1. Chem. Soc. Rev.：導(dǎo)電水凝膠的最新進(jìn)展：分類、性質(zhì)和應(yīng)用
用于智能穿戴設(shè)備的水凝膠基導(dǎo)電材料由于其優(yōu)異的柔韌性、多功能性和優(yōu)異的生物相容性而受到越來(lái)越多的關(guān)注。今日，福州大學(xué)賴躍坤、黃劍瑩、新加坡國(guó)立大學(xué)Lin Zhiqun綜述了電子器件用多功能導(dǎo)電水凝膠的最新進(jìn)展。1) 首先，討論了具有不同組分的導(dǎo)電水凝膠，包括基于導(dǎo)電聚合物的純單網(wǎng)絡(luò)水凝膠、具有額外導(dǎo)電添加劑的單網(wǎng)絡(luò)水凝膠（即納米顆粒、納米線和納米片）、基于導(dǎo)電聚合物和具有額外導(dǎo)電性添加劑的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。2) 其次，詳細(xì)介紹了具有多種功能的導(dǎo)電水凝膠，包括自愈合、超強(qiáng)韌性、自生長(zhǎng)、粘合劑、抗溶脹、抗菌、結(jié)構(gòu)顏色、疏水性、防凍性、形狀記憶和外部刺激響應(yīng)性。還說(shuō)明了水凝膠在柔性設(shè)備（即應(yīng)變傳感器、超級(jí)電容器、觸摸面板、納米發(fā)電機(jī)、生物電子設(shè)備和機(jī)器人）中的應(yīng)用。最后總結(jié)了當(dāng)前水凝膠面臨的挑戰(zhàn)。Zhu Tianxue, et al, Recent advances in conductive hydrogels: classifications, properties, and applications. Chem. Soc. Rev. 2022https://doi.org/10.1039/D2CS00173J
2. Nature Materials：顆粒鋁納米結(jié)通量量子位
介觀約瑟夫森結(jié)由重疊的超導(dǎo)電極組成，電極之間由一層納米薄的氧化層隔開(kāi)，為超導(dǎo)量子電路提供了寶貴的非線性來(lái)源。卡爾斯魯厄理工學(xué)院I. M. Pop和D. Rieger等表明，在一個(gè)通量量子位中，約瑟夫遜結(jié)的作用也可以由光刻定義的自結(jié)構(gòu)顆粒鋁納米結(jié)來(lái)發(fā)揮:在單層零角度蒸發(fā)中獲得的超導(dǎo)體-絕緣體-超導(dǎo)體約瑟夫遜結(jié)。1）由此產(chǎn)生的量子位元(作者稱之為重力子)的測(cè)量光譜，與標(biāo)準(zhǔn)的通量子無(wú)法區(qū)分。值得注意的是，缺少介觀平行板電容器會(huì)導(dǎo)致本質(zhì)上較大的顆粒鋁納米結(jié)充電能量在幾十千兆赫的范圍內(nèi)，與其約瑟夫森能量相當(dāng)。作者在微秒范圍內(nèi)測(cè)量相干時(shí)間，并且作者觀察到約瑟夫森能量值在從毫秒到天的時(shí)間尺度上的自發(fā)跳躍。2）該工作為超導(dǎo)材料中的微觀缺陷提供了強(qiáng)有力的診斷工具。Rieger, D., Günzler, S., Spiecker, M. et al. Granular aluminium nanojunction fluxonium qubit. Nat. Mater. (2022).DOI: 10.1038/s41563-022-01417-9https://doi.org/10.1038/s41563-022-01417-9
3. Sci. Adv.：通過(guò)光和電雙重響應(yīng)的基于多金屬氧酸鹽的金屬有機(jī)框架揭示單個(gè)金屬位點(diǎn)和簇在CO2還原中的作用
二氧化碳（CO2）的光還原或電還原為高價(jià)值產(chǎn)品提供了實(shí)現(xiàn)碳中和的有前途的策略。近日，南京師范大學(xué)蘭亞乾教授通過(guò)金屬卟啉[四(4-羧基苯基)-卟啉-M (M-TCPPs)]和還原性多金屬氧酸鹽構(gòu)筑了一系列多金屬氧酸鹽金屬有機(jī)框架(M-POMOFs)用于光催化和電催化CO2還原(分別為PCR和ECR)，揭示了單金屬位點(diǎn)和簇在催化中的作用之間的奧秘。1）鐵-POMOF顯示出優(yōu)異的選擇性(97.2%)，在PCR中具有922微摩爾/克的高甲烷產(chǎn)量，以及在ECR中CO2轉(zhuǎn)化為CO的優(yōu)異法拉第效率(92.1%)。2）研究人員進(jìn)一步闡明了潛在的機(jī)制。在輻照下，光生電子從鐵-TCPP轉(zhuǎn)移到POM團(tuán)簇上生成甲烷，而在外加電場(chǎng)下，大量的電子流向鐵-TCPP中心生成CO通過(guò)切換驅(qū)動(dòng)力來(lái)控制單金屬位點(diǎn)和簇催化之間的電子流方向，在鐵-POMOF上產(chǎn)生特定的多電子產(chǎn)物。Qing Huang, et al, Demystifying the roles of single metal site and cluster in CO2 reduction via light and electric dual-responsive polyoxometalate-based metal-organic frameworks, Sci. Adv. 8, eadd5598 (2022)DOI: 10.1126/sciadv.add5598https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add5598
4. Sci. Adv.：室內(nèi)光伏喚醒世界上第一批太陽(yáng)能電池
硒(Se)太陽(yáng)能電池是1883年報(bào)道的世界上第一個(gè)固態(tài)光伏電池，開(kāi)啟了現(xiàn)代光伏電池。然而，它的寬帶隙(~1.9 eV)限制了太陽(yáng)光的采集。近日，隨著室內(nèi)光伏（IPVs）的出現(xiàn)，中科院化學(xué)所薛丁江重溫世界上最古老但長(zhǎng)期被忽視的光伏材料；硒的吸收光譜與常用室內(nèi)光源在400至700納米范圍內(nèi)的發(fā)射光譜完全匹配。1）研究發(fā)現(xiàn)廣泛使用的Te粘附層也鈍化了非鍵合的Se/TiO2界面處的缺陷。通過(guò)將Te覆蓋率從6.9%優(yōu)化到70.4%，所得Se電池在1000勒克斯（lux）室內(nèi)照明下表現(xiàn)出15.1%的效率，并且在沒(méi)有封裝的情況下連續(xù)室內(nèi)照明1000小時(shí)后沒(méi)有表現(xiàn)出效率損失，在效率和穩(wěn)定性兩方面都優(yōu)于非晶硅電池的當(dāng)前IPV工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2）研究人員還制造了Se模塊(6.75 cm2)，在室內(nèi)照明下產(chǎn)生232.6 μW的輸出功率，為基于射頻識(shí)別的定位標(biāo)簽供電。Bin Yan, et al, Indoor photovoltaics awaken the world’s first solar cells, Sci. Adv. 8, eadc9923 (2022)DOI: 10.1126/sciadv.adc9923https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9923
5. Sci. Adv.：通過(guò)溫度促進(jìn)的反應(yīng)金屬-載體相互作用在Pd2Ga表面上圖案化連續(xù)的Pd3到Pd1
對(duì)催化劑表面的逐個(gè)原子控制是多相催化中一個(gè)核心而又具有挑戰(zhàn)性的課題，它使反應(yīng)物分子的精確限制吸附和定向方法成為可能。近日，中科院金屬所Bingsen Zhang，中科院大連化物所劉岳峰，吉林大學(xué)Wei Zhang利用金屬-載體相互作用(RMSI)為Pd2Ga金屬間化合物納米顆粒(NPs)設(shè)計(jì)了具有連續(xù)Pd三聚體(Pd3)或孤立Pd原子(Pd1)的暴露表面。1）在氫氣作用下的高溫下，原位原子尺度電子顯微鏡直接觀察到Pd2GaNPs從能量有利的(013)/(020)晶面重構(gòu)為(011)/(002)晶面。紅外光譜和乙炔加氫反應(yīng)互補(bǔ)地證實(shí)了Pd2Ga催化劑從連續(xù)的Pd3位向Pd1位的演化，同時(shí)具有CO吸附和活性特征。2）通過(guò)理論計(jì)算和模擬，研究人員揭示了Pd2Ga表面的重構(gòu)是由于表面上額外還原的Ga原子的擇優(yōu)排列所致。研究工作為溫度促進(jìn)的RMSI提供了以前未知的機(jī)理見(jiàn)解，以及控制和重新排列負(fù)載型金屬間化合物催化劑表面原子的可能解決方案。Yiming Niu, et al, Patterning the consecutive Pd3 to Pd1 on Pd2Ga surface via temperature-promoted reactive metal-support interaction, Sci. Adv. 8, eabq5751 (2022)DOI: 10.1126/sciadv.abq5751https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq5751
6. Sci. Adv.：用于損傷智能軟體系統(tǒng)的自主自愈式光學(xué)傳感器
在過(guò)去的二十年里，在成熟的可伸縮傳感器領(lǐng)域出現(xiàn)了激增的增長(zhǎng)。利用本質(zhì)上柔軟的材料或符合結(jié)構(gòu)要求的設(shè)計(jì)，可伸縮傳感器已經(jīng)展示了對(duì)軟體系統(tǒng)的機(jī)械不可見(jiàn)監(jiān)控，否則這對(duì)硅基剛性系統(tǒng)是具有挑戰(zhàn)性的。近日，康奈爾大學(xué)Robert F. Shepherd通過(guò)用于動(dòng)態(tài)傳感的自愈式光導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)(SHeaLDS)引入損傷智能軟體系統(tǒng)。1）SHeaLDS利用光在光波導(dǎo)中傳播的固有損傷彈性，與堅(jiān)韌、透明和自主修復(fù)的聚氨酯尿素彈性體相結(jié)合，通過(guò)自我修復(fù)傷口以及檢測(cè)這種損傷并相應(yīng)地控制機(jī)器人的行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了損傷彈性和智能機(jī)器人。2）SHeaLDS針對(duì)機(jī)器人的超彈性變形進(jìn)行了優(yōu)化的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并具有自主自愈能力，可在大應(yīng)變(ε=140%)下提供可靠的動(dòng)態(tài)傳感，無(wú)漂移或滯后，抗穿孔，并在室溫下無(wú)需外部干預(yù)即可從割傷中自我修復(fù)。3）作為實(shí)用性的演示，由SHeaLDS保護(hù)的軟四足動(dòng)物可以在1分鐘內(nèi)檢測(cè)并自我修復(fù)極端損傷(例如，一條腿上有六處割傷)，并通過(guò)反饋控制根據(jù)損傷情況自動(dòng)監(jiān)控和調(diào)整步態(tài)。Hedan Bai, et al, Autonomous self-healing optical sensors for damage intelligent soft-bodied systems, Sci. Adv. 8, eabq2104 (2022)DOI: 10.1126/sciadv.abq2104https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq2104
7. Sci. Adv.：環(huán)境透射電子顯微鏡揭示Co-W-C合金催化劑中碳納米管的生長(zhǎng)機(jī)理
高熔點(diǎn)合金催化劑是單壁碳納米管(SWCNTs)結(jié)構(gòu)可控生長(zhǎng)的有效催化劑。然而，由于復(fù)雜的催化生長(zhǎng)環(huán)境，一些根本性的問(wèn)題仍然不清楚。近日，中科院金屬所Chang Liu，Lili Zhang，韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所Feng Ding，日本國(guó)家材料科學(xué)研究所（NIMS）Dai-Ming Tang在常壓下用閉室環(huán)境透射電子顯微鏡直接研究了Co-W-C合金催化劑的活性催化相、碳納米管的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)及其界面動(dòng)力學(xué)。1）研究人員準(zhǔn)確鑒定了合金催化劑為立方η-碳化物相，在整個(gè)碳納米管生長(zhǎng)過(guò)程中保持不變。2）研究人員在碳納米管生長(zhǎng)過(guò)程中觀察到了催化劑納米顆粒的旋轉(zhuǎn)，這意味著固體催化劑具有弱的界面相互作用和不確定的取向相關(guān)性。3）理論計(jì)算表明，生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)是由碳原子在η-碳化物催化劑表面和通過(guò)催化劑壁界面的擴(kuò)散決定的。Yang Wang, et al, Growth mechanism of carbon nanotubes from Co-W-C alloy catalyst revealed by atmospheric environmental transmission electron microscopy, Sci. Adv. 8, eabo5686 (2022)DOI: 10.1126/sciadv.abo5686https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo5686
8. Nature Commun.：用于選擇性和高效捕集ReO4-或99TcO4-的離子型亞乙烯基連接的三維COF
考慮到形成穩(wěn)定的碳-碳雙鍵(–C=C –)的難度，離子烯烴連接的三維共價(jià)有機(jī)框架(3D COFs)的合成極具挑戰(zhàn)性。近日，南昌大學(xué)Jian-Ding Qiu報(bào)道了一種通過(guò)分別在四(4-甲酰苯基)甲烷(TFPM)、1，3，5，7-四(4-醛基苯基)金剛烷(TAPM)和1，2，5-三甲基吡嗪-1-碘鎓鹽(PZI)之間的酸催化羥醛縮合來(lái)構(gòu)建離子型3D sp2碳連接COFs（TAPM-PZI和TFPM-PZI）的一般策略。1）合成的COFs表現(xiàn)出令人印象深刻的化學(xué)穩(wěn)定性。2）此外，具有高度對(duì)稱性的獨(dú)特3D構(gòu)建單元均勻分離正電荷，使合成的COF成為快速去除核廢料離子（ReO4?/ TcO4?）的理想平臺(tái)。這種sp2碳鏈3D COF將為多孔晶體功能材料的設(shè)計(jì)和合成打開(kāi)一扇窗。Zhang, CR., Cui, WR., Yi, SM. et al. An ionic vinylene-linked three-dimensional covalent organic framework for selective and efficient trapping of ReO4? or 99TcO4?. Nat Commun 13, 7621 (2022).DOI：10.1038/s41467-022-35435-7https://doi.org/10.1038/s41467-022-35435-7
9. Nature Commun.：液態(tài)金屬中電流體動(dòng)力學(xué)誘導(dǎo)的自愈電催化系統(tǒng)
對(duì)于通過(guò)將催化劑沉積在剛性集電器上制備的常規(guī)復(fù)合電極，電催化過(guò)程中的催化劣化是不可避免的。相比之下，在接近室溫下為液態(tài)的金屬，液態(tài)金屬(LMs)，是具有獨(dú)特柔性和可操作性的潛在電極，其流動(dòng)性使得它們比剛性基板更具適應(yīng)性。近日，湖南大學(xué)Yingpeng Wu使用含Bi的Ga基LM電極展示了用于CO2電還原的自愈合電催化系統(tǒng)。1）當(dāng)暴露于可調(diào)電位時(shí)，分散在LM基質(zhì)中的Bi2O3經(jīng)歷一系列電流體動(dòng)力誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)變化，并最終轉(zhuǎn)變成催化性鉍，其形態(tài)可由施加的電位控制。2）電流體動(dòng)力學(xué)誘導(dǎo)的演化電極對(duì)CO2還原為甲酸鹽表現(xiàn)出顯著的電催化活性。電催化性能退化后，催化劑可以通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌修復(fù)，然后通過(guò)施加還原電位原位再生。通過(guò)這一過(guò)程，電極的原始結(jié)構(gòu)和催化活性都得到了恢復(fù)。Hou, Y., Wang, F., Qin, C. et al. A self-healing electrocatalytic system via electrohydrodynamics induced evolution in liquid metal. Nat Commun 13, 7625 (2022).DOI：10.1038/s41467-022-35416-whttps://doi.org/10.1038/s41467-022-35416-w
10. Nature Commun.：相圖指導(dǎo)高度有序金屬間電催化劑的合成:分離合金化和有序化階段
負(fù)載型鉑金屬間化合物催化劑因其在質(zhì)子交換膜燃料電池氧還原反應(yīng)中的顯著活性和耐久性而受到廣泛關(guān)注。然而，由于對(duì)高溫條件下金屬間化合物催化劑的形成機(jī)理了解有限，因此高有序金屬間化合物催化劑的合成仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。近日，中科大梁海偉教授利用原位HT-XRD來(lái)研究碳負(fù)載PtFe、PtCo和PtNi金屬間燃料電池催化劑的高溫退火合成過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演變。1）研究人員確定了PtFe、PtCo和PtNi依賴于TPT的演變過(guò)程：對(duì)于具有高TPT值的PtFe，合金化和有序化在高溫加熱階段同時(shí)進(jìn)行，而對(duì)于具有低TPT值的PtCo和PtNi，合金化和有序化是分開(kāi)的。研究人員據(jù)此設(shè)計(jì)了合理的退火工藝，將高溫合金化和低溫有序化階段分開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)了小顆粒高度有序金屬間化合物催化劑的合成。2）所制備的高度有序的PtFe金屬間化合物催化劑用于H2–O2燃料電池顯示出0.96 A mgPt 的高ORR MA，和出色的耐用性。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了理解合金化/有序化階段在最大化具有實(shí)際燃料電池應(yīng)用可接受顆粒尺寸的負(fù)載金屬間催化劑的有序化程度中的重要性。Zeng, WJ., Wang, C., Yan, QQ. et al. Phase diagrams guide synthesis of highly ordered intermetallic electrocatalysts: separating alloying and ordering stages. Nat Commun 13, 7654 (2022).DOI：10.1038/s41467-022-35457-1https://doi.org/10.1038/s41467-022-35457-1
11. Nature Commun.：通過(guò)電響應(yīng)自生長(zhǎng)策略用于粗糙表面的核-殼干粘合劑
仿生干粘合劑在機(jī)器人操縱和移動(dòng)領(lǐng)域有著非凡的影響。然而，由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形態(tài)和形成機(jī)制，就表面適應(yīng)性而言，人工結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)之間存在相當(dāng)大的差異，尤其是對(duì)于粗糙表面。近日，西安交通大學(xué)邵金友教授提出了一種核-殼粘合結(jié)構(gòu)，它是通過(guò)生長(zhǎng)策略實(shí)現(xiàn)的，即電響應(yīng)自生長(zhǎng)核-殼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致具有剛性核和柔軟殼的蘑菇狀形態(tài)。1）最初，這種結(jié)構(gòu)的狀態(tài)只包括一層雙層膜，沒(méi)有任何特殊的結(jié)構(gòu)。當(dāng)該結(jié)構(gòu)暴露在外電場(chǎng)中時(shí)，雙層薄膜在靜電力的作用下向上生長(zhǎng)。最后，頂部聚合物與上部電極接觸，并由于電潤(rùn)濕效應(yīng)而在上部電極上膨脹，而底部聚合物繼續(xù)生長(zhǎng)，同時(shí)受到頂層的限制，這導(dǎo)致形成具有剛性核心(底層)和柔軟彎曲外殼(頂層)的蘑菇狀結(jié)構(gòu)。2）所獲得的蘑菇形幾何形狀與其他幾何形狀(如扁平、球形、凹形和抹刀形態(tài))相比，表現(xiàn)出優(yōu)異的粘附性，因?yàn)槟⒐叫蚊笨梢韵佑|界面處的應(yīng)力奇異性(即均勻的應(yīng)力分布)并穩(wěn)定板-基底界面處的缺陷。此外，剛性材料生長(zhǎng)為蘑菇莖，而柔性材料生長(zhǎng)為圍繞莖的蘑菇表皮。這種結(jié)構(gòu)在粗糙表面上表現(xiàn)出優(yōu)異的粘合性能。Tian, H., Wang, D., Zhang, Y. et al. Core–shell dry adhesives for rough surfaces via electrically responsive self-growing strategy. Nat Commun 13, 7659 (2022).DOI：10.1038/s41467-022-35436-6https://doi.org/10.1038/s41467-022-35436-6
12. Angew：室溫下砷原子與鍺(001)表面的結(jié)合
鍺（Ge）已經(jīng)成為自旋電子學(xué)和量子信息應(yīng)用的一種非常有前途的材料，與硅相比具有顯著的基本優(yōu)勢(shì)。然而，利用供體原子作為量子比特來(lái)制造原子級(jí)設(shè)備的努力主要集中在硅（Si）中的磷上。在硅中以原子級(jí)精度定位磷需要熱摻入退火，但這一步的低成功率已被證明是一個(gè)基本的限制，禁止擴(kuò)大到大規(guī)模的設(shè)備。近日，倫敦大學(xué)學(xué)院Steven R. Schofield對(duì)Ge(001)表面上的 As(AsH3)進(jìn)行了全面的研究。1）研究表明，與之前研究的Si或Ge上的摻雜前驅(qū)體不同，As原子在室溫下完全結(jié)合到取代的表面晶格位置。因此，研究結(jié)果為下一代原子尺度的供體設(shè)備鋪平了道路，該設(shè)備將鍺的優(yōu)越電子特性與As/Ge化學(xué)的增強(qiáng)特性相結(jié)合，有望擴(kuò)大到大量確定性放置的量子位。Emily V. S. Hofmann, et al, Room Temperature Incorporation of Arsenic Atoms into the Germanium (001) Surface, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202213982DOI: 10.1002/anie.202213982https://doi.org/10.1002/anie.202213982
