AM：Bi19S27Cl3的本征電荷極化促進CO2光還原制乙醇中的選擇性C-C偶聯反應
多電子介導的C-C偶聯反應是CO2光還原制造多碳產物的主要挑戰。用于實現這種化學轉化的多組分界面的復雜設計通常會導致界面化學環境中無法追蹤的有害變化，從而影響CO2轉化效率和產品選擇性。或者具有不對稱電荷分布的堅固金屬中心可以通過中間體的穩定來實現C-C偶聯反應，以獲得所需的產物選擇性。然而，在單組分催化劑中產生固有電荷分布極具挑戰性。近日，賈瓦哈拉爾·尼赫魯高級科學研究中心Sebastian C. Peter提出了一種新型光催化劑Bi19S27Cl3，它在可見光照射下以高產率選擇性地將CO2轉化為C2產物乙醇。1) 通過透射電子顯微鏡、X射線衍射、X射線光電子能譜和X射線吸收光譜進行的結構分析揭示了Bi19S27Cl3中存在電荷極化鉍中心，并得到DFT計算的驗證。2) 電荷極化的鉍中心引起本征電場使光生電子-空穴對的分離效率得以提高。此外，電荷極化中心對CO*中間體能夠更好的吸附，并通過OCCOH中間體的形成加速C-C偶聯的速率決定步驟。Kousik Das, et al. Intrinsic Charge Polarization in Bi19S27Cl3 Nano Roads Promotes Selective C-C Coupling Reaction During Photoreduction of CO2 to Ethanol Adv. Mater. 2022DOI: 10.1002/adma.202205994https://doi.org/10.1002/adma.202205994
8. AEM：多功能聚合物添加劑提高Li-O2電池的反應動力學和可逆性
作為下一代儲能系統的潛在候選材料，鋰-氧電池(LOBs)以其誘人的理論能量密度引起了人們極大的興趣。然而，緩慢的氧還原反應/析氧反應(ORR/OER)動力學、不良的可再充電性、超氧化物衍生的副反應以及LOBs中鋰金屬的腐蝕等難題限制了它們的實際應用。廈門大學孫世剛院士、Yu Qiao和松山湖實驗室Xin Wang等將聚(甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯)(PTFEMA)添加劑引入到典型的電解質中，為LOBs提供了優異的循環性能。1）PTFEMA能夠使Li+強烈溶解，從而在LOBs的陰極和陽極側調節均勻的Li+流。通過均勻的Li+通量和與超氧化物物種的有利吸附誘導，PTFEMA促進ORR中的超氧化物轉化并抑制超氧化物誘導的寄生反應。均勻的Li+通量產生均勻分布的Li2O2，其可以在OER過程中完全分解。此外，PTFEMA保護鋰金屬免受氧氣、超氧化物和副產品的腐蝕。因此，使用PTFEMA可以同時實現加速的ORR/OER動力學、促進的可再充電性、抑制的超氧化物衍生的副反應和良好保護的鋰金屬，從而顯著增強LOBs的電化學性能。2）這種涉及簡易多功能聚合物添加劑的電解質工程為商業LOBs的復雜組分優化提供了一種實用的替代方案，并有助于理解反應動力學和可逆性上的均勻Li+通量。Wu, X., et al. Enhancing the Reaction Kinetics and Reversibility of Li–O2 Batteries by Multifunctional Polymer Additive. Adv. Energy Mater. 2022, 2203089.DOI: 10.1002/aenm.202203089https://doi.org/10.1002/aenm.202203089
9. AEM: 中性電解質中強化析氫反應的聲致水阻
盡管利用可再生能源生產綠色氫氣很有吸引力，但由于需要昂貴的電催化劑來補償與系統的動能過電位相關的歐姆損失，水電解目前只占全球氫氣產量的一小部分。近日，皇家墨爾本理工大學Amgad R. Rezk提出了一種新的策略，利用高頻(10 MHz)混合聲波，通過改變其網絡配位狀態，顯著增強了以中性電解質為原料的析氫反應(HER)。1）研究人員通過重新定義中性電解液中概念上較差的氫電催化劑，解決了與現有電解槽技術相關的實際限制，包括對高腐蝕性電解液和昂貴電催化劑的需求。2）HER性能的提高歸功于由聲強迫產生的強烈的局部機電耦合的獨特能力，該耦合在電極-電解液界面‘挫敗’水分子的四面體配位氫鍵網絡，導致產生高濃度的“自由”水分子，這些分子更容易訪問未經修飾的多晶電極上的催化位置。3）與聲激發產生的其他協同效應(如離子產生、擴散傳質限制的對流松弛、防止氣泡在電極上堆積和去除)一起，在?100mA cm?2時，過電位降低了1.4 V，電流密度相應增加了14倍，凈正能量節約27.3%，進而展示了該技術作為可擴展平臺有效提高綠色氫氣生產效率的潛力。Yemima Ehrnst, et al, Acoustically-Induced Water Frustration for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction in Neutral Electrolytes, Adv. Energy Mater. 2022DOI: 10.1002/aenm.202203164https://doi.org/10.1002/aenm.202203164
10. Nano Lett.：對pH響應的共價納米器件用于腫瘤特異性成像
DNA探針介導的精準醫療方法已被廣泛用于多種類型癌癥的診斷和治療。然而迄今為止，具有臨床應用所需的識別特異性和敏感性的納米器件仍然難以實現。有鑒于此，湖南大學譚蔚泓院士、崔承教授和中科院杭州醫學研究所Sitao Xie構建了一種pH驅動的共價納米器件，它集成了pH響應性、可切換結構和近端驅動的共價交聯等特性。1）由腫瘤酸性pH驅動的機制能夠有效消除“在靶上，腫瘤外”的非特異性識別。研究發現，該納米器件可通過調控與細胞表面靶分子的共價結合以避免先結合后脫落的情況，進而提高對腫瘤識別的敏感性。2）綜上所述，這種pH驅動的共價納米器件具有非常廣闊的臨床應用前景，能夠在癌癥微環境中實現特異性、長期的腫瘤成像。Jing Zhang. et al. A pH-Responsive Covalent Nanoscale Device Enhancing Temporal and Force Stability for Specific Tumor Imaging. Nano Letters. 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03487https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03487
11. Nano Lett.：Fe5GeTe2中的層數依賴磁性和反常霍爾效應
在二維（2D）范德華（vdW）晶體中實現鐵磁性為理解二維極限中的磁有序性和設計新型自旋電子學器件開辟了一條重要途徑。近日，中國科學技術大學陳仙輝院士、Xiang Ziji報道了vdW鐵磁體Fe5GeTe2中富集的層數依賴磁輸運性質。1) 通過研究厚度低至單層的納米薄片中的磁阻和反常霍爾效應（AHE）發現，雖然塊狀晶體表現出具有平面內磁各向異性的軟鐵磁性，但在減薄時會產生硬鐵磁性，并且在雙層薄片中實現了垂直易軸各向異性，還伴隨著AHE的顯著增強。2) 對于單層薄片，根據2D極限中的局部化效應，硬鐵磁性被類似自旋玻璃的行為所取代，并突出了原子薄vdW磁體中磁輸運特性的厚度可調諧性，將有望實現高性能自旋電子器件的工程化。Deng Yazhou, et al. Layer-Number-Dependent Magnetism and Anomalous Hall Effect in van der Waals Ferromagnet Fe5GeTe2. Nano Lett 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02696https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c02696
12. ACS Energy Lett.：一種通過電勢差實現儲能和顯示的雙功能自供電電致變色電池
隨著人們節能意識的日益增強，具有儲能和顯示功能的電致變色智能窗引起了廣泛關注。近日，為了在自供電電致變色系統中獲得快速響應，中國科學院長春應用化學研究所董紹俊院士提出了一種新型集成電致變色器件Mg∽FTO/PB∽BP/MnO2。1）這里FTO是摻F的二氧化錫，BP代表巴基紙。它們都用作形成FTO/PB和BP/MnO2電極的基底。FTO/PB電極可以從藍色漂白到透明的普魯士白(PW)，這是由Mg電極和PB電極之間的電勢差驅動的，在這個過程中釋放的能量可以為一個15 V的LED供電，持續超過24 h，PB尺寸為2 cm × 3 cm。2）能量消耗完后，系統被漂白。基于FTO/PW電極和BP/MnO2電極的電位差，漂白的FTO/PW電極可以重新著色回到原始狀態，并且在著色過程中可以儲存能量。3）FTO/PW電極和BP/MnO2電極可串聯為15 V LED供電。整個系統不僅表現出光學對比度高、響應速度快、長期循環穩定的良好電致變色性能，而且還表現出大比容量、高能量密度和良好的容量保持的高儲能性能。Qian Ma, et al, Dual-Function Self-Powered Electrochromic Batteries with Energy Storage and Display Enabled by Potential Difference, ACS Energy Lett., 2022DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02346https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02346
