1. Chem. Rev：下一代質子交換膜燃料電池的多孔流場：材料、表征、設計和挑戰
在質子交換膜（PEM）燃料電池中，多孔流場通過孔隙網絡而不是傳統的流動通道來分配燃料和氧氣，以滿足PEM燃料電池的電化學反應需求。近日，西安交通大學屈治國、天津大學焦魁、加利福尼亞大學Wang Yun綜述研究了下一代質子交換膜燃料電池的多孔流場。1) 這種類型的流場在增強反應物供應、排熱和導電、降低濃縮性能損失和提高燃料電池的運行穩定性方面極具應用前景。該綜述介紹了多孔流場的研究和開發進展，并對下一代高功率密度PEM燃料電池（例如～9.0 kW L–1）進行了深入了解。2) 作者深入討論了與多孔流場相關的材料、制造方法、基本原理和燃料電池性能。還描述和解釋了主要挑戰，以及未來的幾個方向，包括分離氣體/液體流動配置、集成多孔結構、全形態建模、數據驅動方法和人工智能輔助設計/優化。
Zhang Guobin, et al. Porous Flow Field for Next-Generation Proton Exchange Membrane Fuel Cells: Materials, Characterization, Design, and Challenges. Chem. Rev. 2022DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00539https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00539
2. PNAS：用于Tafel型堿性析氫的具有橋接氧復合非貴金屬催化劑
使用氫氣作為燃料是應對能源危機和減少溫室氣體排放的有效途徑。堿性析氫反應（HER）是獲得高能量密度綠氫的一種重要方式，然而，即使使用的貴金屬催化劑也難以獲得高催化效率。近日，中科院金屬所劉崗、蘇州大學耿鳳霞報告了一種僅使用非貴金屬元素的三組分催化系統，該系統由氧化鈷簇和負載在氧陰離子端接的二維MXene上的單個鉬原子組成，使其能夠在堿性電解質中通過動力學快速的Volmer–Tafel過程生成氫氣。1) 該催化劑的三種組分通過橋接氧連接，而橋接氧將水分解過程中產生的H*吸附在氧化鈷上，并將其傳遞給鉬單原子催化劑。在Mo原子上，由于這種獨特的配位環境，中繼的H*中間體直接結合和脫附，通過Tafel途徑實現H2生成。2) 橋接氧的存在增加了催化劑的酸度，其作為Br?nsted酸，具有可逆吸附和質子捐贈特性，從而可以有效避免添加酸，并確保了優異和可持續的堿性HER性能，且該催化劑性能與商業貴金屬催化劑PtRu/C相當。該工作為設計用于堿性HER電催化的高效非貴金屬催化劑做出了重要貢獻。
Chen Zhigang, et al. Composite non-noble system with bridging oxygen for catalyzing Tafel-type alkaline hydrogen evolution. Proc Natl Acad Sci USA, 2022DOI: 10.1073/pnas.2209760120http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2209760120
3. Chem：光學治療窗口中的光控技術
近日，高麗大學Jong Seung Kim、李明樂和華中師范大學楊光富等人綜述了光可控生物化學中利用光治療窗口中的光籠技術的相關進展！光化學工具已經徹底改變了生物醫學的面貌，使人們能夠以無創的遙控方式探索自然。其中，尤其吸引人的是光籠（photocage）。近年來，光籠在藥物遞送系統、光控制蛋白質降解和RNA調節方面取得了重大突破。然而，現有的光籠大多集中在紫外-可見光范圍內的激發，這具有有限的穿透深度，因此阻礙了它們的實際應用。相比之下，“光治療窗口”（650–900 nm）內的深紅色或近紅外光具有獨特的優勢，如最小化副作用和卓越的深組織穿透。然而，合理設計這種光籠及其潛在光化學作用機制的策略仍然難以實現。于此，作者計劃全面概述光治療窗口中光籠的最新進展，包括其設計原理、光籠性能、光活化機制以及生物醫學化學中的新興應用。希望這篇綜述能啟發未來光籠相關研究的發展。
Xiong et al., Photo-controllable biochemistry: Exploiting the photocages in phototherapeutic window, Chem(2022),https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.11.007
4. EES：反應平衡熱調節控制CO2結合有機液體中的傳質
非水溶劑的CO2結合有機液體（CO2BOL）可以減少碳捕獲過程中的寄生能量。該溶劑表現出優異的傳質行為，即在固定壓力驅動力下，CO2進入CO2BOL的流量隨著溫度的升高呈指數下降。近日，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Thomas Moore報道了反應平衡熱調節控制CO2結合有機液體中的傳質。1) 作者證明這一現象主要是由反應平衡變化驅動的，并且降低了化學反應和增強CO2流量。在一定溫度范圍內，第一原理表面模型定量再現了CO2吸收到2-EEMPA、IPADM-2-BOL和DBU:己醇中的傳質數據。2) 密度泛函理論計算發現，改善CO2通量主要歸因于結構的調整。該發現揭示了CO2通量和溶劑再生所需能量之間的基本權衡，并為合理的溶劑設計和物理傳質模型的開發提供了理論基礎。
Thomas Moore, et al. Thermal Modulation of Reaction Equilibria Controls Mass Transfer in CO2-Binding Organic Liquids. EES 2022https://doi.org/10.1039/D2EE03237F
5. Angew：鈣鈦礦前驅體溶液老化化學的揭示及添加劑的抗老化機理
前驅體溶液的老化是鈣鈦礦太陽能電池商業化的主要絆腳石。南昌大學陳義旺教授等首次使用最先進的原位液體飛行時間二次離子質譜技術從分子水平探索鈣鈦礦前驅體溶液化學。1）作者發現甲銨和甲銨陽離子以及I-陰離子是老化化學的促進因素。此外，作者引入了兩種路易斯堿，磷酸三乙酯(TP)和乙磺酸乙酯(EE)作為溶液中的新添加劑，并揭示了它們都可以通過弱相互作用來防止活性陽離子老化。值得注意的是，TP在提高長期溶液穩定性方面優于EE，因為它可以很好地保持溶液相中的內部相互作用結構。2）由新鮮TP摻雜溶液得到的PSCs提供了23.06%的高功率轉換效率。21天的老化溶液得到的PSCs依然保持高初始功率轉換效率的92.23%。
Zhang, Y., et al, Uncovering Aging Chemistry of Perovskite Precursor Solutions and Anti-aging Mechanism of Additives. Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript.DOI: 10.1002/anie.202215799https://doi.org/10.1002/anie.202215799
6. Angew：具有多重手性起源的炔基保護的手性雙金屬Ag22Cu7超原子
理解納米結構材料的手性起源對手性光學和催化應用至關重要。近日，首爾國立大學Taeghwan Hyeon，Megalamane S. Bootharaju，廈門大學鄭南峰，芬蘭于韋斯屈萊大學Hannu H?kkinen等報道了具有多重手性起源的手性AgCu超原子團簇，[Ag22Cu7(C≡CR)16(PPh3)5Cl6](PPh4)，Ag22Cu7，(HC≡CR: 3,5-bis(trifluoromethyl)phenylacetylene)。1）該團簇具有罕見的互穿雙二十面體Ag17Cu2內核，其內核由Cu(C≡CR)2、-C≡CR、Cl-和Ag5Cu4(C≡CR)10(PPh3 )5Cl4螺旋結構等四種不同類型的結構或配體穩定。2）詳細的結構分析表明，Ag22Cu7團簇具有多重手性來源，包括金屬內核、金屬-配體界面和配體層。3）此外，采用合適的手性分子作為光學富集劑，得到了R/S-Ag22Cu7的圓二色譜。4）DFT 計算表明Ag22Cu7是一個八電子超原子，并證實該團簇具有手性活性，分析了圓二色性的起源。該工作報道的基于手性分子的從外消旋納米團簇中富集對映體納米團簇的策略有望用于其它金屬納米團簇的光學富集。
Guocheng Deng, et al. Alkynyl-Protected Chiral Bimetallic Ag22Cu7 Superatom with Multiple Chirality Origins. Angew. Chem. Int. Ed., 2022DOI: 10.1002/anie.202217483https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202217483
7. AM：二維鈣鈦礦太陽能電池的濕度不敏感、大面積適用、熱空氣輔助的環境制造
二維(2D)層狀鈣鈦礦(LPs)已經顯示出巨大的潛力來提供具有長期穩定性的高性能光伏器件。盡管在膜質量和器件性能方面已經取得了許多進展，但是LP膜主要是在嚴格的條件下通過不可擴展的技術加工的。上海科技大學Gang Chen等介紹了熱空氣輔助環境制造技術，以制備高效和穩定的太陽能電池LP薄膜。1）作者通過平衡晶體成核和生長過程，獲得了具有良好結晶度、擇優取向和理想形貌的高質量LP薄膜。利用同步加速器原位掠入射X射線衍射技術，作者發現熱空氣誘導溶質凝固，并在氣液界面形成中間體，轉變為類3D鈣鈦礦，隨后2D物種向襯底生長。最佳LP膜提供16.36%的器件功率轉換效率，這是通過非旋涂技術制備的LP基太陽能電池的最佳值。2）太陽能電池性能對薄膜加工濕度不敏感，并且器件尺寸可升級，這保證了基于LP的光電器件的實際應用。
Meng, K., et al, Humidity-Insensitive, Large-Area Applicable, Hot-Air-Assisted Ambient Fabrication of Two-Dimensional Perovskite Solar Cells. Adv. Mater. 2209712.DOI: 10.1002/adma.202209712https://doi.org/10.1002/adma.202209712
8. AM：鈣鈦礦涂層穩定的超高鎳層狀氧化物陰極調節表面氧活性
超高鎳層狀氧化物已被提議作為有希望的陰極來滿足電動車輛的范圍需求，然而它們仍然受到折衷的循環性和熱穩定性的困擾。最先進的表面涂層旨在通過阻止電解質和陰極表面上高活性Ni4+離子之間的物理接觸來解決不穩定性，但它在處理陰極中氧化晶格氧離子的化學-物理遷移率方面存在不足。浙江大學陸俊等提出了一種直接調節策略，以適應固相內的高活性陰離子氧化還原。1）作者通過利用鋰和氧雙離子導體(層狀鈣鈦礦La4NiLiO8)涂層中穩定的氧空位/間隙，表面晶格氧離子的反應性被顯著抑制。結果，抑制了從晶格中釋放氧，以及不希望的不可逆相變和晶間機械開裂。同時，引入的雙離子導體還可以促進鋰離子在顆粒表面的擴散動力學和電子導電性。2）這項工作表明，通過雙離子導體調節陰離子氧化還原化學是高能陰極容量與穩定性平衡的有效策略。
Wang, L., et al, Regulating Surface Oxygen Activity by Perovskite Coating Stabilized Ultrahigh-Nickel Layered Oxide Cathodes. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2209483.DOI: 10.1002/adma.202209483https://doi.org/10.1002/adma.202209483
9. AM：WSe2輔助方法控制合成亞微米非層狀WO2納米板
近年來，二維金屬氧化物（2DMO）由于其獨特的電子結構和豐富的表面化學性質而備受關注。然而，由于其固有的3D晶格結構和超高的合成溫度，2DMO的合成仍然是一個較大的挑戰。近日，來自南京工業大學的Huifang Ma和Lin Wang，湖南大學Xidong Duan，東南大學Chao Zhu等人研發了一種可靠的WSe2輔助化學氣相沉積（CVD）策略，可實現生長具有可調厚度和橫向尺寸的高質量和非層狀WO2納米板。1) 光學顯微鏡（OM）和掃描電子顯微鏡（SEM）研究表明，WO2納米板呈現出良好的多面菱形幾何結構，橫向尺寸高達亞毫米級（~135μm），是迄今為止通過CVD獲得的2D金屬氧化物單晶的最大尺寸；2) 此外，拉曼光譜和掃描透射電子顯微鏡（STEM）研究表明，納米板是具有單斜WO2晶體結構的高質量單晶，電學測量則顯示納米板表現出金屬行為，具有較強的各向異性電阻，1.1×106 S m?1的優異電導率，7.1×107 A cm?2的擊穿電流密度。并且，低溫磁輸運研究揭示，納米板顯示出量子干涉引起的弱局域化效應，該研究開發的WSe2輔助WO2納米板生長策略可以豐富2D金屬氧化物材料庫，并為基于2D WO2的其他性質探索提供材料平臺。
Ma H.F., et al. Controlled Synthesis of Submillimeter Non-layered WO2 Nanoplates via a WSe2-Assisted Method. Adv. Mater. (2022).DOI: 10.1002/adma.202207895https://doi.org/10.1002/adma.202207895
10. AM：一種超級堅韌、快速生物降解的超快止血生物膠
大出血導致的死亡已涉及軍事沖突、交通事故和各種人類災難的手術傷害，在緊急大出血情況下，快速有效止血對于挽救生命至關重要。近日，來自中科院化學研究所的吳德成教授，中國人民解放軍總醫院Peifu Tang和Licheng Zhang，國家納米科技中心Feifei Sun等人開發了一種基于細胞外基質如氨基明膠（AG）和PEG衍生物的共價交聯AG-PEG膠。1) AG-PEG膠快速凝膠化，在給藥時與各種潮濕組織表現出牢固和無差別的緊密粘附，所形成的膠建立了一個粘性和堅固的屏障，以密封動脈、肝臟和心臟出血性傷口，使其能夠承受高達380 mmHg的血壓，而正常收縮壓為60–180 mmHg；2) 此外，在60秒內，使用這種膠可以有效地阻止直徑為6 mm的豬心臟穿孔的大出血，14天后，治療豬的術后指數逐漸恢復，心臟傷口明顯再生。該研究開發的AG-PEG膠具有按需溶解性、自膠凝性和快速降解性，可為臨床止血和緊急救援提供一種迷人的止血方法。
Wang H.F., et al. A Super Tough, Rapidly Biodegradable Ultrafast Hemostatic Bioglue. Adv. Mater. (2022).DOI: 10.1002/adma.202208622https://doi.org/10.1002/adma.202208622
11. Adv. Mater：手性MoSe2納米顆粒用于對體內活性氧進行超靈敏監測
活性氧(ROS)會參與神經退行性疾病、癌癥和急性肝炎等疾病過程。因此，通過量化ROS以對這些疾病進行早期診斷對于患者的治愈治療而言至關重要。有鑒于此，江南大學徐麗廣教授以熒光分子花青素3 (Cy3)修飾的手性二硒化鉬(MoSe2)納米顆粒(NPs)為基礎，構建了一種新型探針。1）手性MoSe2 NPs在390 nm和550 nm處會表現出強烈的圓二色性(CD)信號，而Cy3在560 nm處的熒光信號被MoSe2 NPs猝滅。當有ROS存在時，該新型探針與在與ROS發生反應后被迅速氧化，導致CD信號降低，而Cy3熒光信號得以恢復。在與ROS相關的CD和熒光雙模態信號的幫助下，該NPs在活細胞中的CD信號和熒光信號的檢出限(LOD)分別為0.0093 nmol/106 cells和0.024 nmol/106 cells。2）在復雜的生物環境中，該NPs能夠對ROS表現出較高的選擇性和敏感性，這也與NPs表面的Mo4+和Se2-氧化反應有關。此外，該手性MoSe2 NPs也能夠通過熒光信號監測體內的ROS水平。綜上所述，該研究工作為實現ROS檢測提供了一種新的方法，并進一步證明了手性納米材料能夠作為生物傳感器以研究生物事件。
Beijia Cao. et al. Chiral MoSe2 Nanoparticles for Ultrasensitive Monitoring of Reactive Oxygen Species In Vivo. Advanced Materials. 2022DOI: 10.1002/adma.202208037https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202208037
12. Nano Letters：定向聚合物基質中空間受限的LiF納米粒子作為鋰金屬負極的人工SEI層
鋰枝晶的不可控生長和鋰/電解質界面的不穩定性阻礙了下一代可充電鋰金屬電池的發展。無機納米粒子和聚合物的組合作為人工SEI層在調節鋰離子通量方面顯示出巨大的潛力。近日，北京理工大學陳人杰教授，Teng Zhao報道了一種軟硬結合的鋰金屬保護膜，其中LiF納米顆粒被空間限制在聚合物基質的排列通道中，作為鋰金屬陽極的人工SEI層。1）LiF納米粒子通過靜電相互作用被限制在PVDF-HFP的分級通道中，避免了LiF納米粒子的不均勻團聚。LiF@多孔PVDF-HFP膜(LiF@PPF)可以成功地抑制電解質和鋰金屬陽極之間的副反應。此外，高介電PVDF-HFP使鋰金屬表面附近的電場均勻化，而球磨LiF納米顆粒的排列縮短了通過人工SEI的離子傳輸路徑。無機和有機材料的結合提供了足夠的韌性和強度。2）當在碳酸鹽電解質中以1 mA/cm2的電流密度工作時，Li//Li對稱電池可以循環900小時以上，當與LiFePO4正極配對時，配備該負極的全電池即使在9.5 μL mAh-1的貧電解質條件下也表現出良好的性能。
Tianyang Yu, et al, Spatially Confined LiF Nanoparticles in an Aligned Polymer Matrix as the Artificial SEI Layer for Lithium Metal Anodes, Nano Lett., 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04242https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04242
